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(11) | EP 0 204 935 B1 |
| (12) | FASCICULE DE BREVET EUROPEEN |
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Procédé de contrôle du chargement d'un four à cuve Verfahren zum Kontrollieren der Beschickung eines Schachtofens Method for controlling the charging of a shaft furnace |
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| Il est rappelé que: Dans un délai de neuf mois à compter de la date de publication de la mention de la délivrance de brevet européen, toute personne peut faire opposition au brevet européen délivré, auprès de l'Office européen des brevets. L'opposition doit être formée par écrit et motivée. Elle n'est réputée formée qu'après paiement de la taxe d'opposition. (Art. 99(1) Convention sur le brevet européen). |
[0001] La présente invention concerne un procédé de contrôle du chargement d'un four à cuve, comprenant une goulotte de distribution rotative ou oscillante pour assurer la distribution de la matière sur la surface de chargement du four, une ou plusieurs trémies de stockage de la matière au-dessus du four, pourvues chacune d'un clapet de dosage pour régler le débit de la matière de chargement s'écoulant de la trémie vers la goulotte, un système de pesée pour déterminer le contenu de la trémie, procédé selon lequel on détermine, par calcul ou expérimentation, le degré d'ouverture initial du clapet pour que le contenu d'une trémie s'écoule en un temps déterminé, on mémorise, pour différents types de matière et différentes conditions de chargement, les courbes théoriques d'un débit constant déterminé ainsi que de la position correspondante du clapet de dosage oour assurer l'écoulement dans le temps déterminé, ces courbes fournissant à chaque instant le débit de consigne Qc et la position du clapet, on établit à intervalles déterminés le débit réel Q, en mesurant la diminution de poids AP du contenu de la trémie par unité de temps At et l'on compare le débit réel Q, au débit de consigne Qc.
[0002] Lors du chargement d'un four à cuve à l'aide d'une goulotte de distribution, on s'arrange généralement de manière à déposer une couche, à symétrie diamétrale et uniformité circulaire sur la surface de chargement à l'aide du contenu d'une trémie de stockage. A cet effet, on dispose généralement d'un temps prédéterminé imposé par le rendement et la capacité du four, le mode de distribution et-la- coordination des opérations, telles que ouverture, fermeture des clapets, amenée de la matière de chargement etc. Connaissant donc ce temps disponible, il faut régler l'ouverture du clapet de dosage contrôlant l'écoulement hors de la trémie de manière que celle-ci se vide au moment où la goulotte termine sa phase de balayage à l'expiration du temps imposé.
[0003] Le réglage du clapet est réalisé, à cet effet, de la manière indiquée ci-dessus et comme décrit également dans les brevets US 3 929 240 et 4 074 816. Théoriquement, un réglage effectué de cette manière devrait permettre le dépôt d'une couche telle que souhaitée par les sidérurgistes. En pratique, il n'en est malheureusement pas ainsi, car certains paramètres peuvent influencer le débit d'écoulement, indépendamment de la position du clapet. Ainsi, par exemple, lorsque l'on choisit la position d'ouverture du clapet à partir de données étalon mémorisées et suivant la nature du matériau à charger afin d'obtenir un débit bien déterminé, on constate qu'en début de la phase d'écoulement le poids de la colonne des matières se trouvant au-dessus de l'ouverture d'écoulement peut provoquer une augmentation du débit. Par contre, au fur et à mesure de la vidange de la trémie, la diminution du poids réduit la poussée sur l'écoulement de sorte que le débit tombe en-dessous du débit de consigne. A cause de ce ralentissement, on dépasse nécessairement le temps imposé par le chargement du contenu d'une trémie dans le four, ce qui non seulement perturbe le programme de chargement, mais en plus, est la cause d'un chargement non symétrique, c'est-à-dire que la hauteur de la couche déposée est irrégulière dans le sens circulaire de la surface de chargement. D'autres facteurs, comme par exemple le degré d'humidité ou la granulométrie du matériau de chargement, peuvent influencer le débit.
