FR2670571A3 - Method and device for measuring the instability of an arc in an electric furnace for the processing (treatment) of liquid metal, fed with direct current - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention a pour objet un procédé et un dispositif pour mesurer l'instabilité d'un arc dans un four électrique de traitement de métal liquide, notamment dans une aciérie, spécialement dans le cas d'un four à arc à courant continu. The subject of the present invention is a method and a device for measuring the instability of an arc in an electric furnace for treating liquid metal, in particular in a steelworks, especially in the case of a direct current arc furnace.
On sait que les caractéristiques de l'arc d'un four électrique sont susceptibles de varier durant une élaboration de métal liquide. It is known that the characteristics of the arc of an electric furnace are liable to vary during the production of liquid metal.
Par ailleurs , le laitier qui surnage audessus du bain de métal liquide subit, durant l'af fi- nage de l'acier, un moussage provoqué par les réactions chimiques dans le métal liquide et dans le laitier, consécutives à l'injection d'oxygène et de charbon par des lances respectivement dans le métal liquide et dans le laitier. En effet, l'injection d'oxygène provoque la formation d'oxyde de fer qui passe dans le laitier, où l'injection de charbon provoque la formation d'oxyde de- carbone qui fait mousser le laitier. L'arc est donc plus ou moins immergé dans la couche de laitier pendant le processus d'affinage. In addition, the slag which floats above the liquid metal bath undergoes, during the refining of the steel, foaming caused by the chemical reactions in the liquid metal and in the slag, following the injection of oxygen and carbon by lances respectively in the liquid metal and in the slag. Indeed, the injection of oxygen causes the formation of iron oxide which passes into the slag, where the injection of carbon causes the formation of carbon monoxide which causes the slag to foam. The arc is therefore more or less immersed in the slag layer during the refining process.
Or, on a constaté qu'il existe une corrélation entre la distorsion de la tension aux bornes de l'arc électrique à courant continu et le moussage du laitier. En effet, le moussage influe sur les caractéristiques de l'arc électrique, à savoir essentiellement sa tension et par contre-coup l'intesité du courant. However, it has been found that there is a correlation between the distortion of the voltage across the terminals of the direct current electric arc and the foaming of the slag. In fact, foaming influences the characteristics of the electric arc, namely essentially its voltage and, as a result, the intensity of the current.
L'invention a donc également pour objet de permettre la conduite du processus dans le four à partir de l'évolution du moussage du laitier. The object of the invention is therefore also to allow the process to be conducted in the furnace from the evolution of the foaming of the slag.
Le procédé conforme à l'invention est ainsi caractérisé en ce que - on capte un signal représentant la tension instantanée aux bornes de l'arc, - on achemine le signal simultanément dans deux filtres passe-bande respectivement à bande large haute fréquence excluant la composante continue et à bande large incluant la composante continuer - on transmet les signaux issus des filtres à des extracteurs de valeur efficace - on élabore au moyen d'un module diviseur un signal énergétique proportionnel au rapport de la valeur efficace du signal issu du filtre à bande large excluant la composante continue et de la valeur efficace du signal issu du filtre à bande large incluant la composante continue, - et on affiche le signal énergétique proportionnel obtenu sur une échelle où il est exprimé en pourcentage, ce pourcentage étant indicatif de la tenue de l'arc, significatif de la phase d'élaboration. The method according to the invention is thus characterized in that - a signal representing the instantaneous voltage across the arc is picked up, - the signal is routed simultaneously in two bandpass filters, respectively, at high frequency broadband excluding the component continuous and broadband including the continue component - the signals from the filters are transmitted to effective value extractors - an energy signal is produced by means of a divider module proportional to the ratio of the effective value of the signal from the band filter wide excluding the DC component and the rms value of the signal from the wide band filter including the DC component, - and the proportional energy signal obtained is displayed on a scale where it is expressed as a percentage, this percentage being indicative of the behavior of the arc, significant of the development phase.
