Brevet FR2067117A1 — publié le 19710820

L'invention concerne particulièrement les installations de coulée continue de métaux, et notamment un dispositif pour l'admi- nitration d'un gaz dans la partie supérieure étanchéifiée d'une lingotière de telles installations. On connaît déjà des dispositifs de ce type comprenant une soupape de régulation du débit de gaz. Le dispositif connu pour l'amenée d'un gaz dans la partie supérieure étanchéifiée d'une lingotière ne permet pas la régulation de la pression du gaz quand le niveau du métal est au-delà de la zone d'action du détecteur de niveau du métal liquide dans la lin gotiere. En outre, la coulée du métal ne peut être effectuée avec une pression inférieure à celle qui est produite par la colonne de mé- tal dans la poche intermédiaire. L'invention se propose de remédier aux inconvénients précités. Elle a pour but de fournir un dispositif pour l'admission d'un gaz dans la partie supérieure étanchéifiée d'une lingotière d'une installation de coulée continue de métaux, qui permet,le régime de coulée étant établi, de maintenir automatiquement une pression constante au-dessus du ménisque du métal dans la lingotière, de changer automatiquement la pression du gaz dans la lingotière aux régimes de coulée transitoires, quand le niveau du métal change dans la poche intermédiaire, et enfin de maintenir automatiquement le niveau du métal dans la lingatière pendant la coulée avec une admission du métal sous le ménisque à travers une busette de coulée plongée dans le métal. Ce but est atteint avec un dispositif pour l'admission d'un gaz dans la partie supérieure étanchéifiée de la lingotière d'une installation de coulée de métaux comprenant une soupape de régulation du débit de gaz, caractérisé suivant l'invention, en ce qu'il comporte un détecteur de pression du gaz dans la lingotiè et resta sortie de ce détecteur est reliée à la soupape précitée de façon que la pression du gaz dans la lingotière soit maintenue à une valeur constante. Le dispositif peut aussi comporter un détecteur de niveau du métal dans la poche intermédiaire, la sortie de ce détecteur étant reliée à la soupape précitée de façon que, lorsque le niveau du métal baisse ou monte dans la poche intermédiaire, la pression du gaz soit resectivement diminuée ou augmentée dans la lingotière par rapport à celle maintenue constante pendant le régime de cou lée normal. Le dispositif peut aussi comporter une soupape de décharge pour l'échappement du gaz à l'atmosphère, reliée à la sortie d'un bloc comparant les signaux provenant des détecteurs de pression du gaz dans la lingotière et du niveau du métal dans la poche intermé diaire; l'entrée du bloc de comparaison est reliée auxdits détec teurs de telle façon que la soupape laisse échapper le gaz de la lingotière à l'atmosphère quand la pression de ce gaz dans la lin--- gotière dépasse la valeur fixée égale à une fraction de la pression due à la colonne de métal dans la poche intermédiaire, laquelle pression est constante en régime de coulée établie et variable en régime transitoire. D'autres caractéristiques de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre. Au dessin annexé, donné uniquement à titre d'exemple - la Fig. 1 repré-sente schématiquement un dispositif d'admis sion d'un gaz dans la partie supérieure étanchéifiée de la lingotière, suivant l'invention; - la Fig. 2 représente schématiquement un dispositif d'admis sion d'un gaz avec des. détecteurs de niveau du métal dans la poche intermédiaire, suivant l'invention, et - la Fig. 3 représente schématiquement un dispositif d'admis sion d'un gaz avec une soupape de décharge, suivant l'invention. Le dispositif pour l'admission d'un gaz dans la partie supé rieure étanchéifiée d'une enceinte 1 (Fig. 1) d'une lingotière 2 d'une installation de coulée continue de métaux, comprend une par tie de consigne ou d'alimentation