Brevet FR2456579A1 — publié le 19801212

L'invention se rapporte au domaine de ltélectro- métallurgie spéciale et concerne plus précisément un procédé de commande du déplacement relatif d'un lingot et d'une lingotière, ainsi que la construction d'une lingotière utilisée pour la mise en oeuvre de ce procédé lors de la refusion sous laitier électroconducteur. Actuellement, on connaît bien des procédés de commande du déplacement relatif d'un lingot et d'une lingotière, lors de la refusion sous laitier électroeonducteur, -suivant lesquels d'après le changement du niveau du bain de métal est réalisé le déplacement relatif du lingot et de la lingotière par changement de leur vitesse. On contrôle le niveau du bain à l'aide de capteurs thermiques, à induction, photoélectriques, etc.. montés dans la paroi de la lingotière. (A.O.Gerchtchenko et autres. "Ustroistvo dlya teplometritcheskogo controlya urovnya zhidkogo shlaka i rasplavlenogo me talla v ustanovkakh Spetselectrometa lurgiitt. Kiev, 1975, p. 4 ; Informatsionnoe pismo No 55 I.E.S. Pod redaktsiei B.E. Patona, B.I.Medovara "Electroshlakovye petchi", pp. 167 à 175, giev, Naukova Dumka, 1976). En particulier, on connaît un procédé de commande du déplacement relatif d'un lingot creux et d'une lingotière (voir le Certificat d'Auteur de l'URSS N0 371 807) dans lequel le contrôle du bain de métal est réalisé d'après la température du métal. la température du métal est enregistrée, suivant l'intensité du rayonnement propagé par la surface du lingot, à l'aide d'un capteur photoélectrique monté dans un mandrin formant noyau et, en fonction du changement de la température de la surface du lingot dans la zone de visée du capteur témoignant du changement du niveau du bain de métal, on change conformément la vitesse relative du lingot et de la lingotière dans le sens assurant le rétablissement du niveau exigé du bain métal dans la lingotière. Néanmoins, dans ce procédé, on observe une instabilité du signal du capteur qui est due à l'épaisseur différente du garnissage sur la surface intérieure du lingot creux au cours de la fusion suivant le type de laitier utilisé, ce qui diminue sensiblement la précision du con tr8le et, par conséquent, la qualité du lingot élaboré, En outre, il convient de prévoir une protection thermique du capteur photoélectrique contre les hautes températures et sa protection contre les endommagements mécaniques, ce qui rend plus compliquée la construction du mandrin et diminue la fiabilité du capteur et du système de commande dans son ensemble.L'appareillage de mise en oeuvre du procédé est rendu aussi plus difficile à réaliser par la présence de filtres protecteurs spéciaux nécessaires pour 11 élimination des influences exercées par le courant de fonétionnement du four sur les circuits basse tension de sortie du capteur photoélectrique. Compte tenu de ce qui vient d'entre exposé, il faut remarquer que le procédé connu de commande du déplacement relatif du lingot et de la lingotière ne permet pas d'assurer la stabilisation du niveau du métal fondu et, par conséquent, d'obtenir une qualité élevée des lingots élaborés, à cause de la basse précision du contrôle du niveau du bain de métal. Sa lingotière, dont le déplacement par rapport au lingot est commandé comme décrit ci-dessus (voir le Certificat d'Auteur de l'URSS NO 371 807), a des parois formant avec la plaque de fond et le mandrin une capacité de fusion pour l'élaboration de lingots creux. Du point de vue technique, la plus proche de l'objet de la présente demande est la lingotière faisant l'objet du brevet de Grande-Bretagne NO 1 480 216. Cette lingotière a des parois formant avec la plaque de fond une capacité de fusion pour l'élaboration de lingots pleins. La partie supérieure de la lingotière, électriquement isolée du lingot et de la partie inférieure de la lingotière sur tout le périmetre, est située plus haut que le niveau du bain de métal et se trouve en contact avec le bain de laitier. les lingotières de ce type sont néanmoins assez compliquées à fabriquer et exploiter, étant donné qu'elles exigent une protection thermique de l'isolation électrique contre l'action du laitier et une isolation hydrofuge sûre à la jonction