Brevet FR2451574A1 — publié le 19801010

La présente invention se rapporte à un procédé et à un dispositif de mesure de la température superficielle d'un corps et particulièrement de la mesure continue de la température superficielle d'un lingot de métal obtenu par coulée continue. Les problèmes posés par la mesure de la température superficielle des corps à haute température, par exemple dans le domaine de températures comprises entre 5000C et 2000 C, ont la plupart du temps reçu des solutions faisant appel aux techniques bien connues de la pyrométrie, et notamment de la pyrométrie optique. Lorsque les mesures de température sont effectuées dans des conditions favorables, par exemple lorsque sur le chemin optique utilisé pour la mesure, on ne rencontre aucune perturbation de nature quelconque, les résultats desdites mesures correspondent effectivement aux grandeurs à mesurer. I1 n'en est toutefois plus de meme lorsque, par la nature des choses, on est amené à effectuer des mesures dans un milieu dont l'atmosphère comporte des élé- ments perturbateurs en quantités éventuellement variables, tels que des poussières de toutes sortes, des vapeurs (par exemple d'eau), des brouillards divers. La présence de tels éléments sur le trajet dtune mesure pyrométrique optique ne peut conduire qutà altérer plus ou moins gravement lexac- titude des résultats obtenus, et en plus à empecher qu'ils soient reproductibles. Lorsque lton se trouve dans de semblables conditions, le remède consiste évidemment à éliminer dans toute la mesure du possible ces éléments perturbateurs, ou mieux à supprimer les causes qui régissent leur apparition. I1 est toutefois fréquent que lton doive mesurer des températures en des endroits où la production ou le passage d'éléments perturbateurs tels que des poussières, des projections refroidissantes et la présence d'une couche désoxyde, est un des aspects fondamentaux du phénomène considéré, ou même est une des conditions du déroulement correct de ce phénomène. On ne peut dans ce cas envisager d'éliminer ces éléments perturbateurs sous peine de modifier le processus en cours ; le problème de la mesure de température n'est alors pas résolu de manière satisfaisante. Dans cette matière, la meme demanderesse a déjà proposé un procédé et un dispositif permettant d'effectuer une mesure de température superficielle sur un lingot de coulée continue, au moyen d'un instrument de visée et selon lequel on a protégé le chemin optique de ladite visée au moyen d'une ne appropriée, la plage de lingot dont on veut mesurer la température étant soumise à une opération de raclage. Un tel procédé, ainsi que le dispositif correspondant ont été décrits dans le brevet belge NO 840.761. La présente invention a pour premier objet un procédé (différent de celui susmentionné), mais permettant également d'effectuer une mesure de température superficielle par visée de l'objet dont on veut mesurer la température, procédé grâce auquel on peut éviter aussi bien les inconvénients dus à la présence d' une atmosphère perturbatrice inévitable, voire nécessaire au voisinage immédiat de l'endroit de visée, que ceux dus à la présence- d'une couche d'un élément parasite (par exemple une couche d'oxyde) sur la surface du matériau à l'endroit où l'on veut mesurer la tem pérature. Le procédé, objet de la présente invention, dans lequel on effectue une mesure de température superficielle au moyen d'un instrument de visée et dans lequel on a protégé le chemin optique de la dite visée au moyen d'une gaine appropriée, sur au moins une partie du dit chemin comptée à partir du dispositif de visée, est essentiellement caractérisé en ce que l'on soumet à une opération comportant des percussions répétées, la plage dont on veut mesurer la température; cette opération débarrasse la plage considérée de tout élément ou couche parasite masquant sa surface saine dans le champ de l'instrument de visée utilisé pour la mesure de la température. Dans la présente invention, le