constituée par les éléments sui -vants associés en série : une capacité 3 avec du gaz sous pression, une soupape de détente 4 pour abaisser la pression du gaz, un ré servoir 5 pour réaliser une réserve de travail de gaz sous pres sion réduite, une soupape 6 de régulation du débit de gaz, et un réservoir 7 de stabilisation branché directement à ladite enceinte 1. Sur la Fig. 1, les flexibles et les tubes de liaison de la par tie d'alimentation du dispositif sont représentés par des traits forts 8. Le dispositif comporte aussi une partie de régulation qui comprend un détecteur de pression 10 relié à l'enceinte 7 de la lingotière 2 par un tube 9, un bloc 13 de régulation et une soupape 6 de régulation du débit de gaz, reliés au détecteur 10 par des conducteurs électriques 11 et 12. La soupape 6 de régulation est commune à la partie d'alimentation et à la partie de régulation du dispositif. La soupape -de détente 4 possède une chambre 14 a haute pres sion et une chambre 15 à pression -réduite, ainsi qu'une vis 16 pour le régLage du taux de détente du gaz, La soupape 6 possède un convertisseur éleetroméeanique consti tué par deut enroulements 17 mis en opposition sur un noyau 18, lequel est lié par une tringle 19 à un tube à jet ou buse 20 d'un amplificateur hydraulique. L'amplificateur -hydraulique se compose d'un réservoir 21 rempli de- liquide moteur, par exemple d'huile, d'un tube d'aspiration 22, d'une pompe 23, d' un tube de pression 24, de la buse 20 oscillant sur une articulation 25, d'un corps 26 et de deux canaux de sortie 27 et 28 dirigeant respectivement le liquide moteur sous pression vers I-' enceinte inférieure 29 et l'enceinte supérieure 30 d'un cylindre 31 dans lequel coulisse un piston 32. Le piston 32 est accouplé à une tige 33 qui porte un pointeau 34 profilé pour la fermeture et la régulation de la section de passage d'un si-ège 35 monté sur un corps 36 et séparant des enceintes à gaz 37 et 38, respectivement à haute et basse pression. La partie supérieure étanchéifiée de l'enceinte 1 de la lingotière 2 est limitée par le fond d'une poche intermédiaire 39 à garnissage réfractaire 40, contenant du métal en fusion 41, par un corps 42 du dispositif d'étanchéité, un joint 43 logé dans une dalle porteuse 44, un diaphragme 45 fixé à la dalle porteuse fixe 44 et à la lingotière mobile 2, par les parois de la lingotière 2, le ménisque 46 du métal liquide constituant l'âme du lingot continu 47, et elle est'obturée par le jet de métal dans une busette 48. Le détecteur 10 de pression du gaz se compose d'un corps 49 avec une membrane 50 entre la chambre à haute pression 51 et la chambre à basse pression 52. La membrane 50 est reliée par une tringle 53 à-un noyau 54 qui a la possibilité de se déplacer par rapport à un enroulement fixe 55. Le bloc de régulation 13 comprend des blocs normalisés connus d'alimentation, d'amplification et d'élaboration d'un signal pour n'importe lequel des régimes de régulation connu : P, P.I. ou P.I.D. Le dispositif peut aussi être réalisé avec desdétecteurs 56 (Fig. 2) du niveau du métal dans la poche intermédiaire, ces détec teurs étant,-- par exemple, des jauges de pression sur lesquelles la poche intermeediaire 39 s'appuie par l'intermédiaire de pattes 57.-~ Les jauges de pression sont installées sur une structure porteuse 58 et sont reliées par un conducteur 59 à un bloc DO d'alimentation et d'équilibrage qui, à son tour, est relié par un conducteur 61 au blod de régulation 13. Le bloc 60 d'alimentation et d'équilibrage se compose de blocs normalisés assurant la conversion de la tension du réseau en une tensioii d'alimentation du circuit de mesure du détecteur déterminant le niveau du métal, pour le réglage de la valeur d'origine du signal fourni par le détecteur de niveau lors d'un rempl-acement de la poche intermédiaire-par une autre de poids différent. Le dispositif peut