Brevet FR2088518A1 — publié le 19720107

La présente invention a trait à un équipement de dosage automatique des quantités de métal fondu liquide extraites d'un four de fusion et de maintien à température élevée, comportant un conduit de délivrance pourvu d'électrodes de commande, une conduite d'adduction d'air comprimé asservie de façon à extraire du Cour des quantités déterminées de métal liquide, enfin un dispositif régulateur de la compensation de pression nécessaire pour tenir compte de l'abaissement du niveau de surface libre du bain de métal au fur et à mesure que progresse la vidange du four. On sa t que l'extractioi par l'air comprimé à partir d'un four de fusion de quantités bien définies de métal liquide soulève des problèmes particuliers résultant du fait que l'abaissement progressif du niveau de surface libre du bain a pour effet de réduire peu à peu la quantité de métal refoulée par le conduit de délivrance, si l'on maintient constantes la durée de cette extraction et la pression P quI la provoque. Ceci peut s'expliquer en considérant la pression P comme comprenant deux composantes p1 et P2.On entend ici par p1 celle de ces composantes que nécessite le refoulement de métal liquide hors du four åusau'à l'orifice de sortie du conduit de déllvrance, et par p2 le supplément de pression à maintenir dans un intervalle de temps déterminé pour extraire une quantité prédéterminée de métal liquide. Il tombe sous le sens que la composante de pression p2 est constante, alors que la composante p1 varie, car au fur et à mesure que le riveau de surface libre du bain s'abaisse, il faut disposer d'une composante p1 de plus en plus élevée pour pouvoir remplir à partir de ce niveau de plus en plus bas un volume de plus en plus grand du conduit de délivrance, jusqu'à l'orifice de sortie de celui-ciO Pour pouvoir assurer dans la pression totale P ou P1 + P2 une compensation tendant à augmenter progressivement la pression p au cours de la vidange progressive du four, on a déjà proposé plusieurs solutions.On a notamment essry de délivrer le métal liquide au moyen d'un récipient doseur associe a une chambre spé- cialede de coulée, à laquelle du métal liquide est amené a partir du bain et dans laquelle le niveau de létal liquide est maintenu constat. n alors Ju fcit ae la construction d'un tel four soulève des problèmes particuliers par suite de l'existence de la chambre doseuse, on ne peut évidemment attendre de cette méthode une grande précision, car avec le temps surtout, les parois de la chambre de coulée reçoivent des dépôts et se modifient de façon telle que le volume de la chambre varie. On a aussi essayé d'allonger la dure de refoulement de chaque extraction au fur et - mesure de la progression de la vidange du four On utilise alors comme élément de commande un système d'asservissement comportant un piston plongeur s 1enfonçant dans le bain de métal. zains il s'est avéré qu'un tel asservissement qui repose sur la mesure de la profondeur du bain de métal, travaille avec beaucoup d'inertie et qu'il n'apporte pas la précision voulue dans les dosages, sans compter le manque de fiabilité d'un tel equipement. On connaît aussi un système par lequel on alimente le four en air comprimé par une première canalisati n donnant une pression constante et par une seconde canalisation réglée de façon à donner le supplément de pression nécessaire, au fur et à mesure que le niveau de métal liquide s'abaisse.Cette méthode suppose l'incorporation d'un élément spécial et diminue la fiabilité de 1 ' éouizementO La présente invention a finalement pour but de présenter un équipement de dosage automatique des quantités de métal fondu liquide extraites d'un four de fusion et de maintien à température élevée, de façon que cet équipement opère un asservissement sans inertie, que sa structure soit de simplicité optimale, c'est-àdire notamment sans chambre spéciale de reprise, en amont du conduit de délivrance, sans flotteur disposé à la surface libre du bain de métal, sans dispositif spécial de suralimentation en air comprimé, enfin que la précision- assurée accrue des dosages soit durablement de l'ordre dtau moins 3 %o L'équipement de dosage suivant l'invention repose sur le principe connu d'après lequel, pour délivrer une quantité déterminée de métal liquide au cours d'un intervalle de temps également déterminé (lequel suivant l'invention est réglé au moyen d'un relais temporisateur commandé par l'ouverture du conduit de délivrance) il faut exercer une pression exactement calculée (laquelle suivant l'invention est réglée par affichage de consigne sur un commutateur à seuil commandant l'arrivée d'air comprimé). L'invention part d'un équipement de dosage automatique des quantités de métal fondu liquide extraites d'un four de fusion et de maintien à température élevée, comportant un conduit de délivrance pourvu d'électrodes de commande, une conduite d'adduc- tion d'air comprimé asservie de façon à extraire du four des quantités déterminées de métal liquide, enfin un dispositif régulateur de la compensation de pression nécessaire pour tenir compte de l'abaissement du niveau de surface libre du bain de métal au fur et à mesure de la progression de la vidange du four. Aux fins indiquées ci-dessus et suivant l'invention, cet équipement se caractérise en ce que, parmi les éléments de commande reliés au four et à la conduite d'adduction d'air comprimé, un premier organe électronique, avant d'en informer un commutateur à seuil, transmet sous forme d'impulsion de courant à un mélangeur, au moyen des deux chambres de mesure d'un transmetteur de pression différentielle, une composante de pression p2 dite de strict refoulement de la quantité dosée, mélangeur dans lequel ladite composante P2 est corrigée par superposition d'une autre impulsion de courant provenant d'un second organe électronique, explca- tant une autre chambre de mesure communiquant directement avec le four, laquelle enregistre la pression totale P ou p1+p2 régnant dans le four et à faire varier comme la pression statique p1 de la colonne de métal liquide qu peut renfermer le conduit de délivrance entre le niveau de surface libre du bain et ltori- fice de sortie, de façon finalement que l'évolution de ladite composante p1 due à l'abaissement progressif du niveau de surface libre du bain dans le four, soit compensée par un écart équivalent de sens opposé de ladite composante p2, de strict refoulement de la quantité dosée, le tout pour permettre de n'utiliser qu'une seule et uhique conduite d'adduction d'air comprimé. La description qui suit d'un exemple de réalisation en référence au dessin annexé dont la figure unique est un schéma d'organisation d'un dispositif suivant l'invention, permettra de mieux voir comment des métaux liquides tel qu'aluminium peuvent être airai dosés avec précision0 Un four de fusion et de maintien à température élevée est constitué par une enceinte résistante à la pression et pourvue d'une garniture d'isolation 1 de très haute qualité, disposée tout autour de l'enceinte0 La cuve 2 moulée monobloc est résistante au bain de métal liquide et aux agents agressifs utilisés aux traitements d'ennoblissement de ce bain. Le chauffage se fait au moyen de tubes radiants 3 munis de résistances.Le four est chargé de métal par une trappe 4 de chargement et de nettoyage, L'extraction de métal liquide se fait par un conduit de délivrance 5, dont la partie Sa est en fonte et la partie 5b en tôle d'acier à revêtement spécial0 La mise en route du four se fait au moyen d'un contacteur à poussoir 6. Ce contacteur met sous tension une centrale de commande 7. Une vanne magnétique 8 (arrivée d'air comprimé) commence par s'ouvrir en même temps qu'une vanne magnétique 9 (évent) se ferme. La pression dans le four commence alors à monter, et en même temps dans les deux chambres de mesure I et II d'un transmetteur de pression différentielle 10 ainsi que dans la chambre de mesure d'un transmetteur 14. Le métal fondu liquide sort du four en s'élevant dans le conduit de délivrance 5 jusqu'à atteindre le niveau des électrodes 11, grâce auxquelles une impulsion de court-circuit est transmise à l'organe de commande 7. A cet instant la pression régnante est p1 qui dépend du niveau de surface libre du bain. Ladite impulsion de court-circuit du fait des électrodes 11 a pour effet de fermer une vanne magnétique 12, interposée entre le four et la chambre de mesure I du transmetteur 10. Cette chambre de mesure I conserve maintenant en mémoire la pression p1. Comme la vanne 8 d'arrivée d'air comprimé demeure ouverte, une pression P ou P1+P2 peut s'établir dans le four, dans la chambre de mesure II du transmetteur 10 ainsi que dans celle du transmetteur 14. St comme les électrodes Il sont connectées à un relais temporisé, la quantité de métal fondu liquide qui s'écoule par le conduit de délivrance es)iactement dosée. La pression p2 choisie a été affichée en consigne sur le commutateur à seuil 13. Lorsque le mélangeur 15 signale au commutateur à seuil 13 par une impulsion de courant la constitution de la pression p2 la vanne 8 d'arrivée d'air comprimé se ferme. La vanne magnétique 9 et la vanne magnétique 12 s'ouvrent ensuite, après déroulement du temps fixé pour la coulée au moyen du relais temporisé. La sortie de métal fondu liquide par l'orifice du conduit de délivrance 5 est alors brusauement interrompue, en sorte que la quantité de métal délivrée est mesurée avec précision. Comme le rôle du mélangeur 15 dans le montage que l'on vient de décrire est d'une importance capitale pour l'invention, il est maintenant nécessaire de le mettre en lumière, Ce mélangeur utilise concurremment les impulsions de courant provenant du transmetteur de pression différentielle 10 et du transmetteur 14. Lorsqu'après constitution de la pression p1 la vanne magnétique 12 se ferme, cette pression p1 se trouve mise en mémoire dans la chambre de mesure I.Au cours de la montée en pression qui suit, la pression s'établit dans la chambre de mesure II à la valeur P ou P1+P2. Le transmetteur de pression différentielle 10 signale alors au mélangeur une pression, P1 + P2 - p1 = P2 Dans la chambre de mesure du transmetteur 14 règne au mebme instant la pression P ou p1+p2.Comme on l'a exposé en détail ini finalement la pression p1 est variable (en ce sens qu'au fur et à mesure de l'abaissement du niveau de la surface libre du bain, il faut disposer d'une pression P1 croissante pour pouvoir refouler le métal liquide depuis ce niveau jusqu'à celui de l'orifice de sortie du conduit de délivrance).En conséquence l'impul- sion de courant transmise par le transmetteur 14 au mélangeur 15 agit de façon à corriger l'impulsion de courant venue du transmetteur de pression différentielle 10 L'impulsionde courant venue du transmetteur 14 peut suivant l'invention être transmise au mélangeur 15, en valeur pleine ou seulement fractionnaire, suivant les dimensions du four et la nature du bain. Ii'impulsion de courant émise par le transmetteur 14 en fonction de la pression variable p1, est soustraite dans le mélangeur 15 de l'impulsion de courant venue du transmetteur de pression différentIelle 1C et traduisant la pression p2, si bien que le mélangeur -15 transmet au commutateur R seuil 15 une pres sion réduite dans un certain rapport de correction.Comme on a affiché sur le commutateur à seuil 13 la pression p2 servant en liaison avec le relais temporisateur à assurer dosage voulu, ledit commutateur 13 ne commute que plus tard, ctest-a-dire lorsque la pression régnant dans le four atteint une valeur suffi somment élevée pour compenser la pression corrigée- p1, croissant avec le temps en fonction de l'abaissement du niveau de surface libre du bain. Ceci réalisé, la vanne magnétique ô d'arrivée d'air comprimé se ferme, la vanne magnétique 9 et la vanne magnétique 12 de communication avec la chambre de mesure I s'ouvrent toutes les deux, après déroulement du temps de coulée affiché en consigne.La délivrance de métal liquide est alors interrompue et le métal se trouvant encore dans le conduit de délivrance retombe dans le bain qui renferme le four. On se propose maintenant d'exposer l'objet de l'invention d'une autre manière, au moyen d'un exemple chiffré. On suppose que d'après les dimensions du four la composante de pression p1 puisse être considérée comme étant pour le four complètement rempli de 500 mm d'eau et pour le four presque com- plètement vide de 1000 mm d'eau. On suppose d'autre part que le dosage choisi (quantité unitaire à délivrer) correspond à une composante de pression p2 de 200 mm d'eau. Le transmetteur de pression différentielle10 transmettra donc toujours au mélangeur 15 -quel que soit l'état de remplissage du four- une impulsion de courant correspondant à 200 mm d'eau. Mais d'un autre côté la chambre de mesure 14 finit par enregistrer lorsque le four est plein une pression P1 + P2 = 100 + 200 = 700 mm d'eau et lorsqu'il est presque vide une pression P1 + P2 = 1000 + 200 = 1200 mm d'eau. En fonction du réglage du transmetteur 14 et du temps de coulée, des impulsions de valeur relative comprise entre O et 100 % peuvent maintenant autre transmises au mélangeur 15o Gomme on l'a déjà indiqué le pourcentage retenu en réglage est choisi en fonction des dimensions du four et de la nature du métal du bain, ce qui veut dire que l'on commence par déterminer empiriquement au cours d'un premier prélèvement d'essai les réglages qui donnent le dosage voulu.Pour pouvoir poursuivre l'expose du présent exemple, on admettra que la correction qui s'est avérée convenir est de 10 O/jo il faut alors que l'intervalle de mesure du transmetteur de pression différentielle 10 soit choisi de façon qu'à O à 2000 mm d'eau correspondent des impulsions de courant de O à 20 mAX donc qu'à 10 mm d'eau corresponde à I mAc L'intervalle de mesure du transmetteur 14 est par contre choisi de façon qu'à O à 2000 mm d'eau correspondent des impulssions de courant de O à 20 mA, donc qu'à 100 mm d'eau corresponde 1 mA. Le transmetteur de pression différentielle 10 transmet donc au mélangeur 15 pour p2 = 200 mm d'eau une impulsion de courant de 20 mA. Le transmetteur 14 transmet au mélangeur 15, conformément aux données ci-dessus et pour un facteur correctif de 10 % dans le cas du four plein correspondant à une pression totale nécessaire de 700 mm d'eau, une impulsion de courant de 0,7 mA et dans le cas du four presque vide correspondant à une pression totale nécessaire de 1200 mm d'eau, une impulsion de courant de 1,2 mA. Le mélangeur 15 opère alors dans le cas du four plein la soustraction 20 mA (du transmetteur 10) - 0,7 mA (du transmetteur 14)= 19,3 mA et dans le cas du four presque vide 20 mA (du transmetteur 10) -1,2 mA (du transmetteur 14) 18,8 mA Comme le commutateur à seuil 13 s'est vu déterminer et afficher pour l'intervalle de temps choisi une valeur de 20 mA (correspondant à une valeur de 200 mn d'eau pour p2) il ne viendra au travail que lorsque le facteur correctif aura été pris en compte, c'est-à-dire que la pression p2 aura dépassé les 200 mm d'eau dans la mesure voulue pour compenser l'abaissement du niveau de surface libre du bain dans le four. il ressort de cet exemple que l'équipement de dosage auto matique suivant l'invention travaille de façon précise et sans inertie, sans nécessi-r ni capacité mesureuse en amont du conduit de délivrance, ni dispositif spécial de suralimentation en air comprimé, donc en n'utilisant qu'une seule et unique canalisation d'air comprimé. REVENDICATION Equipement de dosage automatique des quantités de métal fondu liquide extraites d'un four de fusion et de maintien à température élevée, comportant un conduit de délivrance avec électrodes de commande, une conduite d'adduction d'air comprimé asservie de façon à extraire du four des quantités déterminées de métal liquide, enfin un dispositif régulateur de la compensation de pression nécessaire pour tenir compte de l'abaissement du niveau de surface libre du bain de métal au fur et à mesure que progresse la vidange du four, caractérisé an ce que, parmi les éléments de commande reliés au four et à la conduite d'adduction d'air comprimé, un premier organe électronique, avant signalisation à un commutateur à seuil 13 transmet sous forme d'une impulsion de courant à un mélangeur 15 au moyen des deux chambres de mesure d'un transmetteur 10 de pression différentielle ou pression partielle p2 dite de strict refoulement de la quantité dosée, mélangeur dans lequel ladite impulsion de courant de pression partielle P2 est corrigée par superposition d'une autre impulsion de courant provenant d'un second organe électronique exploitant une autre chambre de mesure qui communique directement avec le four, pour enràgistrer la pression totale P1+P2 dans le four, à faire varier comme la pression statique p1 de la colonne de métal liquide que peut renfermer le conduit de délivrance 5, entre niveaux de la surface libre du bain et de l'orifice de sortie dudit conduit, de façon finalement que l'évolution de la composante de pression p11 due à l'abaissement progressif du niveau de surface libre du bain dans le four soit compensée par une correction équivalente de sens opposé de la composante de pression p2, le tout pour permettre de n'utiliser qu'une seule et unique conduite d'adduction d'air comprimé.