mot percussion doit être pris dans une acception très large et signifie tout moyen d' enlèvement par choc, frappe, martelage répété, vibrations provoquées etc... (à l'exclusion de toute opération de grattage, raclage etc...) d'une couche parasite, par exemple de l'oxyde se trouvant sur un corps métallique, notamment un lingot d'acier sortant d'une lingotière de coulée continue. Suivant une modalité avantageuse du procédé de 1' invention, la percussion de la plage considérée du lingot de métal est réalisée de façon ininterrompue, au moyen d'un organe de frappe en un matériau dur projeté contre la dite plage à une fréquence donnée, éventuellement variable. Il a été trouvé avantageux de régler, par un moyen approprié, la pression de l'organe de frappe contre la plage, de façon à l'adapter à la dureté du métal constituant la dite plage. ainsi qu'à la vitesse de déplacement éventuel de cette plage. De cette façon, d'une part on ne modifie en rien le processus en cours autour de la gaine et l'on empêche qu'il ne perturbe la mesure de la température, l'isolation complète de la zone visée étant en outre facilement réalisée, grâce & une nappe gazeuse non oxydante s'appliquant sans difficulté et de façon parfaite à toute espèce de configuration locale de l'objet visé. Dans le cas particulier où l'on applique le procédé ci-dessus à la mesure de la température superficielle d'un lingot de métal sortant d'une lingotière de coulée continue, l'axe de visée peut être soumis à déplacement, en même temps que le lingot, de façon à viser pendant un certain temps un même point du lingot. La présente invention a également pour objet un dispositif permettant la mise en oeuvre du procédé ci-dessus décrit. Le dispositif, objet de la présente invention, lequel est spécialement applicable à un lingot à haute température sortant d'une lingotière de coulé-e continue, est essentiellement caractérisé en ce qu'il comporte - un conduit dont l'orifice de sortie donne passage à un support au moins en partie tubulaire,d'aiguilles sensiblement parallèles entre elles, terminées côté travail par une extrémité de forme appropriée, avantageusement en un matériau dur, et côté support par une tête ou renflement également de forme appropriée, chaque aiguille coulissant librement à l'intérieur du support d'aiguil le, un organe massif (appelé marteau) se trouvant à l'intérieur du conduit, pouvant y coulisser et disposé de telle façon qu'il peut entrer en contact temporaire et répété directement ou in directement avec les dits renflements. - des moyens pour mettre le dit marteau en mouvement alternatif rectiligne au cours duquel il provoque lui-même la mise en mou vement des aiguilles par l'intermédiaire d'un intercalaire mas sif, ci-appelé enclume et éventuellement du support lui-même, lesquelles aiguilles sont elles destinées à entrer en contact avec la plage à nettoyer pendant leur mouvement. - des moyens pour observer la plage qui vient d'être nettoyée et mesurer sa température. Suivant une modalité intéressante du dispositif, celui-ci comporte en outre des moyens pour ajuster la pression des aiguilles sur la plage et des moyens pour refroidir le conduit, soit à sa périphérie, soit en son centre. Les moyens actionnant le marteau sont avantageusement pneumatiques, pour des raisons de souplesse. Toutefois, il a également été trouvé avantageux de faire appel à des moyens électriques et/ou magnétiques pour réaliser cette mise en mouvement, lequel mouvement peut être de nature vibratoire. Lé dispositif ci-dessus est, avec intérêt, combiné à un. organe de mesure de la température de la plage considérée, disposé de telle façon qu'il permette la visée de la plage déjà nettoyée; dans-une version préférentielle du dispositif de l'invention, la visée est effectuée par l'intérieur du dit dispositif, par l'intermédiaire d'une fibre optique d-ont une extrémité est disposée à proximité de la plage considérée et dont 1' autre extrémité est en liaison optique avec un pyromètre