Brevet FR2458800A1 — publié le 19810102

DISPOSITIF DE TERMINAISON DU NIVEAU D'UNE MATIERE FONDUE DANS UNE POCHE DE COULEE OU ANALOGUE. La présente invention concerne un dispositif de détermination du niveau d't4ne matière fondue dans une poche de coulée ou analogue. Il est nécessaire, pour différentes raisons, de connaître aussi exacte- ment que possible le niveau d'une matière fondue se trouvant dans une poche de coulée. - D'une part, lorsqu'on désire prélever des échantillons de la matière fondue, on doit être sûr que l'instrument de prélèvement soit placé à une profondeur suffisante dans le bain de matière fondue pour que l'échantillon ainsi obtenu soit représentatif de la totalité du bain. - D'autre part, lorsqu'on désire insuffler de l'oxygène dans la poche, au- dessus du bain de matière fondue, afin de provoquer une réaction de réduction, cet oxygène doit être insufflé à une certaine hauteur audessus de la surface du bain, afin d'assurer une efficacité optimum de cette opération. Pendant l'insufflage de l'oxygène gazeux, la distance entre l'orifice de la lance à oxygène et la surface du bain de métal fondu, c'est-à-dire la sur- face métallique au-dessous de la couche de laitier, ne doit, en fait, pas va- rier de plus de quelques centimètres. Cependant, jusqu'à présent, l'on n'a connu aucune méthode réellement fiable pour déterminer le niveau de la matière fondue avec une précision suffisante, et, de ce fait, on était obligé d'accep- ter des variations dont l'amplitude pouvait atteindre 50 centimètres environ. Ceci a conduit, dans les procédés classiques, à des variations de la composi- tion de la matière fondue, variations qu'on était obligé de compenser d'une manière appropriée quelconque. Il en résultait une augmentation du temps de séjour dans la coquille (ou moule analogue), ainsi qu'une augmentation du coût. L'invention sera décrite ci-après en référence à une lance d'échantillon- nage; l'homme de l'art comprendra toutefois que le signal produit par le dé- tecteur peut être utilisé pour différentes autres applications. C'est ainsi que le signal obtenu lors de l'échantillonnage peut être utilisé pour la détermination de la distance sur laquelle la lance à oxygène doit être abaissée en direction du bain de matière fondue, en vue de l'insufflage d'oxygène dans 2 2458800 la poche de coulée; on peut également utiliser un indicateur séparé de niveau tant pour l'échantillonnage que pour l'insufflage d'oxygène gazeux. Dans le mode de réalisation représenté, ici, on utilise un détecteur à induction.. Il convient de noter que, pour certaines applications, un détec- teur capacitif peut être préférable. Dans certains cas, il peut aussi être avantageux d'utiliser deux détecteurs en séquence, par exemple lorsque la couche de laitier est tellement riche qu'elle risque d'engendrer un signal. La différence d'intensité entre les signaux émis par les deux détecteurs fournit alors une indication précise dans l'emplacement du niveau de la matière fondue proprement dite. Le prélèvement d'échantillons d'un bain de métal fondu pose de nombreux problèmes, notamment lorsqu'il s'agit de prélever un échantillon à partir d'une poche de coulée. Entre autres, on doit vérifier que l'instrument de prélèvement a été immergé à une profondeur suffisante afin que l'échantillon prélevé soit représentatif, et l'on doit s'assurer que cet instrument soit maintenu dans le bain de matière fondue pendant un temps suffisamment long pour que l'échantillon remplisse entièrement le moule d'échantillonnage, mais non pas pendant une période tellement longue que le moule soit échauffé au point d'empêcher l'échantillon qu'il renferme de se solidifier, car alors l'échantillon s'échapperait du moule lors du retrait de l'instrument de pré- lèvement. On rencontre également des problèmes analogues lorsqu'il s'agit de dé- terminer la profondeur d'immersion ou la distance de rapprochement, par rap- port à un bain de matière fondue, d'autres organes d'équipement, tels que des instruments de mesure pour déterminer l'activité d'oxygène et la tempé- rature, et pour déterminer le temps pendant lequel de tels organes doivent rester immergés. Il existe toujours une couche de laitier et d'autres impuretés flottant sur la surface d'un bain de matière fondue, dans laquelle l'instrument de prélèvement doit pénétrer sans en être influencé. Au-dessous de cette couche se trouve une zone relativement mince de matière fondue extrêmement chaude, et la partie du bain dans laquelle on désire normalement prélever des échan- tillons se situe au-dessous de cette -zone. On connaît de nombreux instruments de prélèvement d'échantillons, tant du type à utilisation unique que du type à utilisation répétée, que l'on peut eriployer, dans certains cas, en les modifiant légèrement, en combinaison avec la lance selon la présente invention. Il s'en suit que l'instrument de prélè- vement en soi ne fait pas partie de l'invention, d'autres organes d'équipement utilisables pour être abaissés vers ou dans le bain de matière fondue au moyen d'un dispositif conforme à l'invention ne font pas partie non plus de cette dernière. Afin d'amener l'instrument de prélèvement d'échantillon dans le bain, on utilise normalement une lance en forme de tube d'acier droit ou incurvé qui porte l'instrument précité à l'une de ses.extrémités.