Brevet FR2482290A1 — publié le 19811113

On sait que le procédé le plus couramment utilisé pour assurer le réglage automatique du niveau du métal en fusion dans les lingotières de coulée continue consiste à recevoir le rayonnement propre de la surface du bain incandescent à l'aide de transducteurs photo-éleetriques convenablement agencés pour que leur réponse soit fonction de ce niveau. En fait ce mode détection est considérablement gêné par la présence du jet de métal qui tombe de la poche de coulée dans la lingotière et qui émet un rayonnement parasite intense.Pour s'en affranchir, suivant le brevet français 1 389 442 au nom du présent Demandeur, on réalise à l'aide d'un objectif ou équîvalent, une image optique réelle de llintErieur de la partie haute de la lingotière et l'on dispose les traneducteurs (en pratique des cellules photo-électriques) sur cette image de manière qu'ils se trouvent sur la partie de celle-ci qui correspond a la surface du bain, mais assez loin de la zone correspondant au jet pour ne pas risquer d9etre affectas par lui. On est ainsi parvenu à réaliser des dispositifs de réglage automatique qui fonctionnent de façon remarquable. Toutefois on cherche de plus en plus à protéger le métal de 170syda- tion par l'air atmospharique en recouvrant la surface du bain d'une poudre appropriee qui fond sous la forme d'une couche surnageante de laitier et en déversant le matai dans la liRgotidre par llintermédiaire d'un tube ou "busette' en quartz quarts ou équivalent qui traverse cette couche pour s'enfoncer dans la masse liquide sous-jacente. Comme de plus le laitier est peu a peu entraîné entre la paroi de la lîngotiere et la pellicule de métal solidifié qui glisse contre celle-ci, on doit assurer le maintien de la couche protectrice en ajoutant de temps en temps de la poudre minérale sur la surface du bain. I1 résulte de ce mode opératoire que la surface visible, ctest-à-dire celle de la couche de laitier, est tantôt sombre et non éclairante, quand on vient d'ajouter de la poudre froide, tantôt incandescente lorsque la poudre ainsi ajoute a fondu et se trouve a une température voisine de celle du métal sous-jacent. On a cherché à dEtec- ter néanmoins le niveau par voie photo-électrique en se basant sur le fait que la zone de la busette située immédiatement au-dessus de la couche de laitier est dans tous les cas beaucoup plus chaude, donc plus brillante, que cette couche.Mais comme la surface de la couche se trouve rarement a une température uniforme et que de son côté la busette peut être recouverte de ci et de la d'éclaboussures de laitier, il peut apparaitre sur l'image optique plusieurs points brillants par rapport à la zone qui les entoure. On doit donc imaginer des circuits de discrimination, ce qui complique l'appareillage. L'invention vise à résoudre très simplement ce problème de la détection du niveau dans les lingotières pour coulée continue à couche de laitier et à busette de déversement. Conformément à l'invention, dans un dispositif comprenant des transducteurs photo-électriques agencés de manière à recevoir un rayonnement provenant de l'espace intérieur de la partie haute de la lingotière pour en déduire la hauteur du bain de métal dans celle-ci, l'on envoie dans cet espace un rayonnement auxiliaire de façon à l'éclairer indépendamment de son rayonnement propre et l'on prévoit des moyens de sélection pour que les signaux provenant des transducteurs dépendent au moins principalement du rayonnement auxiliaire diffusé ou réfléchi à partir dudit espace. On comprend qu'ainsi l'on élimine ou réduit dans une mesure considérable l'effet parasite des variations de température de la couche de laitier et/ou des irrégularités de brillance éventuelles de la périphérie de la busette. Pour obtenir que les signaux des transducteurs correspondent seulement ou surtout au rayonnement auxiliaire diffusé l'on peut procéder de diverses manières 10 On peut mettra an oeuvre un rayonnement auxiliaire intense par rapport auquel celui directement émis par la surface de la couche de laitier et/ou la périphérie de la busette soit négligeable. 