Brevet FR2448181A1 — publié le 19800829

La présente invention se rapporte à ltélectrométallur- gie spéciale et, plus précisément, elle concerne les procédés de réglage automatique du niveau de la matière fondue dans des lingotières déplacées au cours du processus de refusion par rapport au lingot fabriqué. On entend également par déplacement de la lingotière par rapport au lingot fabriqué, la possibilité du déplacement du lingot par rapport a la lingotière. L'invention est particulièrement utile pour déterminer le niveau de métal liquide dans des lingotières lors de la refusion sous laitier électroconducteur, à l'arc au plasma et à faisceau électronique et lors du soudage sous laitier électroconducteur ou du rechargement sous laitier électroconducteur des métaux. La fabrication des métaux de haute-qualité dans des lingotières, par exemple la refusion sous laitier électroconducteur, trouve des applications de plus en plus larges. La qualité du métal fabriqué dans la lingotière dépend, en grande partie, de la stabilité du niveau de métal en fusion (métal fondu) par rapport aux parois de la lingotière. En outre, la détection tardive des variations de niveau du métal fondu, et, par conséquent, du niveau de laitier fondu lors de la refusion sous laitier électroconducteur, peut provoquer l'écoulement du laitier et du métal liquide de la lin gotière ce qui peut provoquer des accidents assez graves De ce fait, le réglage du niveau de matière fondue dans les lingotières (on entend, par la suite, par "matière fondue" tant le métal fondu que le laitier fondu) est un problème important, surtout lorsqu'on utilise des lingotières à partie supérieure évasée qui, grâce à leurs propriétés technologiques, ont le plus d'avenir. En tenant compte de l'importance que revêt le maintien de la matière fondue dans la lingotière au niveau prescrit, et de l'importance des conditions dans lesquelles se déroule la refusion (haute température, danger d'explosion), ainsi que du court de la main d'oeuvre, il convient de noter les avantages d'un réglage automatique du niveau de la matière fondue dans la lingotière. On connût des procédés de réglage automatique de niveau de la matière fondue dans une lingotière consistant a déterminer le niveau de la matière fondue et à former un si- gnal électrique de mesure représentant le niveau de la matière fondue, à comparer, dans un dispositif électronique logique, le signal de mesure avec une valeur de consigne, à former un signal électrique de commande proportionnel à la différence entre la valeur du signal de mesure et la valeur de consigne et à changer, en fonction de ce signal électrique de commande, la vitesse de déplacement de la lingotière par rapport au lingot, fabriqué dans cette dernière, de manière que le niveau de la matière fondue soit égal à la valeur de consigne. Les différences principales entre ces procédés consistent en les méthodes de détermination du niveau de la matière fondue. On connaît des procédés de détermination des niveaux de métal fondu et de laitier fondu dans le cas de la refusion sous laitier électroconducteur. Par exemple, dans l'ouvrage "Elektroshlakovye pechi", par B.E. Paton, B. 1* Medovar, Kiev, 'tNaukova dunka", 1976, pop. 167-172), on décrit un procédé de détermination du niveau de métal fondu dans une lingotière pour la refusion sous laitier électroconducteur à l'aide d'un capteur à induction sans contacts dont le principe de fonctionnement est basé sur la fluctuation d'inductance dans des enroulements de mesure lors de la variation du niveau de métal en fusion. On connaît également un procédé de contrôle du niveau de laitier liquide dans une lingotière à l'aide dtun capteur différentiel de flux de chaleur déterminant l'interface "laitier liquide-air". Les inconvénients des procédés de réglage automatique du niveau de la matière fondue, dans lesquels le contre du niveau est effectué par les méthodes décrites ci-dessus consistent en ce que ltinformation sur le niveau de la matière fondue dans la lingotière à partir des capteurs à induction et de flux ne peut être obtenue que -si ces capteurs sont en contact immédiat avec 11 interface contrôlé de deux milieux. Pour monter lesdits capteurs, il est nécessaire de percer un orifice dans la paroi