des parties supérieure et inférieure de la lingotière sur tout le périmètre intérieur. L'invention vise à concevoir un procédé de commande du déplacement relatif du lingot et de la lingotière ainsi qu'une lingotière de mise en oeuvre qui assurent une qualité élevée des lingots élaborés en augmentant la précision du contrôle du niveau du bain de métal, la réalisation constructive étant la plus simple possible. Le problème posé est résolu en ce que, dans un procédé de commande du déplacement relatif d'un lingot et d'une lingotière, prévoyant un contrôle du niveau du bain de métal dans la lingotière suivi d'un changement-de la vitesse de déplacement relatif en fonction des changements du niveau du bain de métal, dans le sens assurant son rétablissement au niveau imposé, suivant l'invention, le contrôle du niveau du bain de métal dans la lingotière est réalisé en mesurant la tension entre le lingot et une partie de la lingotière située au-dessus du niveau du bain de métal, en contact avec le bain de laitier et électriquement isolée du lingot d'une autre partie de la lingotière assurant la formation de ce lingot, puis on compare cette tension à la valeur imposée et, d'après le signal de désaccord, on change conformément la vitesse du déplacement relatif de la lingotière et du lingot. le procédé décrit de commande du déplacement relatif du lingot et de la lingotière, sous une réalisation constructive très simple, permet d'augmenter la précision du contrôle et, par conséquent, d'améliorer la qualité des lingots élaborés, car la commande du déplacement relatif du lingot et de la lingotière est effectuée d'après la tension entre la partie électriquement isolée de la lingotière et le lingot en provenance directe de la lingotière. Lors de l'élaboration de lingots creux dans les lingotières à mandrin, on mesure la tension entre le lingot et la tête du mandrin, qui, dans ce cas joue le rôle de la partie électriquement isolée précitée de la lingotière. Lors dé l'élaboration de lingots pleins dans des lingotières démontables, la tension est mesurée entre le lingot et la partie supérieure de la lingotière, qui, dans les lingotières de ce type, joue le rôle de la partie électriquement isolée précitée. Il est rationnel d'exécuter la partie électriquement isolée précitée de la lingotière sous la forme d'un conducteur de courant logé dans sa paroi, disposée àudessus du bain de métal et en contact avec le bain de laitier. Ceci simplifie sensiblement la construction de la lingotiere utilisée pour la mise en oeuvre de ce procédé et augmente sa fiabilité. Dans une lingotière d'une telle construction, la tension est mesurée entre l'insert conducteur de- courant logé dans la paroi de la lingotière et le lingot. lia précision la plus élevée du contrôle du niveau du bain de métal dans tous les types de lingotières citées est obtenue dans le cas où, simultanément à la mesure de la tension entre la partie électriquement isolée de la lingotière et le lingot, on mesure la tension entre l'électrode consommable et le lingot, et l'on détermine le rapport de-la tension entre la partie électriquement isolée de la lingotière et le lingot à la tension entre ltélectrode et le lingot, rapport qu'on compare ensuite à la valeur imposée. Ceci permet d'exclure l'influence des changements de régime technologique et électrique sur la valeur du signal indiqué. Il est avantageux de maintenir le rapport des tensions indiquées dans des limites comprises entre 0,1 et 0,8. Est rationnelle la variante du procédé suivant laquelle, simultanément à la mesure de la tension entre la partie électriquement isolée de la lingotière et le lingot, on effectue la mesure du courant de fusion, puis on détermine le rapport de la tension entre la partie électriquement isolée de la lingotière et le lingot au courant de fusion et l'on compare ce rapport à la valeur imposée. Ceci permet de simplifier la réalisation du procédé, car on n'a plus alors besoin de dispositifs supplémentaires pour le prélèvement de la tension sur le bain de laitier, à proxi mité immédiate du laitier fondu, comme dans la variante précédente. Dans ce cas, il convient de maintenir le rapport considéré dans des limites comprises entre 0,2 x 10 J et 20 x D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre de plusieurs exemples de réalisation, faite en se référant aux dessins annexés dans lesquels la Fig. 1 représente un schéma fonctionnel de la commande suivant l'invention du déplacement relatif du lingot et d'une lingotière (du mandrin formant noyau) la Fig. 2 représente un schéma fonctionnel de la commande suivant l'invention du déplacement relatif du lingot et d'une lingotière démontable la Fig. 3 représente une lingotière suivant l'invention munie d'un insert conducteur de courant électriquement isolé la Fig. 4 représente un schéma fonctionnel de la commande suivant l'invention du déplacement relatif du lingot et de la lingotière à insert conducteur de courant électriquement isolé la Fig. 5 représente un schéma fonctionnel de la commande suivant l'invention du déplacement relatif du lingot et de la lingotière à mandrin, comportant un bloc de mesure de la tension entre l'électrode consommable et le lingot la Fig. 6 représente schématiquement un schéma fonctionnel de la commande suivant l'invention du déplacement relatif du lingot et de la lingotière, comportant un bloc de mesure du courant de fusion entre l'électrode consommable et le lingot. le procédé de commande du déplacement relatif d'un lingot 1 et d'une lingotière 2 (Fig. 1, 2 et 4) dont une partie est électriquement isolée du lingot 1 et dune autre partie de la lingotière 2 assurant la formation de ce lingot, la première partie étant située au-dessus du niveau du bain de metal 3 et en contact avec le bain de laitier 4, prévoit le contrôle du niveau du bain de métal 3 dans la lingotière 2 suivi d'un changement de la vitesse de déplacement relatif de la lingotière 2 et du lingot 1, en fonction du changement du niveau du bain de métal 3, dans le sens assurant le rétablissement du niveau imposé. Le contrôle du niveau du bain de métal 3 est réalisé par mesure de la tension entre ladite partie électriquement isolée de la lingotière 2 et le lingot 1 ; cette tension est ensuite comparée avec la valeur imposée et, lors de la présence d'un signal de désaccord, on modifie conformément la vitesse de déplacement relatif de la lingotière 2 et du lingot 1. Si la tension baisse, on donne un signal d'accélération de la vitesse, tandis que si elle augmente, on donne un signal pour réduire la vitesse de déplacement du lingot 1 et de la lingotière 2, en amenant la grandeur de la tension précitée jusqu'à la valeur imposée correspondant au niveau exigé du bain de métal dans la lingotière. lors de l'élaboration de lingots creux 1 (Fig.1) dans des lingotières 2 à mandrin 5, dans lesquelles en guise de partie électriquement isolée de la lingotière est utilisée la tete 6 du mandrin 5, on mesure la tension entre la tête 6 du mandrin 5 et le lingot 1. Puis, le processus de commande du déplacement relatif du lingot 1 et de la lingotière 2 est réalisé de la façon ci-dessus décrite. Lors de 11 élaboration de lingots pleins 1 dans des lingotières démontables 2 (Fig. 2) dont la partie supérieure 7 est la partie électriquement isolée de la lingotière, on mesure la tension entre la partie supérieure 7 de la lingotière 2 et le lingot 1 ; on la compare ensuite à la valeur imposée et, lors de la présence du signal de désaccord, on change la vitesse de déplacement relatif du lingot 1 et de la lingotière 2 comme décrit précédemment. Néanmoins, les lingotières démontables sont assez compliquées à réaliser et à exploiter, du fait de la nécessité d'une protection thermique de l'isolation électrique contre l'action du laitier et d'une isolation hydrofuge stre à l'emplacement du joint entre les parties supérieure et inférieure de la lingotière sur tout le périmètre intérieur. Il est plus simple de réaliser, dans une lingotière (Fig. 7) dont les parois 8 forment avec la plaque de fond 9 une capacité de fusion pour l'élaboration de lingots pleins, la partie électriquement isolée sous la forme d'un insert 10 logé dans sa paroi. L'insert 10 peut avoir la forme d'un cylindre, d'un prisme ou une autre forme. Ses dimensions ne sont limitées en principal que selon la hauteur, par la hauteur du bain de laitier. Dans ce cas, dans le procédé de commande du déplacement