Brevet FR2381583A1 — publié le 19780922

La présente invention se rapporte d'une façon générale à des procédés de fabrication de lingots dans la fabrication de l'acier et plus particulièrement au réglage de la vitesse de coulée dans ces procédés de fabrication des lingots. Dans les procédés classiques de fabrication de l'acier, on reçoit d'abord l'acier fondu dans une poche de coulée, puis on le verse dans dès moules pour former des lingots que l'on soumet à des opérations ultérieures telles que le laminage et le forgeage. Il est généralement admis que la qualité des produits finis en acier dépend en grande partie de la qualité des lingots et que la qualité des lingots est notablement affectée par les conditions de l'opdra- tion de coulée du métal fondu, en particulier par la vitesse de coulée dans le moule. Ordinairement, on ajuste la vitesse de coulée en utilisant des busettes de coulée de divers diamètres. Cependant, on a constaté que le procédé ordinaire ne permet pas un réglage stable et adéquat de la vitesse de coulée. Par exemple, il est difficile de main tenir- -une vitesse constante de montée de la surface du métal fondu, vitesse dont on suppose qu'elle influe sur l'épaisseur de la croute du lingot, particulièrement dans la fabrication de l'acier non calmé. En outre, il est difficile avec ce procédé d'éviter ou m8me de réduire les défauts de surface dûs à l'éclaboussement de métal fondu au début de l'opération de coulée. Pour éliminer cas difficultés, il 9té propnsd dazs la demande de brevet Japonais Sho 49-35799, déposée le 30 mars 1974 et mise à l'examen public le 9 octobre 1975 sous le nO Sho 50-128631, de suivre la coulée ou de mesurer sa vitesse par la variation de poids de la poche de coulée et de régler l'ouverture de la busette de coulée en fonction des résultats de la mesure. Tel qu'il est proposé dans la demande de brevet japonais ci-dessus, le procédé est considéré comme susceptible de permettre un réglage programmé de la vitesse de coulée du métal fondu. Mais son inconvénient le plus grave est de ne pas permettre un réglage programmé avec des erreurs suffisamment faibles. Par exemple, lorsqu'on applique le procédé ci-dessus, on utilise habituellement une "bascule de pont-roulant" pour mesurer la variation de poids de la poche de coulée. Le problème qui se pose ici est qu'une telle bascule de pont-roulant donne généralement lieu a des erreurs de mesure atteignant 10 % de la portée de la bascule. Par conséquent, pour obtenir la variation de poids de la poche de coulée avec une précision adéquate, il est nécessaire d'augmenter l'intervalle de temps entre deux mesures consécutives. La présente invention a donc pour but de fournir - un appareil pour le réglage programmé de la vitesse de coulée du métal fondu dans un procédé de fabrication de l'acier - un appareil de fabrication de lingots de métal permettant de régler de façon précise et programmée la vitesse de coulée - un système pour modifier la vitesse de coulée au cours de l'opération de coulée. Conformément à l'invention, les buts ci-dessus ainsi que d'autres peuvent etre atteints au moyen d'un appareil de fabrication de lingots métalliques qui comprend un passage avec une soupape à coulisse pour laisser passer le métal fondu dans un moule, un système de programmation de la vitesse de coulée fournissant un signal primaire de réglage, un circuit de réglage de la valeur optima relié à ce système de programmation pour recevoir le signal primaire de réglage de la vitesse fournie par-celui-ci et produire un signal secondaire de réglage de la vitesse, un système pour commander la soupape à coulisse en fonction du signal secondaire de réglage de la vitesse, un système de mesure de la vitesse de coulée et de production d'un signal de vitesse de coulée, un circuit de signal modificateur pour comparer le signal primaire de réglage de la vitesse et le signal de vitesse de coulée et produire un signal modificateur lorsqu'il apparat une différence entre les deux signaux. Conformément à une caractéristique de l'invention, le signal de réglage programmé de la vitesse est envoyé à travers le circuit de réglage de la valeur optima dans le système de commande de telle façon que le réglage de la vitesse de coulée puisse s'effectuer avec une précision suffisante. Comme la vitesse d'écoulement du métal fondu est affectée non seulement par le degré d'ouverture de la soupape à coulisse, mais aussi par l'usure et l'engorgement du passage et par la pression résultant de la hauteur de métal fondu dans la poche, on doit toujours tenir compte des relations entre le degré d'ouverture de la vanne et la vitesse de coulée réelle.C'est pourquoi, dans la présente invention, la mesura réelle de la vitesse