Brevet FR2408411A1 — publié le 19790608

La présente invention se réfère au réglage automatique du bain de métal fondu à l'intérieur des lingotières de coulée continue. On sait que pour détecter la hauteur de ce niveau dans la lin gotière on peut avantageusement utiliser une ou plusieurs cellules photo-électriques qu'on dispose convenablement sur une image optique du haut de celle-ci, obtenue à l'aide d'un appareil optique tel qu'un objectif photographique. Pour que ces cellules soient très sensibles aux variations de la hauteur précitée, il faut évidemment que leurs dimensions soient très petites par rapport à celles de l'image optique. On prévoit donc en général de réaliser une image relativement grande et d'utiliser des cellules de faible diamètre. L'inconvénient est que dans ces conditions la puissance rayonnée reçue par chacune de ces dernières est très réduite, de sorte qu'il faut prévoir des amplifications considérables pour parvenir à des signaux utilisables, avec le risque que ces signaux ne soient déformés par des parasites. La présente invention vise à remédier à cet inconvénient. Elle est basée sur le fait que le rapport entre les dimensions des cellules et celles de l'image n'est important que dans le sens paral lèle aux variations de hauteur du niveau, soit donc parallelement à l'axe de la lingotière. Dans le sens transversal à cet axe, ce rapport n'est au contraire limité que par l'obligation que la cellule considérée se trouve bien sur une partie déterminée de l'image. Conformément à l'invention, pour augmenter la puissance rayonnée reçue par chacune des cellules sans accrottre ses dimensions, l'on anamorphose, au moins la zone de l'image sur laquelle doivent se trouver les cellules de manière à la réduire dans le sens transversal à 11 axe de la lingotière sur cette image. Dans une forme d'exécution préférée, on utilise à cet effet une lentille cylindrique dont l'axe longitudinal (axe du cylindre) est orienté parallèlement à l'axe de la lingotière sur l'image. On comprend aisément que si, pour simplifier les explications, l'on appelle largeur la dimension transversale à l'axe de la lin gotière sur l'image optique et hauteur celle parallèle audit axe, l'anamorphose réalisée par la lentille cylindrique réduit la largeur de la partie précitée de l'image sans toucher à sa hauteur. Comme par ailleurs elle n'a aucune action sur les cellules, chacune de celles-ci recouvre en largeur une plus grande surface de ladite partie de l'image que si cette dernière n'avait pas été anamorpho sée et elle reçoit donc une plus grande puissance rayonnée. En pratique la lentille cylindrique peut être réalisée sous la forme d'une simple baguette cylindrique de matière transparente, puisque son roule est en quelque sorte celui d'un condenseur de lumière. Suivant une autre caractéristique de l'invention l'on fait comporter à l'appareil optique qui réalise l'image du haut de la lingotière des moyens permettant de lui associer une lunette d'observation grâce à laquelle l'opérateur peut le régler sans démontage préalable du porte- cellules, ni utilisation d'un verre dépoli. On peut par exemple disposer sur le trajet des rayons lumineux un miroir à 459 percé d'une ouverture centrale propre à former diaphragme, la zone qui entoure cette ouverture renvoyant les rayons lumineux vers un système approprié à oculaire d'observation avec ou sans objectif intermédiaire. En variante on peut collecter les rayons lumineux qui passent de part et d'autre de la lentille cylindrique pour en faire une image réelle ou virtuelle observable à l'aide d'un oculaire approprié. Le dessin annexé, donné à titre d'exemple, permettra de mieux comprendre l'invention, les caractéristiques qu'elle présente et les avantages qu'elle est susceptible de procurer Fig. 1 est une vue en plan très schématisée montrant les éléments essentiels d'un dispositif pour la mise en oeuvre de -l'in- vention, dans le cas de la coulée sous laitier avec busette de déversement. Fig. 2 représente l'image optique du haut de la lingotière, telle que cette image se formerait en l'absence de toute anamorphose partielle. Fig. 3 indique l'image qui apparait réellement après anamorphose partielle. Fig 4 montre que l'anamorphose partielle de l'image équivaut à l'utilisation de cellules photo-électriques spéciales à section allongée. Fig. 5 indique une autre disposition quelque peu équivalente consistant à multiplier les cellules par rangées horizontales. Fig. 6 montre sous forme de schéma en plan un dispositif suivant l'invention à lunette latérale d'observation. Fig. 7 représente une variante dans laquelle la lunette d'observation est disposée axialement. Fig. 8 montre l'image