relatif du lingot 1 et de la lingotière 2 (Fig. 4), le contrôle du niveau du bain de métal 3 se réalise par mesure de la tension entre l'insert 10 conducteur de courant et le lingot 1, puis on compare sa valeur à celle imposée et, d'après le signal de désaccord, on change la vitesse de déplacement relatif du lingot 1 et de la lingotière 2 dans le sens assurant le rétablissement du niveau imposé du bain de métal 3. Pour exclure l'influence du changement du régime technologique et électrique de fusion sur la grandeur de la tension mesurée lors de l'élaboration de lingots creux et pleins dans tous les types de lingotières citées, il est rationnel de réaliser simultanément la mesure de la tension entre la partie électriquement isolée de la lingotière et le lingot ainsi que la mesure de la tension entre l'électrode consommable Il (Fig. 5) et-le lingot, puis de déterminer le rapport de la tension entre la partie électriquement isolée de la lingotière 2 et le lingot 1 à la tension entre l'électrode consommable 11 et le lingot 1, qui est ensuite comparé à la valeur imposée, et de maintenir ce rapport dans des limites comprises entre 0,1 et 0,8. Si ledit rapport est inférieur à 0,1, la partie électriquement isolée de la lingotière 2 sera envahie de métal et l'on observera laperte du signal de commande. Si le rapport cité dépasse la limite supérieure (0,8), le signal de commande sera alors sensiblement influencé par les fluctuations de la surface du bain de laitier 4 et autres perturbations, du fait que la partie électriquement isolée de la lingotière se trouve à proximité immédiate de lé- lectrode. Après la comparaison de la valeur instantanée du rapport indiqué à la valeur prescrite et lors de la présence du signal de désaccord, on change conformément la vitesse de déplacement relatif du lingot 1 et de la lingotière 2 dans le sens assurant le rétablissement du niveau imposé du bain de métal 3. Pour réaliser au mieux cette variante du procédé, il faut utiliser des dispositifs spéciaux en contact avec ltélectrode pour le prélèvement de la tension de l'électrode au niveau du bain de laitier. Cela peut être, par exemple, un galet rigidement fixé sur un support. la variante la plus rationnelle de ce procédé consiste à réaliser simultanément la mesure de la tension entre la partie électriquement isolée de la lingotière 2 et le lingot 1 ainsi que la mesure du courant de fusion, à déterminer le rapport de la tension entre la partie électriquement isolée de la lingotière et le lingot au courant de fusion, à comparer ce rapport à la valeur imposée et à changer, en présence d'un signal de désaccord entre les valeurs instantanée et imposée, la vitesse du déplacement relatif du lingot et de la lingotière dans le sens assurant le rétablissement du niveau imposé du bain de métal. il est évident que pour la réalisation d'une telle variante du procédé, les dispositifs supplémentaires pour le prélèvement de la tension sur l'électrode, prévus par la variante précédente, ne sont plus nécessaires. le rapport de la tension entre la partie électriquement isolée de la lingotière et le lingot au courant de fusion doit être maintenu dans des limites comprises entre 0,2 x 10 3~St et 20 x 10 35t . De même que dans la variante précédente, les limites indiquées sont choisies prenant en considération le fait que si la grandeur du rapport indiqué est inférieure à 0,2 x 10 32 , la partie électriquement isolée de la lingotière sera envahie de métal, ce qui entraîne la perte du signal de commande. Si la grandeur du rapport cité dépasse la limite supérieure 20 x 10 3Q , le signal de commande sera sensiblement influencé par les fluctuations de la surface du bain de lai tier 4 et autres perturbations, du fait que la partie électriquement isolée de la lingotière se trouve à proximité de l'électrode. Comme cela est montré sur les Fig. 1, 2 et 4, le schéma fonctionnel de commande du déplacement relatif du lingot 1 et de la lingotière 2, dont une partie est électriquement isolée du lingot 1- et de la deuxième partie de la lingotière assurant la formation du lingot, la première partie étant située au-dessus du niveau du bain de métal 3 et en contact avec le bain de laitier 4, comporte, connectés