de coulée est comparée au signal de vitesse programme, c' est-à-dire au signal primaire de réglage de la vitess pour modifier le signal secondaire de réglage de la vitesse. Conformément à une autre caractéristique de l'invention, on utilise un procédé particulier pour calculer la vitesse réelle de coulée, à savoir qu'on mesure le poids versé à des intervalles de temps déterminés à l'avance, et on tient compte de tous les résultats de mesure de façon à pouvoir calculer la pente moyenne de la variation du poids versé. A cet effet, lorsque la mesure est effectuée au moyen d'une bascule de pont-roulant qui mesure le poids de la poche, le calcul est effectué en utilisant la formule dans laquelle b est lia vitesse de coulée calculée ; n -W. est une indication de la bascule de pont-roulant J T est l'intervalle de temps entre deux mesures ; n est le nombre de mesures moins une. Conformément à une autre caractéristique de l'invention, il est fourni un système de calcul des relations entre le degré d'ouverture de la soupape et la vitesse de coulée et pour modifier le second signal de réglage de la vitesse avant de l'envoyer au système de commande. Pour cela, on peut supposer qu'il existe une relation linéaire entre le degré d'ouverture de la soupape et la vitesse de coulée, et on détermine par le calcul la pente et l'ordonnée à l'origine dans l'équation linéaire. L'invention est décrite plus en détails ci-après au moyen de modes de réalisation, en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue schématique d'une poche de coulé et d'un moule équipés du système de réglage de la vitesse de coulée suivant un mode de réalisation de la présente invention ; - la figure 2 est un schéma de fonctionnement donnant un exemple du système de réglage conforme à l'invention ; - la figure 3 est un schéma de fonctionnement donnant un autre exemple de l'invention - la figure 4 est un diagramme donnant un exemple typique de modèle programmé du réglage de la vitesse de coulée ; et - la figure 5 est un diagramme donnant le résultat du calcul de la vitesse de coulée conformément à l'invention. En ce qui concerne les dessins et en particulier la figure 1, celle-ci représente un dispositif de fabrication des lingots comprenant une poche de coulée 1 et un moule 2 disposé sous la poche 1. Selon la pratique habituelle dans la technique, la poche de coulée i est chargée de métal fondu qui est versé dans le moule pour fabriquer un lingot. Pour régler la vitesse de couléeS la poche i est munie d'une soupape à coulisse 7 dont l'ouverture est réglée au moyen d'une servo-commande 6. La poche 1 est suspendue au bras de suspension 3 d'un pont-roulant. Dans ce mode de réalisation, le bras de suspension 3 est muni d'un système de mesure des poids tel qu'une bascule de pont-roulant 4 pour mesurer le poids de la poche 1 . La bascule de pont-roulant 4 est reliée au système de contrôle 5 de la vitesse de coulée. Le système de contrôle 5 de la vitesse reçoit un signal de poids de la bascule de pont-roulant 4 et produit un signal de sortie utilisé pour régler la servo-commande 6. Sur la figure 2, le système de réglage 5 comprend un programmateur de la vitesse de coulée 10 dans lequel un modèle de vitesse de coulée est programmé en millimètres par seconde, représentant la vitesse d'élévation du niveau de la surface du métal fondu dans le moule Le programmateur 10 est relié à un système de conversion des unités Il qui reçoit un signal programmé du programmateur 10 et produit un-premier signal de réglage de la vitesse en kilogrammes par seconde Le système de conversion des unités Il est relié à un système de réglage de la valeur optima 12 qui reçoit le premier signal de réglage de la vitesse du système de conversion des unités 11, et produit un second signal de réglage de la vitesse en accord avec le premier signal de réglage de la vitesse. Le second signal de réglage est ensuite envoyé à la servocommande 6 qui détermine le degré d'ouverture de la soupape à coulisse 7 en accord avec le second signal de réglage. Le système de réglage 5 comprend en outre un générateur de signal de vitesse de coulée 13 qui est relié à la bascule de pont-roulant 4 de façon à recevoir de celle-ci un signal de poids et produit un signal de vitesse de coulée correspondant à un changement de poids de la poche I. Le générateur de signal de vitesse de coulée 13 est relié par un dispositif d'échantillonnage 14 à un circuit de maintien 15. Le dispositif d'échantillonnage 14 revet la forme d'un commutateur qui est fermé à intervalles réguliers de telle sorte que le signal de vitesse de coulée peut le traverser par intermittence à des intervalles déterminés à l'avance. Le circuit de maintien 15 maintient un signal de