Dans le cas où la couche de laitier subit effectivement un moussage durant le processus, l'arc étant ainsi immergé dans la mousse, on utilise le signal énergétique proportionnel obtenu comme indicateur du degré d'immersion de l'arc dans le laitier moussant, la valeur dudit signal tendant vers un minimum lorsque le mous sage du laitier provoque une immersion maximale de ltarc. In the case where the slag layer actually undergoes foaming during the process, the arc being thus immersed in the foam, the proportional energy signal obtained is used as an indicator of the degree of immersion of the arc in the foaming slag, the value of said signal tending to a minimum when the slag foam causes a maximum immersion of the tar.
On mesure ainsi la distorsion harmonique de la tension aux bornes de l'arc qui constitue une image de la stabilité de l'arc, améliorée lorsque celui-ci est immergé dans la mousse. Les opérateurs conduisant la marche du four disposent alors d'un indicateur leur permettant des réglages en temps réel, d'homogénéiser les consignes entre les équipes, et de fournir un indicateur de SPC (Contrôle Statistique de Procédé). We thus measure the harmonic distortion of the voltage across the arc which constitutes an image of the stability of the arc, improved when it is immersed in the foam. The operators operating the oven then have an indicator allowing them to adjust in real time, to standardize the instructions between the teams, and to provide an SPC (Statistical Process Control) indicator.
Le dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé comprend - un capteur d'un signal représentant la tension aux bornes de l'arc, - deux filtres passe-bande dont l'un est à bande large haute fréquence excluant la composante continue et l'autre à bande large haute fréquence incluant la composante continue, - deux extracteurs de valeur efficace reliés respectivement aux filtres précités, - un module diviseur relié aux extracteurs et capable d'élaborer un signal énergétique proportionnel au rapport de la valeur efficace du signal issu du filtre à bande large excluant la composante continue et de la valeur efficace du signal issu du filtre à bande large incluant la composante continue, - un organe d'affichage en pourcentage du signal énergétique proportionnel délivré par le module diviseur, - et une liaison éventuelle avec un calculateur. The device for implementing this method comprises - a sensor for a signal representing the voltage across the arc, - two bandpass filters, one of which is a high frequency broadband excluding the DC component and l other broadband high frequency including the DC component, - two extractors of effective value respectively connected to the aforementioned filters, - a divider module connected to the extractors and capable of developing an energy signal proportional to the ratio of the effective value of the signal from the broadband filter excluding the DC component and the rms value of the signal from the broadband filter including the DC component, - a display device as a percentage of the proportional energy signal delivered by the divider module, - and a possible connection with a calculator.
D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre, faite en référence au dessin annexé qui en illustre une forme de réalisation à titre d'exemple non limitatif. Other features and advantages of the invention will become apparent during the description which follows, given with reference to the appended drawing which illustrates an embodiment thereof by way of nonlimiting example.
La figure 1 est une vue en coupe schématique d'un four à arc à courant continu d'élaboration de métal liquide. Figure 1 is a schematic sectional view of a direct current arc furnace for the production of liquid metal.
La figure 2 est un schéma synoptique du dispositif de mise en ouvre du procédé de mesure de l'instabilité de l'arc du four électrique de la Fig.1.
Le four électrique I de la Fiv.1 comporte une électrode supérieure 2 et une électrode de sole 2', et contient un bain de métal liquide M. Au desssus du métal liquide M se trouve durant le processus une couche L de laitier, traversée à un degré variable par l'arc électrique 3. FIG. 2 is a block diagram of the device for implementing the method for measuring the instability of the arc of the electric oven of FIG. 1.
The electric oven I of Fiv. 1 has an upper electrode 2 and a hearth electrode 2 ', and contains a bath of liquid metal M. Above the liquid metal M there is during the process a layer L of slag, crossed at a variable degree by the electric arc 3.
Des lances non représentées, symbolisées par les flèches traversant la paroi du four 1, permettent l'injection respectivement d'oxygène dans le métal liquide M et de charbon dans le laitier L. Ces injections provoquent des réactions chimiques dans le bain et dans le laitier, qui à leur tour provoquent un moussage de ce dernier, à l'intérieur duquel est donc immergé plus ou moins l'arc 3, ce qui influe sur la tension aux bornes de l'arc. Lances, not shown, symbolized by the arrows passing through the wall of the furnace 1, allow the injection of oxygen respectively into the liquid metal M and of coal into the slag L. These injections cause chemical reactions in the bath and in the slag , which in turn cause the latter to foam, inside of which the arc 3 is therefore more or less immersed, which influences the voltage across the arc.
