Brevet FR2292539A1 — publié le 19760625

La présente invention se réfère au réglage automatique du niveau du bain de métal fondu à l'intérieur d'une lingotière de coulée continue, à la façon décrite dans le brevet français i 389 442 du 19 Septembre 1963 au nom du présent demandeur. On rappellera que suivant ce brevet l'on forme une image réelle de la partie haute de la lingotière à l'aide d'un appareil optique orienté suivant un axe de visée oblique et l'on dispose sur la partie de cette image qui correspond à la surface libre du bain une ou plusieurs cellules photo-électriques qui répondent ainsi aux variations de niveau de ce bain en fournissant un signal susceptible dtoetre utilisé pour faire varier soit le débit de déversement du métal fondu dans la lingotière, soit la vitesse de tirage de la barre solidifiée à la sortie inférieure de celle-ci, le tout sans & re influencées par le rayonnement parasite du jet tombant dans cette lingotière, puisque ce dernier est optiquement localisé sur l'image. Ce procédé et l'appareillage correspondant ont donné d'excellents résultats non seulement dans les installations à jet de métal fondu tombant librement dans la lingotière, mais encore dans celles ou le métal est déversé par l'intermédiaire d'une busette réfractaire, laquelle émet également un rayonnement parasite intense. Toutefois lorsqu'on utilise ainsi une busette on en profite souvent pour maintenir sur la surface du bain une couche de laitier qui la protège de l'atmosphère et qu'on réalise en déversant sur elle un produit pulvérulent approprié. Or cette couche dissimule totalement le bain que les cellules ne peuvent plus apercevoir, de sorte que elle procédé suivant le brevet précité n'est plus applicable en pareil cas. La présente invention vise à perfectionner le procédé en question de manière qu il puisse etre mis en oeuvre dans ces installations à couche de laitier. Suivant l'invention l'on dispose au moins une cellule ou cellule de couche sur la partie de ltimage optique qui correspond à la couche protectrice de la surface du bain et au moins une autre cel- lule ou cellule de busette sur la partie de cette image qui correspond à la busette, et l'on combine les réponses de ces cellules de manière telle que pour toutes les températures possibles de la couche précitée, l'on obtienne un signal qui corresponde à la hauteur de la face supérieure de cette couche. On comprend que lorsqu'cn vient de déverser sur le bain le pro duit destiné à constituer le laitier, on réalise une couche relativement froide qui rayonne fort peu. Cette couche enrobe évidemment une fraction de la hauteur de la busette au-dessus du bain. L'on peut donc déceler les variations du niveau de ce bain en se basant sur le fait que lorsqutil s'élève, la couche froide diminue le rayonnement de la busette à l'intérieur de la lingotière, reçu par la ou les cellules debusetle.Puis la couche s'échauffe progressivement jusqu'à atteindre une température élevée, mais cependant inférieure à celle de la busette sans cesse traversée par du métal fondu, alors que cette couche n'est chauffée que par du métal en voie de solidification et subit par ailleurs l'effet de refroidissement de la lingotière elle-mCeme prévue à circulation d'eau. A partir dtun seuil déterminé la détection peut donc s'effectuer par la ou les cellules de couche qui opèrent alors à la façon exposée au brevet précité. Si l'on considère le cas le plus simple dtune paire unique faite d'une cellule de couche et d'une cellule de busette, on conçoit qu'on puisse considérer chacune de ces cellules comme émettant une réponse binaire (par exemple O et 1) en fonction dtun seuil de rayonnement déterminé et qu'il soit aisé d'agencer un dispositif de circuits logiques propre à émettre à son tour un signal binaire combiné susceptible tertre transmis au mécanisme de réglage. Pour améliorer ce caractère numérique de la réponse des cellules on peut associer à chacune d'elles un comparateur auquel on fixe un seuil correspondant. Dans une forme d'exécution préférée de l'invention l'on utilise plusieurs paires de cellules de couche et de cellules de busette, on additionne les réponses combinées de ces diverses paires et l'on en déduit un signal analogique qu'on envoie au mécanisme de réglage. On comprend que si l'on met en oeuvre un nombre suffisant de telles paires, lton peut obtenir que ce mécanisme fonctionne de façon progressive et non pas par tout ou rien comme cela est le cas