Brevet FR2070888A1 — publié le 19710917

La présente invention est relative à la régulation du niveau du bain dans a lingotière d'installations de coulée continueS et doit également permettre le fonctionnement automatique de l'installation en cas de diminu tion ou d'interruption de l'alimentation de métal liquide dans la lingotière. Dans les installations existantes, on connait déjà une régulation par laquelle le niveau du bain est tout d'abord régulé au niveau de consigne au moyen d'une régulation à quenouille Dès que la quantité de métal liquide introduit dans la lingotière depuis le panier de coulée ne suffit plus, mal gré la position d'ouverture de la quenouille, pour maintenir le niveau néces saire dans la lingotière, par exemple par suite d'un colmatage de la busette du panier de coulée, on passe de la régulation à quenouille à une régulation par l'extraction. Dans celle-ci, le jeu de rouleaux commandés appliqués contre la barre est régulé de telle manière que le niveau nécessaire du bain soit conservé par le ralentissement de la vitesse d'extraction de la barre.Une telle régulation a l'inconvénient qu'au moment de la commutation entre la régulation à quenouille et la régulation par l'extraction, le régulateur pour la vitesse d'extraction ne s'est pas encore ajusté à la position de régulation nécessaire, ce qui se traduit, aux premiers instants, par un abaissement ou une montée brusque du niveau du bain dans la lingotière par rapport au niveau de consigne. En cas de montée brusque du niveau, il se produirait cependant immédiatement une nouvelle commutation sur la régulation à quenouille, si bien qu'une instabilité de la régulation est inévitable au début.De plus, l'approche des conditions déclenchant le passage de la régu lation à quenouille à la régulation par l'extraction est accompagnée de nombreuses commutations, d'un circuit de régulation à l'autre, phénomène que l'on appelle également "pompage". Cela occasionne inévitablement des perturbations, telles qu'un débordement possible du bain par le bord supé rieur de la lingotière pendant le service, ce qui implique une surveillance plus rigoureuse des installations de coulée continue par les opérateurs. La demanderesse s'était fixée le but d'éviter ces causes de pertur bations indésirables et d'assurer une transition de la régulation à que nouille à la régulation par l'extraction qui est exempte de phénomènes nuisi bleus Ce but est atteint au moyen d'un procédé de régulation selon lequel les deux circuits de régulation, c'est-à-dire le circuit de régulation à quenouille et le circuit de régulation parlèxtraction, sont branchés de telle manière qu'ils travaillent parallèlement pendant tout le processus de coulée. Le circuit de régulation à quenouille et le circuit de régulation par ltex- traction peuvent aussi bien agir successivement que simultanément sur le processus de régulation. Comme la régulation par l'extraction dans ce procédé de régulation peut être la continuation directe de la régulation à quenouille quant à l'action exercée sur le niveau du bain dans la lingotière, le processus de régulation se poursuit de façon ininterrompue, sans qu un ajustage du régulateur pour l'extraction à la valeur momentanée du niveau soit nécessaire. Les deux circuits de régulation, à quenouille et par l'extraction, sont montés parallèlement mais, en fonction des conditions d'exploitation momentanées, le circuit de régulation à quenouille détermine normalement en premier le niveau du bain dans la lingotière. Dès que la quenouille dans le panier de coulée a complètement libéré l'écoulement du métal liquide vers la lingotière, la régulation par l'extraction établit l'équilibre entre le débit du métal liquide entrant dans la lingotière et la vitesse d'extraction de la barre. En cas de changements rapides de la quantité de métal liquide introduit par unité de temps dans la lingotière, les deux processus de régulation se recoupent dans la pratique, en raison de leur inertie propre. Il est donc possible, s'il s'agit de compenser rapidement des variations du niveau dans la lingotière, que la régulation à quenouille et la régulation par l'extraction agissent simultanément. Le dispositif pour la mise en oeuvre du procédé de régulation suivant l'invention se compose dtun régulateur à action intégrale, plus précisément un régulateur proportionnel-intégral qui agit comme un régulateur de remise à zéro dans le circuit de régulation à quenouille, et d'un régulateur à action proportionnelle dans le circuit de régulation par l'extraction, qui travaillent parallèlement et en coopération avec le dispositif pour la mesure du niveau du bain liquide dans la lingotière. Selon une autre particularité, le circuit de régulation par l'extrac tion comprend un générateur de fonctions f ( ss h) = n . Ce générateur