Brevet FR2433381A1 — publié le 19800314

La présente invention est relative à un procédé de mesure du niveau du bain dans une lingotière de coulée continue. Au cours diune campagne de coulée continue la lingotière de l'instal- lation est continuellement chargée de métal liquide. La barre en voie de solidification dans la lingotière est extraite par en bas à l'aide de rouleaux. Le niveau du bain est maintenu constant soit par variation de la vitesse des rouleaux extracteurs, soit par réglage de l'alimentation grâce à un obturateur en forme de culasse mobile ou en forme d'une quenouille. On connait également des procédés dans lesquels la vitesse des rouleaux extracteurs et par conséquent la vitesse d'extraction de la barre sont réglées automatiquement en fonction de la hauteur du niveau du bain de métal liquide. Les procédés de réglage connus se différencient en général par la nature de la détermination de la hauteur du niveau. Une méthode usuelle pour déterminer la hauteur du niveau consiste à mesurer le niveau du bain à l'aide de sources radioactives. Suivant cette méthode, une source radioactive (Cobalt 60) transmet un rayonnement à travers la lingotière. Tant que le niveau de coulée se trouve en dessous de la zone irradiée les rayons pratiquement non-affaiblis, frappent un appareil de mesure (compteur à scintillation). Lorsque le niveau de coulée montant atteint la zone irradiee, les rayons sont absorbés. A côté des hautes exigences de sécurité qu'elle impose, cette méthode présente un inconvénient en ce qu'elle nécessite des sources de radiation à grande puissance pour pouvoir pénétrer des parois métalliques relativement épaisses, et permettre d'obtenir des informations sûres à bref délai. L'intensité du rayonnement est égale au carré de la distance entre la source de radiation et le détecteur, et elle varie en fonction exponentielle de l'épaisseur de a paroi de la lingotière, ce qui est la raison pour laquelle les écarts et les épaisseurs de paroi doivent être aussi faiblés que possible. Le brevet canadien 520 745 decrit un procédé dans lequel le niveau du métal liquide est détermine par la mesure thermo-électrique de la température de la paroi de la lingotière. A cet effet, on introduit des thermocouples superposés dans la paroi de la lingotière. Les tensions thermo-électriques ainsi mesurées permettent de définir la hauteur du niveau du métal liquide. Etant donné que la résistance à la transmission de chaleur entre l'acier liquide et la lingotière est plus importante que ne l'est la -résistance résultant de l'épaisseur de la lingotière, les variations de température à l'intérieur de la paroi de la lingotière, en fonc tion de faibles variations du niveau du bain de métal, sont tellement minimes qu'elles ne permettent pas de conclure avec suffisament de certitude, quant aux variations momentanées du niveau du bain. Par ailleurs, du fait que durant une campagne de coulée, les surfaces internes des parois de la lingotière doivent être corriger de temps à autre, on doit loger les thermocouples à des endroits plus ou moins proche de la surface exterieure de la lingotière, ce qui diminue encore leur sensibilité. Le brevet canadien 834 370 décrit un procédé selon lequel on mesure la chaleur emise par la surface du bain métallique, à l'aide d'un pyromètre à radiation. Ce système n'est pas utilisable dans la pratique parce qu'on ne peut ni écarter, ni compenser des perturbations émises par d'autres sources de chaleur étrangères à la surface du bain métallique. Le brevet américain 3 459 949 présente une méthode comportant l'utilisation d'une ou plusieurs cellules photoélectriques qui transforment la lumière visible émise par la surface du bain métallique en une tension électrique. L'énergie lumineuse décroit avec la baisse du niveau du bain, c'est-à-dire avec l'accroissement de la distance entre la surface du bain et de la cellule photoelectrique. Or,toute formation temporaire de scories sur la surface du bain réduit la radiation et fausse ainsi la mesure. Une méthode qui est censée élimininer ce défaut est décrite dans la demande de brevet divulguée en République Fédérale Allemande sous le n" 2 438 160. A l'aide d'installations optiques (obturateurs, len tilles), on mesure sous un angle déterminé, par des cellules photoélectriques, le flux lumineux en divers endroits de la surface du bain et on le transforme en tensions électriques. Ces tensions sont comparées et la tension la plus élevée est utilise pour le réglage du processus. La plus haute tension est censée correspondre à une surface du bainmètalli- que exemptede scories. Les valeurs relevées sont donc fausses lorsque toute la surface est recouverte de scories. La demande de brevet divulguée en République Fédérale Allemande n" 2 506 190 décrit une méthode selon laquelle la hauteur du niveau du bain est determinée à l'aide de rayons infrarouges. Comme récepteur des rayons infrarouges, on utilise des photodiodes, orientées en biais à partir du haut de la lingotière. Le bord de la lingotière fait office de plaque de déviation fixe, tandis que les variations du niveau du bain provoquent une déviation des rayons lumineux qui frappent la photodiode. Les variations d'intensité dues à la formation de scories sont compensés par une opération de mesure supplémentaire. La multitude des procédés, quelquefois onéreux, démontre qu'une solution généralement satisfaisante n'avait pas encore eté trouvée, jusqu'à présent. La présente invention a pour but de créer un procédé permettant de mesurer le niveau du bain dans la lingotière, grâce à une méthode electrique simple et sûre. En principe trois méthodes électriques sont connues - méthodes de mesure de I'inductivité - méthodes de mesure