20 I1 est possible d'utiliser un rayonnement auxiliaire renfermant des longueurs d'onde qu'on ne retrouve pas ou presque pas dans le rayonnement propre émis par la partie haute de la li-ngotière, par exemple un rayonnement violet, bleu, vert, jaune ou même blanc, et de disposer devant les transducteurs des filtres qui laissent passer ce rayonnement auxiliaire, mais qui arrêtent toutes les longueurs d'onde rouges ou infra-rouges du rayonnement propre. 30 On peut enfin moduler le rayonnement auxiliaire et disposer sur la sortie des transducteurs des circuits électriques ne laissant passer que les signaux modulés à 1' exeption de ceux substantiellement continus qui correspondent au rayonnement propre. Bien entendu l'on peut combiner ces trois moyens entre eux. D'autre part, et comme on le verra plus loin, l'utilisation d'une source auxiliaire permet d'éclairer sur la partie haute de la lingotière des zones profilées dont la forme, les dimensions ou l'emplacement varient en fonction de la hauteur du niveau, ce qui facilite encore la détection et en augmente considérablement la fiabilité. Le dessin annexé, donne a titra d'exemple, permettra de mieux comprendre l'invention, les caractéristiques quelle présente et les avantages qu'elle est susceptible de procurer Fig. 1 est une coupa schématique d'une lingotiare de coulée continue comportant application du procédé de surveillance et de réglage automatique du niveau suivant l'învantion. Fig. 2 est la vue en plan correspondante, le plan de coupe de fig. 1 y étant indiqué en I-I. Fig. 3 montre l'image optique qui se forma a l'intérieur de la caméra de contrôle. Fig. es est une vue semblable à celle de fig. 1, mais montrant l'interposition d'un filtra pour éliminer l'influence parasite du rayonnement propre du bain. Fig. 5 indique de meme maniera une variante suivant laquelle l'influence du rayonnement propre est éliminée par modulation du rayonnement aurilaira. Fig. 6 montre comment la modulation de fig. 5 s'obtient a l'aide d'up disque tournant. Fig. 7 et 8 indiquant an coupe et en plan une forme d'exécution suivant laquelle on n'claire qu'une zone ponctuelle de la surface du bain. Fig. 9 montre l'image optique qui apparaît dans la caméra de fig. 7. Fig. 10 a 12 correspondent a une autre forme d'exécution dans laquelle la rayonnement auxiliaire est limité a une bande ou trait qui, vu de côté, apparat cassé au point où la surface du bain vient au contact de la paroi de la lingotière, fig. 11 étant une vue en plan et fig. 10 et 12 des coupes respectivement suivant X-X et XII-XII (fig. 11). Fig. 13 montre l'image qui apparat dans la caméra avec la dlsposition de fig. 10 à 12. En fig. 1 et 2 l'on aperçoit an 1 une lingotière de coulée continua, à section carrée, faite en cuivra ou équivalant avec double paroi pour la circulation d'eau de refroidissement, à la façon connue. Dans cette lingotière plonge une busette 2, faite par exemple en quartz, et qui communique par son extrémité supérieure avec une pocha de coulée, non représentée. Le métal en fusion (acier) s'écoule ainsi dans la lingotière 1 ou il forme un bain recouvert d'une couche protectrice de laitier fondu (qu'on n'a pas représentée pour ne pas compliquer inutilement le dessin). On a référencé 3 le niveau de l'ensemble bain-laitier (pratiquement parlant le niveau du bain de métal, l'épaisseur de la couche de laitier étant très faible). La busette 2 traverse la couche de laitier pour déboucher dans la masse de métal liquide. Comme à l'ordinaire la métal se solidifie au contact de la paroi de la lingotière en donnant ainsi naissance à une barre qu'on extrait continuellement par le bas de celle-ci. Des moyens, tels qu'un pointeau ou tampon réfractaire, permettent de régler à volonté le débit de métal liquide qui s'écoule à travers la busette 2. La couche de laitier est progressivement entraînée entre le métal et la paroi de la lingotière, de sorte que pour la maintenir on doit de temps à autre déverser dans celle-ci une poudre minérale appropriée. Le niveau 3 doit bien entendu être maintenu à une hauteur substantiellement constante à l'intérieur de la lingotière 1, ce qu'on obtient en agissant soit sur le débit d'écoulement du métal liquida dans la busette 2, soit sur la vitesse d'extraction de la barre, soit sur les deux simultanément. Pour réaliser un réglage automatique on a prévu à la façon décrite au brevet français précité , une sorte de caméra 4 orientée obliquement vers le