anamorphosée du haut d'une lingotière dans laquelle le métal est déversé sous forme de jet nu, sans laitier protecteur sur la surface du bain. Fig. 9 est le schéma en plan du dispositif correspondant pour la mise en oeuvre de l'invention. Dans le schéma de fig.l l'appareil optique comprend un objectif complexe fait d'une lentille convergente 1 et d'une lentille divergente 2 disposée à une certaine distance derrière la première avec entre elles un diaphragme 3. Quand l'appareil est installé latéralement par rapport à une lingotière de coulée continue et à un niveau supérieur à celui de cette dernière, moyennant une orientation appropriée de son axe X-X' il donne du haut de cette lingotière re une image située dans un plan Y-Y'.On a représenté en fig.2 comment cette image se présenterait s'il n'y avait aucun obstacle entre l'objectif 1-3 et le plan Y-Y'. On y distingue la paroi 4 de la lingotière, la busette verticale 5, généralement en quartz, qui déverse le métal fondu dans celle-ci et en 6 la couche protectrice de laitier fondu qui recouvre le bain de métal encore liquide. En fig. 2 -l'on n'a pas représenté l'épaisseur de la double paroi de la lingotière, sans intérêt pour la surveillance du niveau de la couche 6, et l'on a indiqué en A-B la largeur de l'image limitée latéralement à la paroi 4. Conformément à un procédé connu (demande de brevet français 76 25 267 au nom du présent Demandeur), pour détecter automatiquement les variations du niveau du bain dans la lingotière, c'est- & dire pratiquement parlant de la couche 6 dont l'épaisseur est relativement très faible, on dispose suivant l'axe de la busette 5 et dans le plan Y-Y' une série de cellules 7A, -7B, 7C, 7D, 7E, 7F, 7G, et 7II de manière qu'une moitié d'entre elles se trouve sur l'image de la busette et l'autre moitié sur celle de la couche 6. On comprend que dans ces conditions pour que les cellules puissent ainsi s'aligner sans déborder de la couche -6, elles doivent entre de diamètre relativement réduit et/ou que l'image doit être réalisée à des dimensions relativement importantes. Dans tous les cas, chacune de ces cellules ne reçoit qu'une très faible fraction de la puissance rayonnée sous forme de lumière visible ou infra-rouge, de sorte que pour traiter leurs réponses et en déduire un signal de réglage automatique, il faut prévoir de très fortes amplifications avec tous les risques d'influences parasites que cela comporte. Conformément à l'invention, pour remédier à cet inconvénient on dispose en avant du plan Y-Y' une lentille cylindrique 8 (fig.l) à axe vertical, de largeur horizontale telle qu'en supposant le diaphragme 3 réduit à un diamètre très petit, elle intercepte les rayons aboutissant à la zone sur laquelle les cellules doivent se trouver et à peu près ces rayons seulement. Dans le présent cas les cellules doivent entre disposées d'une part sur la couche 6 (cellules 7A à 7D), d'autre part sur la busette 5 (cellules 7E à 7H). La largeur de la busette étant inférieure à celle de la couche, c'est elle qui commande la largeur de la zone précitée.On peut donc se donner comme limites de ladite zone les deux traits verticaux correspondant à la dimension a-b en fig. 2, c'est-à-dire la largeur de l'image de la busette 5 plus une marge de sécurité de part et d'autre de celle-ci. On comprend que la lentille 8 ainsi disposée anamorphose l'image de la lingotière. Au point de vue strictement théorique l'image anamorphosée devrait se trouver dans un plan situé en avant du plan Y-Y', mais la différence est en pratique très faible et peut mètre négligée. On peut donc dire avec une bonne approximation que sur l'image formée dans le plan Y-Y' précité la largeur a-b qui appa raserait en l'absence de la lentille 8 est réduite par cette der nière à a'-b' (fig. 1). Finalement sur un verre dépoli placé dans le plan ci-dessus, l'image apparattrait comme indiqué en fig. 3. Les parties de l'image extérieures aux limites a-b n'ont pas changé, mais celles situées entre ces limites ont été contractées en largeur pour se situer entre a' et b'. Bien entendu et au contraire de ce qu'on a représenté, en raison de l'ouverture non négligea- ble du diaphragme 3 les parties anamorphosées et non anamorphosées ne sont pas nettement délimitées par les limites a-b et a'--b', et elles se chevauchent plus ou moins en diminuant de luminosité à partir desdites limites respectivement dans un sens et dans l'autre, mais cela ne change rien au fait que chacune des cellules 7A à 7H recouvre maintenant une surface correspondant à une plus grande largeur de l'objet (busette ou couche de laitier) qu'en fig. 2, c'est-à-dire en l'absence de la lentille 8.Si l'on veut voir les choses sous