Brevet FR2471823A1 — publié le 19810626

PROCEDE ET DISPOSITIF DE REGULATION DE LA HAUTEUR DU NIVEAU DE COULEE DANS LES COQUILLES DE COULEE CONTINUE La présente invention concerne un procédé de régula- tion du niveau de coulée dans une coquille de coulée continue par détection des variations au niveau de coulée selon le principe des courants de Foucault, dans lequel un champ magnétique alternatif à haute fréquence induit, dans deux bobines réceptrices secondaires, des tensions dont la tension différentielle résultante est rendue égale à zéro pour la hauteur assignée au niveau du liquide, tandis qu'on utilise pour la régulation la tension créée lorsque le niveau de coulée s'écarte de la hauteur assignée. L'inconvénient d'un procédé de l'art connu, décrit dans le brevet des E.U. A. no. 4.144.756, estque -non seulement une bobine émettrice mais aussi une bobine réceptrice, qui doivent être disposées dans la coquille à la hauteur du niveau de coulée, sont nécessaires. Par conséquent, ce procédé n'est essentiellement utilisable que dans une coquille dans laquelle est prévu un garnissage ou maçonnage en matériau non conducteur; car, avec les coquilles de coulée continue à revêtement métallique habituellement utilisées, les signaux sont trop affaiblis par l'effet d'écran. L'inventiqn a donc pour objectif de procurer un procé- dé de régulation du niveau de coulée qui soit utilisable uni- versellement pour tous les types et toutes les dimensions de coquilles, ainsi qu'avec tous les alliages à couler. Cet objectif est atteint,selon l'invention, du fait que la détection de la variation du niveau de coulée est réalisée à l'aide d'une sonde disposée dans le métal en fusion ou au-dessus du niveau de coulée, et séparée des bobines réceptrices, cette sonde et une bobine de compensa- tion-additionnelle étant respectivement accouplées aux bobines réceptrices montées en opposition. En détectant la variation du niveau de coulée au moyen d'une sonde disposée dans le métal en fusion ou au- dessus du niveau de coulée, on satisfait aux exigences de robustesse et de simplicité du procédé. En outre, on peut facilement adapter la sonde à la forme et à la taille de la coquille, cela ne créé aucun problème d'isolation électrique. Un autre avantage est qu'un seul canal -est néces- saire pour l'évaluation du signal différentiel, ce qui n'était pas le cas dans l'état de la technique susmentionné. Par accouplemient de la sonde au système de bobines secondaires, on exploite de plus un effet de transformateur - pour le signal d'entrée relativement faible. Suivant des agencements avantageux du procédé pour la compensation à zéro et pour l'utilisation-du signal différentiel au, les bobines réceptrices, la bobine de compensation et la bobine servant à l'accouplement de la sonde sont ainsi disposées et dimensionnées que l'on obtient un prééquilibrage de la tension différentielle Au pour la hauteur assignée au niveau de coulée; la bobine de compen- sation est connectée à des réactances ou à des résistances actives pour le pré-équilibrage; l'équilibrage à zéro final de la tension différentielle Au est obtenu à l'aide d'une bobine d'équilibrage automatique pour la hauteur assignée au niveau de coulée; les signaux parasites à basse fréquence sont séparés par filtrage du signal différentiel traité; la hauteur du signal produit par l'élévation de la coquille, qui se superpose au signal différentiel Au, est utilisée pour la détermination de la hauteur absolue du niveau de coulée; le signal différentiel traité au actionne une soupape à bouchon ou à coulisse dans l'avant-creuset et on fait en sorte que la régulation présente un régime différentiel marqué. Il est en particulier recommandé de séparer par fil- trage les signaux parasites à basse fréquence (d'un ordre de grandeur de 50 Hz environ) du signal différentiel Au. En revanche, on peut de préférence utiliser la hauteur du signal (1 Hz environ) produit par-l'élévation de la coquille, qui se superpose au signal différentiel au, pour déterminer la hauteur absolue du niveau de coulée. 