[0004] Pour y remédier, on a essayé de corriger la position du clapet de dosage en fonction des fluctuations du débit, c'est-à-dire que l'on ferme légèrement le clapet lorsque le débit réel mesuré par la diminution du poids de la trémie est supérieur au débit de consigne et que l'on ouvre davantage le clapet lorsque le débit tombe au-dessous de la valeur de consigne. Toutefois, en réalité, la détermination du débit pour une position bien précise du clapet n'est possible qu'après que cette position ait été atteinte et, compte tenu du laps de temps nécessaire à la détermination du débit, la position idéale ou de consigne du clapet lors des corrections de position esttoujours atteinte, avant que l'on puisse le savoir. Autrement dit, quel que soit le sens de déplacement du clapet, c'est-à-dire ouverture ou fermeture, il est toujours déplacé trop loin et il est nécessaire d'effectuer des corrections successives et alternativement en sens opposé. Le résultat est que le débit réel oscille constamment autour de la valeur de consigne.
[0005] Le seul résultat positif réalisable par ce procédé est que l'on arrive plus ou moins à respecter le temps imposé pour l'écoulement du contenu d'une trémie. Par contre, à cause des fluctuations du débit, le dépôt de la matière de chargement devient encore plus irrégulier que sans corrections. En plus, ce procédé entraîne un inconvénient supplémentaire, dans la mesure-où-les inversions du movemenmt de déplacement du clapet entre ouverture et fermeture et vice-versa provoquent des coups entraînant de fausses impulsions dans le système de mesure du poids.
[0006] Le but de la présente invention est de prévoir un nouveau procédé pour manoeuvrer le clapet de dosage de façon à assurer un débit quasi uniforme correspondant au débit de consigne.
[0007] Pour atteindre cet objectif, le procédé proposé par la présente invention est caractérisé en ce que le clapet de dosage est ouvert chaque fois que le débit réel est inférieur au débit de consigne et en ce qu'il est maintenu en position lorsque le débit réel est supérieur au débit de consigne.
[0008] L'ouverture du clapet est réalisée suivant une amplitude AS qui correspond à la différence entre la position du clapet correspondant au débit de consigne Qc et celle correspondant au débit réel Q,.
[0009] Selon un mode d'exécution avantageux, la vitesse d'actionnement du clapet est proportionnelle à la différence AS, c'est-à-dire si cette différence AS est grande, le clapet est déplacé relativement vite, alors que si cette différence AS est faible, le clapet est déplacé lentement. Comme mesure supplémentaire permettant d'assurer que le clapet ne dépasse pas la position visée, sa vitesse de déplacement devient nulle lorsque la différence AS atteint un minimum prédéterminé.
[0010] D'autres particularités et caractéristiques ressortiront de la description détaillée d'un mode d'exécution avantageux décrit ci-dessous, en référence aux dessins annexés, dans lesquels:
[0011] la figure 1 montre la courbe représentant la diminution du poids de la trémie sans correction de la position du clapet;
la figure 2 montre la courbe représentant la diminution du poids de la trémie avec correction de la position du clapet dans les deux sens;
la figure 3 montre la courbe représentant la diminution en poids de la trémie avec correction de la position du clapet dans un sens seulement selon la présente invention et
la figure 4 montre un schéma synoptique d'un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé selon la présente invention.
[0012] La figure 1 montre, en traits gras, la courbe représentant le poids réel P,, c'est-à-dire le poids mesuré tandis que la courbe en traits mixtes représente le poids de consigne Pc qui devrait permettre un écoulement uniforme de la matière de chargement dans le temps imposé T. Le gradient de ces courbes, c'est--à-dire
représente le débit de l'écoulement qui est constant pour la courbe Pc.
[0013] Comme on peut le constater, l'évolution horizontale du débit de chacune des courbes P, et Pc représente la phase d'ouverture du clapet de dosage. Lorsque celui-ci a atteint sa position d'ouverture correspondant au débit de consigne Qc calculé d'après les données mémorisées et basées sur des calculs ou des expériences de chargement précédents, la diminution de poids de la trémie devrait être linéaire pour assurer un débit constant correspondant au débit de consigne Qc. Toutefois, comme le montre l'évolution des deux courbes, à partir d'un certain moment, la différence entre le poids et la matière qui se trouve réellement dans la trémie et celui de la matière qui devrait encore s'y trouver pour respecter le débit constant Qc devient de plus en plus grande et la trémie ne sera vide que bien au-delà du temps imposé T.
[0014] Comme expliqué ci-dessus, des manoeuvres de correction de la position de clapet pour tenter de compenser l'écart entre les courbes P, et Pc entraînent la situation de la figure 2 dans laquelle le débit réel oscille autour de la valeur de consigne car le clapet est toujours déplacé trop loin, quel que soit le sens de son déplacement.