vitesse de coulpe précédemment reçu jusqu a réception du signal suivant. En outre, le circuit de maintien 15 produit un signal de sortie qui est le meme que celui qui y est maintenu et qui est envoyé dans le géné- rateur de signal modificateur 18. Le générateur de signal modificateur 18 reçoit aussi le premier signal de réglage de la vitesse du système de conversion des unités il et compare le premier signal de réglage de la vitesse avec le signal de vitesse de coulée provenant du circuit de maintien 15 en produisant un signal modificateur qui correspond à la différence entre le premier signal de réglage de la vitesse et le signal de vitesse de coulée. Le signal modificateur est envoyé dans le système de réglage de la valeur optima 12 pour modifier le second signal de réglage de la vitesse qui y est produit. Le signal de sortie du circuit de maintien 15 est également envoyé dans un système de conversion des unités t6 qui transforme le signal en kilogrammes par seconde provenant du circuit de maintien 15 en un signal correspondant en millimètres par seconde et ce dernier signal est utilisé par un indicateur 17 pour fournir une indication appropriée. il est également prévu un système de.fixation du poids du moulage 19 qui produit un signal correspondant à un poids de lingot désiré pour chaque moule 2. Le signal de sortie du système de fixation 19 est relié à un circuit d'arrêt 20 qui reçoit également le signal de vitesse de coulée du générateur de signal de vitesse de coulée 13. Le circuit 20 intègre le signal de vitesse de coulée provenant du dispositif 13 pour obtenir le poids du métal moulé et, dès que le poids devient égal au poids déterminé par le dispositif 19, il produit un signal d'arrêt qui est envoyé à la servo-commande 6. La figure 4 représente un modèle typique du programme de vitesse de coulée pour l'acier non calmé. Suivant ce modèle, la soupape à coulisse 7 est d'abord amenée en position de pleine ouverture pour le premier moule ou moule de tête 2 (point A), ce qui ouvre un passage adéquat pour le métal fondu. Au bout de peu de temps, la soupape est amenée dans une position resserrée (point B). Puis, au bout d'un certain temps, la soupape à coulisse est progressivement ouverte suivant la ligne C jusqu'à la position D et maintenue à ce niveau pendant un certain temps jusqu'au point E. La période B et l'ouverture progressive de la soupape à coulisse 7 sont nécessaires pour empêcher das turbulences au fond du moule 2 et éviter des défauts de surface connus sous le nom d t "éclats", qui pourraient apparaÎtre sans cela au voisinage de la face inférieure du lingot. Au cours de la période fl, la vitesse de coulée est maintenue aussi élevée que possible dans la mesure où ll Ln peut éviter des défauts de surface tels que des fissures capillaires. Au point E, la soupape à coulisse 7 est fermée d'une cer-taine quantité pour réduire la vitesse de coulée (point F) et au bout d'un certain temps, elle est encore refermée pour réduire la vitesse (point ). Dès que le poids du métal moulé atteint la valeur désirée, la soupape à coulisse 7 est fermÉe à lu position resserrée 4, ce qui met fin à l'opération de coulée pour le premier moule 2. Cette fermeture par paliers de la soupape à coulisse de la période E à H est nécessaire pour éviter des turbulences à la partie supérieure du métal versé et éviter les défauts de surface qui pourraient autrement apparaÎtre sur la face supérieure du lingot. Puis, on place un second moule 2 sous la poche de coulée et on ouvre progressivement la soupape à coulisse 7 suivant la ligne I jusqu'à une position J pour effectuer une seconde opéra tion de coulée. En fonctionnement, le programmateur 10 produit un signal qui varie comme le montre la figure 4 et le signal est modifié par le système de conversion des unités il pour donner le premier signal de réglage de la vitesse de coulée. Le premier signal de réglage de la vitesse de coulée est reçu par le système de réglage de la valeur optima 12, il le traverse et il est envoyé, en tant que second signal de réglage de la vitesse, à la- servo-commande 6 pour déterminer le degré d'ouverture de la soupape conformément au modèle programmé. Le générateur de signal de vitesse de coulée 13 calcule en continu la vitesse de coulée et son signal de sortie est envoyé par intermittence dans le dispositif d'échantillonnage 14 8 des intervalles prédéterminés, par exemple toutes les trois secondes. De cette façon, le signal de vitesse de coulée en provenance du circuit de maintien 15 est renouvelé aux intervalles prédéterminés et envoyé au générateur-de signal modificateur 18. Le générateur de signal modificateur 18 compare le signal de vitesse provenant du circuit de maintien 15 avec le premier signal de réglage de la vitesse provenant du dispositif il et, s'il y a une différence quelconque entre les deux, il produit un signal modificateur, de préférence conformément à l'équation dans laquelle C = valeur du signal modificateur Qb = différence entre le signal de vitesse provenant du circuit de maintien 15 et le premier signal de réglage de la vitesse. k = gain proportionnel p T1 = temps intégral Le signal modificateur ainsi produit est appliqué au système de réglage de la valeur optima 12 pour modifier le second signal de réglage de la vitesse. Lorsque le poids calculé du métal moulé atteint le poids programmé qui est représenté par le signal provenant du dispositif. 