de c fonctions détermine à quel ss h la régulation par l'extraction entre en action. Ce générateur peut faire entrer en action la régulation par l'ex traction à t h = O, à t h àh0 0 ou à # h > 0.I1 est en outre possible que le générateur de fonctions provoque la mise en action de la régulation par l'extraction à # h > 0, mais qu'il maintient la vitesse d'extraction cons- tante aux alentours de h = 0, et qu'il réduit ensuite la vitesse d'ex traction de la barre à nouveau proportionnellement à l'abaissement du niveau du bain lorsque ss h O. L'entrée en action de la régulation par l'extraction, soit à une différence de niveau ss h 5 0, soit seulement après un abaissement de la différence de niveau, c'est-à-dire à h hc, dépend de la vitesse d'extraction avec laquelle l'installation peut encore fonctionner sans inconvénients quant à la sécurité ou quant au processus métallurgique. La conception du générateur de fonctions détermine à quelle grandeur de # h la plage de la régulation par l'extraction est entièrement utilisée, c'est-à-dire à quelle grandeur de ss h la vitesse d'extraction est ramenée à zéro. La régulation par l'extraction assure la compensation d'écartes par rapport au niveau de consigne du fait que la vitesse d'extraction est adaptée au débit du métal liquide entrant dans la lingotière. Le moment du passage de la régulation a quenouille à la régulation par l'extraction peut être déterminé au moyen du générateur de fonctions, suivant les conditions d'exploitation. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif, ainsi que des dessins annexés - la figure 1 est une représentation schématique d'un dispositif de régulation suivant l'invention, - la figure 2 est un diagramme de la vitesse d'extraction en fonction du niveau pour une entrée en action de la régulation par l'extraction à h h = 0, - la figure 3 est un diagramme de la vitesse d'extraction en fonction du niveau pour une entrée en action de la régulation par l'extraction à ss h > 0, - la figure 4 est un diagramme de la vitesse d'extraction en fonction du niveau pour une entrée en action de la régulation par l'extraction à ss h /o, et - la figure 5 est un diagramme de la vitesse d'extraction en fonction du niveau pour une entrée en action de la régulation par l'extraction à t h > 0 et une vitesse d'extraction constante aux alentours de ss h-- = 0. Dans ces diagrammes9 l'ordonnée a-été-choisie pour la variable indépendante puisque le niveau du bain varie dans le sens vertical pendant le fonctionnement de l'installation. La figure 1 représente schématiquement une installation de coulée continue. Cette installation se compose d'un récipient intermédiaire ou panier de coulée 1 dont l'ouverture du fond est raccordée à un tube de coulée 2 qui se termine dans une lingotière 4. Dans le panier de coulée est montée une quenouille 3 qui peut être soulevée et abaissée en vue de l'ouverture de sortie.- Un dispositif pour la mesure du niveau du bain, composé d'un émetteur radioactif 5 et d'un récepteur 6, par exemple un compteur de scintillation, est monté sur les parois latérales extérieures de la lingotière 4, près de l'ouverture supérieure de celle-ci. L'émetteur 5 et le récepteur 6 sont montés en vis-à-vis, et le niveau du bain liquide dans la lingotière 4 est surveillé par la mesure de l'intensité de rayonnement au récepteur 6.Le métal liquide se refroidit et se solidifie dans la lingotière 4, dont il sort par en bas sous la forme d'une barre continue 7 guidée par des rouleaux 8. La vitesse de descente de la barre 7 est déterminée par la vitesse de rotation de paires de rouleaux commandés 9. Au récepteur 6 est raccordé un transmetteur de valeur momentanée 11 qui est relié par une ligne 12 à un comparateur 13 qui établit la différence entre la valeur momentanée du niveau hm, et la hauteur de consigne h transmis à travers une ligne 14 au comparateur par un générateur réglable c de valeur de consigne 15. Le circuit de régulation à quenouille est composé d!un régulateur proportionnel-intégral 17, formant un régulateur intégral et travaillant comme un régulateur de remise à zéro, d'un amplificateur 18 et d'un organe de commande 19 pour la quenouille 3; ce circuit est relié au comparateur 13 par une ligne 16. Le- circuit de régulation par l'extraction se compose d'un générateur de fonctions 21, d'un amplificateur 22 servant d'organe de régulation proportionnelle, d'un comparateur 25 d'une génératrice tachymétrique 23 servant de générateur de valeur momentanée pour la vitesse de rotation nm des rouleaux commandés 9, cette génératrice tachymétrique étant accouplée mécaniquement au moteur 24 pour l'entrainement des paires de rouleaux commandés 9. Ce circuit de régulation est relié par une ligne 20 au comparateur 13. L'installation fonctionne de la manière suivante Lors du remplissage