Brevet FR2502996A1 — publié le 19821008

INDUCTEUR ELECTROMAGNETIQUE A CHAMP TOURNANT ET EQUIPEMENT DE LINGOTIERE DE COULEE CONTINUE DES METAUX POUR SON UTILISATION La présente invention concerne un inducteur électromagnétique à champ tournant, destiné notamment au brassage d'un métal en fusion en cours de coulée continue en tant qu'élément constitutif d'un équipement de lingotière de coulée continue. Les inducteurs du type considéré sont des appareils statiques polypha- sés de forme annulaire pouvant entourer le métal coulé. Ils comportent une culasse magnétique fermée sur elle-même, équipée de masses polaires bobinées, disposées longitudinalement et réparties uniformément sur le pourtour intérieur de la culasse. Des inducteurs de ce genre, ainsi que leur application à la coulée continue de l'acier, sont décrits notamment dans les brevets français no 2 315 344 (IRSID) ou no 2 279 500 (USINOR). Lorsqu'ils sont montés autour du produit coulé, le champ magnétique mobile créé, en tournant autour de l'axe de coulée, entraîne avec lui le métal en fusion dans un mouvement de rotation. Il est connu que, dans le cas de l'acier notamment, un tel mouvement améliore la qualité des produits obtenus, en particulier en ce qui concerne la structure de solidification. On sait également que l'on peut améliorer, en plus, la propreté du métal en faisant agir le champ magnétique tournant suffisamment haut sur la hauteur métallurgique, de façon à pouvoir mettre en rotation la surface libre (ou ménisque) du métal en lingotière. On a ainsi été amené à placer l'inducteur déjà au niveau de la lingo- tière et même, lorsque celà est possible, à assurer son refroidissement en l'immergeant dans la chambre à eau supérieure de celle-ci, adaptée à cet effet (brevets précités). Un tel procédé, au développement industriel duquel a contribué le demandeur, est désormais connu du public sous la dénomination protégée "Magnétogyr". Cette technique est pratiquement d'application générale à toute instal- lation de coulée continue. Un problème peut toutefois apparaître dans le cas de la lingotière équipée d'un système de détection de la hauteur du niveau du ménisque par rayonnement gamma (y). On sait que ce système comprend une source émettrice de rayonnement y et un récepteur par exemple à chambre d'ionisation, entre 39 lesquels passe le métal coulé, ce dernier étant à sa partie supérieure 2 2108996 traversé par le faisceau de rayons y dont le diamètre sur l'axe de coulée est alors suffisamment large pour pouvoir intercepter la plage des fluctua- tions en hauteur du ménisque. Dans le cas de lingotières équipées d'un tel système de détection, on ne peut généralement pas placer l'inducteur aussi haut que l'on voudrait sur la hauteur métallurgique, car les masses polaires présentent des têtes de bobines qui dépassent des limites de la culasse et qui, de même que la culasse elle-même, constitueraient un écran pour le rayonnement y. Le but premier de l'invention est de proposer un inducteur électroma- gnétique à champ tournant présentant des caractéristiques structurelles de nature à pouvoir éviter les inconvénients du genre précité. Un but second de l'invention est de pouvoir réaliser un équipement de lingotière de coulée continue qui allie de façon satisfaisante un système de détection du niveau avec un inducteur de brassage à champ tournant. Avec ces objectifs en vue, l'invention a d'abord pour objet un induc- teur électromagnétique à champ tournant, de type statique polyphasé et de forme annulaire, comprenant une culasse magnétique fermée sur elle-même et équipée de masses polaires bobinées, disposées longitudinalement selon le pourtour intérieur de la culasse. L'inducteur se caractérise en ce que les masses polaires sont réparties de façon non régulière sur le pourtour intérieur de la culasse, de sorte que deux masses polaires au moins présen- tent entre elles un écartement qui est supérieur à ceux des autres masses polaires. Comme on le comprend, l'invention consiste donc, à partir d'une répar- tition uniforme des masses polaires, à les resserrer aumaximum entre elles, moyennant quoi, on réalise une nouvelle distribution d'ensemble des masses polaires en forme "d'anneau ouvert". Les masses polaires, aux extrémités de cet anneau, se trouvent ainsi plus espacées l'une de l'autre qu'initialement, ce qui conduit, au niveau de leurs têtes de bobine respectives, à un écarte- ment plus important qu'auparavant. Conformément à une autre caractéristique de l'invention, la culasse présente une échancrure ménagée à l'endroit situé entre les deux masses polaires les plus écartées de l'inducteur. En second lieu, l'invention a également pour objet un équipement de lingotière de coulée continue des métaux, pour l'utilisation de l'inducteur explicité ci-dessus, équipement selon lequel la lingotière est pourvue d'un système de détection de niveau du métal liquide par rayonnement y, compre- nant une source rayonnante et un récepteur entre lesquels passe le métal 39 coulé, et caractérisé en ce que la lingotière est équipée dudit inducteur 3 2502996 pour le brassage du métal coulé, cet inducteur étant disposé selon une position angulaire telle que le faisceau de rayons y passe entre les têtes de bobines des deux masses polaires les plus écartées de l'inducteur. Dans le cas d'un inducteur à culasse échancrée, celui-ci est monté dans la lingotière de façon que l'échancrure apparaisse en bordure supé- rieure de la culasse. On aura compris que l'écartement des têtes de bobines obtenu par la mise en oeuvre de l'invention peut être mis à profit pour permettre le libre passage du faisceau y lorsque l'inducteur est utilisé