19, le circuit d'arrêt 20 produit un signal d'arrêt qui ferme la soupape à coulisse à la position resserrée pour réduire la vitesse de coulée à une valeur minima (point H de la figure 4). Dès que le moule suivant est placé sous la poche de coulée 1, le programmateur 10 envoie un autre signal pour effectuer un nouveau cycle de moulage. Une des caractéristiques les plus importantes de l'inventi est la manière de calculer la vitesse de coulée : le circuit 13 effectue des calculs de façon intermittente, par exemple toutes les trois secondes, en se basant sur l'équation (1) ci-dessus. Ces calculs permettent d'éliminer ou au moins de réduire l'effet des erreurs possibles de la bascule du pont-roulant, comme le montre la figure 5. Sur cette figure, on a référencé par M la limite supérieure et par N la limite inférieure de l'erreur possible avec la bascule de pont-roulant. Les calculs ont été effectués aux points 0, I, 2, 3, 4, la courbe R donne le résultat du calcul, la courbe Z donne la mesure réelle. La figure 3 représente un autre mode de réalisation de l'invention dans lequel les parties correspondantes sont représentées par les mêmes nombres de référence qu'à la figure 2. Dans ce mode de réalisation, un système de production d'un signal de réglage de la soupape 21 est interposé entre le système de réglage de la valeur optima 12 et la servo-commande 6. Le système de production du signal de réglage de la soupape 21 a pour fonction d'effectuer des calculs basés sur une équation prédéterminée Xn = f (bn) qui représente la relation entre la vitesse de coulée b et l'ouverture de la soupape x n En pratique, on peut admettre que cette relation est représentée par une équation linéaire : b = n PXn + q (3) dans laquelle p et q sont des constantes. Dans 1 mode du réalisation représenté à la igure 3, il est prévu un système de calcul 22 pour déterminer les constantes p et q. Le système de calcul 22 reçoit des signaux en provenance du système de production du signal de réglage de la soupape 21, et du système de production du signal de vitesse de coulée 13, et il effectue un calcul basé sur l'équation dans laquelle rn = 1N-n n,r étant une constante inférieure à l'unité. Par exemple,y peut être égal à 0,99. Le système de calcul 22 effectue des calculs par intermittence, par exemple à des intervalles de temps de 3 secondes, pour obtenir les valeurs de p et q correspondant à la valeur de I la plus faible. Le signal de sortie du système 22 peut ainsi être consi degré comme représentant les constantes p et q et il est envoyé par intermittence dans un système de triage 23 qui permet au signal provenant du système de calcul 22 de passer à travers celui-ci. une fois pour plusieurs entrées de signaux. Le signal ayant traversé le système de triage 23 est envoyé dans le systb- me-de production du signal de réglage de la soupape 21 pour déterminer les relations entre le signal de réglage de la vitesse de coulée et le signal de réglage de la soupape. Lorsque le signal de sortie du système de calcul 22 est envoyé directement au système de production du signal de réglage de la soupape 21, il existe une possibilité de dépassement et d'affollement. C'est pourquoi il est préférable de prévoir le système de triage 23 tel qu'il est représenté, bien qu'il puisse être omis dans certains cas. En pratique, le calcul de la vitesse de coulée par l'équa- tion (1) ne représente pas toujours la vitesse réelle V., mais J on observe un retard que l'on estime représenté par l'équation I1 est donc nécessaire que le signal de réglage de le soupape provenant du système 21 soit modifié en conséquence avant que le calcul ne soit effectué par le système de calcul 22. Cette modification est avantageusement effectuée par l'équation : Le calcul doit donc être effectué en utilisant la valeur Xn à la place de xn dans les équations (3) et (4). Avec le réglage conforme à l'invention, les conditions opératoires les plus favorables peuvent être obtenues quelques minutes après le démarrage de l'opération de coulée ; on