du.panier de coulée 1 avec du métal liquide, l'ouverture de sortie au fond du panier 1 reste normalement fermée, par la quenouille 3, jusqu'à ce que le métal liquide versé dans le panier 1 depuis une poche de coulée non représentée ait atteint un niveau suffisant. La quenouille 3 est alors soulevée légèrement, tout d'abord par une commande manuelle, de sorte qu une certaine quantité de métal puisse s'écouler dans la lingotière 4, jusqu'à ce que le niveau du métal dans celle-ci atteigne le niveau de l'émetteur 5. On branche ensuite la régulation automatique du niveau. Les paires de rouleaux commandés 9 extraient tout d'abord la barre 7 à une vitesse qui correspond au niveau du metal dans la lingotière 4. Dès que le métal a atteint le niveau de consigne hc, la quenouille 3 est fermée à tel point par l'organe de commande 19 que le débit du métal quittant le panier de coulée 1 par son ouverture de sortie et entrant dans la lingotière 4 assure le maintien du niveau de consigne h . D'éventuels c changements de niveau ss h sont compensés par l'intermédiaire du régulateur proportionnel-intégral 17 qui actionne l'organe de commande 19, ce qui provoque le changement de la position de la quenouille 3 dans l'ouverture de sortie et la réduction de t h à zéro. Dès que l'ouverture de sortie se colmate d'avantage par la solidification d'une partie du métal, et dès que l'organe de commande 19 a écarté la quenouille 3 dans une telle mesure de l'ouverture de sortie qu'un changement de la position de la quenouille par son circuit de régulation ne peut plus produire d'effet pour la compensation de l'écart A h du niveau, le circuit de régulation par l'extraction entre en action et assure l'équilibre entre la vitesse d'extraction et le débit du métal entrant danslalingotière, du fait que l'abaissement du niveau dans la lingotière 4 est annulé par une diminution correspondante de la vitesse d'extraction v A cet effet, la vitesse de rotation du dispositif d'entrainement des jeux de rouleaux commandés 9 est réduite à tel point, par la transformation du changement du niveau en un changement correspondant A n de la vitesse de rotation, qu un équilibre s'établisse entre la quantité métal liquide entrant dans la lingotière et la quantité de métal sortant de celle-ci. Le circuit de régulation par l'extraction entre chaque fois en action lorsqu'il n'est plus possible de réguler le niveau par le circuit de régulation à quenouille, c'est-à-dire lorsque l'ouverture de sortie du panier est déjà fortement colmatée I1 peut arriver aussi que le circuit de régulation à quenouille et le circuit de régulation par l'extraction agissent simultanément; cela peut se produire3 par exemples si le niveau change brusquement dans Le sens positif ou négatif par suite d'une perturbation momentanée quelconque. En cas de changement positif du niveau, c'est-à-dire en cas d'introduction d'une trop grande quantité de métal, la quenouille 3 est abaissée au moyen de l'organe de commande 19, de sorte que l'ouverture de sortie soit temporairement fermée presque complètement, et la régulation par l'extraction fait en même temps tourner les paires de rouleaux commandés 9 à la vitesse d'extraction maximale. En cas de changement négatif du niveau, c'est-à-dire en cas d'introduction d'une trop faible quantité de métal, le circuit de régulation à quenouille fait sortir la quenouille 3 complètement de l'ouverture de sortie au moyen de l'organe de commande 195 et le circuit de régulationpar l'extraction ajuste en même temps les paires de rouleaux commandés 9 à une faible vitesse d'extraction. Le générateur de fonctions 21 dans le circuit de régulation par l'extraction, qui détermine la vitesse de consigne n pour les paires de rouleaux commandés 9 d'après la fonction n =- f (i\ h), détermine également à quelle valeur de l'écart ss h du niveau s'effectue le passage de la régulation à quenouille à la régulation par l'extraction. Les différentes possibilités pour le moment de passage entre la régulation à quenouille et la régulation par l'extraction, de même que le déroulement du processus de régulation ressortent des diagrammes représentés sur les figures 2 à 5. Dans ces diagrammes, l'écart de niveau ss h est indiqué en ordonnée et la vitesse d'extraction v a est indiquée en abscisse. Dans l'exemple représenté sur la figure 2, le générateur de fonctions 21 provoque le passage de la régulation à quenouille à la régulation par extraction à t h = 0, c'est-à-dire dès que h h est situé sous le niveau de consigne hc Comme il ressort du diagramme représenté sur la figure 3, le passage entre la régulation à quenouille et la régulation par l'extraction peut s'effectuer également pour ss > O. Celà n'est possible que si la conception de l'installation permet l'abaissement plus rapide de la barre sans inconvénients