Brevet FR2448131A1 — publié le 19800829

L'invention se rapporte aux indicateurs de niveau et, plus précisement, concerne les capteurs à induction de niveau de métal liquide. Le capteur proposé peut etre largement utilisé dans ltélectrométallurgie pour le controle du niveau de métal liquide en particulier dans le processus de production des aciers et des alliages de haute qualité. Le plus rationnel est d'utiliser l'invention pendant des refusions de métaux sous laitier electroconducteur, par arc de plasma, par faisceaux d'électrons, pendant un soudage sous laitier électroconducteur, ainsi qu'au cours des rechargements des me taux sous laitier électroconducteur en vue de déterminer le niveau de métal liquide dans les lingotières. Actuellement la aurication des me taux de haute qualité par des procédés électrométallurgiques speciaux dans des lingotières est de plus en plus largement utilisée La qualite du métal fabrique dans une lingotière dépend pour beaucoup de la stabilite du niveau du métal liquide par rapport aux parois de la lingotière, La detection tardive des variations du niveau du metal liquide peut provoquer le débordement du métal liquide de la lingotière et entraîner une panne grave. I1 va de soi que la déterminaton du niveau du mental liquide dans les lingo tières est un problème important surtout dans le cas de l'utilisation des lingotières a évasement qui, à l'heure actuelle, ont le plus d'avenir. On détermine généralement le niveau du métal liquide dans les lingotières au moyen de sondes de différents types. Ce procédé présente certains inconvénients : présence d'un opérateur tout près d'une lingotière ou bien 1'aménagement des dispositifs auxiliaires servant à descendre, à monter et à déplacer la sonde. I1 est connu un dispositif indicateur de niveau de métal liquide qui ntentre pas en contact avec ce dernier (v.p. ex. le brevet de la RFA nO 1 290 303). Ledit dispositif comprend un radiateur de rayons gamma et un récepteur. On place le radiateur et le récepteur de part et dtautre d'une lingotiere. Dès que le métal liquide traverse la ligne radiateur-récepteur, l'énergie du flux de rayons gamma en amont du récepteur diminue considérablement. Ce changement est enregistre dans un dispositif logique qui débite un signal de commande électrique qui fait changer la vitesse de déplacement de la lingotière. Néanmoins, l'utilisation de tels dispositifs exige une protection fiable contre l'irradiation du personnel ce qui complique sensiblement la construction et l'entretien des lingotières. Les capteurs ayant le plus d'avenir sont les capteurs de niveau du métal liquide à induction dont le principe de fonctionnement est basé sur la variation de flux magne tiques lorsque ceux-ci sont traverses par un métal liquide. On connais un capteur de niveau de métal liquide à induction adapté pour une lingotière en cuivre refroidie par eau pour la coulee continue de l'acier (brevet anglais NO 1 320 876). Ce capteur comprend deux enroulements de travail identiques branches à un générateur d'impulsions de courant alternatif et un enroulement de mesure placé à un niveau donne. Tous ces enroulements sont disposés sur la surface exterieu- re de la lingotière. Lors de l'interaction du champ électromagnétique des enroulements de travail avec le champ des courants de Fc-- cault induits dans le métal liquide une REM, dont la valeur dépend du niveau du métal liquide, est induite dans l'enrou- lement de mesure du capteur. Le signal en provenance de ltenroulement de mesure est comparé avec le signal débité par un enroulement supplémentaire afin d'obtenir un signal dif férentiel utilisé ensuite comme signal de commande. En fonction de ce signal de commande, on change (d'une manière proportionnelle à sa valeur) la vitesse de déplacement de la pièce fabriquée par rapport à la lingotière. On connaît également un capteur de niveau de métal liquide à induction (certificat d'auteur de L'URUS NO 494 615) comprenant un circuit magnétique ouvert avec un enroulement de travail et deux enroulements de mesure branches en opposition. Le circuit magnétique est disposé à l'interieur d'un boîtier refroidi, ses extrémités adhérant étroitement au fond du boiter. Le capteur décrit présente une série d'inconvénients. La caractéristique de sortie de celui-ci est une courbe ex trémale avec un maximum au milieu de la zone de travail. Une telle caractéristique exige l'utilisation d'un matériel électronique complexe afin de transformer le signal de sortie du capteur de telle manière