également être réalisé avec une soupape 62 (Fig. 3) de décharge de ltexcès de pression du gaz dans l'enceinte 1 de la lingotière, par exemple sous la forme d'une soupape électromagnétique reliée à un bloc 63 de comparaison des signaux du détecteur 10 de pression du gaz dans l'enceinte e la lingotière et du détecteur 56 du niveau du métal dans la poche intermédiaire 39. La soupape 62 de décharge de l'excès de pression du gaz est en communication avec l'enceinte 1 de la lingotière et un conducteur b4 la raccorde au bloc 63 de comparaison des signaux; elle comporte également une sortie à l'atmosphère. Le bloc 63 comprend des blocs normalisés connus pour comparer les signaux fournis sous la forme de tension, intensité, déphasage, etc, et des blocs pour élaborer un nouveau signal pour la commande de la soupape 62 lorsque le rapport entre les signaux du détecteur 10 de pression du gaz dans l'- enceinte I de ln lingotière et du détecteur 56 du niveau du métal dans la poche intermédiaire 39 s'écarte de la valeur prescrite. La soupape 62 se compose d'un corps 65 avec une charlbre 66 à haute pression et une chambre 67 à pression atmosphérique et d'uu cône de fermeture 68 relié par une tringle 69 au noyau 70 d'un -el- roulement 71. Le dispositif d'admission de gaz fonctionne de la façon suivante. Le gaz venant de la capacité 3 arrive sous haute pression à la chambre 14 de la soupape de détente 4 qui est réglée par la vis 16 à la pression réduite nécessaire sous laquelle le gaz va à la chanl- bre 15, puis au réservoir de travail 5, à l'enceinte 37 à haute pression de la soupape 6 réglant le débit (le gaz; en traversant le siège 35 de la soupape 6, le gaz arrive à l'enceinte -38 à pression réduite d'où il va au réservoir de stabilisation 7 et, enfin, à la partie supérieure étanchéifiée de l'enceinte 1 de la lingotière 2, au-dessus du ménisque 46 de l'âme liquide du lingot continu 47. De l'enceinte 1, la pression du gaz est transmise par le tube 9 à la chambre 51 à haute pression du détecteur de pression 10. La chambre 52 à-basse pression est en communication avec I'atmosphère. Sous l'action de la pression du gaz, la membrane 50 du détecteur 10 s'incurve en forçant la tringle 53 qui lui est reliée à déplacer le noyau 54 dans l'enroulement 55. Un signal électrique est alors engendré dans cet enroulement, signal qui est fonction de la pression dans l'enceinte 1 de la lingotière 2. Ce signal est transmis par le conducteur 11 au bloc de régulation 13 qui amplifie le signal, élabore le régime de régulation et commande la soupape 6 de régulation du débit de gaz. Du bloc 13, le signal amplifié est transmis par le conducteur 12 à l'un des enroulements 17 des la soupape 6. La valeur requise de la pression dans l'enceinte 1 de la lingotière 2 est imposée au bloc de régulation 13 par application à l'autre enroulement 17 de la soupape 6 d'une tension égale à la tension du signal fourni par I'enroulement 55 du détecteur 10 et amplifié par le bloc 13, lorsque la pression dans l'enceinte 1 a la val-eur requise. Le signal amplifié du détecteur 10 est appliqué au second enroulement 17 de la soupape 6. Quand la pression du gaz dans l'enceinte 1 n'est pas égale à celle qui est prescrite, les tensions appliquées aux enroulements 17 ne sont pas égales non plus. Le noyau 18 se déplace alors du côté de l'enroulement sur lequel la tension est la plus forte et, par l'intermédiaire de la tringle 19, il force la buse 20 à tourner autour de l'articulation 25 dans l'amplificateur hydraulique. La buse 20 débite le liquide moteur, de l'huile par exemple, qui est pris au réservoir 21 par les tubes 22 et 24 et est refoulé par la pompe 23. Quand la buse 20 est disposée au milieu entre les ouvertures des canaux 27 et 28 dans le corps 26, les pressions dans ces canaux et, respectivement, dans les enceintes inférieure 29 et supérieure 30 du cylindre 31 sont