LU86804A1 - Procede de determination en continu de la temperature d'un bain metallique - Google Patents

Description

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BL-4009/BM

Revendication de la priorité d'une demande de brevet déposée en Belgique le 10 mars 1987 sous le No 6/48.210 (904.460) C 2356/8603.

CENTRE DE RECHERCHES METALLURGIQUES -CENTRUM V00R RESEARCH IN DE METALLURGIE,

Association sans but lucratif -Vereniging zonder winstoogmerk à BRUXELLES, (Belgique).

Procédé de détermination en continu de la température d'un bain métallique.

La présente invention porte sur un procédé de détermination en continu de la température d'un bain métallique contenu dans un récipient métallurgique, en particulier d'un bain d'acier liquide dans un convertisseur d'aciérie.

Dans la description qui va suivre, la référence à un bain d'acier dans un convertisseur n'est cependant donnée qu'à titre indicatif, car la présente invention peut également s'appliquer à tout bain de métal, ferreux ou non-ferreux, contenu dans un récipient métallurgique.

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On connaît l'importance que revêtent la connaissance de la température d'un bain d'acier, ainsi que l'évolution de cette température au cours du temps, pour apprécier notamment le degré d'accomplissement des réactions de décarburation. L'obtention de la nuance d'acier désirée implique que l'on surveille ces réactions et par conséquent la température du bain de façon aussi précise et continue que possible, afin de déterminer avec précision le moment du rabattement du convertisseur.

Il existe dans la technique actuelle divers moyens de mesure de la température d'un bain métallique. A titre d' exemple, on peut citer les thermocouples perdus, logés dans des bombes et lancés dans le bain où ils sont détruits après la mesure, ainsi que la lance auxiliaire dite "sub-lance" qui plonge dans le bain à travers la couche de scories.

Ces moyens connus ne répondent cependant pas entièrement à l'objectif visé, car ils ne fournissent que des mesures ponctuelles et instantanées qui ne traduisent pas nécessairement l'état thermique réel du bain et ne permettent pas d'en déterminer l'évolution. En outre, ils sont coûteux, car chaque élément de mesure ne peut servir qu'une seule fois.

La présente invention propose un procédé de mesure continu permettant de remédier aux inconvénients précités.

Le procédé de la présente invention est basé sur l'observation que la température d'un point quelconque du fond du récipient suit l'évolution de la température du bain, ; avec un certain retard qui dépend de la position du point dans le fond et de la nature du matériau constituant le

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3.- fond. Il va de soi que le procédé de l'invention n'est pas limité au fond proprement dit, mais qu'il peut également s'appliquer dans toute partie du garnissage située sous le niveau du bain, A cet effet, le procédé qui fait l'objet de.la présente invention est essentiellement caractérisé en ce que l'on mesure la température en au moins deux points situés au sein d'une région de la paroi dudit récipient qui est en contact avec le bain métallique, en ce que l'on enregistre en continu l'évolution de la température desdits points et en ce que l'on en déduit l'évolution de la température du bain au cours du temps, ce qui permet de déterminer la température du bain à tout instant.

Dans le cadre de ce procédé, il s'est avéré intéressant de mesurer la température en une série de points, par exemple en trois points, répartis selon l'épaisseur de la couche intérieure de ladite paroi le long d'une droite perpendiculaire à cette paroi. On entend par couche intérieure, une couche d'épaisseur relativement faible, par exemple la couche d'usure, la plus proche du bain de métal.

Selon 1*invention, on détermine la température du bain métallique à un instant donné à partir des valeurs de température mesurées auxdits points, au moyen d'un modèle mathématique qui tient compte de la position des points dans la paroi et de la nature du matériau constituant ladite paroi, en particulier de sa conductibilité thermique.

Le procédé de l'invention va être expliqué en détail ci-dessous, en faisant référence aux figures annexées représentant, à titre d'exemple :

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4.-

Fig.l : la position de trois points de mesure dans la couche intérieure d'un fond de convertisseur;

Fig.2 : les courtes d'évolution de la température de ces points en fonction du temps.

Dans la figure 1, on a représenté schématiquement une portion de la couche intérieure C d'un fond F de convertisseur, eri contact avec un bain d'acier B. Soit 0 un point de la surface du fond qui se trouve directement exposé au bain B. La température Tq au point 0 représente donc la température du bain d'acier, supposée homogène. A la verticale du point 0 sont situés trois points de mesure 1, 2, 3 qui, pour simplifier, sont régulièrement répartis suivant l'épaisseur de la couche intérieure C; ils sont positionnés respectivement au quart, à la moitié et aux trois-quarts de l'épaisseur de cette couche, comptée à partir du point 0.

