Brevet FR2432349A1 — publié le 19800229

La présente invention a pour objet des perfectif onnements au procédés de coulée continue des métaux. Elle vise également un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé. Dans la description qui va suivre, référence est faite à la coulée continue de l'acier. Il va de soi que cette référence n'a qu'une valeur exemplative et que l'invention s'applique également à la détection du niveau du métal dans tout récipient. Dans le cas de la coulée continue de l'acier, on sait que le métal liquide contenu dans des poches en provenance de l'aciérie est d'abord versé dant un panier répartiteur d'où il s'écoule dans une ou plusieurs lingotières ouvertes. Le lingot en cours de solidification est extrait en continu de la lingotière, avec une certaine vitesse qui est en relation directe avec la vitesse d'alimentation de cette lingotière en métal liquide s'écoulant du panier répartiteur. A son tour, le débit de métal d'alimentation dépend de la pression ferrostatique à l'orifice d'écoulement, c'est-8-dire en fait du niveau du métal liquide dans le panier répartiteur, sous l'influence combinée de l'écoulement du métal vera la lingotière et de 11 alimentation à partir de la poche d'aciérie. Pendant l'opération de coulée continue, il est du plus haut intérêt que le niveau du métal liquide dans le panier répartiteur ne descende pas sous une valeur minimum permettant d'obtenir un débit de coulée régulier et d'assurer la décantation des inclusions, grace à un temps de séjour suffisant du métal dans le panier répartiteur. En fin de coulée, il est également très important de connaitre, de manière aussi précise que possible, la variation de ce niveau, afin de pouvoir déterminer le meil- leur moment pour interrompre la coulée, avant que la scorie ne commence à etre entraînée tout en ne retenant dans le panier qu'une quantité minimum de métal non utilisé. Il apparaît donc que les variations de ce niveau peuvent exercer une influence sensible sur la bonne marche de l'opération de coulée continue. La présente invention a pour objet de proposer un procédé de détection du niveau du métal liquide dans un panier répartiteur de coulée continue, qui permette de tenir compte de ces conditions. Le procédé qui fait l'objet de la présente invention, dans lequel on coule le métal d'une poche dans un récipient intermédiaire à partir duquel ledit métal est coulé dans un moule de coulée continue, est essentielle- ment caractérisé en ce que l'on dispose dans ledit récipient intermédiaire un élément présentant une- densité inférieure à celle dudit métal liquide, en ce que l'on équipe ledit élément de moyens permettant de repérer sa position, en ce que, grace à ces moyens, on détecte la position dudit élément et en ce que l'on en déduit le niveau atteint par ledit métal dans ledit récipient intermédiaire. Un premier mode de réalisation du procédé de l'invention consiste à utiliser un élément dont la densité se situe entre celle du métal liquide et celle de la scorie qui surnage, ledit élément flottant donc à la surface de séparation métal/scorle, et à le pourvoir d'un système adéquat de détection de position. Selon l'invention, il est intéressant de loger dans l'élément flotteur une source de radiations, par exemple radioactives, qui peut ëtre visée et localisée par un système connu en soi. Encore selon l'invention, ce flotteur peut ëtre muni d'un index qui se déplace devant une série de repères fixes, par exemple solidaires du récipient intermédiaire, et indique ainsi la position du niveau du métal liquide dans ledit récipient intermédiaire. Il est également conforme à l'invention d'assigner à ces systèmes de repèrage, des conditions extrëmes, supérieures et inférieures qui lorsqu'elles sont atteintes, entrainent soit une diminution (condition supérieure), soit une augmentation (condition inférieure) du débit d'alimentation du récipient intermédiaire en métal liquide. Suivant une variante particulièrement avantageuse du procédé de l'invention, on plonge dans le métal un élément constitué d'un matériau dont la densité est inférieure à celle du métal, on mesure la poussée d'Archimède appliquée à cet élément par le métal liquide et on en déduit le niveau atteint par le métal liquide dans le récipient intermédiaire. Cet élément a de préférence une densité égale à celle de la scorie, de façon à ne pas subir de poussée d'Archimede de la part de cette dernière. A titre de réalisation préférée du procédé de l'invention, on dispose dans le récipient intermédiaire, un barreau du genre d'une quenouille de coulée, plongeant dans le métal liquide, on relie ledit barreau à un capteur approprié qui fournit un signal représentatif de la poussée d'Archimède subie par ledit barreau et on utilise ledit signal pour moduler le débit d'alimentation du métal et assurer le contrôle de l'opération de coulée continue. Il est particulièrement avantageux d'utiliser ce signal pour raire varier le débit d'alimentation du métal et un paramètre de la coulée continue, en