égales, aussi le piston 32 est-il immobile. Une telle position médiane est occupée par la buse lorsque les tensions sont égales sur les deux enroulements 17 du convertisseur électromécanique, c'est-à-dire lorsque la pression du gaz dans 1'enceinte 1 de la-lingotière est égale à celle requise et, par conséquent, le~signal amplifié du détecteur 10 est égal à la valeur consignée dans le bloc 13. Si la pression dans l'enceinte 1 de la lingotière 2 n'est pas égale à celle requise, les tensions sur les enroulements 17 en opposition de la soupape 6 ne sont pas égales non plus; le noyau 18, par l'intermédiaire de la tringle 19, fait dévier la buse 20 de telle façon que son orifice débitant le liquide moteur sous pression vient se placer plus près de l'un des canaux de sortie, par exemple du canal 27 raccordé à l'enceinte inférieure -29 du cylindre de manoeuvre 31. Il y a modification de la répartition de l'énergie du jet de liquide moteur entre les canaux 27 et 28; la pression croît dans l'enceinte du cylindre de manoeuvre raccordée au canal vers lequel a dévié la buse, et elle décroît dans l'autre enceinte. Le piston 32 se met en mouvement. Le sens et la vitesse de son déplacement sont fonction du sens et de la valeur de la déviation de la buse 20. Le déplacement du piston 32 est transmis par la tige 33 au pointeau profilé 34 qui change de position par rapport au siège 35, en augmentant ou diminuant la section de passage dont est tributaire le débit de gaz à travers lasoupape 6. De la sorte, le signal d'entrée attaquant le bloc 13 de régulation est transformé en action régulatrice de la soupape 6 sur la quantité de gaz qui la traverse. Le réservoir de travail 5 en amont de la soupape 6 assure une réserve constante degaz sous la pression nécessaire à l'entrée de la soupape pour le remplissage rapide du réservoir de stabilisation 7 et de l'enceinte 1 de la lingotière en gaz après un cassage f-orcé (par exemple pour causes technologiques) de l'étanchéité de la lingotière 2. Le réservoir de stabilisation 7 diminue les fluctuations forcées de la pression du gaz dans l'enceinte 1 dues aux variations cycliques de cette enceinte provoquées par le mouvement rectiligne alternatif de la lingotière 2. L'étanchéité de l'enceinte 1 de la lingotière 2 animée d'un mouvement rectiligne alternatif est assurée par la membrane flexible 45. Dans le cas où le dispositif est réalisé avec des détecteurs de niveau du métal dans la poche intermédiaire, il fonctionne de la façon suivante. Les détecteurs de niveau, par exemple les jauges ou capsules de pression 56 comme représenté à la Fig. 2, ou une jauge de niveau radioactive, contrôlent en fait la hauteur de la colonne de métal liquid?dans- la poche intermédiaire 39;au-dessus de l'enceinte étanchéifiée 1 de la lingotière, mesurée par exemple de la section inférieure de la busette de coulée 48 jusqu'au ménisque dii métal dans la poche intermédiaire 39 dans le -cas où le métal est coulée en chute sur le ménisque 46 du métal dans la lingotière. Dans le cas d'une coulée de métal sous le ménisque 46 par jet immergé à travers une busette de coulée 48 dont l'extremité inférieure plonge dans le métal, la hauteur de la colonne due métal est prise entre le ménisque 46 dans la lingotière et l-e ménisque du mé- tal dans poche intermédiaire 39. La pression du gaz dans l'enceinte 1 de la lingotière 2 ne doit pas être supérieure à la pression de-la colonne de métal dans la poehe intermédiaire 39 et la busette de coulée 48, afin qu'il ne se- produise pas d'échappements de gaz ou d'éjections du métal hors de la poche intermédiaire sous l'action de la pression.La valeur de lapression devant- être maintenue dans l'enceinte 1 de la lingotière 2 durant la coulée dépend donc du niveau du métal dans la poche intermédiaire 39. Cette circonstance devisent particulièrement importante aux régimeside coulée transitoires, quand le