en série, un bloc 12 de mesure de la tension entre le lingot 1 et la partie électriquement isolée de la lingotière (la tête 6 du mandrin 5 sur la figure 1, la partie supérieure 7 de la lingotière 2 sur la figure 2, et l'insert 10 du conducteur de courant sur les figures 3 et 4), un bloc 13 de comparaison de la valeur de la tension instantanée à celle de la tension imposée, un amplificateur réversible 14 et une commande 15 du déplacement relatif de la lingotière 2 et du lingot 1. Sur les figures 1, 2 et 4 à 6 est indiquée une source d'alimentation 16 du four électrique de refusion sous laitier électroconducteur. Comme cela est montré sur la Fig. 5, le schéma de commande du déplacement relatif du lingot et de la lingotière peut comprendre en outre un bloc 17 de mesure de la tension entre l'électrode consommable il et le lingot 1, ainsi qu'un bloc 18 pour déterminer le rapport de la tension entre le lingot 1 et la partie électriquement isolée de la lingotière (6, 7, 10 sur les figures 1, 2, 3 respectivement) à la tension entre l'électrode consommable Il et le lingot 1) bloc qui est connecté au circuit en série constitué par le bloc 13 de comparaison, l'amplificateur réversible 14, la commande 15 et la lingotière 2. Sur la figure 5 est représenté le schéma fonctionnel de commande du déplacement relatif du lingot 1 et de la lingotière 2 à mandrin 5. Pourtant, on comprend qu'un tel schéma peut permettre de mettre en oeuvre les variantes du procédé utilisant une lingotière démontable et une lingotière à insert conducteur de courant. Sur la figure 6 est représenté le schéma fonctionnel qui permet de realiser la variante la plus rationnelle du procédé, ce schéma comportant en supplément un bloc 19 de mesure du courant de fusion (par exemple, un transformateur de courant), un bloc 20 pour déterminer le rapport de la tension entre le lingot 1 et la partie électriquement isolée de la lingotière (6, 7, 10 sur les figures 1, 2, 3 respectivement) au courant de fusion, ce bloc étant connecté au circuit en série bloc 13 de comparaison-amplificateur réversible 14- commande 15- lingotière 2. La commande du déplacement relatif suivant le schéma ci-dessus décrit est réalisée de la manière qui suit. Lors du changement du niveau du bain de métal au cours de l'élaboration de lingots creux ou pleins, la tension entre la partie électriquement isolée de la lingotière, par exemple la tête du mandrin (figure 1), et le lingot 1 change aussi. le changement de la tension est enregistré dans le bloc 12. De là, le signal est transmis dans le bloc 13 de comparaison, où il est comparé à la valeur imposée ; ensuite par l'intermédiaire de l'amplificateur réversible 44, le signal de désaccord entre la valeur de la tension instantanée et la valeur de tension imposée parvient à la commande 15, qui déplace la lingotière ou, comme cela est montré sur la figure 1, sa partie intérieure (mandrin 5) dans le sens assurant le rétablissement du niveau imposé. Si la grandeur de la tension mesurée est inférieure à la valeur imposée, la commande 15 déplace à une plus grande vitesse le mandrin 5. Si la grandeur de la tension mesurée est supérieure à la valeur imposée, la commande 15 déplace à une moins grande vitesse le mandrin 5. La commande du déplacement relatif du lingot 1 et de la lingotière démontable 2 ou de la lingotière 2 à insert 10 conducteur de courant est réalisée de la même façon (voir figures 2 et 4). Lors de la réalisation d'une des variantes du procédé, le bloc 17 mesure la tension entre l'électrode consommable Il et le lingot 1 (figure 5). le signal prove nant du bloc 17 est transmis dans le bloc 18, qui détermine le rapport de la tension entre la partie électriquement isolée de la lingotière 2 et le lingot 1 à la tension entre ltélectrode 11 et le lingot 1. Ensuite, un signal proportionnel au rapport précité parvient au bloc 13 de comparaison à la valeur imposée de ce signal ; il y a ensuite amplification dans le bloc 14 et, s'il y a un désaccord entre les valeurs actuelle et imposée, la commande 15 déplace la lingotière, de la manière décrite précédemment, dans le sens assurant le. rétablissement du rapport de tensions dans les limites de 0,1 à 0,8 et, par