[0015] Par contre, en manoeuvrant conformément à la présente invention, c'est-à-dire en effectuant les corrections de la position du clapet seulement dans le sens de son ouverture, on arrive à linéariser la courbe P, et la confondre avec la courbe Pc pour respecter le débit de consigne, comme le montre la figure 3.
[0016] Si en manoeuvrant conformément à la présente invention, l'ouverture du clapet était trop grande, c'est-à-dire que le débit mesuré était supérieur au débit de consigne, on ne bouge pas le clapet, car sur base des connaissances de la figure 1, on sait que le débit va nécessairement diminuer sans modifier la position du clapet.
[0017] On va maintenant décrire en référence à la figure 4, un mode d'exécution avantageux pour la réalisation de ce procédé de correction de la position du clapet. Cette figure montre la tête d'un four 10 dans laquelle se trouve une goulotte 12 animée par un dispositif d'entraînement 14 pour la faire tourner autour de l'axe du four et ajuster son angle de déversement. Une charpente 16 portée par le four 10 supporte par l'intermédiaire d'une série de pesons 20 une trémie 18. Ces pesons fournissent constamment des indications sur le poids de la trémie 18 et, par conséquent, sur son contenu. L'orifice d'écoulement de cette trémie 18 est contrôlé par un clapet de dosage 22 qui peut être composé de deux registres à déplacement symétrique autour de l'axe du four. Ce clapet de dosage 22 est actionné par un cylindre hydraulique 24, tandis que la position réelle du clapet est constamment déterminée par un détecteur de position 26.
[0018] Sur la figure, on n'a représenté qu'une seule trémie de chargement centrale 18. Il est toutefois évident que l'invention s'applique également à d'autres installations comprenant deux ou plusieurs trémies de chargement.
[0019] Le cylindre hydraulique 24 commandant la position du clapet de dosage 22 est actionné par une vanne hydraulique 28 à action proportionnelle qui reçoit l'huile sous pression d'une centrale hydraulique 30. Le circuit de commande comporte également un ordinateur 32 pour effectuer les opérations de calcul et mémoriser toutes les informations nécessaires. Les informations de cet ordinateur 32 sont transmises vers une unité de contrôle 34 qui commande la vanne hydraulique 28 pour régler le débit de l'huile, cest-à-dire la vitesse de manoeuvre du cylindre hydraulique 24 et du clapet 22.
[0020] L'ordinateur 32 reçoit en permanence les informations P, et S, représentant respectivement le poids réel du contenu de la trémie 18 et la position réelle du clapet de dosage 22. Il réçoit, par ailleurs, des informations de consigne par le programme de chargement, notamment le temps T qu'on s'impose pour l'écoulement du contenu de la trémie 18 en fonction du programme de chargement et/ou de la distribution de la matière. Dans l'ordinateur 32 sont mémorisées les informations nécessaires à la commande, tels que différents paramètres relatifs à la nature de la matière de chargement, la position du clapet pour assurer un débit déterminé d'un matériau déterminé etc. Ces informations mémorisées résultent principalement de mises à jour successives basées sur les connaissances obtenues par des chargements précédents. C'est sur base de ces informations que l'ordinateur calcule et donne des informations de consigne à l'unité de contrôle 34 pour la manoeuvre du clapet 22. Ainsi, par exemple, sachant le temps T imposé pour l'écoulement du contenu de la trémie 18 et connaissant le poids de celui-ci et les paramètres relatifs à la nature du matériau, notamment sa granulométrie et éventuellement d'autres paramètres influençant la vitesse d'écoulement, l'ordinateur détermine le débit de consigne Qc et à partir de celui-ci la position d'ouverture initiale du clapet 22. L'unité de contrôle 34 commande, sur base des informations de consigne reçues de l'ordinateur 32, la vanne hydraulique 28 qui actionne le cylindre 24 jusqu'à ce que la vanne 22 occupe la position d'ouverture de consigne. Cette manoeuvre est contrôlée par le détecteur 26 qui fournit les informations concernant la position instantanée du clapet à l'unité de contrôle qui arrête le mouvement d'ouverture du clapet 22 lorsque la différence AS entre la position réelle S, et la position de consigne Sc est approximativement égale à zéro. A partir de ce moment, cest-à-dire lorsque le clapet 22 occupe sa position d'ouverture de consigne, l'ordinateur détermine à intervalles prédéterminés, par exemple toutes les trois à quatre secondes, l'évolution de la diminution du poids de la trémie 18. Trois cas différents peuvent dès lors se présenter:
1 ) Si le débit réel Qr, c'est-à-dire la diminution de poids Pr par unité de temps est égale au débit de consigne Qc ou est différent de celui-ci d'une quantité négligeable dont la valeur a été fixée arbitrairement au préalable, le clapet 22 est maintenu dans sa position d'ouverture initiale.