de mesure. Suivant une première modalité constructive intéressante du dispositif de l'invention, la partie tubulaire du support se trouve partiellement dans le dit conduit et est solidaire côté conduit d'une bague-guide pourvue d'autant de trous qu'il y a d' aiguilles, la dite bague étant disposée entre et au contact d'une part de l'enclume (un espace libre étant toutefois ménagé de cec- té dans la bague pour permettre un certain coulissement des renflements des aiguilles et donc des aiguilles) et d'autre part, par un ressort prenant appui sur un arret faisant partie de l'extrémité de sortie du dit conduit. Avantageusement, la dite bague est en un matériau métallique antifriction et la partie tubulaire du support est ellemême munie sur la majeure partie au moins de sa longueur, d'autant de pertuis qu'il y a d'aiguilles; ce qui permet de maintenir les dites aiguilles très sensiblement parallèles entre elles, de réduire leur tendance au flambage et d'évacuer plus facilement les particules de calamines détachées, les dimensions transversale des trous ou des pertuis ne permettant toutefois pas le passage des renflements. Selon une seconde modalité constructive intéressante du dispositif de l'invention, la partie tubulaire du support se trouve à l'extérieur du conduit et est maintenue dans l'axe de celui-ci, par l'intermédiaire d'une tige solidaire d'une part, du dit support et d'autre part, d'un piston pouvant coulisser dans le conduit, entre l'enclume et un ressort prenant appui sur un arrêt solidaire de l'extrémité côté sortie du dit conduit, la dite tige prenant de préférence elle-même également appui sur et coulissant au travers d'une paroi servant d'obturation au dit conduit Selon une variante de cette seconde modalité, la partie tubulaire du support comporte avantageusement coaxiale à elle-même, une bague-guide comportant autant de trous qu'il y a d'aiguilles, la dite bague présentant côté conduit un espace libre permettant le glissement des aiguilles jusqu'S ce que leur renflement ou tête viennent heurter contre une butée solidaire de la dite partie tubulaire, éventuellement par l'intermédiaire de ressorts appropriés. Selon cette variante, la tige sert de conduit à une amenée de gaz comprimé débouchant dans l'espace entre la bague et la butée et pouvant s'échapper entre les aiguilles et leurs pertuis dans la bague. ce gaz est avantageusement fourni par le dispositif pneumatique de mise en mouvement du marteau, par l'intermédiaire de rainures (ou analogue) pratiquées dans l'enclume et le piston et/ou la paroi interne du conduit. Ce gaz permet de maintenir libre le coulissement des aiguilles et empêche l'introduction de poussières dans le dispositif décrit. La disposition des aiguilles peut se concevoir de plusieurs manières - annulaire avec éventuellement l'organe de visée optique pour mesure de la température, au centre de cette disposition - linéaire, en file ou en quinconce, avec l'organe de visée optique en aval des aiguilles par rapport au mouvement du lingot. La conformation des pointes des aiguilles est appropriée au travail à effectuer; elle n'est pas nécessairement la meme pour toutes les aiguilles faisant partie d'une même gerbe. Les schémas ci-après, donnés non à l'échelle et à titre d'exemple non limitatif, permettent de se rendre compte comment on peut concevoir des dispositifs de l'invention. Sur la figure 1, on a représenté une modalité possible du dispositif de l'invention. Cette modalité se compose soit de la figure la et de la figure lc, soit de la figure lb et de la figure lc, c'est-à-dire deux versions différentes du dispositif de percussion, accompagnées checune du pyromètre optique dirigé vers une plage nettoyée de la surface du lingot à nettoyer. Le dispositif repris à la figure la comporte un corps 1 cylindrique, fermé du côté 2 et présentant une ouverture de sortie côté 3. Dans le corps 1 se trouve une pièce cylindrique massive 4, appelée marteau, susceptible d'être soumise à un mouvement