-L'instrument de prélè- vement est abaissé manuellement ou à l'aide d'un dispositif de levage dans le bain de matière fondue et est amené vers une position que l'opérateur ef- fectuant l'opération d'échantillonnage juge satisfaisante pour l'obtention d'un échantillon représentatif du bain. Il faut noter, à cet égard, qu'il est important de maintenir l'instrument de prélèvement dans le bain pendant un temps suffisamment long pour que la matière fondue remplisse le moule d'échantillonnage et que l'échantillon se solidifie suffisamment dans ce moqle-pour y être retenu. Lorsqu'on maintient l'instrument de prélèvement pendant une période trop prolongée dans le bain, il est échauffé à un degré tel que l'échantillon à l'état fondu s'échappe et retombe dans le bain, pendant le retrait de l'instrument. Etant donné qu'il est pratiquement impossible de déterminer l'épaisseur de la couche de laitier et, par suite, de déterminer l'emplacement du niveau de la matière fondue proprement dite dans la poche de coulée, on a souvent rencontré des difficultés considérables lorsqu'il s'agissait d'obtenir des échantillons représentatifs. Afin de résoudre ce problème, on a tenté d'utiliser des thermoéléments en combinaison avec l'instrument de prélèvement, sur la base de la réflexion selon laquelle la zone chaude au-dessous de la couche de laitier était censée donner une indication claire de l'emplacement du niveau du bain de matière fondue. Toutefois, cette solution ne s'est pas avérée satisfaisante, notamment en raison du fait que des dépôts adhéraient au thermoélément et rendaient ainsi les indications obtenues imprécises. Jusqu'à présent, on n'a trouvé aucune solution au problème posé par ces dépôts. La présente invention a pour but de résoudre le problème ci-dessus. Ce but est atteint par la création d'un dispositif de détermination du niveau d'une matière fondue dans une poche de coulée ou analogue, compor- tant une lance pourvue d'une partie terminale tubulaire appelée à être im- mergée dans le bain de matière fondue, ce dispositif étant remarquable en ce qu'au moins un détecteur indirect est monté dans ladite partie terminale de la lance, en ce que le ou chaque détecteur est placé en regard d'une ou- verture ménagée dans la paroi de ladite partie terminale tubulaire, et en ce que la ou chaque ouverture est recouverte par un manchon en matière réfrac- taire et électriquement isolante, cependant que le ou chaque détecteur est relié électriquement à un ensemble d'équipement exploitant les signaux émis par le ou chaque détecteur. 4 2458800 Dans un mode de réalisation avantageux, le ou chaque détecteur est un détecteur indirect à induction. Suivant une particularité de l'invention, le manchon précité est formé d'un matériau à base de papier. D'autres buts et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description suivante et des figures jointes, données à titre illustratif mais non limitatif. La Figure 1 est une vue partielle en coupe de la partie terminale de la lance selon l'invention, qui porte l'instrument de prélèvement d'échantillons ou d'autres organes d'équipement. La Figure 2 est un schéma de branchement représentant le circuit élec- trique associé à un dispositif d'échantillonnage comportant une lance selon la présente invention. Dans le mode de réalisation représenté, un détecteur indirect 1 à in- duction est placé dans une lance 20 formée d'un tube d'acier, à proximité de l'extrémité de cette lance, qui porte un instrument de prélèvement d'échantil- lon. Le détecteur 1 est monté sur une barre 21 à l'aide de vis 22 ou analogues. La barre 21 est pliée de façon telle que le détecteur 1 soit maintenu dans la position désirée à l'intérieur de la lance tubulaire 20, l'extrémité de la barre étant fixée sur la lance 20, par exemple au moyen de rivets 23. Il convient de noter que la fixation de la barre doit être réalisée de façon telle que la surface extérieure de la lance reste parfaitement unie. Le détecteur 1 est disposé en regard d'une ouverture 24 ménagée dans la paroi tubulaire de la