niveau du métal varie dans la poche intermédiaire~39, par exemple lors du remplacement de la grande poche principale (les Fig. 1 et 2 ne montrent pas la grande poche au-dessus de la poche intermédiaire), alimentan-t continuelle- ment la poche intermédiaire en métal. Lors de ce changement, le niveau du métal dans a poche intermédiaire 39 baisse d'abord au fur et a mesure de la consommation du métal, puis il remonte lorsque la nouvelle poche mise en place reprend l'alimentation en métal de la poche intermédiaire. La pression du gaz maintenue dans l'enceinte 1 de la lingotiè re 2 doit être dans ce cas d'abord diminuée, puis augmentée jusqu'à la valeur fixée pour le régime de coulée établi, a niveau constant du métal dans la poche intermédiaire 39. C'est justement la régulation du débit de ga7 vers enceinte 1 de la lingotière 2 aux régimes transitoires qu'a pour but le dispositif doté de détecteurs 56 de niveau du métal dans la poche in termédiare 39. Réalisés, par exemple, sous la forme de capsules ou jauges de pressionde conception connue, soit des jauges magnétoélastiques ou d'un autre type quelconque,- les détecteurs de niveau 56 se placent sur la struclure porteuse 58 de l'installation dé coulée continue. La poche intermédiaire -39 s'appuie-avec ses pattes -57 sur les détecteurs 56 qui, sous l'action -du poids de la poche 39 et ou mé- tal liquide 41 qutelle contient, émettent un signal électrique correspondant qui va au bloc 60 et, de celui-ci au bloc 13. Le signal est amplifié par le bloc 13, additionne au signal fourni par le détecteur de pression 10, et appliqué à l'enroulement 17 de la soupape 6 qui règle la quantité de gaz allant vers l'en- ceinte i de la lingotière 2 lorsque le niveau du métal 41 baisse dans la poche intermédiaire 39, -et augmente le débit de gaz lorsque le niveau du métal monte dans la poche. Si le dispositif comporte une soupape 62 (Fig. 3} de décharge de l'excès de pression régnant dans l'enceinte 1 de la lingotiere, il fonctionne de la façon suivante. Les signaux fournis par le détecteur 10 de pression du gaz dans l'enceinte 1 de la lingotière et le détecteur 96 du niveau de métal dans la poche intermédiaire 39 sont transmis par les con d'alimentation et d'équiii brage par le conducteur 73, au bloc 63 de comparaison des signaux. Le bloc 63 est réglé de telle façon que, lorsque le signal du détecteur 10 de pression du gaz est inférieur ou égal à la fraction prescrite du signal fourni par le détecteur 56 de niveau, la soupape 62 est fermée. Quand le signal du détecteur 10 de pression du gaz dépasse la fraction prescrite du signal fourni par le détecteur 56 de niveau, le bloc 63 élabore un signal de eommanee de la soupape 62; ce signal est transmis par le conducteur 64 à la soupape 62 qui s'ouvre et assure l'échappement du gaz à l'atmosphère suivant la flèche 74 pour supprimer l'excès de pression dans l'enceinte I de la lingotière;~le gaz s'échappe jusqu'à ce que le signal du détecteur 10 de pression de gaz dais l'enceinte 1 de la lingotière reprenne la valeur requise. Le signal du détecteur 10 de pression du gaz va directement attaquer l'entrée du bloc 63 par le conducteur 72. Le signal du détecteur 56 de niveau du métal dans la poche intermédidre 39 est appliqué à l'entrée du bloc 63 par le conducteur 73, à partir du bloc 60 d'alimentation et d'équilibrage. Le dispositif pour l'admission d'un gaz dans la partie supérieure étanchéifiée de la lingotière est étudié en tenant compte des particularités principales de la coulée continue des métaux et peut être appliqué à n'importe quel type connu d'installation de coulée continue. il peut etre aussi appliqué dans la coulée semi- continue et dans la coulée du métal en lingotières ordinaires. Le dispositif assure le maintien de la pression requise du gaz au-dessus du ménisque du métal dans la partie supérieure étanchéifiée de la lingotière en