un autre angle, tout se passe maintenant conte si, sur l'image de fig. 2, c 'est-à-dire celle obtenue sans interposition de la lentille cylindrique 8 en fig. l, l'on avait utilisé des cellules allongées horizontalement sur à peu près toute la largeur de la busette 5, à la façon indiquée en 7A'-7H' en fig. 4, -la hauteur de ces cellules étant reste la meme qu'en fig. 2. De telles cellules pourraient se disposer sur l'alignement désiré sans déborder dans le sens vertical et elles recevraient une puissance rayonnée beaucoup plus grande que les cellules 7A à 7H de fig. 2.On pourrait encore réaliser un équivalent approximatif de telles cellules allongées par le moyen de plusieurs cellules circulaires disposées côte à cote (voir fig. 5 où ces cellules ont été référencées 7A" à 7H"). Mais que l'on considère les cellules allongées de fig. 4, qui exigeraient une fabrication particulière coûteuse, ou celles multiples de fig. 5 (au nombre de 32, soit 4 fois plus qu'en fig. 2 et 3), l'invention assure une solution beaucoup plus simple et moins onéreuse, la lentille 8 étant réalisable à très peu de frais. En effet dans la pratique la lentille 8 peut être constituée par une simple baguette cylindrique transparente. Une telle conformation est théoriquement très imparfaite et comporte une aberration considérable due aux parties de la baguette situées latéralement et qu'il faudrait couper, mais cette aberration ne constitue nullement un inconvénient étant donné qu'elle affecte l'image dans le sens horizontal en fig. 3 et que cela importe peu pour les cellules qui intègrent en quelque sorte la puissance rayonnée suivant la largeur de l'image entre les limites a' et b'. On conçoit par exemple qu'il est sans importance qu'un point de l'image de fig. 2 apparaisse en fig. 3 comme un petit segment horizontal, puisqu'il reste toujours dans la petite tacherecouverte par la cellule considérée.En fait la lentille 8 joue avant tout le rle de condenseur concentrant la lumière sur les cellules. Dans les installations de coulée continue il est essentiel qu'on puisse orienter l'appareil optique et mettre au point son objectif pour obtenir exactement l'image désirée. Cela peut se faire en enlevant le support des cellules et en le remplaçant momentanément par un verre dépoli. Toutefois cela exige du soin de la part de l'opérateur qui doit ensuite replacer soigneusement le portecellules sans imposer à l'appareil la moindre déviation qui ruinerait le reglage. Pour faciliter l'opération et réduire les risques de réglage défectueux,. on peut, comme indiqué en fig. 6, remplacer le diaphragme 3 de fig. 1 par un miroir 9 incliné à 45 et percé d'une ouverture appropriée. Les rayons lumineux qui traversent cette ouverture se comportent comme sus-exposé pour ceux ayant passé à travers le diaphragme 3, mais les autres sont renvoyés latéralement suivant l'axe Z-Z' vers une lunette d'observation comprenant par exemple une lentille 10 et un oculaire Il. On peut alors considérer que l'objectif de cette lunette est constitué par l'ensemble des lentilles l et 10, cet objectif pouvant être convergent ou divergent, suivant les cas (lunette astronomique, lunette de Galilée).Bien entendu le miroir 9 pourrait être remplacé par un prisme réfléchissant percé d'une ouverture appropriée. On pourrait même utiliser des dispositifs semi-réfléchissants à condition de consentir une perte de lumière pour les cellules. La lentille 10 pourrait être supprimée si la lentille initiale 1 s' avérait suffisante ; la lunette 10-11 pourrait comporter un système inverseur d'image à prismes ou autrement, La disposition de fig. 6 présente l'avantage de permettre à l'observateur de se tenir sur le cté de l'axe X-X' de l'appareil, ce qui est important quand l'espace dont on dispose est limité en longueur suivant cet axe. Bien entendu l'on peut inverser cette disposition, c'est-adire placer sur l'axe latéral Z-Z', les cellules avec la lentille 8, et sur l'axe longitudinal X-X', la lentille 10 avec l'oculaire 11. On pourrait d'ailleurs imaginer bien d'autres variantes en utilisant des miroirs ou prismes de renvoi. Fig. 7 montre une autre disposition de lunette d'observation propre à permettre le réglage sans démontage du porte-cellules. Si l'on se réfère à fig. 3, on voit que la lentille cylindrique 8 n'a agi que sur la zone centrale de l'image, c'est-à-dire entre les limites a et b. Donc l'image des zones latérales A-a et b-B se forme régulièrement à gauche et à droite de cette zone a-b et l'on peut l'observer à l'aide d'un oculaire tel que 12 (fig. 6).En fait l'observateur regardant à travers l'oculaire 12 va apercevoir deux bandes latérales lumineuses et nettement définies ; puis de a à