bas de façon à "voir" l'espace intérieur de la partie haute de la lingotière. Cette caméra (vue en coupe en fig. l et en plan en fig. 2) comporte un objectif 5 qui réalise une image optique réelle dans un plan dans lequel on a disposé une rangée de cellules photo-électriques 6. Fig. 3 montre l'image optique ainsi réalisée dans la caméra 4.Les cellules 6 sont disposées suivant une ligne AB parallèle à l'axe X-X de la busette 2, mais décalée latéralement par rapport à celui-ci. Toutefois alors que suivant le brevet français précité ces cellules devaient répondre au seul rayonnement propre émis par la surface du niveau 3 (qui, dans ce brevet, ne comportait pas de couche de laitier), ici l'on a prévu d'éclairer obliquement l'espace intérieur de la partie haute de la lingotière 1 par le moyen d'un projecteur 7 disposé à l'opposé de la caméra 4 par rapport à l'axe X-X de la busette 2.Le faisceau de rayonnement auxiliaire 8 émanant de ce projecteur rencontre le côté de la paroi de la lingotière 1 situé en face de celui-ci- et, en raison de son obliquité, il ne peut éclairer la partie de la surface du niveau 3 qui se trouve immédiatement an avant de ce côté, de sorte qu'il se forme sur l'image optique de fig. 3 une zone d'ombre relative comprenant la partie non éclairée de la surface du niveau 3 et la partie de la face inférieure du côté précité de la lingotière, située au-dessus du niveau 3. En fig. 3 ces deux parties ont eté hachurées en traits discontinus et l'on a référencé a la limite de la zone d'ombre sur la surface du niveau 3.La caméra 4 et les cellules 6 sont agencées de manière telle que lorsque le niveau 3 est à la hauteur voulue, la moitié de ces cellules se trouve sur l'image optique dans la zone d'ombre relative précitée, l'autre étant sur la partie éclairée. En considérant fig. 1 on comprend que lorsque le niveau 3 varie (positions indiquées en 3' et 3 en fig. l), la limite a se déplace sur la surface du niveau 3 (points a' et a"), ce qui fait varier le nombra des cellules 6 situées dans l'ombre et permet donc la détection du niveau. Bien entendu pour que cette détection soit fiable, il faut que le rayonnement propre de la surface du niveau 3 ne vienne pas perturber l'information utile. Un premier moyen tres simple consista à utiliser un projecteur 7 très puissant de manière que l'influence relative de ce rayonnement propre soit négligeable. Suivant un autre moyen, indiqué an fig. 4, on s'arrange pour que les cellules 6 soient sensibles aux longueurs d'onde du rayonnement auxiliaire, mais non a celles du rayonnement propre. On peut à cet effet disposer devant la caméra 4 un filtre optique 9 arrêtant les radiations rouges du rayonnement propre du niveau 3, mais laissant passer celles de moindre longueur d'onde (jaune, vertS bleu) qu'on trouve dans la lumière d'un projecteur usuel. Il est d'ailleurs possible d'employer un projecteur à lumière colorée (par exemple à lampe au sodium). Fig. 5 et 6 montrent une forma d'exécution d'un troisième moyen suivant lequel on module la rayonnement auxiliaire 8. Dans l'exemple représenté l'on a disposé en face du projecteur 7 un disque échancré 10 monté sur l'arbre d'un moteur 11. On comprend qu'ainsi la réponse des cellules de la caméra 4 au rayonnement auxiliaire diffusé est alternative. Cette réponse est envoyée par un câble 12 à un amplificateur 13 prévu pour le courant alternatif seulement de sorte que le rayonnement parasite de la surface du niveau 3 et même celui de la périphérie de la busette de coulée 2 se trouvent totalement éliminés. I1 est facile de calculer qu'avec un moteur 11 à vitesse relativement élevée et un disque 10 à échancrures assez nombreuses, on arrive aisément à des fréquences phoniques moyennes (de l'ordre de 500 Hz) aisément amplifiables par tout amplificateur du type basse fréquence courant. On conçoit que dans tous les exemples décrits ci-dessus la caméra 4 peut être disposée à 900 du projecteur 7 ou au même dessus de celui-ci, suivant les conditions particulières de chaque installation. On comprend qu'il serait possible de disposer sur l'image optique plusieurs rangées de cellules 6, par exemple une de chaque coté de la busette 2 de façon à limiter l'influence éventuelle d'irrégularités superficielles de la couche de poudre ou de