alternatif suivant l'axe 5 du corps 1, mouvement qu'il exécute en coulissant dans le corps 1, sous l'action de tout dispositif connu en soi (et non représenté), par exemple un dispositif pneumatique. Sous l'action de ce mouvement alternatif, le marteau frappe périodiquement une enclume cylindrique 6 normalement maintenue contre un épaulement 7 pratiqué dans la paroi du corps 1, à l'intervention d'un ressort 8 prenant appui d'une part, contre la paroi 3 du corps 1 et d'autre part, contre la face 9 de l'enclume par l'intermédiaire d'un piston lo solidaire d'une tige porte-burin 11. Cette tige porte-burin sort du corps 1 par un orifice 12 pratiqué axialement au corps 1 dans sa paroi 3, orifice muni d'un joint étanche 13. La tige porte-burin 11 se prolonge hors du corps 1 et se termine en un peigne 14 servant de support-guide aux tiges de percussion 15, par l'intermédiaire d'une douille en métal antifriction 16, percée d'autant de trous qu'il y a de tiges 15. Chaque tige 15 traverse la douille 16 de part en part et son extrémité arrière 17 est constituée d'une partie renflée (tête) qui, logée dans un évidement 18 correspondant pratiqué dans la partie arrière de la douille, empêche la tige de s'en échapper vers l'avant. Entre la face arrière 19 de la douille et la face avant 20 du peigne 14 se trouvé ménagé un espace libre 21 permettant aux tiges 15 un mouvement libre vers l'arrière, jusqu'au contact de la paroi 20.Un conduit axial 22 disposé dans l'axe de la tige est alimenté en air ou air huilé par la lumière 23 et les conduits 24 à partir de l'air introduit dans le corps 1 (dispositif non figuré) pour mettre en mouvement le marteau 4. Côté peigne, le conduit 22 se prolonge jusqu'à 1' espace libre 21 l'air qui y pénètre s'en échappe par les conduits traversant la douille 16, en s'écoulant entre les tiges 15 et les conduits. Signalons enfin que la douille 16 est solidarisée par vissage en 25 à l'extrémité avant 26 du peigne 14. Ainsi constitué, le dispositif fonctionne comme suit. Après appui contre la face 27 du lingot 28 à nettoyer, on alimente le corps 1 en air comprimé, ce qui a pour effet de conférer au marteau un mouvement alternatif selon l'axe 5. Au cours de ce mouvement, le marteau frappe périodiquement l'enclume qui transmet le choc au piston puis à la tige et enfin au peigne et aux aiguilles. Le ressort 8 amortit en partie les chocs et ramène l'ensemble susmentionné au contact du marteau et l'effet de frappe répétée est transmis aux aiguilles, tant que l'on appuye les dites aiguilles contre le lingot 28. Selon une variante de ce dispositif repris à la figure lb, les têtes 17 des aiguilles 15 soit isolément, soit par groupe sont elles-mêmes maintenues contre la face arrière de la douille 16 sous l'action de ressorts 29 disposés dans l'espace 21 et appuyant eux-mêmes contre la face 20 du peigne. Cette disposition permet d'exercer plus efficacement le décalaminage (ou tout autre nettoyage) sur des surfaces plus tourmentées. Suivant une autre modalité constructive de ce dispositif schématisé à la figure 2, le corps 1 comporte encore une extrémité fermée 2 et une extrémité ouverte 3. Le marteau 4 en un métal magnétisable est constitué d'un aimant permanent et se trouve dans le champ magnétique alternatif d'un bobinage fixe 5, à noyau métallique 9 magndtisable et alimenté par 6, 7 en un courant électrique alternatif de fréquence appropriée. Le marteau est maintenu par sa face arrière contre une butée annulaire non magnétisable 8 faisant corps avec l'avant du noyau 9, grâce à un ressort 10 prenant appui contre la face 3 du corps 1; le marteau peut coulisser dans le dit corps, suivant son axe 11. Une gaine 12 munie d'une douille arrière 13 traverse l'orifice 14 de la paroi 3 et est fixée étanche à cette paroi. Une gerbe de tiges 20 de percussion est logée dans la gaine 12. Les extrémités arrières des tiges sont munies chacune d'un renflement 15 pouvant se loger chacun dans un alvéole approprié 16, pratiqué dans la face