2471 823 Lorsque la régulation présente un régime différen- tiel marqué, elle est largement indépendante des caracté- ristiques de la soupape à coulisse ou à bouchon. L'objet de l'invention est en outre un dispositif de mise en oeuvre du procédé décrit ci-dessus, dans lequel deux bobines réceptrices secondaires, montées en opposition, sont adjointes à une bobine primaire connectée à un émetteur de lhautesfrCquences. Le dispositif se caractérise en ce qu'une bobine de compensation et une bobine reliée à la sonde sont respectivement accouplées aux bobines réceptrices. La sonde est de préférence construite en forme de boucle quelconque (par exemple boucle ronde ou rectangulaire) et avec des dimensions qui permettent sa disposition sur la coquille, dans le couvercle de la coquille, sur le distribu- teur de coulée ou dans le métal en fusion. Comme matériau de boucle,on peut utiliser des ronds ou bien des tubes, des conducteurs creux rectangulaires et des tiges carrées. Ces types de sondes ont l'avantage qu'on peut les adapter à la forme et aux dimensions de chaque coquille, et qu'on peut les monter sans problèmes et sans modifications coûteuses de la coquille. En outre, les problèmes d'isolation et de température disparaissent. Grâce aux dispositions de la sonde conformément à l'invention, on évite l'effet d'écran de la chemise métal- lique intérieure de la coquille, si bien que l'on peut utiliser des fréquences relativement hautes (fréquence de l'émetteur de hautes fréquences: l à 100 kHz). On obtient ainsi un écart suffisant avec la zone de fréquence des champs parasitaires (en provenance par exemple des fours à induction), et la grande sensibilité nécessaire. La disposition d'une boucle comme sonde sur le dis- tributeur de coulée ou dans le métal en fusion présente l'avantage supplémentaire que l'on évite l'influence de l'élévation de la coquille. Lorsqu'elle est disposée à l'extérieur du métal en fusion, la sonde se compose de préférence d'un matériau conducteur de l'électricité, en particulier d'un matériau à base de cuivre ou de cuivre et de chrome. L'émetteur de hautesfréquences a dans ce cas une fréquence de 1 à 10 kHz. Lorsque la sonde est disposée dans le métal en fusion, il est préférable d'utiliser pour la sonde un maté- riau réfractaire, en particulier de l'acier au chrome ou du graphite.L'émetteur de hautes fréquences a alors une fréquen- ce de 10 à 100 kHz. On va maintenir décrire l'invention plus en détail au moyen de l'exemple de réalisation suivant, qui concerne le cas d'une sonde disposée sur la coquille. Sur les dessins: la Figure l représente le principe du procédé, la Figure 2 est-une coupe de la sonde de coquille suivant la ligne A-B de la Figure 3, la Figure 3 représente une sonde disposée sur la coquille, la Figure 4 représente un schéma-bloc du système de mesure, la Figure 5 représente un schéma-bloc de la régula- tion, et la Figure 6 est un diagramme du signal de niveau de coulée obtenu en cas de régulation automatique. Une fréquence délivrée par un courant alternatif, dont le champ magnétique alternatif engendre des tensions électriques dans les bobines réceptrices secondaires 3, 4, qui sont montées en opposition, circule dans une bobine primaire 2 reliée à un émetteur l de hautes fréquences, si bien qu'une tension différentielle au prend naissance. Le champ magnétique alternatif induit de même des tensions dans la bobine de compensation 5 et la bobine 6, qui sont court-circuitées. Une sonde 7, dans laquelle passe également un courant alternatif par suite de la tension induite dans la bobine 6,- sert à détecter le niveau de coulée 8 dans la coquille 9, comportant un distributeur de coulée 10 (voir les Figures 2 et 3). Ce champ alternatif induit des courants de Foucault dans le métal en fusion 11, qui de son côté contrarie l'effet du champ alternatif excité de la sonde 7 sur son champ alter- natif secondaire. Cela a pour résultat une modification de la tension différentielle Au appliquée aux bobines 3, 6. Comme cette modification est, entre aufresjune fonction de la distance entre le niveau de coulée 8 et la sonde 7, on peut l'utiliser pour détecter la hauteur du niveau de coulée. En disposant et dimensionnant de manière appropriée les bobines réceptrices secondaires 2 à 5, on peut faire en sorte que la tension différentielle Au, qui se caractérise par une amplitude et une phase degrandeurscomplexes, soit quasiment nulle (pré-équilibrage). La bobine de compensation 5, court- circuitée, sert alors à compenser l'asymétrie produite par la sonde 7 et la