particulier la vitesse d'extraction du lingot, afin de minimiser les variations du niveau du métal dans le panier. Selon cette variante, on mesure la pression appliquée au fluide hydraulique sous l'action combinée du poids propre du système bras-barreau et de la poussée d'Archimède subie par ledit barreau et on en déduit le niveau du liquide dans le récipient. Selon une modalité préférée de mise en oeuvre, on applique une pression initiale au fluide hydraulique et on mesure la variation de la pression dans le système hydraulique lorsque la poussée d'Archimède croit avec le niveau du métal. Selon une autre modalité avantageuse de mise en oeuvre, on applique au système hydraulique une pression initiale au moins égale à la diminution maximum possible de la pression correspondant à la poussée d'Archimède maximum appliquée au barreau. Dans cette optique, il s'est avéré particulièrement avantageux de dimensionner le système, de telle façon qu'en l'absence de toute poussée d'Archimède, la pression initiale appliquée au système hydraulique amène le bras en position horizontale ou sensiblement horizontale. La présente invention a également pour but de fournir un capteur approprié permettant de détecter en continu la poussée d'Archimède subie par le corps immergé et par conséquent le niveau du liquide dans le récipient. Un autre objet de l'invention est de fournir un dispositif de détection de niveau dont le temps de réponse soit très court et permette de réagir, quasi instantanément, à toute variation dudit niveau. Le dispositif de détection du niveau d'un liquide dans un récipient, objet de la présente invention, qui comporte un barreau plongé dans ledit fluide relié par un bras à un support solidaire dudit récipient et un capteur de mesure de la poussée d'Archimède subie par ledit barreau, est essentiellement caractérisé en ce que ledit capteur est constitué d'un système hydraulique et d'un appareil de mesure de la pression régnant dans ledit système hydraulia que. Selon un mode préféré de réalisation, ledit capteur est constitué d'un vérin hydraulique, équipé d'un système de mise sous pression d'un fluide hydraulique et d'un appareil de mesure de la pression appliquée audit fluide. Le procédé de l'invention sera mieux compris en se référant aux dessins annexés qui représentent à figure 1, d'une manière schématique et non limitative, un exemple de mise en oeuvre et à la figure 2, un autre type de mise en oeuvre. Sur la figure 1, on a représenté en 1 un panier répartiteur de coulée continue, pourvu d'un garnissage réfractaire 1' et d'un couvercle l". Le bain de métal 2 recouvert d'une couche de scorie 3 s'écoule par la busette 2', dans la lingotière ouverte 12. Dans le métal plonge une quenouille 4, supportée par un bras 5 qui est relié à un support 8 par l'intermédiaire d'une cellule de mesure d'effort 6. Sous l'action de la poussée d'Archimède sur la quenouille 4, la cellule 6 fournit à l'indicateur 7 un signal électrique représentatif du niveau atteint par le métal dans le panier 1. Le signal capté en 7 est introduit dans un module d'asservissement du lingot par l'intermédiaire du régulateur 13 et d'autre part, de moduler le débit de vidange de la poche 9 par commande du mécanisme A de l'obturateur coulissant 10. Sur la figure 2, le dispositif représenté comporte un panier intermédiaire de coulée continue 1 dans lequel plonge une quenouille 4 en matériau réfractaire. Cette quenouille est fixée b un bras 5 articulé en 3 au support 2 solidaire du panier. Le système de détection conforme à l'invention est constitué d'un vérin hydraulique 6 disposé entre le support 2 et le bras 5 au voisinage de l'artlcula- tion 3. En position de repos, le bras 5 prend appui sur une butée 7 fixée au support 2. Pour mettre le dispositif en service, on applique au fluide hydraulique une pression telle que l'effort exercé par le piston du vérin sur le bras 5 soulève ce dernier et l'amène en position horizontale. A ce moment, la quenouille subit, de la part de l'acier, une poussée d'Archimède d'autant plus forte que le niveau d'acier est plus élevé. En appliquant l'équation de l'équi- libre des moments de flexion autour de l'articulation 3, on peut déterminer l1effort que doit supporter le piston du vérin et par conséquent la pression du fluide hydraulique. Le manomètre 8 mesurant la pression du fluide hydraule que peut donc aisément etre gradué en une grandeur représentative de la hauteur du niveau d'acier dans le panier l. On peut en plus du manomètre 8, prévoir un dispositif (non représenté à la figure) délivrant un signal électrique qui permet de moduler l'opération de vidange de la poche d'alimentation et/ou d'assurer le controle de l'opération de coulée continue. Il va de soi que l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits ici mais qu'elle couvre également toute solution technique équivalente qui en respecte l'esprit. REVENDICATIONS l9/ Procédé de coulée continue des métaux en particulier de l'acier, dans lequel on coule le métal liquide d'une poche dans un récipient intermédiaire à partir duquel le métal est coulé dans un moule de coulée continue, c a r a c t é r i s é en ce que l'on dispose dans ledit récipient intermédiaire un élément constitué d'un matériau dont la densité est inférieure à celle dudit métal liquide, en ce que l'on équipe ledit élément de moyens permettant de repérer sa position, en ce que, gràce à ces moyens, on détecte la position dudit élément et en ce que l'on en déduit le niveau atteint par ledit métal liquide dans ledit récipient intermédiaire. 