laitier. Dans le même ordre d'idées il serait possible de réaliser une véritable trame de cellules qu'on balaierait pour détecter par exemple le profil de la ligne d'ombre. Au lieu de déceler le niveau par la position de la ligne d'ombre a, on pourrait se baser sur toute autre variation de l'image. Ainsi, par exemple, l'expérience montre que sur celle-ci la busette 2 apparaît plus brillante que la surface 3, ce qui peut permettre une discrimination fiable. En pareil cas il conviendrait évidemment de disposer la caméra au voisinage du projecteur 7 de façon quelle puisse recevoir le rayonnement auxiliaire diffusé par cette busette, ce qui est impossible avec la disposition relative de fig. 1, 2, 4 et 5. Fig. 7 à 9 indiquent un premier exemple de limitation et de conformation de la zone que le rayonnement auxiliaire 8 éclaire sur la surface du niveau,3. Ici le projecteur 7 est agencé de manière à projeter sur cette surface une tache lumineuse 14 qui, dans l'exemple représenté est en forme de bande rectangulaire. Cela peut s'obtenir, notamment, en équipant ce projecteur d'un véritable objectif reproduisant l'image d'une plaque perforée d'une ouverture convenablement profilée.Fig. 9 fait bien comprendre que sur l'image optique de la lingotière à l'intérieur de la caméra 4 les cellules 6 peuvent aisément être agencées de façon à répondre à la position de cette tache 14, laquelle se déplace en fonction de la hauteur du bain, comme le montrent les indications des niveaux trop bas et trop haut 3' et 3" en fig. 7 (positions 14' et 14" de la tache). Une variante de la forme d'exécution de fig. 9 consisterait à prévoir sur l'autre côté de la busette 2 une seconde rangée de cellules 6 propres à jouer le rôle de références, de façon que la détection soit indépendante de l'intensité lumineuse de la tache 14. Fig. 10 à 13 correspondent à un autre exemple dans lequel le projecteur 7 est agencé prévu pour émettre une bande lumineuse dans un plan vertical. Cette bande est projetée à 45" sur l'un des côtés de la lingotière 1, toujours latéralement par rapport à la busette 2. Elle apparat donc verticalement enl5a sur la face intérieure la dudit côté, au-dessus du niveau 3, mais comme le faisceau s'étend plus bas, elle se prolonge horizontalement en 15b sur la surface du niveau 3, cette partie 15b se trouvant dans le plan vertical du faisceau 8. La caméra 4 est disposée dans un plan vertical orienté à environ 900 de celui du projecteur 8. I1 en résulte que, comme le montre bien fig. 14, sur l'image optique qu'elle réalise les bandes l5a et 15b forment les branches d'une équerre. En disposant convenablement les cellules 6, on obtient aisément qu'elles ne répondent qu'à la partie verticale 15a dont la longueur est évidemment fonction de la position du niveau 3. On conçoit que la barre lumineuse 15a, 15b > de même que la tâche ou bande 14 de fig. 9, pourraient également se réaliser à l'aide d'un projecteur éclairant sur la paroi de la lingotière une zone quasi-ponctuelle et qu'on ferait osciller autour d'un axe transversal de maniera que le point lumineux ainsi obtenu balaye verticalement la paroi. En pareil cas on pourrait avoir avantage à établir le projecteur sous la forme d'un laser. il convient de noter qu'on s'assurerait du même coup certains au moins des moyens de sélection différenciant le rayonnement auxiliaire du rayonnement propre, savoir : très forte intensité lumineuse par unité de surface, longueur d'onde différente de celle du rayonnement propre et modulation de l'éclairement a une fréquence double de celle d'oscillation du laser. Il va de soi qu'on pourrait utiliser un projecteur ou lasser fixe avec un miroir oscillant renvoyant le faisceau lumineux vers la lîngotiere hU lieu de projeter la barre lumineuse sur la paroi de la lingotière, on pourrait le faire sur la busette elle-mee en réalisant là encore une cassure détectrice du niveau du bain. Il doit d'ailleurs etre entendu que la description qui précède nga été donnée qu'à titre exemple et quelle ne limite nullement le domaine dc l'invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les détails dVexécu- tison décrits par tous autres équivalents. On pourrait notamment imaginer d'autres modes opératoires permettant d'obtenir que les transducteurs recevant le rayonnement