conséquent, du niveau imposé du bain de métal 3. Néanmoins, il est plus simple de mesurer le courant de fusion et non la tension entre. l'électrode consommable et le lingot. Dans ce but, le bloc 19 (figure 6) enregistre les changements du courant de fusion. Le signal du changement du courant de fusion issu du bloc 19 est transmis au bloc 20, qui détermine le rapport de la tension entre la partie électriquement isolée de la lingotière et le lingot au courant de fusion, puis, par l'intermédiaire du bloc 17 de comparaison de la valeur instantanée de ce rapport à la valeur imposée et de l'amplifica- teur 14, le signal parvient à la commande 15 du déplacement de la lingotière, comme cela est décrit plus haut, pour maintenir le rapport cité dans les limites (0,2 à 20)x10-n. REVENDICATIONS 1.- Procédé de commande du déplacement relatif d'un lingot et d'une lingotière, du type comprenan-t un contrôle du niveau du bain de métal suivi d'un changement de la vitesse de déplacement relatif du lingot et de la lingotière en fonction du changement du niveau du bain de nétal, dans le sens assurant le rétablissement de son niveau imposé, caractérisé en ce que le contrôle du niveau du bain de métal dans la lingotière est effectué en mesurant la tension entre le lingot et une partie de la lingotitre située au-dessus du niveau du bain de métal, en contact avec le bain de laitier et électriquement isolée du lingot et d'une autre partie de la lingotière assurant la formation de ce lingot, et en ce qu'on compare ensuite cette tension à la valeur imposée et, s'il y a un désaccord entre la valeur de la tension instantanée et celle imposée, on change conformément la vitesse da déplacement relatif du lingot et de la lingotière. 2.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la tension est mesurée entre le lingot et la tête du mandrin, celle-ci constituant ladite partie électriquement isolée de la lingotière. 3.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la tension est mesurée entre le lingot et la partie supérieure de la lingotière, celle-ci constituant ladite partie électriquement isolée de la lingotière. 4.- Lingotière pour la mise en oeuvre du procédé suivant la revendication 1, du type comportant des parois qui forment avec une plaque de fond une capacité de fusion dont une partie est isolée du lingot et une autre partie de la lingotière assurant la formation du lingot,est située au-dessus du niveau du bain de métal et se trouve en contact avec le bain de laitier, caractérisée en ce que ladite partie électriquement isolée de la lingotière est constituée par un insert conducteur de courant disposé dans la paroi de la lingotière. 5.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la lingotière est conforme à la revendication 4 et en ce que la tension est mesurée entre l'insert conducteur de courant logé dans la paroi de la lingotière et le lingot. 6.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3 et 5, caractérisé en ce que, simultanément à la mesure de la tension entre la partie électriquement isolée de la lingotière et le lingot, on mesure la tension entre ltélectrode et le lingot, et en ce qu'on détermine le rapport de la tension entre la partie électriquement isolée de la lingotière et le lingot à la tension entre l'électrode consommable et le lingot, rapport qui est ensuite comparé à la valeur imposée. 7.- Procédé suivant la revendication 6, caractérisé en ce que le rapport des tensions précitées est maintenu dans des limites comprises entre 0,1 et 0,8. 8.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3 et 5, caractérisé en ce que, simultanément à la mesure de la tension entre la partie électriquement isolée de la lingotière et le lingot, on mesure la valeur du courant de fusion, et en ce qu'on détermine le rapport de la tension entre la partie électriquement isolée de la lingotière et le lingot à la valeur du courant de fusion, lequel rapport est ensuite comparé à la valeur imposée. 9.- Procédé suivant la revendication 8, caractérisé en ce que le rapport de la tension entre la partie électriquement isolée de la lingotière et le lingot à la valeur du courant de fusion est maintenu dans des limites comprises entre 0,2 x 10 3X5L et 20 x