bobine 6. Comme il est évident en particulier d'après les Figu- res 2 et 3, la sonde 7 est construite sous la forme d'une boucle ronde montée sur la coquille 9 au-dessus du niveau de coulée 8. Comme la bobine 6 doit être adaptée à la boucle de très faible résistance ohmique, le système de bobines secon- daires sert additionnellement de transformateur pour le signal d'entrée relativement faible. Conformément au schéma-bloc de la Figure 4, la tension différentielle Au est transformée de la façon suivante: La bobine 12 d'équilibrage automatique produit, dans l'état de sortie, c'est-à-dire lorsque le niveau de coulée 8 corres- pond à la hauteur assignée, une tension égàle en amplitude à la tension différentielle Au, mais de sens contraire, si bien que dans ce cas le signal différentiel résultant est nul. Une hauteur de niveau de liquide qui s'écarte de la valeur assignée- donne un signal différentiel non nul, qui est amplifié et démodulé dans les bobines suivantes 13, 14, d'une manière connue en soi. Seuls les signaux de variation du niveau de liquide de très basse fréquence aui franchissent le filtre passe-bas atteignent l'oscilloscope 16, o ils peuvent être représen- tés par leur amplitude et leur phase. A l'aide d'un compara- teur de phase, non représenté, on peut en outre séparer les signaux de niveau de coulée des signaux parasites ayant eux aussi une basse fréquence mais une autre position de phase. La tension à la sortie de l'appareil indicateur 16, dont le signe correspond à celui de l'écart du niveau de coulée, est utilisée pour le réglage du niveau de coulée 8. En vue du réglage automatique (voir la Figure 5), un moteur 20, monté sur un régulateur mécanique 17, qui actionne dans l'avant-creusetl9 une soupape à coulisse ou à bouchon, est ainsi monté aue l'on peut faire le réglage, au choix automatiquement ou à la main (régulateur manuel 23),en embrayant ou débrayant le moteur. Le moteur 20 est commandé par un servo-amplificateur 21 à transistor, qui fonctionne comme régulateur de vitesse. La liaison entre le système de mesure du niveau de coulée et le servoamplificateur 21 forme un régulateur de niveau électronique 22 à régime proportionnel-différentiel (PD). Le système de régulation est très rapide, la vitesse de rotation du moteur 20 est proportionnelle à l'écart avec la valeur assignée, le couple de rotation en est au contraire indépendant. Le bouchon ou la coulisse de la soupape 18 est déplacé par le système de mesure, sous l'effet d'une tension positive ou négative provoquée par un écart du niveau de coulée 8 avec la valeur assignée, d'une longueur telle, dans le sens correspondant, que l'on atteint à nouveau l'état d'équilibre correspondant à la valeur assignée. La régulation décrite a été mise en oeuvre, à titre d'exemple, dans la coulée continue de barres en cuivre et en laiton (diamètre de 15 à 30 cm) pendant plusieurs mois. L'émetteur de hautes fréquences utilisé (1) avait une fré- quence dans la bande de 1 à 100 kHz. On utilisait comme sonde (7) une boucle ronde formée de ronds de cuivre ou d'alliage cuivre-chrome qui avait un diamètre de 10 mm. Le filtre passe-bas 15 avait une limite inférieure de fréquence de 5 kHz. Pendant la période indiquée, la régulation automatique a fonctionné d'une manière totalement satisfaisante. C'est ainsi par exemple que la Figure 6 montre une- partie du signal de niveau de coulée obtenu à la sortie du circuit de mesure 2471823 i sur une période de 1 heure 3/4, avec régulation automati- que. La bande large correspond à une élévation de coquille de 6 mm de haut, les pics superposés représentent les fluctuations résiduelles (3 mm) du niveau de coulée. 2471823. REVENDICATIONS 1. Procédé de régulation du niveau de coulée dans une coquille de coulée continue, par détection des variations -du niveau de coulée selon le principe des courants de Foucault, dans lequel un champ magnétique alternatif à hautes fréquences induit, dans deux bobines réceptrices secondaires, des-tensions dont la tension différentielle résultante est rendue égale à zéro pour la hauteur assignée au niveau du liquide, tandis qu'on utilise pour la.régula- tion la tension créée lorsque le niveau de coulée s'écarte de la hauteur assignée, caractérisé en ce que la détection de la variation du niveau de coulée est réalisée.