a', ou de b a b' en sens inverse, il distinguera une image allant en s'obscurcissant ; enfin entre a' et b' il ne pourra-voir distinctement la partie anamorphosée de l'image, celle-ci étant interceptée par les cellules ; il pourra tout au plus la déceler au-dessus et audessous de celles-ci. Bien entendu, là encore on pourrait prévoir un objectif auxi- liaire, des inverseurs d'image à prismes, lentilles ou miroirs, etc... Dans ce qui précède on a supposé que le réglage du niveau était effectué par le moyen de cellules photo-électriques alignées suivant l'axe de l'image d'une busette de déversement du métal fondu sous une couche de laitier à l'intérieur de la lingotière. Mais l'invention n'est nullement limitée à ce cas particulier et peut se mettre en oeuvre avec toutes les dispositins de cellules détectrices sur l'image du haut de cette lingotière, que celle-ci renferme ou non du laitier. Fig. 8 montre à titre d'exemple l'image d'une lingotière 14 dans laquelle on déverse directement le métal sous la forme d'un jet central nu 13 (provenant d'une poche appropriée) sans qu'il soit prévu une couche protectrice de laitier, la surface visible 6A étant celle du bain de métal fondu. Pour surveiller le niveau l'on utilise de chaque côté du jet 13 une cellule principale 7J et deux cellules auxiliaires 7K, 7L disposées au-dessus et au-dessous d'el- le, ce double arrangement ayant pour but de limiter les erreurs susceptibles de résulter des déplacements momentanés du jet 13 à partir de sa position centrale. Là encore on peut tracer pour chaque jeu de cellules 7J-7L deux limites latérales a et b et anamorphoser chacune des zones ainsi délimitées. Pour ce faire il faut évidemment utiliser deux lentilles cylindriques 8 disposées de part et d'autre de l'axe X-X'. Là encore tout se passe comme si les cellules avaient été allongées horizontalement ou comme si l'on avait remplacé chacune d'elles par une rangée horizontale de plusieurs cellules disposées cote à côte. Il doit d'ailleurs être entendu que la description qui précède n'a été donnée qu'à titre d'exemple et qu'elle ne limite nullement le domaine de l'invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les détails d'exécution décrits par tous autres équivalents. On comprend notamment que la lentille cylindrique pourrait être remplacée par un miroir. REVENDICATIONS 1. Procédé pour le réglage automatique du niveau du bain de métal fondu à l'intérieur d'une lingotière de coulée continue, du genre dans lequel on réalise une image optique du haut de cette lin gotière et l'on dispose sur cette image des cellules photo-électriques dont les réponses permettent de déceler les variations de ce niveau par rapport à une référence, caractérisé en ce que pour augmenter la puissance rayonnée reçue par chaque cellule sans accrot- tre ses dimensions, l'on anamorphose au moins la zone de l'image sur laquelle les cellules doivent se trouver de manière à la réduire dans le sens transversal à l'axe de la lingotière sur cette image. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que pour anamorphoser ladite zone de l'image on utilise une lentille cylindrique dont l'axe longitudinal (axe du cylindre) est orienté parallèlement à l'axe de la lingotière sur l'image. 3. Procédé suivant la revendication 2, caractérisé en ce qu'on réalise la lentille cylindrique sous la forme d'une simple baguette transparente jouant le rôle de condenseur de lumière. 4. Procédé suivant l'une quelconque des revendications qui précèdent, caractérisé en ce qu'on fait comporter à l'appareil optique qui réalise l'image du haut de la lingotière des moyens permettant de lui associer une lunette d'observation grâce à laquelle l'opérateur peut le régler sans démontage préalable du porte-cellules, ni utilisation d'un verre dépoli. 5. Procédé suivant la revendication 4, caractérisé en ce qu'on associe à l'objectif de l'appareil optique un miroir incliné à 450 percé d'une ouverture propre à former diaphragme, la zone qui entoure cette ouverture renvoyant les rayons lumineux vers un système approprié à oculaire d'observation avec ou sans objectif intermé diaire. 6. Procédé suivant la revendication 4, caractérisé en ce qu'on collecte les rayons lumineux qui passent de part et d'autre de la lentille cylindrique pour en faire une image réelle ou virtuelle observable à l'aide d'un oculaire approprié. 7. Appareil pour le réglage automatique du niveau du bain de métal fondu dans une lingotière de coulée continue par le moyen de lentilles ou équivalents et de cellules photo-électriques, caractérisé en ce qu'il est établi pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'une quelconque des revendications qui précèdent.