régime de coulée établi, quand le niveau du métal dans la poche intermédiaire est maintenu constant, en compensant les fuites de gaz éventuelles dues aux inétanchéités, et il diminue le débit de gaz en cas de perturbations non contrôlées dégagement de gaz par le métal en solidification, par la combustion du lubrifiant, etc. Le dispositif assure la régulation de la pression du gaz dans la lingotière dans les périodes de coulée transitoires, quand le niveau du métal dans la poche intermédiaire varie. Par exemple, il y a une période transitoire lors du changement de la grande poche principale alimentant en métal la poche intermédiaire. Le dispositif assure la conduite sans danger de la coulée continue sous pression de gaz; il empeche les éjections de métal hors de la poche intermédiaire par le gaz sous pression dans la partie étanchéifiée de la lingotiere en laissant échapper du gaz pour supprimer les excès de pression par rapport à la pression requise en régime de coulée établi, ou bien par rapport à une fraction de la pression due à la colonne de métal dans la poche intermeniaire en régime wte coulée transitoire. Le dispositif est l'un des éléments de la chaîne d'automatisation complexe de la coulée continue de métaux; il permet d'effectuer le chan-gement de poche lors de l'amenée de métal suivant de nouvelles élaborations à l'installation sans intervention de l'o- pérateur sans la marche du dispositif. Le principe du maintien de la pression à une valeur requise constante mis en oeuvre dans le dispositif s'est avéré un moyen sûr pour diminuer le nombre et l'importance des défauts de surface sur le lingot continu. L'application de la régulation du débit de gaz d'après deux paramètres de la coulée - pression vraie du gaz audessus du ménisque du métal dans la partie supérieure étanchéifiée de la lingotière (réaction) et niveau du métal dans la poche inter édiaire (action directe) - permet d'effectuer la coulée par la méthode à grand rendement consistant à couler directement le métal d'une élaboration après épuisement de celui de l'élaboration pré- cédente, avec ehangei.ent des poches de coulée. - REVENDICATIONS. 1 - Un dispositif pour l'admission d'un gaz dans la partie supérieure étanchéifiée d'une lingotière d1une installation de coulée de métaux, comprenant une soupape de régulation du débit de gaz, caractérisé en ce qu'il comporte un détecteur de pression du gaz dans l'enceinte de la lingotière, la sortie de ce détecteur étant reliée à ladite soupape de façon que la pression soit maintenue à une valeur constante dans l'enceinte de la lingotière. 2 - Un dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce qutil comporte un détecteur de niveau du métal dans la poche in termédiaire dont la sortie est reliée à ladite soupape de telle fa pon qu'en cas de baisse ou de montée du niveau du métal dans la po che intermédiaire, la pression du gaz dans l'enceinte de la lingotière soit respectivement diminuée ou augmentée par rapport à la pression maintenue constante en régime de coulée normal. 3 - Un dispositif suivant la revendication 2, caractérisé en ce qutil comporte une soupape de décharge diminuant la pression dans l'enceinte de la lingotière en laissant échapper du gaz à 1' atmosphere, cette soupape étant reliée à la sortie d'un bloc comparant les signaux des détecteurs de pression du gaz dans l'enceinte de la lingotière et de niveau du métal dans la poche intermédiaire et l'entrée dudit bloc de comparaison étant reliée auxdits détecteurs de telle façon que la soupape de décharge fasse baisser la pression dans la lingotière en laissant échapper du gaz à l'atmosphère quand la pression du gaz dans l'enceinte de la lingotière dépasse une valeur prescrite égale à une fraction de la pression due à la colonne de métal dans la poche intermédiaire qui est constante en régime de coulée établi et variable en régime transitoire.