2) Si le débit réel Qr est supérieur au débit de consigne Qc, c'est-à-dire que la position S, du clapet est trop grande et que AS = Sc - Sr est négatif, aucune correction de la position du clapet n'est effectuée sachant d'après les renseignements de la figure 1 que le débit Q, va diminuer automatiquement sans modification de la position du clapet 22 pour se rapprocher du débit de consigne Qc. Il est néanmoins possible de prévoir comme mesure de prévoyance, par exemple en cas de faute de programmation, que si AS dépasse exceptionellement une limite supérieure, que le clapet soit automatiquement fermé d'une grandeur correspondant à cette limite prédéterminée.
3) Si le débit réel Q, devient inférieur au débit de consigne Qc, sela signifie que la position de consigne Sc précédente du clapet 22 était en fait trop petite et l'on procède dès lors à une correction de la position du clapet. A cet effet, l'ordinateur calcule les positions du clapet correspondant respectivement au débit de consigne Qc et au débit réel Qr et détermine la différence AS entre ces deux positions. L'unité de contrôle 34 commande dès lors à travers la vanne hydraulique 28 l'ouverture du clapet 22 d'une valeur égale à AS. Cette correction est répétée chaque fois qu'il devient nécessaire, cest-à-dire chaque fois que le débit réel s'écarte du débit de consigne d'une valeur prédéterminée. Ces positions de consigne successivement corrigées du clapet 22 sont mémorisées dans l'ordinateur 32, de sorte que le chargement ultérieur effectué dans des conditions comparables ne nécessitent plus de corrections ou des corrections de moins en moins fréquentes.
[0021] Suivant un mode de mise en oeuvre avantageux de l'invention, le débit d'huile est reglé par la vanne 28 sur ordre de l'unité de contrôle 34 en fonction de la grandeur AS, c'est-à-dire que le clapet 28 est déplacé plus vite lorsque AS est grand, et inversement, est déplacé de plus en plus lentement au fur et à mesure que AS diminue. Il est même préférable d'arrêter le clapet lorsque AS atteint une limite inférieure prédéterminée pour être certain d'éviter que le clapet ne dépasse sa position de consigne et risquer éventuellement ainsi de se retrouver dans la situation de la figure 2.
[0022] Il reste finalement à souligner que le hardware décrit en référence à la figure 4 pour la mise en oeuvre du procédé n'a été montré qu'à titre d'illustration et qu'il est possible de remplacer certains éléments par d'autres ayant les mêmes fonctions. Par exemple, le circuit de commande hydraulique du clapet de réglage pourrait être remplacé par un circuit pneumatique ou un réseau électrique, la vanne à action proportionnelle 28 étant remplacée respectivement par une servo-vanne ou un circuit à thyristor.
1. Procédé de contrôle du chargement d'un four à cuve, comprenant une goulotte de
distribution rotative ou oscillante pour assurer la distribution de la matière sur
la surface de chargement du four, une ou plusieurs trémies de stockage de la matière
au-dessus du four pourvues chacune d'un clapet de dosage pour régler le débit de la
matière de chargement s'écoulant de la trémie vers la goulotte, un système de pesée
pour déterminer le contenu de la trémie, procédé selon lequel on détermine, par calcul
ou expérimentation, le degré d'ouverture initial du clapet pour que le contenu d'une
trémie s'écoule en un temps déterminé, on mémorise, pour différents types de matière
de différentes conditions de chargement, les courbes théoriques d'un débit constant
déterminé ainsi que de la position correspondante du clapet de dosage pour assurer
l'écoulement dans le temps déterminé, ces courbes fournissent à chaque instant le
débit de consigne Qc et la position du clapet, on établit, à intervalles déterminés, le débit réel Q,
en mesurant la diminution de poids ΔP du contenu de la trémie par unité de temps At
et l'on compare le débit réel Qr au débit de consigne Qc, caractérisé en ce que le clapet de dosage est ouvert suivant une amplitude ΔS qui
correspond à la différence entre la position du clapet correspondant au débit de consigne
Qc et celle correspondant au débit réel Qr, chaque fois que le débit réel Q, est inférieur au débit de consigne Qc et en ce qu'il est maintenu en position lorsque le débit réel Q, est supérieur au
débit de consigne Qc.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'ouverture initiale du
clapet est choisie de telle manière que le débit qui en résulte corresponde au débit
de consigne Qc calculé.