pour le produit final ou pour la sécurité d'exploitation. Dans le diagramme représenté sur la figure 4, le passage entre la régulation à quenouille et la régulation par l'extraction s'effectue à ss h àh 0, c'est-à-dire pour un écart de niveau qui est situé au-dessous du niveau de consigne h c L'expérience démontre que lton a intérêt de ne pas laisser se produire le passage de la régulation à quenouille à la régulation par l'extraction dans la zone où Z h est proche de zéro puisque des variations relativement importantes dans le débit du métal liquide introduit dans la lingotière 4 peuvent se produire dans cette zone Ces variations-sout-en rapport avec le fait que la secticn de passage de ltouverture de sortie déjà partiellement colmatée peut encore changer de différentes façon-. si bien que soit une grande quantité de métal, soit une quantité de métal relativement faible entre par à-coups dans la lingotière 4 Comme la limite pour le passage de la régulation à quenouille à la régulation par l'extraction est normalement située dans cette zone, il faut s'attendre à une assez forte lnstabi- lité de la régulation. C'est pourquoi on préfère ajuster le point de commutation entre les deux types de régulations de telle manière, au moyen du générateur de fonctions 21, que le passage de la régulation à quenouille à la régulation par l'extraction s'effectue soit au-dessous, soit au-dessus de nh = 0. La figure 5 représente un autre diagramme selon lequel la commutation entre la régulation à quenouille et la régulation par l'extraction est prévue pour # h > 0; ce diagramme montre que, grâce à la conception du générateur de fonctions 21, il est également possible d'utiliser une vitesse d'extraction constante dans la zone où # h est voisin de zéro. Bien que la vitesse d'extraction v a soit déjà régulée alors que # h est encore positif, cette vitesse est maintenue constante dans la zone où A h est voisin de zéro, et cette vitesse est seulement adaptée à nouveau au débit du métal entrant dans la lingotière lorsque t h est négatif. Le générateur de fonctions 21 se compose normalement d'un circuit composé de diodes et de résistances qui agissent le cas échéant en combinaison avec des étages d'amplification REVENDICATIONS 1 - Procédé pour la régulation du niveau du métal liquide dans des lingotières d'installations découlée continue, selon lequel le niveau mesuré dans la lingotière est régulé de façon échelonnée, soit par la régulation de la quenouille permettant l'obturation de l'ouverture de sortie du récipient de coulée, soit par la régulation de la vitesse d'extraction de la barre au moyen de jeux de rouleaux commandés appliqués contre la périphérie de la barre, et selon lequel le circuit de régulation à quenouille ramène l'écart de niveau Ah à zéro au moyen d'un organe de régulation proportionnel-intégral servant de régulateur intégral, caractérisé en ce que le circuit de régulation à quenouille et le circuit de régulation par l'extraction travaillent en parallèle pendant tout le processus de coulée, en ce que la vitesse d'extrac tion de consigne désirée v pour l'écart de niveau & h = 0 est appliquée au circuit de régulation par l'extraction, en ce que la valeur pour la vitesse d'extraction v a diminue jusqu'à l'obtention de l'équilibre entre la quantité de métal entrant et la quantité de métal sortant en cas d'écarts négatifs du niveau, et en ce que la valeur pour la vitesse d'extraction v augmente a jusqu'a l'obtention de l'équilibre entre la quantité de métal entrant et la quantité de métal sortant en cas d'écarts positifs du niveau, le circuit de régulation à quenouille. et/ou le circuit de régulation pour l'extraction compensant les écarts de niveau Éh du bain dans la lingotière soit individuellement, soit ensemble. 2 - Procédé de régulation selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit de régulation par l'extraction agit seulement lorsque #h > 0. 3 - Procédé de régulation selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit de régulation par l'extraction agit également lorsque d-a hq. 4 - Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la vitesse d'extraction est maintenue constante dans la zone où ss h est voisin de zéro. 5 - Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le comparateur formant la différence entre la valeur de consigne du niveau et la valeur momentanée de ce niveau est suivi par un régulateur intégral (régulateur propor tionnel-intégral ou régulateur pour la remise à zéro) dans le circuit de régulation à quenouille, et Far un organe de régulation proportionnel dans le circuit de régulation par l'extraction. 6 - Dispositif selon la revendication 5 pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce qu'un générateur de fonctions est monté dans le circuit de régulation par 1 'extraction.