qu'on puisse utiliser toute la gamme de sa caractéristique de sortie pour la détermination du niveau du métal liquide. Le réglage préalable dudit transmetteur est également compliqué à cause de la présence, en règle générale, dtun déséquilibre initial entre les enroulements de mesure qutil est pratiquement impossible de fabriquer tout à fait identiques. En raison des inconvénients précites, le capteur décrit n'a pas une sensibilité suffisante pour être utilisé dans la pratique. L'invention vise à mettre au point un capteur de niveau du métal liquide à induction dont l'agencement des enroulements soit tel que la precision de la détermination du niveau par ce capteur soit plus élevée qu'au moyen des capteurs connus. Elle a donc pour objet un capteur de niveau de métal liquide comprenant un boStier cylindrique refroidi ayant un fond et un couvercle et fixé rigidement à I'intérieur d'une gaine qui forme avec les parois du bottier une chambre de circulation pour un agent frigorifique, un circuit magné- tique ouvert à deux colonnes placé à ltintérieur ayant des enroulements de travail et de mesure, fixé rigidement à une plaque amagnétique, ses extrémités adhérant étroitement au fond du bottier, caractérise en ce qu'il est doté d'un circuit magnétique supplémentaire ouvert à deux connes avec des enroulements de travail et de mesure reliés électrique- ment aux enroulements respectifs de travail et de mesure du circuit magnétique ouvert. Ledit circuit magnétique supplémentaire ouvert à deux colonnes est disposé entre le couvercle du boiter et la plaque amagnétique dans le même plan longitudinal que le circuit magnétique ouvert avec lequel il a un axe de symétrie commun et qui a la possibilité de se déplacer le long de l'a- xe longitudinal du boîtier. Une telle construction du capteur de niveau du métal liquide à induction permet d'augmenter la précision de détermination du niveau du métal liquide dans une lingotière et simplifie le réglage dudit capteur. Il est avantageux de fabriquer le capteur de manière que le circuit magnétique ouvert supplémentaire soit rigide ment fixé à une plaque amagnétique auxiliaire ayant des e' élé- ments de centrage et orienté par ses extrémités vers la plaque amagnétique du circuit magnétique ouvert. La plaque amagnétique du circuit magnétique ouvert peut être fixée rigidement par rapport au bottier à l'aide de deux montants. Le déplacement du circuit magnétique supplémentaire le long de l'axe longitudinal peut être assuré par un tirant fileté, dont une extrémité est fixée à la plaque amagnétique du circuit magnétique ouvert supplémentaire et l'autre traverse le couvercle du bottier. Pour diminuer le déséquilibre initial des enroulements de mesure et simplifier le réglage préalable du capteur, la plaque amagnétique du circuit magnétique ouvert fixée rigidement par rapport au bottier doit être fabriquée à partir d'un matériau dont la résistance électrique spécifique est égale à celle du matériau utilise pour la fabrication du fond de la gaine. La plaque amagnétique fixée rigidement au boiter doit être exécutée de manière que son épaisseur ne soit pas infé e rieure à ltépaisseur du fond de la gaine. Ceci contribue également à la diminution du déséquilibre initial des enroulements de mesure et à la simplification du réglage préalable du capteur, étant donné que les conditions de passage des flux magnétiques des deux circuits magnétiques sont identiques. Pour la même raison, surtout quand il est difficile dtobtenir une épaisseur désirée des plaques amagnétiques, le jeu entre les extrémités du circuit magnétique ouvert sup plementaire et la plaque du circuit magnétique ouvert fixée rigidement par rapport au bottier ne doit pas être inférieur à la distance entre les extrémités du circuit magnétique ou= vert (fixe) et la surface intérieure du fond de la gaine. D'autres caractéristiques et avantages de 11 invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation, faite en se référant au dessin annexé, sur lequel La figure unique représente la construction la plus rationnelle d'un capteur de niveau du métal liquide a' induc- tion suivant l'invention. Le capteur de niveau de métal liquide représenté au dessin comprend un boitier cylindrique refroidi 1 ayant un fond 2 et un couvercle 3. La chambre de circulation pour le liquide de refroidissement est formée par la surface extérieure du boStier et par une gaine 4 fixée à ce dernier. Un circuit magnétique 5 ouvert, à deux colonnes, avec des enroulements de travail et de mesure 6 