Pour suivre l'évolution du moussage du laitier L et ainsi permettre des interventions en cours de processus, ltinvention prévoit un système électrique dont le circuit est représenté à la Fig.2. To follow the evolution of the foaming of the slag L and thus allow interventions during the process, the invention provides an electrical system whose circuit is shown in Fig.2.
Ce dispositif de mesure comprend ainsi - un capteur 4 d'un signal représentant la tension aux bornes de l'arc 3, mesurée entre les conducteurs + et - du circuit électrique du four à courant continu., - un amplificateur 5 du signal fourni par le capteur 4, - deux filtres passe-bande reliés à l'amplificateur 5, dont l'un 6 est à bande large haute fréquence excluant la composante continue et l'autre 7 à bande large incluant la composante continue, - deux extracteurs de valeur efficace 8, 9 reliés respectivement aux filtres précités 6 et 7, - un module diviseur il relié aux extracteurs 6, 7 et capable d'élaborer un signal énergétique proportionnel au rapport de la valeur efficace du signal issu du filtre à bande large 6 et de la valeur efficace du signal issu du filtre à bande étroite 7, - et enfin un organe 12 d'affichage en pourcentage du signal énergétique proportionnel délivré par le module diviseur 11. This measuring device thus comprises - a sensor 4 of a signal representing the voltage at the terminals of the arc 3, measured between the conductors + and - of the electric circuit of the direct current oven., - an amplifier 5 of the signal supplied by the sensor 4, - two bandpass filters connected to the amplifier 5, one of which 6 is a high frequency broadband excluding the DC component and the other 7 a wideband including the DC component, - two value extractors efficient 8, 9 respectively connected to the aforementioned filters 6 and 7, - a divider module there connected to the extractors 6, 7 and capable of developing an energy signal proportional to the ratio of the effective value of the signal from the wide band filter 6 and of the effective value of the signal from the narrow band filter 7, and finally a member 12 for displaying the percentage of the proportional energy signal delivered by the divider module 11.
Le capteur 4 est un capteur de tension directement relié au jeu de barres (10, 10') d'alimentation des électrodes 2 et 2' et posséde une large bande passante depuis la composante continue jusqu'à de hautes fréquences. Dans le cas d'un four à courant continu à plusieurs électrodes de graphite, les précautions classiques sont prises pour éviter l'influence des autres conducteurs, en particulier en ce qui concerne la disposition du circuit de mesure. The sensor 4 is a voltage sensor directly connected to the busbar (10, 10 ') supplying the electrodes 2 and 2' and has a wide bandwidth from the DC component to high frequencies. In the case of a direct current furnace with several graphite electrodes, conventional precautions are taken to avoid the influence of other conductors, in particular with regard to the arrangement of the measurement circuit.
Ces précautions sont habituelles et connues de l'homme de l'art.These precautions are usual and known to those skilled in the art.
L'amplificateur 5 est un amplificateur d'isolement, par exemple à séparation galvanique. Les filtres 6 et 7 dissocient le signal d'origine en deux branches dans chaque filtre. Le filtre 6 peut ainsi être un passe-bande de 10 à 1000 Hz à pente voisine de 50dB/octave, tandis que le filtre 7 peut être un passe-bas dont la bande passante s'étend du continu jusqu'à 1000 Hz ; les deux filtres 6 et 7 réalisent ainsi la séparation entre les composantes fréquentielles situées dans la bande 10 à 1000 Hz et la composition complète du signal du continu jusqu'à 1000 Hz. Amplifier 5 is an isolation amplifier, for example with galvanic separation. Filters 6 and 7 dissociate the original signal into two branches in each filter. The filter 6 can thus be a bandpass from 10 to 1000 Hz with a slope close to 50 dB / octave, while the filter 7 can be a low-pass whose bandwidth extends from continuous to 1000 Hz; the two filters 6 and 7 thus carry out the separation between the frequency components situated in the band 10 at 1000 Hz and the complete composition of the signal from the continuous up to 1000 Hz.