lance 20. Cette ouverture présente des dimensions suffisamment grandes pour assurer que le détecteur 1 ne subisse pas l'in- fluence du métal contenu dans la lance 20. De préférence, le détecteur 1 est ajustable en direction radiale de façon telle qu'il puisse occuper des positions à des distances différentes de l'ouverture 24, dans la lance tubulaire 20. Grâce à cet agencement, il est possible de faire varier la sensibilité du détecteur d'une manière très simple, grâce à un lobe d'actionnement associé qui s'étend sur des distances inégales à partir de la lance, selon la position d'ajustage choisie. Ce réglage peut être effectué à l'aide des vis 22. La sensibilité du détecteur 1 peut également être variable par un réglage de paramètres électriques. Dans certains cas, il peut être souhai- table de réduire la sensibilité du détecteur lorsque la couche de laitier placée sur la matière fondue contient une proportion de métal telle que le détecteur en subisse l'influence. Des conducteurs d'électricité 25 s'étendent à partir du détecteur et sont reliés convenablement à un ensemble d'équipement qui sera décrit ci- dessous. Lors de l'utilisation pratique, un instrument de prélèvement d'échan- tillon 26 comportant un manchon 27 est placé sur l'extrémité de la lance 20. Le manchon 27 est formé, de préférence, d'un matériau à base de papier et comprend une pluralité de couches assemblées par un liant approprié, tel que silicate de soude ou résine, et il présente une épaisseur de paroi de 10 à mm. Cette épaisseur peut varier selon les applications particulières en- visagées,les valeurs-limites indiquées ci-dessus étant les plus courantes. Le manchon 27 présente une longueur suffisante pour couvrir l'ouverture 24 avec une bonne marge, et l'instrument de prélèvement 26 est agencé de façon telle que, lorsqu'il est monté correctement sur la lance 20, le moule défini dans cet instrument soit situé dans une position prédéterminée par rapport au détecteur 1. Le matériau constituant le manchon 27 est électriquement isolant, afin d'éviter toute influence indésirable agissant sur le détecteur 1. Par ailleurs, ce matériau est choisi tel que le métal fondu n'y adhère pas; pour former ce manchon, on peut utiliser, à la place du matériau à base de papier mentionné ci-dessus, des fibres céramiques ou une matière analogue. Lorsqu'on utilise un matériau à base de papier, il se produit principalement un phénomène d'ébullition dans le matériau du manchon, au moment de son immersion dans le bain de matière fondue, et il semble probable que c'est grâce à ce phénomène que des dépôts éventuels sont empêchés de se former ou d'adhérer au manchon. Le détecteur 1 comporte un lobe d'actionnement s'étendant en direction sensiblement transversale à partir de la lance 20, l'agencement étant tel que, lorsque l'instrument de prélèvement d'échantillon 26 est immergé dans le bain de matière fondue, ce lobe soit actionné par le métal fondu, à la suite de quoi le détecteur émet le signal désiré. On a constaté que le détecteur subit très rarement l'influence de la couche de laitier. Le fonctionnement du dispositif selon l'invention sera illustré ci- dessous par la description de l'ensemble d'équipement électrique associé. On doit noter, toutefois, que cet équipement peut être agencé de manière différente, l'équipement décrit ici n'étant présenté qu'à titre d'exemple avantageux. Que l'instrument de prélèvement soit du type à usage unique ou à usage répété, ou que l'on utilise ce genre ou un autre genre d'équipement, l'homme de l'art comprendra que la nouveauté fondamentale de l'invention réside dans le fait qu'elle permet l'utilisation d'un détecteur indirect, c'est-à-dire d'un détecteur sans contact immédiat, ce qui est rendu possible par l'agence- ment selon lequel le détecteur est protégé à l'intérieur de la lance proprement dite. L'ouverture qu'on doit ménager dans la paroi de la lance pour permettre l'actionnement du détecteur est protégée efficacement par un manchon et, d'une manière surprenante, ce manchon offre en effet une protection efficace sans affecter défavorablement la sensibilité du détecteur. Pour cette raison, l'équipement et le couvercle associés au détecteur peuvent être enlevés, sans que le concept fondamental de l'invention en soit modifié. Une lampe de signalisation 3 indiquant la condition "prêt pour l'échan- tillonnage" est branchée et simultanément un potentiel de 24V est appliqué à l'amplificateur 2 associé au détecteur indirect à induction 1. Le signal émis par le détecteur à induction 1 est censé atteindre une valeur de 24 V lorsque le détecteur est en présence du bain de matière fondue, et il est censé présenter une valeur de O Vlorsque