de la capacité, et - méthodes de mesure d'une résistance electrique Dans la méthode utilisant la mesure de l'inductivité, la variation d'une inductivite ou de la puissance résultant de celle-ci sert à mesurer la distance d'un matériau dont la perméabilité magnétique est différente dé 1 ou bien dont la conductibilité est différente de zéro. Lorsqu'on procède par mesure de la capacité, on détermine la distance d'un conducteur, formant seconde plaque de condensateur, en déterminant la capacité correspondante. Suivant la méthode basée sur la mesure de la conductivité, on mesure la valeur de la résistance ohmique à un point de contact, cette résistance étant fonction de la distance à déterminer. Les modes de mise en oeuvre connus de ces trois méthodes, ne se prêtent guère à la mesure du niveau d'un bain d'acier liquide. Aux températures élevées, des installations de mesure logées au-dessus du bain ou bien immurgées dans le bain seraient détruites sans un refroidissement adéquat; par ailleurs des installations à refroidissement donneraient lieu à des perturbation, par exemple par figeage du métal. Dans tous les cas ces installations gêneraient l'acces à la surface du bain et par conséquent l'évacuation des scories. Selon la présente invention, on élimine toutes ces difficultés en utilisant des électrodes formées du même matériau que la lingotiere, qui traversent la paroi de la lingotière et s'etendent jusqu'au bain metallique. Ces électrodes sont isolées par rapport à la paroi par une couche mince de matière isolante. Comme isolant on peut utiliser par exemple du bioxyde zirconium, qui est appliqué sous forme d'une couche de moins de lmm d'épaisseur, par projection à la flamme sur les électrodes en cuivre, préalablement plaquées d'aluminure de nickel. Avantageusement un jeu de plusieurs électrodes est scellé dans une sonde. Une-ou plusieurs de ces sondes munies d'électrodes sont montées dans la lingotière à des hauteurs auxquelles se produisent les variations du niveau du bain. Lorsque ce dernier atteint la hauteur d'une sonde, l'électrode isolée est court-circuitée avec la lingotière. Ceci sert alors à déterminer le niveau du bain dans la lingotière. On peut également utiliser, pour mesurer le niveau du bain, la durée des cycles pendant l'oscillation de la lingotière. Le dessin représente un exemple d'exécution préfére de l'invention ainsi que sa disposition dans la lingotière La figure la représente une sonde, vue de face; la figure lb est une vue de côté en coupe partielle; la figure 2 montre en coupe une lingotière avec une sonde incorporée; la figure.3 montre une partie de la surface extérieure de la lingo tière avec une sonde incorporée; La figure 1 montre une sonde 1 selon l'invention, formée du même matériau que la lingotière, en général du cuivre, et comportant au moins une électrode en cuivre 3 isolee par une couche d'un oxyde 2 appliquée par projection à la flamme à point de fusion éleve, -de préférence du bioxyde de zirconium. Comme on peut le voir sur la figure 2, la sonde 1 est montee au niveau du bain 4 dans la paroi de la lingotière 5 de sorte que la surface avant 6 de la sonde 1 est emboitée dans la paroi intérieure de la lingotière. Afin d'éviter tout jeu ou interstice entre le perçage 8 ménagé dans la lingotière 8 et la sonde 1 , cette dernière y est ajustée ou bien emmanchée à force, par contraction. La sonde 1 est montée sur le côté de la lingotière qui est refroidi à l'eau comme indique en 9. Le bord extérieur du- perçage 8 est biseautée symétriquement par rapport au bord extérieur de la sonde, de sorte qu'il se forme une rainure en V 10. Afin d'empêcher des fuites et pour assurer en même temps un maintien sûr de la sonde la rainure en V 10 est remplie de soudure forte. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux modes de realisation decrits et réprésentés. Elle est susceptible à de nombreuses variantes, accessibles à l'homme de l'art, sans que l'on ne s'écarte pour cela de l'esprit de l'invention. REVENDICATIONS 1 - Procédé pour mesurer le niveau du bain dans une lingotière de coulée continue d'acier à l'aide de contacts electriques, qui sont fermés par le métal liquide, caractérise en ce que les électrodes sont disposees latéralement dans la paroi de la lingotière et isolées électriquement de telle façon que le profil et la rugosité de la paroi intérieure, ainsi que l'inertie thermique en direction radiale, en référence aux grandeurs techniques courantes, ne soient pas modifiées. 2.- Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une ou plusieurs électrodes de mesure sont réunies pour former une sonde qui est introduite dans la paroi de la lingotière. 3.- Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé en ce que les électrodes sont isolées par rapport à la paroi de la lingotière ou la sonde par une couche mince d'un oxyde à point de fusion élevé, de préférence du bioxyde de zirconium, appliquée par projection à la flamme. 4.- Dispositif suivant la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que es électrodes ont une forme légèrement conique s'évasant du côté de la lingotière qui est refroidi. 5.- Dispositif suivant une quelconque des revendications 2 à 4, comportant une ou plusieurs sondes de mesure dans la zone de variation du niveau du bain, caractérisé en ce qu'on utilise, pour la localisation du niveau du bain, la durée des cycles pendant l'oscillation de la lingotière. 6.- Dispositif suivant une quelconque des revendications 2 à 5', caractérisé en ce qu'on utilise des signaux de comparaison, servant à l'evaluation des sionaux reels, captés à partir du systeme oscillant ou à partir de sa commande, et qui indiquent la position momentanée de la lingotière oscillante.