arrière 18 de la douille, tandis que les tiges elles-mêmes traversent la douille en 17. Chaque renflement 15 est coiffé d'un aimant permanent 19 dont la polarité est opposée à celle du marteau 4. Le dispositif fonctionne comme suit Sous l'effet du champ maynétique alternatif provoqué par le bobinage 5, le marteau 4 se met à osciller suivant 1' axe 11, en exerçant une action répulsive contre les aimants 19 constituant les têtes des tiges 20 qu'il repousse continuellement contre la paroi à nettoyer.Avantageusement, cette action peut être facilement dosée en fixant l'intensité de la force de l'aimantation permanente du marteau, de telle façon que sous l'action du champ alternatif inducteur, la dite force puisse devenir suffisamment faible pour que les têtes aimantées des tiges puissent facilement entrer en contact avec choc avec la face avant 21 du marteau et ainsi acquérir plus facilement une énergie cinétique susceptible d'avoir un meilleur effet de nettoyage de la plage considérée, en bénéficiant éventuellement de la quantité de mouvement du marteau. Le dispositif peut se compléter par un balayage interne d'air ou de gaz introduit par exemple par 22 et par un organe de visée de température, axial à celui-ci, organe schématisé en 23, visant au travers d'un disque de quartz 24 et la zone axiale du bobinage 5, du marteau 4 et de la douille 16 évidés ou rendus transparents à cet effet. A titre indicatif, la figure 3 représente en fonction du temps d'une part, la vitesse de coulée d'un lingot déterminé et d'autre part, l'enregistrement de la mesure de température du lingot, d'abord sans décalaminage et ensuite après. L'effet observé est manifeste sur la qualité de la dite mesure. REVEIXDICATIONS 10/ Procédé pour la mesure de la température superficielle d'un corps et notamment d'un lingot de métal, dans lequel on effectue une mesure de température superficielle au moyen d'un instrument de visée et dans lequel on a protégé le chemin optique de ladite visée au moyen d'une gaine appropriée, sur au moins une partie dudit chemin comptée à partir du dispositif de visée, c a r a c t é r i s é en ce que l'on soumet à une opération comportant des percussions répétées, la plage dont on veut mesurer la température. 2 j Procédé suivant la revendication 1, c a r a c t é r i s é en ce que la percussion de la plage considérée du lingot de métal est réalisée de façon ininterrompue, au moyen dtun organe de frappe en un matériau dur projeté contre ladite plage, à une fréquence donnée, éventuel lement variable. 30/ Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 1 et 2, c a r a c t é r i s é en ce que l'on règle, par un moyen approprié, la pression de l'organe de frappe contre la plage, de façon à l'adapter à la dureté du métal constituant ladite plage, ainsi qu'à la vitesse de déplacement éventuel de cette plage. 40/ Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 1 à 3, c a r acté r i s é en ce qu'il est appliqué à la mesure de la température superficielle d'un lingot de métal sortant d'une lingotière de coulée continue, en ce que l'on soumet l'axe de visée à déplacement en même temps que le lingot, de façon à viser pendant un certain temps un même point du lingot. 5 / Dispositif pour la mise en oeuvre des pro cédés repris aux revendications 1 à 4, c a r a c t é r i s é en ce qu'il comporte - un conduit dont l'orifice de sortie donne passage à un support au moins en partie tubulaire d'aiguilles sensiblement parallèles entre elles, terminées côté travail par une extrémité de forme appropriée en un matériau dur et côté support par une tête ou renflement également de forme appropriée, chaque aiguille coulissant librement à l'intérieur du support d'aiguille, un organe massif (appelé marteau) se trouvant à l'intérieur du conduit, pouvant y coulisser et disposé de telle façon qu'il peut entrer en contact temporaire et répété, directement ou indirectement.avec lesdits renflements, - des moyens pour mettre ledit marteau en mouvement alternatif rectiligne au cours duquel il provoque lui-même la mise en mouvement des aiguilles par l'intermédiaire d'un intercalaire massif, ci-appelé enclume et éventuellement du support lui-même, lesquelles aiguilles sont elles destinées à entrer en contact avec la plage à nettoyer, pendant leur mouvement, - des moyens pour observer la plage qui vient être nettoyée et mesurer sa température. 