avec une paire unique. Le cessin ar.riexé, donne à titre d'exemple, permettra de mieux con.prer.dre ltir.vertior, les caractéristiques qu'elle présente et les avantages qutelle est susceptible de procurer. Fig. 1 est une vue très schématisée d'une installation de coulée continue à couche de laitier conportant application de l'in Invention avec une seule paire de cellules. Fig. 2 représente l t image réelle obtenue dans l'appareil septique en indiquant les emplacements des deux cellules. Fig. 3 est un schéma des circuits associés aux cellules. Fig. 4 montre un tableau expliquant le fonctionnement des circuits de fig. 3. Fig. 5 montre un exemple de circuit logique réalisant le fonctionnement-indiqué par le tableau de fig. 4. Fig. 6 est une vue semblable à celle de fig.1, mais correspondant au cas où lton prévoit plusieurs paires de cellules. Fig. 7 représente le schéma des circuits correspondants. Fig. 8 montre comment l'on peut-établir un circuit réalisant l'addition des signaux combinés des diverses paires de cellules pour aboutir à un signal de sortie analogique. En fig. 1 lton a schématisé en 2 la partie supérieure dtune lingotière de coulée continue, sa chemise de circulation d'eau n'etant pas figurée. Dans cette lingotière est engagée une busette réfractaire 4 comportant un entonnoir supérieur 6 dans lequel on déverse du métal fondu 8 à partir d'une poche 10. Le métal constitue dans la lingotière un bain 12 qui sty solidifie peu à peu sous la forme d'une barre qu'on extrait progressivement par le bas à l'aide de rouleaux appropriés. Bien entendu la- vitesse d'extraction de la barre et le débit de déversement du métal fondu doivent se correspondre, ce qu'on peut obtenir en réglant convenablement l'un ou l'autre de ces deux paramètres. Pour protéger le bain 12de l'atmosphère, on a déversé sur lui, par exemple à partir d'un couloir 14, une couche 16 d'un produit pulvérulent propre à constituer un laitier. Cette couche, initialement froide, s'échauffe peu à peu, fond et atteint une température relativement élevée, fonction de celle du bain 12 en cours de solidification ainsi pue de celle des parois découvertes adjacentes de la lingotière 2. Il convient de noter que la busette 4, constamment traversée par le métal provenant de la poche 10, est maintenue à une température notablement supérieure au moins dans sa partie située au-dessus de la couche 16. On rappellera encore que pour éviter l'oxydation du métal en amont de la busette 4, on s'arrange souvent pour que la poche 10, prévue fermée, comporte une sortie inférieure avec ou sans quenouille de réglage agencée de manière à se raccorder de façon quasi étanche à l'entonnoir 6. De mme que suivant le brevet sus-mentionné, il est prévu un dispositif de chambre noire 18 avec objectif 20 orienté suivant un axe de visée fortement oblique de manière à "voir" le niveau supé rieur de la couche 16 dans le haut de la lingotière 2. Cet objectif engendre dans le plan arrière de la chambre, matérialisé par exemple par un verre dépoli 22, une image réelle renversée (voir fig. 2) de la busette 4, de la couche 16 et de la lingotière 2. Sur cette image on dispose deux cellules photo-électriques 24 et 26. La première, ou cellule de couche, est placée à une position nettement éloignée latéralement de la busette 4, de façon telle que lorsque le niveau du bain 12 est normal à l'intérieur de la lingotière, elle se trouve sur le bord de la couche 16 en contact avec la paroi de cette lingotière. La seconde cellule 26, ou cellule de busette, est disposée de manière que dans les mimes conditions de niveau, elle soit située sur le bord de la couche 16 en contact de la busette 4. Les réponses des cellules 24, 26 sont envoyées à deux circuits comparateurs respectifs 28 et 30 propres à émettre une sortie binaire, par exemple O et 1, suivant que leur entrée est inférieure ou supérieure à un seuil déterminé fixé par tous moyens appropriés tels que des potentiomètres individuels 32 et 34. Les sorties de ces comparateurs sont à leur tour envoyées à un meme circuit combinateur 36 qui en déduit un signal binaire unique, lequel est appliqué au mécanisme 38 utilisé pour régler le ou les paramètres de l'installation. Lorsque la couche 16 est encore relativement froide, quel que soit le niveau du bain la cellule de couche 24 reçoit un rayonnement inférieur au seuil du comparateur 28, lequel émet par conséquent la sortie O (deux premières lignes du tableau de fig. 4). Si le