Cette bande de fréquences s'est révélée particulièrement intéressante, quant à la précision de la mesure et du traitement du signal, pour la mise en oeuvre du procédé. This frequency band has proved to be particularly advantageous, as regards the precision of the measurement and of the signal processing, for the implementation of the method.
La valeur énergétique des deux signaux issus des deux filtres 6, 7 est obtenue par les deux extracteurs 8, 9 de valeur efficace, dont les caractéristiques sont identiques ("root mean square"). Les extracteurs 8 et 9 reçoivent à l'entrée des signaux alternatifs et/ou continus et délivrent des signaux continus, et doivent avoir rigoureusement les mêmes caractéristiques d'intégration. The energy value of the two signals from the two filters 6, 7 is obtained by the two extractors 8, 9 of effective value, the characteristics of which are identical ("root mean square"). The extractors 8 and 9 receive alternating and / or continuous signals at the input and deliver continuous signals, and must have rigorously the same integration characteristics.
Le diviseur il calcule le rapport des valeurs énergétiques des signaux fournis par les extracteurs 8 et 9, le résultat de ce calcul étant affiché sur l'organe 12. The divider calculates the ratio of the energy values of the signals supplied by the extractors 8 and 9, the result of this calculation being displayed on the member 12.
Le signal fourni par le diviseur Il peut être considéré comme un indicateur de mous sage du laitier L, du fait que sa valeur tend vers un minimum lorsque le mous sage du laitier provoque une immersion maximale de l'arc 3. Ainsi la valeur du quotient délivré par le diviseur Il est minimum lorsque le moussage est maximum (l'arc 3 étant complètement enveloppé de mousse) et inversement. The signal provided by the divider It can be considered as an indicator of slack softness L, since its value tends to a minimum when the slack soft causes a maximum immersion of the arc 3. Thus the value of the quotient delivered by the divider It is minimum when the foaming is maximum (the arc 3 being completely wrapped in foam) and vice versa.
Ceci peut se comprendre par le fait que le développement du mous sage provoque une diminution des perturbations électriques de l'arc, donc des harmoniques de la tension d'arc, ce qui provoque alors une diminution du rapport du signal énergétique délivré par l'extracteur 8 au signal énergétique délivré par l'extracteur 9. This can be understood by the fact that the development of the soft ring causes a reduction in the electrical disturbances of the arc, therefore in the harmonics of the arc voltage, which then causes a reduction in the ratio of the energy signal delivered by the extractor. 8 to the energy signal delivered by the extractor 9.
Bien entendu, la zone 10-1000 Hz donnée ci-dessus n'est fournie qu'à titre d'exemple, car pour un bain de métal liquide M elle est la plus riche en informations. En dehors de cette bande, plus on s'approche de la composante continue, plus doit être utilisé un filtre à pente raide. C'est pourquoi on choisit une fenêtre de fréquence appropriée. Le plafond de 1000 Hz s'est révélé dans l'exemple donné approprié, car au-delà d'une certaine fréquence (qui peut être différente de 1000 Hz, par exemple 2000 Hz) les informations supplémentaires obtenues ne sont plus utiles. Of course, the 10-1000 Hz zone given above is only provided by way of example, because for a liquid metal bath M it is the richest in information. Outside this band, the closer we get to the DC component, the more a steep filter should be used. This is why we choose an appropriate frequency window. The ceiling of 1000 Hz has proved to be appropriate in the example given, because beyond a certain frequency (which may be different from 1000 Hz, for example 2000 Hz) the additional information obtained is no longer useful.