et 7 respectivement est placé à l'intérieur du boîtier 1. Le circuit magnétique 5 est rigidement fixé å une plaque amagnétique 8, ses extrémites 9 adhérant étroitement au fond 2 du boîtier 1. La plaque amagnétique 8 est fixée rigidement par rapport au boiter 1 à l'aide de deux montants 10. Un circuit magnétique ouvert supplémentaire 11 avec des enroulements de travail et de mesure 12,et 13 respectivement est disposé en aval du circuit magnétique ouvert 5. Le circuit magnéti- que supplémentaire 11 est dispose entre le couvercle 3 du boiter 1 et la plaque amagnétique 8 dans le meme plan longitudinal que le circuit magnétique ouvert 5 avec lequel il a un axe de symétrie commun 0. Le circuit magnétique ouvert supplémentaire 11 est rigidement fixé à une plaque amagnetique supplémentaire 14 ayant des éléments de centrage 15 sous forme de lamelles é- lastiques et il est orienté par ses extrémités 16 vers la plaque amagnétique 8. A la plaque amagnétique 14 est fixée une extrémite d'un tirant fileté 17, tandis que son autre extrémite traverse le couvercle 3 du boîtier 1. Le tirant fileté 17 permet le déplacement du circuit magnétique ouvert supplémentaire II le long de l'axe longitudinal du boî- tier I. Dans le but de créer des conditions identiques pour le passage des flux magnétiques dans les deux circuits magnétiques 5, 11, pour diminuer le déséquilibre initial des enroulements de mesure 7, 13, ainsi que pour simplifier le réglage préalable du capteur, la plaque amagnétique 8 doit être fabriquée en un matériau dont la résistance électrique spécifique est égale à celle du matériau du fond de la gaine 4. A cet effet on peut utiliser, par exemple, de l'acier austénitique ou du titane. Ltépaisseur la plaque amagnétique 8 ne doit pas être inférieure à ltépaisseur du fond de la gaine 4. L'épaisseur du fond de la gaine 4 doit être comprise entre 2 et 5 mm. Donc la plaque 8 doit avoir une épaisseur de 2à 6 mm. A ces fins le circuit magnétique ouvert supplémentaire 11 doit être installé de manière que le jeu entre ses extrémités 16 et la plaque amagnetique 8 ne soit pas inférieur à la distance entre les extrémités 9 du circuit magnétique ouvert 5 et la surface intérieure du fond de la gaine 4. Sur le dessin on a représenté les bornes 18 des enroulements de mesure 7, 13 connectés en opposition et les bornes 19 des enroulements de travail 6, 12 connectés également en opposition. Les bornes 18 servent de sortie au capteur. I1 est à noter que la connexion des enroulements de mesure 7, 13 et des enroulements de travail 6, 12 en opposition est très avantageuse puisque ceci simplifie le réglage initial du capteur et la mesure d'un signal de désadaptation apparaissant à la sortie du capteur (bornes 18) à l'approche du niveau du metal liquide de la zone opérationnelle du capteur. On remarquera que le dessin ci-joint est assez schematique et sert uniquement d'exemple de réalisation de l'invention sans limiter les dimensions des éléments constitutifs, les rapports dimensionnels desdits élements etc. Par exemple, la plaque amagnétique 8 peut être fixée rigidement par rapport au boîtier 1 au moyen de vis ou par soudage. Le circuit magnétique ouvert supplémentaire 11 peut être déplacé le long de l'axe longitudinal du boîtier 1 par l'entremise de n'importe quel des mécanismes de déplacement longitudinal connu, dtun mécanisme à crémaillère, par exemple. Pour rendre le contrôle du niveau plus aisé, il est rationnel de brancher aux enroulements de mesure 7, 13 du capteur un appareil de mesure de courant (voltmètre ou ampèremètre) à échelle graduée en millimètres. Le capteur de niveau de métal liquide à induction proposé fonctionne comme suit. Dans le cas de la mesure du niveau du métal liquide dans une lingotière à une électrode, on place le capteur à l'endroit assigné du corps de lingotière de manière que la surface extérieure du fond de la gaine 4 constitue une partie de la surface de formage de la lingotière. Les circuits magnétiques ouverts 5, 11 doivent être orientés comme indiqué sur le dessin, c'est-a-dire perpendiculairement au niveau de métal liquide mesuré. Pendant le travail le capteur est refroidi par un liquide quelconque (de l'eau par exemple). I1 est possible d'utiliser d'autres liquides ou gaz de refroidissement. Une tension en provenance d'un générateur de courant à haute fréquence (5 à 8 irez) est appliquée aux enroulements de travail 6, 12. Dans les circuits magnétiques 5, 11 sont induits des flux magnétiques égaux. En même temps des FEM égales sont