auxiliaire diffusé puissent en déduire la hauteur de la surface supérieure 3 du bain avec ou sans couche de laitier pulvéru- lent ou fondu. Si l'on considère par exemple fig 1 et 2, on voit que le rapport entre les superficies éclairées et non éclairées de la surface 3 varie en fonction de cette hauteur. Il serait donc possible, à la rigueur, de se dispenser de réaliser une image optique proprement dite et d'exposer directement les cellules 6 au rayonnement diffusé, quitta à placer devant elles une lentille cylindrique pour mieux concentrer la lumière D'ailleurs une telle lentille cylindrique pourrait tout aussi bien s'utiliser dans le même but en combinaison avec l'objectif 5 de la caméra 4. REVENDICATIONS 1. Procédé pour la surveillance et le réglage automatique du niveau du métal en fusion à l'intérieur d'une lingotière de coulée continue par le moyen de transducteurs photo-électriques agencés de façon à être sensibles au rayonnement provenant de l'espace intérieur de la partie haute de cette lingotière, caractérisé en ce qu'on envoie dans ledit espace un rayonnement auxiliaire (8) de manière à l'éclairer indépendamment de son rayonnement propre et en ce qu'on prévoit des moyens de sélection pour que les signaux électriques émis par les transducteurs (6) dépendent au moins principalement du rayonnement auxiliaire diffusé ou réfléchi à partir de cet espace. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de sélection sont constitués par l'intensité du rayonnement auxiliaire (8), prévue bien supérieure à celle du rayonnement propre. 3. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de sélection sont constitués par le fait que le rayonnement auxiliaire (8) renferme des longueurs d'onde qui ne se trouvent pas ou pratiquement pas dans le rayonnement propre, auquel les transducteurs sont substantiellement insensibles (par leur nature même ou en raison de l'insertion de filtres appropriés). 4. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de sélection sont constitués par le fait que le rayonnement auxiliaire (8) est modulé, tandis qu'on prévoit les circuits de traitement des signaux provenant des transducteurs(6) de façon telle qu'ils restent pratiquement insensibles à des signaux continus ou substantiellement tels. 5. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on limite et dimensionne le rayonnement auxiliaire (8) de façon qutil n'éclaire à l'intérieur du haut de la lingotière (1) que des zones (14, 15e, 15b) dont la position et/ou les dimensions varient suivant la hauteur du niveau (3) du bain de métal en fusion dans cette lingotière. 6. Procédé suivant la revendication 5, caractérisé en ce qu'à l'aide du rayonnement auxiliaire (8) on crèe sur la surface du niveau (3) du bain au moins une tache lumineuse (14) qui se déplace quand la hauteur de ce niveau varie. 7. Procédé suivant la revendication 6, caractérisé en ce qu'on réalise la tache lumineuse (14) sous la forme d'une bande rectangulaire transversale. 8.- Procédé suivant la revendication 5, caractérisé en ce qu'à l'aide du rayonnement auxiliaire (8) on projette à l'intérieur de la lingotière sur une surface substantiellement verticale (paroi 1 ou busette 2) une image verticale allongée (15a, 15b) en forme de trait, qui se casse sur la ligne suivant laquelle la surface supérieure (3) du niveau du bain vient au contact de surface verticale considérée (1 ou 2) et en ce qu'on agence les transducteurs (6) de façon qu'ils soient sensibles aux dimensions de l'une au moins des deux parties (15a, respectivement 15b) de cette image situées de part et d'autre de son point de cassure. 9. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 7 et 8, caractérisé en ce suçon réalise la bande, trait ou image allongée (14 9 15a 15b) par le moyen d'un faisceau (8) donnant une image ponctuelle et qu'on fait osciller de manière que cette dernière décrive le trait qu'on désire obtenir. 10. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'on utilise un laser comme générateur du rayonnement auxiliaire. 11. Appareils et installations pour la surveillance et le réglage du niveau du bain de métal en fusion dans les lingotières de coulée continue spécialement établis pour la mise en oeuvre du procédé suivant lune quelconque des revendications FrecEdentesO