latérale de la lingotière ce qui complique la construction et le système de refroidissement de cette dernière et augmente les dangers d'explosion. Les valeurs de consigne du niveau de matière fondue dans la lingotière pouvant varier, il peut être nécessaire de changer l'emplacement où les capteurs sont montés, c'est-à-dire que l'on est alors obligé de percer un nouvel orifice dans la paroi de la lingotière. Les inconvénients susmentionnés sont éliminés dans un procédé de réglage automatique du niveau de matière fondue dans une lingotière, selon lequel le niveau de la matière fondue est déterminé a' l'aide d'un capteur photo-électrique. Ce procédé est décrit dans le US 3 730 962 qui concerne une chambre de dépôt par projection å faisceau électronique à contr8le de régularité de la distribution du matériau projeté. Ce dispositif peut exécuter les opérations essentielles suivantes : détermination du niveau de la matière fondue à I' aide d'un capteur photo-électrique et formation d'un signal électrique de mesure représentant le niveaudematière fondue. Lorsque ce signal apparaît après avoir été amplifié préalablement, le métal en fusion se déplace. Le signal du capteur photo-électrique étant absent, le déplacement du métal en fusion n'a pas lieu. Donc, dans ce dispositif, la valeur de consigne du niveau est celle à laquelle le capteur ne fournit pas de signal ou bien fournit un signal dont la valeur est considérée comme zéro Il est évident que le signal électrique de mesure du niveau de la matière fondue peut facilement être comparé a' une valeur de consigne quelconque au moyen d'un dispositif électronique logique. Les-opérations décrites ci-dessus et les dispositifs permettant de les exécuter sont largement- connus. La détermination du niveau de la matière fondue dans la lingotière à l'aide du capteur photo-électrique présente certains inconvénients. Par exemple, afin d'obtenir la précision voulue de la détermination du niveau, il ne suffit pas d'utiliser un seul capteur photo-électrique ; il en faut 2 ou 3o La valeur du signal de sortie du capteur photo-électrique dépend non seulement du niveau de la matière fondue mais aussi, en grande partie, de l'intensité du rayonnement éma- nant de la surface de la matière fondue, du degré d'empois siérage des verres et des lentilles à travers lesquels passe le rayon lumineux réfléchi de la surface de la matière fondue, ainsi que de la composition chimique du métal évaporé et de la température-de ce dernier.Ces conditions empêchent ltob- tention d'un haut degré de précision de la détermination du niveau de matière fondue ce qui entre des erreurs dans le processus de réglage du niveau et exerce une influence négative sur la qualité du métal fabriqué dans la lingotière. L'invention vise à créer un procédé de réglage automatique du niveau de la matière fondue dans des lingotières permettant d'améliorer la qualité du métal par une augmentation de la précision de la détermination du niveau de la matière fondue. L'invention a donc pour objet un procédé de réglage automatique du niveau de la matière fondue dans des lingotières consistant à déterminer le niveau de la matière fondue et à engendrer un signal de mesure du niveau de la matière fondue, à comparer dans un dispositif électronique logique, le signal de mesure à une valeur de consigne, engendrer un signal électrique de commande, proportionnel à la différence entre la valeur du signal de mesure et la valeur de consigne, et à modifier en fonction du signal électrique de commande, la vitesse de déplacement de la lingotière par rapport au lingot fabriqué dans cette dernière de manière que le niveau de la matière fondue soit égal à la valeur de consigne, ce procédé étant caractérisé en ce que lie niveau de la matière fondue est déterminé a' l'aide d'une caméra de télévision disposée de manière que dans la zone qu'elle explore se trouve la zone de contact de la surface de la matière fondue avec la paroi intérieure de la lingotière. Le signal électrique de mesure du niveau de la matière fondue et le signal électrique de commande sont engendrés au moyen dtun dispositif électronique de calcul logique. Un tel procédé de réglage automatique du niveau de la matière fondue dans une lingotière permet d'augmenter la