peut aussi utiliser les ajustements ou modifications effectués au cours de l'opération de coulée précédente dans l'opération de coulée suivante. Bien que la présente invention ait été décrite en se réf6- rant à un procédé de fabrication de lingots dans lequel le métal fondu est versé d'une poche de coulée dans le moule, elle peut également s'appliquer à un procédé dans lequel le métal fondu est amené par une ouverture pratiquée dans le fond du moule. REVENDICATIONS I. Appareil de production de lingots métalliques, caractérisé en ce qutil comporte un système de passage avec une soupape à coulisse pour faire entrer du métal fondu dans un moule, un système de programmation de la vitesse de coulée fournissant un signal primaire de réglage, un circuit de réglage de la valeur optima relié à ce système de programmation qui reçoit le signal primaire de réglage de la vitesse provenant de celui-ci et produit un signal secondaire de réglage de la vitesse, un système de commande pour régler la soupape à coulisse en fonction du signal secondaire de réglage de la vitesse, un système pour mesurer la vitesse de coulée et produire un signal de vitesse de coulée, un circuit de signal modificateur pour comparer le signal primaire de réglage de la vitesse et proouire un signal modificateur lorsqu'il existe une différence entre les deux signaux, ce signal modificateur étant utilisé pour modifier le signal secondaire de réglage de la vitesse. 2. Appareil suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le système de mesure de la vitesse de coulée comporte un système de mesure du poids de métal coulé et un système de calcul de la vitesse de coulée en fonction des variations du poids moulé. 3. Appareil suivant la revendication 2, caractérisé en ce que ce système de mesure du poids est un système pour mesurer le poids d'une poche de coulée et en ce que ce système de calcul de la vitesse de coulée comporte un système pour effectuer des calculs suivant l'équation dans laquelle b est la vitesse de coulée calculée n W. est une indication de la bascule de pont-roulant J T est l'intervalle entre deux mesures n est le nombre de mesures moins une. 4. Appareil suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'un système de production du signal de réglage de la soupape est prévu entre le système de réglage de la valeur optima et le système de commande pour recevoir le signal secondaire de réglage de la vitesse et produire un signal de réglage deb soupape qui est envoyé au système de commande pour régler le système de soupape à coulisse. 5. Appareil suivant la revendication 4, caractérisé en ce que ce système de production d'un signal de réglage de la soupape est un système convertissant le signal secondaire de réglage de la vitesse en le signal de réglage de la soupape conformément à une fonction déterminée. 6. Appareil suivant la revendication 4, caractérisé en ce que ce système de production d'un signal de réglage de la soupape est un système convertissant le signal secondaire de réglage de la vitesse en le système de réglage de la soupape conformément à une équation b = pxn + q dans laquelle b représente le signal primaire de réglage de la n vitesse de coulée Xn le signal de réglage de la soupape p et q sont des constantes. 7. Appareil suivant la revendication 6, caractérisé en ce qu'on a prévu un système pour recevoir le signal de réglage de la soupape provenant du système de production du signal de réglage de la soupape et le signal de vitesse de coulée provenant du système de mesure de la vitesse de coulée pour produire des signaux modificateurs des constantes par un calcul basé sur l'équation dans laquelle N-n Yn =Y , Y étant une constante inférieure à-1, les calculs étant effectués pour obtenir les valeurs p et q pour lesquelles la valeur devient la plus faible, les signaux modificateurs des constantes étant envoyés au système de production du signal de réglage de la soupape de façon à modifier les constantes en vue du calcul. B. Appareil suivant la revendication 7, caractérisé en ce que les calculs destinés à obtenir les signaux modificateurs des constantes sont effectués par intermittences à des intervalles de temps déterminés à l'avance. 9. Appareil suivant la revendication 7, caractérisé en ce que les calculs pour obtenir les signaux modificateurs des constantes sont effectués par intermittences à des intervalles de temps déterminés à l'avance et en ce qu'un système de triage est prévu entre le système de production du signal modificateur des constantes et le système de production du signal de réglage de la soupape pour permettre aux signaux de modification des constantes de le traverser une fois sur un nombre d'entrée de signaux déterminé à l'avance.