2 / Procédé suivant-la revendication 1, c a r a c t é r i s é en ce que lton repère en continu la position dudit élément et en ce que l'on en déduit en continu le niveau atteint par le métal liquide dans le récipient intermédiaire. 3 / Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 1 et 2, prise isolément, c a r a c t é r i s é en ce que ledit élément est constitué par un flotteur dont la densité se situe entre celle du métal liquide et celle de la scorie surnageant le métal liquide. 4 / Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 3, prise isolément, c a r a c t é r i s é en ce que les moyens de repérage de la position du flotteur sont constitués par une substance émettant des radiations, par exemple une substance radioactive logée à l'intérieur du flotteur. 5 / Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 3, prise isolément. c a r a c t é r i s é en ce que les moyens de repérage de la position du flotteur sont constitués par un index se déplaçant devant une série de repères fixes. 6 / Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 5, prise isolément, c a r a c t é r i s é en ce que lton assigne audit élément de repérage des conditions extremes qui lorsqu'elles sont atteintes, entraient une variation adéquate du débit d'alimentation et/ou de vidange du métal dans le récipient intermédiaire. 7 / Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 1 et 2, prise isolément, c a r a c t é r i s é en ce que l'on utilise comme élément de repérage un barreau du genre d'une quenouille que l'on plonge au moins partiellement dans ledit métal liquide, en ce que l'on mesure la poussée d'Archimède appliquée à cet élément par le métal liquide et en ce que, par des moyens appropriés, on en déduit le niveau atteint par le métal liquide dans le récipient intermédiaire. 80/ Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 1, 2 et 7, prise isolément, c a r a c t é r i s é en ce que l'on utilise un barreau dont la densité est égale ou sensiblement égale à celle de la scorie. 9 Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 1, 2, 7 et 8, prise isolément, c a r a c t é r i s é en ce que l'on relie ledit barreau à un capteur approprié qui fournit un signal représentatif de la poussée d'Archimède subie par ledit barreau et en ce que l'on utilise ledit signal pour moduler le débit d'alimentation du métal dans le récipient intermédiaire et/ou assurer le controle de l'opération de coulée continue. 1O / Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications l,à 9, prise isolément, c a r a c t é r i s é en ce que 1 on mesure la pression appliquée au fluide hydraulique sous l'action combinée du poids propre de l'ensemble bras-barreau et de la poussée d 'Archimède subie par ledit barreau, et en ce que l'on en déduit le niveau du liquide dans le récipient. 11 / Procédé suivant la revendication 10, c a r a c t é r i s é en ce que l'on applique au fluide hydraulique une pression initiale, en ce que l'on mesure la variation de la pression dans le système hydraulique sous l'effet de la variation de la poussée d'Archimède appliquée au barreau par le liquide, et en ce que l'on en déduit la variation du niveau du liquide dans le récipent. 12 / Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 10 et 11, prise isolément, c a r a c t é r i s é en ce que l'on applique au fluide hydraulique, une pression initiale au moins égale à la diminution de pression résultant de la poussée d'Archimède maximum appliquée au barreau. 13 / Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 10 à 12, prise isolément, c a r a c t é r i 8 é en ce que l'on applique au fluide hydraulique une pression initiale telle que l'effort appliqué au bras amène ce dernier en position horizontale ou sensiblement horizontale. 140/ Dispositif pour la mise en oeuvre des procédés repris aux revendications 10 à 13 et dans lequel un barreau plongeant dans ledit liquide est solidaire d'un bras relié par une articulation à un support fixé audit récipient, un capteur d'effort étant interposé entre ledit bras et ledit support, c a r a c t é r i s é en ce que ledit capteur est constitué d'un système hydraulique et d'un appareil de mesure de la pression régnant dans ledit système hydraulique. 15 / Dispositif suivant la revendication 14, c a r a c t é r i s é en ce que le système hydraulique est un vérin hydraulique dont la tige du piston agit vertl- calement sur ledit bras et en ce qu'il comporte un système de mise sous pression du fluide hydraulique.