précision de la détermination du niveau de la matière fondue ce qui est dfi au fait que le pouvoir de résolution de la caméra de télévision utilisée, est supérieur a' celui des capteurs connus, tels que les capteurs a' induction, thermiques et pho to-électriques. Le signal électrique de mesure du niveau de la matière fondue peut être engendré en mesurant à la sortie de la caméra de télévision et pendant une période d'image, la quantité d'impulsions vidéo dont l'amplitude correspond à l'image de la surface de la matière fondue se trouvant dans la zone explorée par la caméra de télévision. Cette possibilité de déterminer le niveau de la matière fondue résulte du fait que la brillance de la surface de la matière fondue est beaucoup plus élevée que celle de la surface de la paroi intérieure de la lingotière. Le signal électrique de mesure du niveau de la matière fondue peut également être engendré en mesurant, à la sortie de la caméra de télévision, et pendant une période d'image, la quantité d'impulsions vidéo dont l'amplitude correspond a' l'image de la surface de la paroi intérieure de la lingotière se trouvant dans la zone explorée par la caméra de télévision. Dans le cas où la caméra de télévision n1 est pas reliée d'une manière rigide avec la lingotière, il est souhaitable quelle soit disposée de manière que la zone qu'elle explore contienne le bord supérieur de la lingotière, tandis que le signal électrique de mesure soit engendré en mesurant, à la sortie de la caméra de télévision, et pendant une période dti- mage, la quantité d'impulsions vidéo dont l'amplitude correspond à l'image de la surface de la paroi intérieure de la lin gotière depuis son bord supérieur jusqu'au niveau de matière fondue. Cette caractéristique permet d'orienter automatiquement la caméra de télévision vers la zone de contact de la surface de matière fondue avec la paroi intérieure de la lingotière. Dans le cas où les dimensions et la conception de la lingotière ne permettent pas d'installer la caméra de télévision de manière que la zone qu'elle explore contienne le bord supérieur de la lingotière, il est souhaitable qutelle soit disposée de manière que la zone explorée contienne un repère préalablement porté sur la paroi intérieure de la lingotière au-dessus du niveau de la matière fondue. Dans ce cas, le si- gnal électrique de mesure est engendré en mesurant à la sortie de la caméra de télévision et pendant une période dtimageS la quantité d'impulsions vidéo dont l'amplitude correspond à l'image de la surface de la paroi intérieure de la lingotière depuis ledit repère jusqu'au niveau de la matière fondue. Lorsqu'il est nécessaire de maintenir le niveau de la matière fondue dans une zone prédéterminée, il est souhaitable de comparer le signal électrique de mesure avec deux valeurs admissibles prédéterminées (maximale et minimale, le signal électrique de commande n'étant engendré que lorsque le signal électrique de mesure coïncide avec l'une des valeurs admissibles prédéterminées. Pour réduire la sensibilité aux parasites et pour augmenter la fiabilité de la caméra de télévision, il est avan gazeux de la faire fonctionner selon un régime dans lequel le balayage par un faisceau de lecture électronique est effectué seulement dans une direction perpendiculaire au niveau de la matière fondue dans la lingotière. Dans le cas d'un contrôle visuel, la caméra de télévision doit être mise dans ce fonctionnement d'une manière invisible pour l'opérateur, par exemple, lors de la transmission de chaque vingt-cinquième image. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre donnée uniquement à titre drexemple et faite en se référant aux dessins annexés sur lesquels - la Fig. 1 représente un schéma simplifié d'un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé de réglage automatique du niveau de la matière fondue, selon l'invention ; - la Fig. 2 est un schéma simplifié du convertisseur de signaux vidéo faisant partie du dispositif représenté sur la Fig. 1. Les dessins montrent un dispositif pour la mise en oeuvre d'un procédé, au cours duquel le signal électrique de mesure du niveau de la matière fondue est engendré en mesurant à la sortie d'une caméra de télévision et pendant une période primage, la quantité