Selon une variante préférentielle, le filtre excluant la composante continue peut être un filtre numérique qui exclut également les composantes harmoniques du signal. Ces harmoniques proviennent du fait que la tension de sortie des redresseurs d'alimentation du four a une composante périodique issue de l'alimentation en courant alternatif de ces redresseurs. il s'ensuit que le signal représentant la tension aux bornes de l'arc comporte des composantes harmoniques qui, dans certains cas, risquent d'être prépondérantes par rapport aux composantes aléatoires du signal, qui sont seules représentatives de la stabilité de l'arc. Ledit filtre numérique permet de conserver exclusivement ces composantes aléatoires, et donc d'améliorer la précision du signal issu du diviseur. According to a preferred variant, the filter excluding the DC component can be a digital filter which also excludes the harmonic components of the signal. These harmonics arise from the fact that the output voltage of the furnace supply rectifiers has a periodic component originating from the alternating current supply of these rectifiers. it follows that the signal representing the voltage at the terminals of the arc comprises harmonic components which, in certain cases, are likely to be preponderant compared to the random components of the signal, which are only representative of the stability of the arc . Said digital filter allows these random components to be kept exclusively, and therefore improves the precision of the signal from the divider.
Les résultats fournis par l'indicateur 12 peuvent être utilisés de la manière suivante
1. Pour le réglage en temps réel du four 1
Par I'oérateur de contrôle. En effet si le signal del'organe 12 est maximum1 cela signifie que l'arc 3 est très peu immergé dans la mousse et que s'impose un réglage de la marche du four1 par exemple un positionnement différent des lances d'injection d'oxygène et de charbon, ou un réglage des débits d'injection.The results provided by indicator 12 can be used as follows
1. For real time setting of the oven 1
By the control operator. Indeed if the signal from the organ 12 is maximum1 this means that the arc 3 is very little immersed in the foam and that it is necessary to adjust the operation of the oven1 for example a different positioning of the oxygen injection lances and coal, or a setting of injection rates.
2. OPtimisation de la marche du four. il est possible de fournir à l'indicateur 12 des valeurs de consigne auxquelles seront liés des ordres d'intervention déterminés, pour le réglage de certains paramètres en fonction des valeurs enregistrées. 2. Optimization of the oven operation. it is possible to supply indicator 12 with setpoints to which specific intervention orders will be linked, for the adjustment of certain parameters as a function of the recorded values.
En l'absence de moussage du laitier L, le procédé selon l'invention permet de suivre la tenue de l'arc 3, qui est influencée par d'autres paramètres que le moussage. Ainsi par exemple pendant les phases de fusion des paniers de ferrailles à partir d'un pourcentage donné, par exemple 20 à 30 %, de l'indicateur 12, on saura que le four est en fin de fusion, et qu'il faut alors le recharger pour conserver un rendement maximum. Le procédé peut ainsi être mis à profit pour maintenir les caractéristiques de l'arc à des valeurs constantes. In the absence of foaming of the slag L, the method according to the invention makes it possible to follow the behavior of the arc 3, which is influenced by other parameters than the foaming. Thus for example during the melting stages of the scrap baskets from a given percentage, for example 20 to 30%, of the indicator 12, it will be known that the furnace is at the end of melting, and that it is then necessary recharge it to maintain maximum performance. The method can thus be used to maintain the characteristics of the arc at constant values.
On notera que le filtre 6, dans l'exemple indicatif donné ci-dessus, peut être en fait constitué par une succession de deux filtres à deux cellules, le premier étant passe-bas 1000 Hz et le second étant passe haut 10 Hz. Le gain est réglé à O ou 20dB, seule la première cellule étant réglée à 20dB pour la comptabilité des signaux sur le diviseur Il. It will be noted that the filter 6, in the indicative example given above, can in fact be constituted by a succession of two filters with two cells, the first being low pass 1000 Hz and the second being high pass 10 Hz. gain is set to O or 20dB, only the first cell being set to 20dB for signal accounting on the divider II.
Toutefois un seul filtre 6 peut suffire, avec une première cellule réglée à 1000 Hz et une deuxième cellule réglée à 10 Hz, et le gain de l'une des deux à 20dB. However, a single filter 6 may suffice, with a first cell set at 1000 Hz and a second cell set at 10 Hz, and the gain of one of the two at 20dB.
Claims (8)
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| FR9015620A FR2670571A3 (en) | 1990-12-13 | 1990-12-13 | Method and device for measuring the instability of an arc in an electric furnace for the processing (treatment) of liquid metal, fed with direct current |
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