60/ Dispositif suivant la revendication 5, c a r a c t é r i s é en ce qu'il comporte en outre des moyens pour ajuster la pression des aiguilles sur la plage et des moyens pour refroidir le conduit soit à sa périphérie, soit en son centre. 70/ Dispositif suivant lune ou autre des revendications 5 à 6, c a r a c t é r i s é en ce que les moyens actionnant le marteau sont pneumatiques. 8 / Dispositif suivant lune ou l'autre des revendications 5 à 6, c a r a c t é r i s é en ce que les moyens actionnant le marteau sont électriques et/ou magnétiques. 90/ Dispositif suivant l'une ou l'autre des revendications 5 à 8, c a r a c t é r i s é en ce qu'il est combiné à un organe de mesure de la température de la plage considérée, disposé de telle façon qu'il permette la visée de la plage déjà nettoyée. 100/ Dispositif suivant l'une ou l'autre des revendications 5 à 9 > c a r a c t é r i s é en ce que l'or- gane de visée est disposé à l'intérieur du dispositif de frappe, de préférence suivant son axe, et permet la visée par 11 intermédiaire d'une fibre optique dont une extrémité est en liaison optique avec un pyromètre de mesure. 110/ Dispositif suivant l1une ou l'autre des revendications 5 à 10, c a r a c t é r i s é en ce que la partie tubulaire du support se trouve partiellement dans ledit conduit et est solidaire côté conduit d'une bague-guide pourvue d'autant de trous qu'il y a d'aiguilles, ladite bague étant disposée entre et au contact d'une part de l'enclume (un espace libre étant toutefois ménagé de ce côté dans la'bague, pour permettre un certain coulissement des renflements des aiguilles et donc des aiguilles) et d'autre part, par un ressort prenant appui sur un arrêt faisant partie de Z"extrémité de sortie dudit conduit. 120/ Dispositif suivant l'une ou l'autre des revendications 5 à 11, c a r a c t é r i s é en ce que ladite bague est en un matériau métallique antifriction et la partie tubulaire du support est elle-même munie, sur la majeure partie au moins de sa longueur, d'autant de pertuis qu'il y a d'aiguilles. 130/ Dispositif suivant lune ou l'autre des revendications 5 à 10 et 12, c a r a c t é r i s é en ce que la partie tubulaire du support se trouve à l'extérieur du conduit et est maintenue dans l'axe de celui-ci par l'intermédiaire d'une tige solidaire d'une part, dudit support et d'autre part, d'un piston pouvant coulisser dans le conduit, entre l'enclume et un ressort prenant appui sur un arrêt solidaire de l'extrémité côté sortie dudit conduit, ladite tige prenant de préférence elle-même également appui sur et coulissant au travers d'une paroi servant d'obturation audit conduit (côté sortie) et arrêt audit ressort. 140/ Dispositif suivant lwune ou l'autre des revendications 5 à 13, c a r a c t é r i s é en ce que la partie tubulaire du support comporte, coaxiale à elle-même, une bague-guide comportant autant de trous qutil y a d'aiguil- les, ladite bague représentant côté conduit un espace libre permettant le glissement des aiguilles jusqu'à ce que leur renflement ou tête viennent heurter contre une butée solidaire de ladite partie tubulaire, éventuellement par l'intermédiaire de ressorts appropriés. 150/ Dispositif suivant l'une ou l'autre des revendications 5 à 14, c a r a c t é r i s é en ce que la disposition des aiguilles est annulaire. 160/ Dispositif suivant l'une ou l'autre des revendications 5 à 14 > c a r a c t é r i s é en ce que la disposition des aiguilles est linéaire. 170/ Dispositif suivant l'une ou l'autre des revendications 5 à 14, c a r a c t é r i s é en ce que la disposition des aiguilles est en quinconce.