Le procédé de l'invention consiste à mesurer les trois températures T^, T2 et T3 aux points 1, 2, 3 à un instant t quelconque, et à en déduire la température TQ du point 0 à ce même instant t.

Si la température Tq du point 0 subit une variation AT à un instant t, cette variation ne se manifeste pas instantanément aux points 1, 2 et 3, en raison du temps requis pour permettre la diffusion thermique du point 0 aux autres points 1, 2, 3. Les distances entre ces points 0, 1, 2, 3 étant égales, la variation de température AT ne se manifeste aux points 1, 2 et 3 qu'aux instants suivants ; point 1 : t + At point 2 : t + 2 At point 3 : t + 3 At.

λ 5.-

Comme on l'a déjà indiqué plus haut, le temps At dépend de la distance séparant deux points de mesure voisins et de la diffusivité thermique du matériau. A titre d'exemple, pour des points de mesure distants l'un de l'autre de 5 cm, le temps At vaut environ 6 minutes pour un fond en magnésie-carbone et seulement 10 secondes pour le cuivre.

La figure 2 montre les courbes d'évolution de la température en fonction du temps, jusqu'à l'instant t, pour les trois points de mesure 1, 2 et 3. La courbe correspondant au point 0, c'est-à-dire à la surface du réfractaire et donc à la température du bain, n'est connue que jusqu'à l'instant t"' = t - 3 At, à la suite des cycles opératoires antérieurs. Sur ces courbes, on a indiqué les températures mesurées aux points 1, 2, 3 aux instants t; t' = t - At; t" = t - 2 At; t'" = t - 3 At.

La température T^, mesurée au point 3 à l'instant t, est le résultat de l'évolution de la température du point 3 depuis l'instant t' = t - At jusqu'à l'instant t, sous l'effet de la chaleur reçue du point 2 et de la chaleur cédée à un point 4 plus profond, non représenté, pendant l'intervalle de temps At. La température dépend donc des températures T^, et T^, ainsi que de la nature du réfractaire et de la distance séparant les points de mesure.

De même, la température dépend de T£, de et de T^, et la température dépend de T”'/ de T J" et de T^'' .

Connaissant les températures mesurées des points 1, 2 et 3 aux instants t, t', t", t’" ainsi que le profil thermi-·, que régnant dans l'épaisseur du fond du convertisseur au 6.- * «

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temps t'", on se donne une température à partir de laquelle on peut calculer les températures TL1* , T'* et =jj r 2 T^ . On détermine ensuite les écarts entre ces températures et les températures réelles mesurées T£, et aux mêmes points, puis on minimise ces écarts afin d'obtenir la température T”' effective.

En s'imposant,un taux de variation de la température de surface du réfractaire, c'est-à-dire une évolution désirée de la température du bain d'acier, on calcule la température Tq à l'instant t en extrapolant sur l'intervalle de temps 3 At. Cet intervalle peut être rendu suffisamment petit par un choix judicieux des matériaux employés et par un positionnement approprié des points de mesure.

Toutes ces opérations de calcul sont effectuées par un ordinateur, sous la conduite d'un modèle mathématique approprié, afin de donner quasi instantanément la valeur de la température Tq au point 0 à l'instant t.

La méthode par "extrapolation" qui fait l'objet de l'invention présente donc, outre une très grande vitesse, une précision largement suffisante pour les besoins industriels.

Claims (3)

7.- Λ K Revendications.

1. Procédé de détermination en continu de la température d'un bain métallique contenu dans un récipient métallurgique, caractérisé en ce que l'on mesure la température d'au moins deux points situés au sein d'une région de la paroi dudit récipient qui est en contact avec le bain métallique, en ce que l'on enregistre en continu l’évolution de la température desdits points et en ce que l'on en déduit l'évolution de la température du bain au cours du temps.

2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'on mesure la température en une série de points répartis selon l'épaisseur.de la couche intérieure de ladite paroi, le long d'une droite perpendiculaire à cette paroi.

3. Procédé suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'on détermine la température du bain métallique à un instant donné à partir des valeurs de températures mesurées auxdits points, au moyen d'un modèle mathématique qui tient compte de la position des points dans la paroi et de la nature du matériau constituant ladite paroi, en particulier de sa conductibilité thermique.