niveau est trop haut, la cellule de busette 26 n'est que très faiblement influencée puisqu'elle "voit" la couche 16 (ne pas oublier que l'image de fig. 2 étant inversée, un niveau trop haut apparat trop bas sur cette image) ; le comparateur 30 émet donc la sortie O (première ligne du tableau; Il faut alors que le mécanisme 38 reçoive le signal binaire commandant l'abaissement du niveau et qu'on supposera oestre également O (troisième colonne du tableau).Si la couche 16 étant froide le niveau du bain est trop bas, la cellule de busette 26 "voit" la busette 4 et sa réponse dépasse le seuil du comparateur 30, lequel émet la sortie 1 (deuxième ligne du tableau). Il faut alors que le mécanisme 38 reçoive le signal 1 qui lui commande de remonter le niveau. Au bout d'un certain temps la température de la couche 16 atteint une valeur correspondant au seuil de rayonnement prévu dans le comparateur 28. Sitoutefois le niveau du bain est bas la cellule 26 ne "voit" pas cette couche et par conséquent son signal est faible, de sorte que la sortie du comparateur précité reste O tandis que la cellule de busette 4 est fortement éclairée, son comparateur donnant la sortie 1, ce qui ramène au cas de la deuxième ligne du tableau. Si au contraire le niveau du bain est haut, la cellule 24 "voit" la couche 16 à température élevée et son comparateur 28 donne la sortie 1. Quant à la cellule 26, en raison de la montée de la couche 16, c'est celle-ci qu'elle "voit" et non pas la busette 4.Si le comparateur correspondant 30 a été convenablement réglé à une valeur intermédiaire entre celles des rayonnements de la couche et de la busette, il émet la sortie 0. Le signal que doit recevoir le mécanisme 38 est alors celui O d'abaissement du niveau, comme indiqué à la troisième ligne du tableau. La quatrième ligne de ce tableau correspond au cas où, le niveau étant haut comme ci dessu la cellule 26 est néanmoins influencée dans une mesure telle que le seuil de son comparateur 30 se trouve dépassé, par exemple parceque la partie de la couche 16 quelle "voit" > est trop voisine de la busette, et est portée à une température avoisinant trop celle de cette dernière pour que le comparateur précité puisse faire la différence.A ce moment ladite cellule donne la sortie 1, mais néanmoins le mécanisme 38 doit recevoir le signal O pour déterminer l'abaissement du niveau. On peut constater que finalement le tableau de fig. 4 revient à ceci : Quand la couche 16 est froide (sortie de 28 = O), c'est la cellule de busette 26 qui commande seule le réglage. Quand au contraire la couche 16 est chaude (sortie de 28 = 1 ou O suivant que 24 "voit" ou ne "voit" pas ladite couche), c'est la cellule de couche 24 seule qui commande. Le seuil du comparateur 28 doit donc être réglé au minimum permettant une réponse nette et store de la cellule 24. Fig. 5 montre à titre à'exemple l'un des nombreux circuits qui permettent de réaliser électroniquement les conditions posées par le tableau de fig. 4. 40 y désigne un inverseur et 42 une porte ET. Il est facile de vérifier que si lton inverse les signaux de la première colonne du tableau, la porte 42 donne bien sur sa sortie un signal correspondant à la troisième colonne. Avec la disposition à une seule paire de cellules qu'on vient de décrire on obtient évidemment un réglage par tout ou rien, puisque le mécanisme 38 reçoit soit le signal 0, soit le signal 1. Mais il est possible de réaliser au contraire un réglage progressif en prévoyant plusieurs paires de cellules, comme indiqué en fig. 6 dans lesquelles ces paires ont été distinguées par les lettres a, b, c affectées aux diverses références. Comme indiqué les paires sont superposées à la façon exposée en référence à fig. 8 du brevet français sus-visé. Fig. 7 montre le schéma correspondant. On y retrouve pour chaque cellule le comparateur 28 ou 30 (avec la lettre distinctive de chaque paire) ainsi que les circuits combinateurs respectifs 36a à 36c. Les sorties de ces trois combinateurs sont envoyées à un circuit totalisateur 44 qui en déduit un signal analogique en escaliers et c'est ce dernier qui est appliqué au mécanisme 38. Le signal analogique en question peut donc & re égal à 0, 1, 2 ou 3 et l'on comprend que le mécanisme 38 puisse agir à des vitesses différentes en fonction de ces quatre valeurs.On conçoit sans peine qu'en augmentant le nombre des paires de cellules on obtiendrait un plus grand nombre d'escaliers et par conséquent une meilleure