le détecteur n'est pas en présence de ce bain. Le bouton de mise en marche 4 est déprimé pour actionner le relais 5 en vue de maintenir enclenchés les groupes de contacts du relais de manière à brancher un moteur de commande assurant le mouvement descendant de l'ins- trument de prélèvement d'échantillon. Le relais 5 est alimenté à partir de 10 par l'intermédiaire d'un levier de contact 72 coopérant avec un contact 75. Lorsque le détecteur à induction 1 est immergé dans le bain de matière fondue, une tension de 24V apparaît à la connexion 71, ce qui amène le relais dans sa position d'enclenchement permanent. En même temps, la lampe de signa- lisation "Prêt pour l'échantillonnage" s'éteint. Lorsque le détecteur indirect 1 détecte le bain de matière fondue, le relais 7 est actionné et coupe le courant alimentant la bobine du relais 5 en dé- plaçant le contact de relais 73 de la position 75 vers la position 74. Le relais 5 cesse d'être maintenu en position enclenchée. Du fait du dépla- cement du levier de contact 73 vers la position 74, une tension d'alimenta- tion est appliquée à une minuterie 78 qui est actionnée par cette tension. Après une période de temps prédéterminée, le contact 80 de la minuterie se ferme, ce qui provoque l'actionnement du relais 6 du moteur de manière à amener ce dernier dans la condition "montée" dans laquelle il soulève l'instrument de prélévement d'échantillon pour le faire sortir du bain de matière fondue. Un contacteur de fin de course 11 est prévu pour limiter l'amplitude du mouvement ascendant. Un contact de montée 12 d'urgence est destiné à shunter le contact 80 de la minuterie au cas o un défaut de l'instrument de prélèvement se manifesterait, et nécessiterait le retrait de ce dernier du bain avant que le contact 80 de la minuterie n'ait été actionné. Un collecteur de contact 121 associé au contact de montée d'urgence 12 ac- tionne le relais 6 pour provoquer la montée, au moment même o le collec- teur de contact 121 coupe le courant alimentant le relais 5 de "descente". Lorsque l'instrument de prélèvement d'échantillon a été retiré du bain de matière fondue, le potentiel de 24V à la connexion 71 passe à OV. L'ouverture du contact-guichet 3 supprime la condition d'enclenchement du relais 7, de sorte que la lampe de signalisation "Prêt qour l'échantillonnage" s'allume et la minuterie 8 est remise à zéro; un nouveau cycle d'échantillon- nage peut alors commencer. Selon l'invention, on peut disposer deux détecteurs en séquence dans la lance. En comparant les signaux émis respectivement par ces deux détecteurs, lors de l'immersion de l'ensemble dans le bain de matière fondue, on peut éga- lement obtenir une indication de l'épaisseur de la couche de laitier. Dans ce cas, on ajuste les deux détecteurs de façon telle qu'un signal faible soit engendré par le laitier, cependant qu'un signal fort est engendré par la matière fondue proprement dite. On a décrit ci-dessus l'invention en référence à un mode de réalisation dans lequel l'emplacement de la surface de la matière fondue sert à détermi- ner la profondeur d'immersion de l'instrument de prélèvement d'échantillon dans le bain de matière fondue; on comprendra toutefois que le signal indiquant le niveau de matièreofondue ou de laitier peut également servir à d'autres opé- rations de contrôle ou de commande, par exemple à déterminer la position d'une lance à oxygène gazeux au-dessus du bain de matière fondue. Bien entendu, la présente invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés; elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art, suivant les applications envisa- gées et sans que l'on ne s'écarte de l'esprit de l'invention. REVENDICATIONS 1.- Dispositif de détermination du niveau d'une matière fondue dans une poche de coulée ou analogue, comportant une lance (20) pourvue d'une partie terminale tubulaire appelée à être immergée dans le bain de matière fondue, caractérisé en ce qu'au moins un détecteur indirect (1) est monté dans ladite partie terminale de la lance (20), en ce que le ou chaque détecteur (1) est placé en regard d'une ouverture (24) ménagée dans la paroi de ladite partie terminale tubulaire, et en ce que la ou chaque ouverture (24) est recouverte par un manchon (27) en matière réfractaire et électriquement isolante, cepen- dant que le ou chaque détecteur est relié électriquement à un ensemble d'équi- pement exploitant les signaux émis par le ou chaque détecteur. 2.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le ou chaque détecteur (1) est un détecteur indirect et à induction. 3.- Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le manchon (27) précité est formé d'un matériau à base de papier.