d'impulsions vidéo dont l'amplitude correspond à l'image de la surface de la matière fondue se trouvant dans la zone explorée par la caméra de télévision. D'autres variantes du procédé suivant l'invention sont aussi facilement mises en oeuvre à l'aide de dispositifs connus, par exemple à l'aide de dispositifs correspondant â celui qui sera décrit ci-dessous, mais légèrement modifié. Le dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon ltinvention comporte une caméra de télévision 1, un cpnver- tisseur 2 de signaux vidéo, un générateur 3 du signal correspondant à la valeur de consigne du niveau, un comparateur 4 du signal de mesure du niveau de la matière fondue et de la valeur de consigne, un convertisseur numérique-analogique 5, un analyseur 6 du signe du signal erreur, un amplificateur 7 de puissance et une commande 8 de déplacement d'une lingotière 9o La Fig. I montre également la matière fondue 10, une électrode consommable et un transformateur d'alimentation. Le convertisseur 2 d'impulsions vidéo comprend (Fig.2) un démodulateur d'amplitude 11, un conformateur 12 d,impul- sions de comptage, un compteur binaire-décimal 13 â trois bits, des commutateurs électroniques 14, un conformateur 15 dtimpulsions de déclenchement, un conformateur 16 d'impulsions de remise à zéro et une ligne à retard 17. La Fig. 2 représente également un amplificateur d'image 18 et un ensemble 19 de balayage de l'image, faisant partie de la caméra de télévision 1. Ce dispositif fonctionne comme suit Les impulsions vidéo, dont ltamplitude correspond à l'image de la zone explorée par la caméra 1 sont appliquées à partir de la sortie de celle-ci, au convertisseur 2 d'impulsions vidéo. Ce dernier engendre un signal électrique de mesure du niveau de la matière fondue0 Le fonctionnement de l'une des variantes possibles du convertisseur 2 de signaux vidéo sera décrit ci-dessous. Le signal de mesure est comparé par le comparateur 4, à une valeur de consigne. Le signal correspondant à la valeur de consigne est engendré dans le générateur 3. Le signal d'erreur en code numérique est appliqué, à partir de la sortie du comparateur 4, à l'entrée du convertisseur numérique-analogique 5 qui transforme le code numérique du signal d'erreur en une forme analogique (en une tension continue).Le signe du signal ainsi obtenu est analysé dans le bloc 6. Ensuite, le signal est amplifié dans l'amplificateur de puissance 7 et attaque la commande -8 de déplacement de la lingotière 9 en modifiant la vitesse de déplacement de cette dernière par rapport au lingot fabriqué de manière que le niveau de la matière fondue soit égal & la valeur de consigne. Le convertisséur 2 d'impulsions vidéo, qui engendre le signal électrique de mesure en mesurant à la sortie de la caméra de télévision et pour une période dtimage, la quantité d'impulsions vidéo dont l'amplitude correspond à l'image de la surface de la matière fondue se trouvant dans la zone explorée par cette caméra, fonctionne de la manière suivante. Les impulsions de synchronisation verticale et les impulsions vidéo, dont l'amplitude correspond à l'image de toute la zone explorée par la caméra 1 (c'est-à-dire d'amplitudes maximale et minimale) sont appliquées, à partir de la sortie de l'amplificateur d'image 18 de la caméra de télévision 1, au démodulateur dtamplitude 11. Le démodulateur 11 separe les impulsions vidéo dont l'amplitude correspond à l'image de la surface de la matière fondue se trouvant dans la zone explorée par la caméra de télévision (des impulsions vidéo d'amplitude maximale). Le conformateur 12 engendre à partir des impulsions vidéo séparées, des impulsions rectangulaires dont l'amplitude et la durée sont prédéterminées et qui sont appliquées au compteur 13 binaire-décimal à trois bits. Le compteur 13 commence à compter les impulsions rectangulaires appliquées à son entrée en fonction des impulsions de déclenchement formées par le conformateur 15 qui est mis en action aux instants correspondant aux débuts des balayages verticaux.Aux instants correspondant aux fins des balayages verticaux le conformateur 16 engendre des impulsions de remise à zéro appliquées aux commutateurs électroniques 14 qui transfèrent la valeur numérique, lue par le compteur 13, dans le comparateur 