3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 3, caractérisé en ce que la vitesse
d'actionnement du clapet est proportionnelle à la différence AS du déplacement nécessaire
du clapet.
4. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que la vitesse de déplacement
du clapet devient nulle lorsque la différence ΔS atteint un minimum prédéterminé.
1. Verfahren zur Kontrolle der Beschickung eines Schachtofens mit einer drehbaren
oder schwenkbaren Verteilerschurre zum Verteilen des Materials über die Beschickungsoberfläche
des Ofens, einem oder mehreren Vorratsrichtern über dem Ofen für das Material, von
denen jeder mit einem Dosierorgan versehen ist, um die Auslaufrate des aus dem Trichter
nach der Schurre auslaufenden Bechickungsmaterials zu steuern, einem Wägesystem, um
das Gewicht des Trichterinhalts zu bestimmen, wobei gemäß diesem Verfahren durch Rechnung
oder Versuch der anfängliche Öffnungsgrad der Klappe bestimmt wird, bei dem der Inhalt
eines Trichters in einer bestimmten Zeit ausläuft, und für verschiedene Arten von
Material und verschiedene Beschickungsbedingungen die theoretischen Kurven für eine
bestimmte konstante Auslaufrate, sowie die entsprechende Position der Dosierklappe,
bei der das Material in der vorgegebenen Zeit ausläuft, gespeichert werden, so daß
diese Kurven in jedem Augenblick die Soll-Auslaufrate Qc und die Position der Klappe liefern, und in bestimmten Intervallen die tatsächliche
Auslaufrate Q, durch Messung der Gewichtsabnahme ΔS des Trichterinhalts pro Zeiteinheit
At ermittelt wird, und die tatsächliche Auslaufrate Q, mit der Soll-Auslaufrate Qc verglichen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Dosierklappe jedesmal wenn die tatsächliche
Auslaufrate Qr kleiner als die Soll-Auslaufrate Qc ist, um einen Betrag AS weiter geöffnet wird, der der Differenz zwischen der Position
der Klappe für die Soll-Auslaufrate Qc und der Position für die tatsächliche Auslaufrate Qr entspricht, und daß die Dosierklappe in ihrer Position belassen wird, wenn die tatsächliche
Auslaufrate Q, größer als die Soll-Auslaufrate Qc ist.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die anfängliche Öffnung
der Klappe so gewählt wird, daß die sich dabei ergebende Auslaufrate der berechneten
Soll-Auslaufrate Qc entspricht.
3. Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungsgeschwindigkeit
der Klappe proportional zu der Differenz AS der erforderlichen Nachstellung der Klappe
ist.
4. Verfahren gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegungsgeschwindigkeit
der Klappe Null wird, wenn die Differenz ein vorgegebenes Minimum erreicht.
1. Process for controlling the charging of a shaft furnace, comprising a rotary or
oscillating distribution spout for distribution the material over the charging surface
of the furnace, one or more hoppers for the storage of the material above the furnace,
each provided with a dosing valve serving to regulate the flow of charging material
from the hopper to the spout, and a weighing system to determine the contents of the
hoppers, which process determines, by calculation or by experiment, the extent to
which the valve must be initially open for the contents of the hopper to flow out
within a given period, and memorizes for different types of material and different
charging condition the theoretical curves of a given constant flow and of the corresponding
position of the dosing valve required to ensure the outflow within the given period,
these curves indicating at each moment the reference flow Qc and the position of the valve, the real flow Qr being determined at given intervals by measuring the reduction of weight AP in the
contents of the hopper per unit time At and comparing the real flow Qr with the reference flow Qc, characterized by the fact that the dosing valve is opened in accordance with an
amplitude AS which is equal to the difference between the valve position corresponding
to the reference flow Qc and that corresponding to the real flow Qr whenever the real flow Qr is below the reference flow Qc and held in position when the real flow Qr is above the reference flow Qc.
2. Process in accordance with claim 1, wherein the initial opening of the valve is
selected to ensure that the resulting flow corresponds to the calculated reference
flow Qc.
3. Process in accordance with either of claims 1 or 2, wherein the speed at which
the valve acts is proportional to the difference AS of the necessary valve displacement.
4. Process in accordance with claim 3, wherein the valve displacement speed becomes
zero when the difference AS reaches a predetermined minimum.