induites dans les enroulements de mesure 7, 13. Etant donné que les enroulements de mesure 7, 13 sont connectes en opposition, 12 signal de sortie du capteur est égal à zéro.Lorsque le métal liquide approche du champ magnétique du circuit magnétique ouvert 5, des courants de Foucault et des champs magnétiques sont induits dans le métal ce qui affaiblit le champ magnétique du circuits et, par con séquent, le signal en provenance de ltenroulement de mesure 7. Le flux magnétique du circuit magnétique 11 et le signal provenant de l'enroulement de mesure 13 restent invariables. I1 en résulte qutà la sortie du capteur constitué par les bornes 18 apparatun signal différent de zéro et proportionnel à la différence de signaux des enroulements de mesure 7 et 13. I1 est à noter qu'on obtient le signal de sortie maximum du capteur dans le cas où la zone d'observation du capteur (zone traversée par le flux magnétique du circuit magnC- tique ouvert 5) est complètement recouverte par le métal liquide ; autrement dit la caracteristique de sortie du capteur est proportionnelle au changement du niveau contrôlé. Le reglage préalable du capteur consiste en ce que le circuit magnétique ouvert 5 avec les enroulements 6, 7, fixé rigidement â la plaque amagnétique 8, est placé le plus près possible du fond 2 du boiter 1. Ensuite on déplace le circuit magnétique 11 au moyen du tirant fileté 17 de manière à obtenir un signal de sortie zéro à la sortie du capteur (bornes 18 des enroulements de mesure 7, 13) en absence du métal liquide. L'utilisation du capteur de niveau de métal liquide à induction proposé permet de contrôler le niveau du métal liquide dans les lingotières avec un haut degré de précision. R E V E N D I C A T I O N S 1 - Capteur de niveau de métal liquide à induction, comprenant un bottier cylindrique refroidi ayant un fond et un couvercle et fixé rigidement à l'intérieur d'une gaine qui forme avec les parois du boîtier, une chambre de circulation d'agent frigorifique, un circuit magnétique ouvert à deux colonnes, placé à l'intérieur, ayant des enroulements de travail et de mesure et fixé rigidement a' une plaque amagnétique,ses extrémités adhérant étroitement au fond du bot- tier, caractérise en ce qu'il est doté d'un circuit magnétique supplémentaire ouvert (11) à deux colonnes avec des enroulements de travail (12) et de mesure (13) couplés électriquement aux enroulements respectifs de travail (6) et de mesure (7) du circuit magnétique ouvert (5), le circuit magnétique ouvert supplémentaire (11) étant disposé entre le couvercle (3) du boîtier (1) et la plaque amagnétique (8) dans le même plan longitudinal que le circuit magnétique ouvert (5) avec lequel il a un axe de symétrie commun et qui a la possibilité de se déplacer le long de l'axe longitudinal du bottier. 2 - Capteur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit magnétique ouvert supplémentaire (11) est rigidement fixé à une plaque amaanétique supplémentaire (14) ayant des éléments de centrage (15) et est orienté par ses extrémités (16) vers la plaque amagnétique (8) du circuit magnétique ouvert (5), la plaque amagnétique du circuit magnétique ouvert étant fixée rigidement par rapport au boîtier (1) à l'aide des deux montants, tandis qu'a' la plaque amagné- tique (14) du circuit magnétique ouvert supplémentaire (11) est fixée une extrémité d'un tirant fileté (17) dont l'autre extrémité traverse le couvercle du bottier, la plaque amagnétique (14) du circuit magnétique ouvert sllpplémentaire (11) étant montée de manière à pouvoir se déplacer le long de l'axe longitudinal du bottier (1). 3 - Capteur suivant la revendication 2, caractérisé en ce que la plaque amagnétique (8) du circuit magnétique ouvert (5) fixée rigidement par rapport au boîtier (1) est fabriquée d'un matériau dont la résistance électrique spécifique est égale à celle du matériau du fond de la gaine (4). 4 - Capteur suivant l'une quelconque des revendications 2, 3, caractérisé en ce que l'épaisseur de la plaque amagnétique (8) fixée rigidement par rapport au boîtier (1) n'est pas inférieure à l'épaisseur du fond de la gaine (4) du capteur. 5 - Capteur suivant les revendications 2, 3, 4, caractérisé en ce que le jeu entre les extrémités du circuit magnétique ouvert supplémentaire (11) et la plaque amagnétique (8) du circuit magnétique ouvert (5) fixée rigidement par rapport au boîtier (I) n'est pas inférieur à la distance entre les extrémités du circuit magnétique ouvert (5) et la surface intérieure du fond de la gaine (4).