à l'aide d'une sonde (7) disposée dans le métal en fusion (11) ou au-dessus du niveau de coulée (8), et séparée des bobines réceptrices-(3,4), cette sonde (7) etủne bobine de compensation additionnelle (5) étant respectivement accouplées aux bobines réceptrices (3,4) qui sont montées en opposition. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les bobines réceptrices (3,4) la bobine de compensa- tion (5) et la bobine (6) servant à l'accouplement de la sonde (7) sont disposées et dimensionnées de telle sorte que l'on obtient un prééquilibrage de-la tension différentielle Au pour la hauteur assignée au niveau de coulée (8). 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la bobine de compensation (5) est connectée à des réactances ou à des résistances actives pour le pré-équili- brage. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'équilibrage à zéro final de la tension différentielle Au est obtenu à l'aide d'une bobine d'équilibrage automatique (12) pour la hauteur assi- gnée au niveau de coulée (8). 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les signaux parasites à basse fréquence sont séparés par filtrage du signal différentiel Au traité. 2471823 J 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'on utilise la hauteur du signal produit par l'élévation de la coquille, qui se super- pose au signal différentiel Au, pour déterminer la hauteur absolue du niveau de coulée. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le signal différentiel Au traité actionne une soupape à bouchon ou à coulisse (18) dans l'avant-creuset(19). 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que la régulation présente un régime différentiel marqué. 9. Dispositif de mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel deux bobines réceptrices secondaires, montées en opposition, sont adjoin- tes à une bobine primaire raccordée à un émetteur de hautes fréquences, caractérisé en ce qu'une bobine de compensation (5) et une bobine (6) reliée à la sonde (7) sont respectivement accou--- plées aux bobines réceptrices (3,4). 10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que la sonde (7) est construite sous la forme d'une boucle disposée sur la coquille (9). 11. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que la sonde (7) est construite sous la forme d'une-boucle ou d'une bobine à quelques spires seulement, disposée dans le couvercle de la coquille. 12. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce cue le couvercle de la coquille se compose d'acier austéni- tique. 13. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que la sonde (7) est construite sous la forme d'une boucle disposée sur le distributeur de coulée (10). 14. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que la sonde (7) est construite sous la forme d'une boucle plongeant dans le métal en fusion (11). 15. Dispositif selon l'une quelconque des revendications à 14, caractérisé en ce que la sonde (7) est construite sous la forme d'une boucle quelconque. 2471823 1 16. Dispositif selon l'une quelconque des revendica- tions 9 à 15, caractérisé en ce que la sonde (7) se compose d'un matériau de forme et de dimensions quelconques. 17. Dispositif selon l'une quelconque des revendica- tions 10 à 13 et 15, 16, caractérisé en ce que la sonde (7) se -compose d'un matériau conducteur de l'électricité. 18. Dispositif selon la revendication 17, caractérisé en ce que la sonde (7) se compose d'un matériau à base de cuivre ou de cuivre et de chrome. 19. Dispositif selon-l'une quelconque des revendica- tions 14 à 16, caractérisé en ce que la sonde (7) se compose d'un matériau réfractaire. 20. Dispositif selon la revendication 19, caractérisé en ce que la sonde (7) se compose d'acier au chrome ou de graphite. - 21. Dispositif selon l'une quelconque des revendica- tions 9 à 20, caractérisé en ce que l'émetteur de hautes fréquences (1) émet dans une bande de fréquencede 1 à 100kHz. 22. Dispositif selon l'une quelconque des revendica- tions 10 à 13, 15 à 18 et 21, caractérisé en ce que l'émet- teur de hautes fréquences (1) émet dans une bande de fréquen- ce de 1 à 10 kHz. 23. Dispositif selon l'une quelconque des revendica- tions 14 à 16 et 19 à 21, caractérisé en ce que l'émetteur de hautes fréquences (1) émet dans une bande de fréquence de à 100 KHz.