4 (Rig.l). La même impulsion assure par la ligne à retard 17, la remise à zéro du compteur 13. Le procédé de réglage automatique du niveau de la matière fondue dans des lingotières, objet de ltinvention, permet d'augmenter considérablement la précision de la détermination du niveau de la matière fondue0 La stabilité du niveau de métal fondu dans la lingotière est également meilleure ce qui contribue, en grande partie, à améliorer la qualité des lingots fabriqués, ctest-à-dire la qualité du métal des lingots e' * qualité de leur surface. REVENDICATIONS 1 - Procédé de réglage automatique du niveau de la matière fondue dans une lingotière, du type consistant à déterminer le niveau de la matière fondue et à engendrer un si- gnal électrique de mesure du niveau de la matière fondue, a' comparer dans un dispositif électronique logique, le signal de mesure à une valeur de consigne, à engendrer un signal électrique de commande, proportionnel à la différence entre la valeur du signal de mesure et la valeur de consigne, et à modifier en fonction du signal électrique de commande, la vitesse de déplacement de la lingotière par rapport au lingot fabriqué dans cette dernière de manière que le niveau de la matière fondue soit égal à la valeur de consigne, caractérisé en ce que le niveau de la matière fondue (10) est déterminé à l'aide dtune caméra de télévision (1) disposée de manière que la zone qu'elle explore contienne la zone de contact de la surface de matière fondue (10) avec la paroi intérieure de la lingotière (9), le signal électrique de mesure et le signal électrique de commande étant engendrés-au moyen d'un dispositif électronique de calcul logique. 2 - Procédé suivant la revendication 1, caractérisé e en ce que ledit signal électrique de mesure est engendré en mesurant a' la sortie de la caméra de télévision (1) et pour une période d'image, la quantité d'impulsions vidéo dont ltam- plitude correspond à l'image de la surface de la matière fondue se trouvant dans la zone explorée par ladite caméra de télévision (1). 3 - Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ledit signal électrique de mesure est engendré en mesurant à la sortie de la caméra de télévision (1) et pour une période d'image, la quantité a'impulsions vidéo dont l'amplitude correspond à l'image de la surface-de Ira paroi intérieure de la lingotière (9) se trouvant dans la zone explorée par ladite caméra de télévision (1). 4 - Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la caméra de télévision (1) est disposée de manière que la zone qu'elle explore contienne le bord supérieur de la lingotière (9), tandis que ledit signal électrique de mesure est engendré en mesurant å la sortie de ladite caméra de télévision (1) et pour une période d'image, la quantité dtimpulsions vidéo dont l'amplitude correspond à l'image de la surface de la paroi intérieure de la lingotière (9) depuis son bord supérieur jusqu'au niveau de la matière fondue (10). 5 - Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la caméra de télévision (1) est disposée de manière que la zone qu'elle explore contienne un repère préalablement porté sur la paroi intérieure de la lingotière (9) au-dessus du niveau de la matière fondue, tandis que le signal électrique de mesure du niveau de la matière fondue (10) est engendré en mesurant, à la sortie de ladite caméra de télévision (1) et pour une période à'image, la quantité dtimpulsions vidéo dont l'amplitude correspond à l'image de la surface de la paroi intérieure de la lingotière (9) depuis ledit repère jusqu'au niveau de métal fqndu (10). 6 - Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 å 5, caractérisé en ce que ledit signal électrique de mesure est comparé à deux valeurs admissibles prédéterminées (maximale et minimale), la formation du signal électrique de commande étant engendré lorsque -la valeur du signal électrique de mesure colncide avec l'une de ces valeurs admissibles prédéterminées. 7 - Procédé suivant l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que la caméra de télévision (1) fonctionne dans un régime dans lequel le balayage par le faisceau de lecture électronique est effectué seulement dans une direction perpendiculaire au niveau de la matière fondue dans la lingotière (9).