progressivité; Si les circuits 36a à 36c donnent une sortie à intensité nettement déterminée, l'addition de ces sorties peut s'effectuer par simple liaison à un conducteur communale mécanisme 38 étant commandé par intensité ou, en variante, par tension moyennant disposition d'une résistance tarée et prélèvement aux bornes de celle-ci. Dans le cas où l'on ne pourrait compter sur une régularité suffisante de l'intensité de sortie desdits circuits 36a à 36c on pourrait interposer sur chacune un transistor régulateur, comme indiqué en fig. 8. Dans cette figure les collecteurs des trois transistors sont reliés à un conducteur commun 46 par l'intermédiaire de résistances 48a à 48c. L'intensité du courant sur ce conducteur est évidemment l'analogue du total des sorties des trois circuits combinateurs. Il doit d'ailleurs etre entendu que la description qui précède n'a été donnée qu'à titre d'exemple et quelle ne limite nullement le domaine de l'invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les détails d'exécution décrits par tous autres équivalents. REVENDICATIONS 1. Procédé pour le réglage automatique du niveau du bain de métal fondu à l'intérieur d'une lingotière de coulée continue alimentée par busette de déversement et renfermant une couche surnageante de laitier, du genre dans lequel on forme une image réelle de la partie haute de la lingotière à Plaide d'un appareil optique orienté suivant un axe de visée oblique et l'on place sur cette image des cellules photo-électriques propres à émettre des signaux fonction des variations de niveau du bain et à l'aide desquels on commande un paramètre approprié, tel que le débit de déversement du métal fondu dans la lingotière où la vitesse de tirage de la barre à partir de celle-ci, caractérisé en ce qu'on dispose au moins une cellule sur la partie de l'image optique qui correspond à la couche protectrice de la surface du bain et au moins une autre cellule sur la partie de cette image qui correspond à la busette, et en ce quon combine les réponses de ces cellules de manière telle que pour toutes les températures possibles de la couche précitée lton obtienne un signal qui corresponde à la hauteur de la face supérieure de cette couche. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on réalise la combinaison des réponses des cellules de manière que lorsque la couche de laitier est encore superficiellement froide à l'intérieur de la lingotière ce soient les cellules de busette qui assurent seules la commande, et qu'au contraire quand cette couche a atteint une température superficielle suffisante, ce soient les cellules de couche qui le fassent. 3. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce quton numéralise la réponse de chaque cellule de manière quelle soit égale à O ou à 1 suivant que la cellule reçoit un rayonnement inférieur ou supérieur à un seuil donné (ou inversement). 4. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on prévoit plusieurs paires de cellules, chaque paire comprenant une cellule de couche et une cellule de busette disposées de manière à correspondre substantiellement à une même hauteur de la couche, en ce quton combine les réponses des deux cellules de chaque paire de manière à obtenir une sortie intermédiaire correspondant à la hauteur instantanée de la face supérieure de la couche par rapport à la paire considérée, et en ce qu'on additionne les sorties des diverses paires pour en déduire un signal analogique unique permet tant un réglage progressif. 5. Procédé suivant la revendication 3, caractérisé en ce quton numéralise la réponse de chaque cellule en l'appliquant à un comparateur propre à émettre une sortie binaire fonction du fait que cette réponse est inférieure ou supérieure à un seuil déterminé. 6. Procédé suivant la revendication 5, caractérisé en ce que le seuil du comparateur affecté à chaque cellule de couche correspond à la valeur de rayonnement minimale pour laquelle les réponses de la cellule sont nettes et stries, tandis que celui du comparateur associé à chaque cellule de busette correspond de son coté à une valeur intermédiaire entre le rayonnement de la busette et celui de la couche quand sa température superficielle s'est stabilisée. 7 Dispositif de réglage du niveau du bain du métal dans une lingotière de coulée continue alimentée par busette et renfermant une couche surnageante de laitier, caractérisé en ce qutil est agencé pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes.