Brevet FR2092863A1 — publié le 19720128

L'invention a pour obJet un procédé de commande des processus de coulée de métaux9 et plus particulièrement un procédé de mise en forme du lingot dans la coulée continue et semi-continue de métaux. Un procédé connu de mise en forme du lingot dans la cou lée continue et semi-continue de métaux consiste à faire agir le champ électromagnétique d'un inducteur sur le métal liquide, puis à faire refroidir le métal. Toutefois ce procédé connu de mise en forme du lingot n' assure pas la constance des dimensions transversales du lingot lors de fluctuations du niveau de la surface supérieure de la zone liquide du lingot, se produisant pendant la période initiale dé la coulée, et pendant la coulées par suite de différentes perturbations extérieures, dues, par exemple, aux irrégularités de marche de la plaque de fond de la machine à couler, ou aux imper--fections de fonctionnement de l'asservissement régulant le niveau. Le but de la présente invention est de créer un procédé de mise en forme du lingot dans la coulée continue et semi-continue de métaux, qui supprimerait l'inconvénient indique. I1 s'agit donc de créer un procédé de mise en forme du lingot dans la coulée continue et semi-continue de métaux, qui assurerait la constance des dimensions transversales du lingot lors de fluctuations du niveau de la surface de la zone liquide du lingot. La solution consiste en ce que, dans le procédé de mise en forme du lingot dans la coulée continue et semi-continue de métaux, suivant l'invention, l'intensité du courant circulant dans l'inducteur est régulée en fonction des écarts dimensionnels de la zone liquide du lingot par rapport aux valeurs prescrites. I1 est avantageux de réguler le courant au moyen d'un signal de contre-réaction dure en tension, prélevé directement sur l'inducteur. I1 est souhaitable, en outre, de mesurer le niveau de la zone liquide du lingot, de transformer la valeur obtenue en signal électrique, et de faire agir ce signal sur l'intensité du courant circulant dans l'inducteur, dans le sens assurant le maintien du niveau prescrit pour la zone liquide du lingot. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre donnée uniquement à titre illustratifs en référence aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 représente un lingot dans le champ électromagnétique d'un inducteur; - la figure 2 est le schéma synoptique d'un dispositif réalisant le procédé de mise en forme du lingot, suivant l'invention. La figure 1 représente un lingot 1, mis en forme par le champ électromagnétique d'un inducteur 2. Le refroidissement du lingot est assuré par un système 3, débitant un agent de refroidis- sement. Le lingot est constitué d'une zone liquide A et d'une zone solidifiée B; la hauteur de la zone liquide A est repérée sur le dessin par la lettre h. A l'aide de l'inducteur électromagnétique annulaire 2, autour du métal en fusion amené dans la zone de mise en forme du lingot, on engendre un champ électromagnétique alternatif qui fait apparattre dans le métal liquide des forces dirigées vers l'intérieur de ce métal, qui le mettent en forme. Le métal liquide" prend alors la forme et les dimensions prescrites pour sa section transversale, et déterminées par l'intensité du courant dans l'inducteur. Sur la surface latérale de la colonne de métal mise en forme par le champ électromagnétique, on répand un liquide de refroidissement permettant une solifi cati on partielle du métal dans la zone d'action du champ électromagnétique; la solidification du métal s'achève ensuite lors du déplacement, en constituant le lingot. Les dimension transversales du lingot devant correspondre aux valeurs prescrites, dépendent de la pression électromagnétique (courant de l'inducteur 2) et de la pression métallostatique (hauteur h de la zone liquide A du lingot 1). Les dimensions déterminées pour le lingot sont obtenues quand la pression électromagnétique est égale à la pression métallostatique. L'état d'équilibre est caractérisé par l'égalité e gh = kI2 (1) y étant la densité du métal g étant l'accélération de la pesanteur h étant la hauteur de la zone liquide k étant un coefficient tenant compte des paramètres géomètriques du système, de la conductibilité du métal, de la fréquence du courant, I étant le courant dans l'inducteur. Quand le niveau de la zone liquide A (hauteur h) du lingot varie, par suite de perturbations extérieures, les dimensions transversales du lingot subissent des variations. Ainsi, par exemple, l'augmentation de la hauteur de la zne liquide en présence d'une intensité constante du courant dans l'inducteur provoque l'augmentation des dimensions transversales du lingot, car > dans ce cas, la pression métallo-statique devient plus grande que la pression électromagnétique. L'augmentation des dimensions du lingot se prolonge Jusqu'à l'établissement de l'égalité (I). En présence de modifications de la hauteur et des dimensions de la zone liquide, les paramètres électriques du système inducteur-métal liquide varient. Par exemple, quand la hauteur h de la zone liquide augmente et entrasse une augmentation correspondante de ses dimensions, la résistance total du système inducteur-métal liquide diminue. I1 en résulte que, si la tension aux bornes de l'inducteur est maintenue constante, le courant dans l'inducteur augmente, en s'opposant à l'augmentation des dimensions du lingot. A la sortie, on obtient une stabilisation partielle des dimensions du lingot, lors des variations du niveau de la zone liquide, mais pour cela, il faut stabiliser la tension aux bornes de l'inducteur. La stabilisation de la tension s'effectue par introduction d'une contre-réaction dure. Toutefois, la stabilisation de la tension sur l'inducteur ne peut pas toujours assurer la constance requise des dimensions transversales du lingot. Pour assurer l'obtention des dimensions requises pour le lingot, il faut corriger le courant de l'inducteur d'une valeur déterminée par l'écart du niveau de la zone liquide par rapport à la valeur prescrite. La figure 2 représente le schéma synoptique d'un dispositif pour réaliser le procédé de mise en forme du lingot. Le dispositif comprend un inducteur électromagnétique 2 relié à un variateur de fréquence 4 avec enroulement d'excitation 5 par l'intermédiaire d'un transformateur abaisseur 6, un dispositif 7 de consigne de la tension de l'inducteur relié par l'inter- médiaire d'un redresseur 8 à l'une des entrées d'un totalisateur 9, un dispositif 10 de mesure de tension aux bornes de l'inducteur 2 relié par l'intermédiaire d'un redresseur 11 à une seconde entrée du totalisateur 9, un amplificateur de puissance 12 dont la sortie est reliée à l'enroulement d'excitation 5 du variateur de fréquence, un capteur 13 de niveau de la zone liquide relié par l'intermédiaire d'un convertisseur 14 transformant la valeur du niveau en signal électrique, à un amplificateur 15 sensible à la phase, lequel est à son tour relié à un bloc fonctionnel 16, branché à une entrée de l'amplificateur 12 de puissance. La seconde entrée de ltamplificateur 12 de puissance est reliée à la sortie du totalisateur 9. L'appareil de mesure de tension 10 aux bornes de l'inducteur 2 peut être un transformateur; le totalisateur 9 peut entre un amplificateur magnétique et le capteur 13 du niveau peut être un flotteur. Le bloc fonctionnel 16 peut être réalisé au moyen d'un potentiomètre linéaire à sections multiples permettant de réaliser la relation /9 I = kI /N h (2) A I étant l'accroissement du courant dansl'inducteur; tS h étant l'écart du niveau de la zone liquide par rapport à la valeur prescrite; kI le coefficient de proportionnalité La relation (2) est une approximation linéaire de la relation (1) et elle est adoptée, car, dans les conditions réelles, les écarts de hauteur A h de la zone liquide sont assez faibles. Dans cette approximation, le coefficient kI dépend de la portion de travail choisie sur la courbe construite conformément à l'dgalité (1). La stabilisation de la tension aux bornes de l'inducteur 2 s'effectue en introduisant une contre-réaction dure : le signal issu de l'appareil de mesure de tension 10 aux bornes de l'induc~ teur passe à travers le redresseur 11 pour attaquer une des entrées du totalisateur 9, dont la seconde entrée est attaquée à travers le redresseur 8, par le signal issu du dispositif de consigne 7, et correspondant à la tension déterminéeauxbornes de l'inducteur 2 le signal de non-conformité issu du totalisateur 9 attaque l'amplificateur de puissance 12 dont la charge est constituée par l'enroulement 5 d'excitation du variateur de fréquence 4 alimentant l'inducteur 2. La régulation du courant dans l'inducteur 2 s'effectue de la façon suivante. Le signal issu du capteur de niveau 15 proportionnel à l'écart entre le niveau de la zone liquide et la valeur déterminée arrive au convertisseur 14, transformant le déplacement en signal électrique, qui attaque l'entrée de l'amplificateur 15 sensible à la phase; le signal issu de l'amplificateur 15 passe à travers le bloc fonctionnel 16, et attaque l'entrée de l'amplificateur 12 de puissance dont la charge est l'enroulement 5 d'excitation du variateur de fréquence 4 alimentant l'inducteur électromagnétique 2. L'avantage du procédé proposé de mise en forme du lingot dans la coulée continue et semi-continue de métaux consiste en ce qu'il assure l'obtention très précise des dimensions transversales du lingot, lors de fluctuations du niveau de la zone liquide, ce qui est particulièrement important dans la coulée des lingots en métaux réfractaires, par exemple en acier,quand ces lingots ont des sections faibles, dans la coulée des lingots à grande 4- tesse, car les systèmes de régulation connus n'assurent pas alors la précision de régulation requise pour le niveau de la zone liquide. Bien entendu, l'invention décrite est susceptible de nombreuses modifications ou variantes sans sortir de son cadre. REVENDICATIONS 1 Procédé de mise en forme du lingot dans la coulée continue et semi-continue de métaux par action sur le métal liquide du champ électromagnétique d'un inducteur suivie du refroidissement, caractérisé en ce que l'intensité du courant circulant dans l'inducteur est régulée en fonction des ecarts dimensionnels de la zone liquide du lingot par rapport aux valeurs prédéterminées. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la régulation du courant circulant dans l'inducteur s'effectue à l'aide d'un signal de contre-réaction dure en tension, prélevé directement sur l'inducteur 3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le niveau de la zone liquide du lingot est mesuré, et la valeur obtenue est transformée en signal électrique agissant sur l'intensité du courant circulant dans l'inducteur, dans un sens assurant le maintien des dimensions transversales de la zone liquide du lingot à la valeur requise.