en tant qu'élé- 1o ment constitutif d'un équipement de lingotière de coulée continue. Toutefois, la position en hauteur de l'inducteur peut être telle que le faisceau y ou une partie de celui-ci risque d'être intercepté par la culasse magnétique elle-même. Dans ce cas, il est avantageux de prévoir des dispositions complémentaires telles qu'explicitées précédemment, consistant à ménager sur la culasse une échancrure dont le rôle est de former une "fenêtre" par laquelle passe le faisceau. L'invention sera bien comprise et d'autres aspects et avantages appa- raîtront plus clairement -au vu de la description qui suit, donnée en réfé- rence aux planches de dessins annexées sur lesquelles: - la figure I est une vue partielle d'un inducteur selon l'invention, - la figure 2 est une vue en coupe axiale longitudinale d'une lingo- tière de coulée continue selon le plan A-A de la figure 3, - la figure 3 est une vue du dessus de la lingotière après enlèvement du couvercle. - En se reportant d'abord à la figure 1, on voit que l'inducteur comprend une culasse magnétique 1 en tôle feuilletée empilée, sur le pourtour inté- rieur de laquelle sont réparties des masses polaires longitudinales 2 constituées d'un pôle magnétique 3 proprement-dit entouré par une bobine d'excitation 4. Les têtes de bobines formant des ponts de part et d'autre des extrémités des p8les sont visibles en 41 sur la figure. Conformément à l'invention, les masses polaires 2 sont étroitement serrées entre elles sur la majeure partie du pourtour intérieur de la culasse; leur distribution d'ensemble (même visible sur la figure 3) se présente ainsi sous la forme d'un anneau ouvert, lequel procure, entre les masses polaires placées aux-extrémités de l'anneauun écartement supérieur à celui correspondant aux autres masses polaires. Conformément à une variante, une échancrure 4 a été ménagée sur la culasse I à l'endroit situé entre les deux masses polaires écartées. 39 Avantageusement, un renflement 6 de la culasse est prévu à la suite de 4 2502996 l'échancrure 5. Ce renflement a pour objet de compenser les pertes de circuit magnétique occasionnées par l'enlèvement de matière au niveau de l'échancrure 5, de manière à pouvoir conserver le degré de saturation magnétique que l'on obtiendrait en l'absence de l'échancrure. Les figures suivantes montrent cet inducteur monté dans une lingotière de coulée continue de l'acier, équipée d'un système de détection de niveau par rayonnement y. On a représenté en 7 la lingotière, en 8 une source quasi-ponctuelle, émettrice de rayons y et en 9 un récepteur de rayons constitué par une chambre d'ionisation relativement volumineuse. Comme on le voit, la lingotière 7 est constituée par un caisson annu- laire dont la paroi intérieure en cuivre 10 définit un passage pour le métal coulé 11. L'élément 10 est entouré à faible distance par une chemise 12 définissant entre eux un espace pour une circulation d'eau de refroidis- sement. Par ailleurs, le volume intérieur du caisson est séparé en deux compartiments superposés par un élément d'étanchéité 13. Le compartiment 14 -ou chambre inférieure- est pourvu d'une conduite 15 pour l'introduction de l'eau. De même, le compartiment 16 -ou chambre supérieure- présente une ouverture 17 pour l'évacuation de l'eau après passage dans l'espace contre le tube 10. Comme on le voit, l'inducteur électromagnétique de brassage à champ tournant est placé dans la chambre à eau supérieure 16 à un niveau suffisamment élevé pour pouvoir agir déjà au niveau du ménisque liquide 18 lequel, sous l'effet de la rotation, prend une forme concave. Par ailleurs, le ménisque est intercepté par un faisceau 19 de rayons y, dont l'étendue au niveau de l'axe de coulée est déterminé de façon à couvrir la plage de variations du niveau du ménisque. Comme on le voit sur les figures 2 et 3, l'inducteur de brassage doit, en premier lieu, être disposé de façon que son échancrure 5 apparaisse sur le bord supérieur de la culasse 1. En second lieu, l'inducteur doit être orienté angulairement de façon que cette échancrure 5 soit disposée en regard du récepteur 9 et alignée sur la direction moyenne du faisceau, c'est-à-dire sur l'axe émetteur-récepteur. On comprend immédiatement que l'étendue du faisceau au droit de la portion de la culasse située en regard du récepteur, conditionne à la fois la largeur de l'échancrure et sa profon- deur. L'étendue du faisceau en cet endroit étant elle-m9me fonction de la position relative de la source et de l'émetteur par rapport à la lingotière et de l'angle solide sous lequel la source voit le récepteur. Bien entendu, les dimensions de l'échancrure dépendent également de la 39 position relative en hauteur de l'inducteur. Celle-ci, comme évoquée précé- 2502996 demment, est déterminée pour une puissance de brassage donnée, de façon à obtenir un ménisque 18 à profil concave. Dans l'exemple représenté sur la figure 2, la position en hauteur de l'inducteur est telle que le faisceau y passe au ras de l'extrémité supé- rieure de l'inducteur. Si, pour les raisons évoquées précédemment, il s'avérait nécessaire de placer l'inducteur plus haut dans le corps de la lingotière, on serait alors amené, pour éviter que l'inducteur ne fasse obstacle au passage du rayonnement, à ménager sur la culasse de l'inducteur, une seconde échancrure en regard de la source 8. Il va de soi que cette échancrure va être réalisée dans les mêmes conditions que l'échancrure 5. De toute façon, compte-tenu de l'expansion radiale du faisceau y depuis la source 8 jusqu'au récepteur 9, cette seconde échancrure au voisinage de la source présente des dimensions inférieures à celle de l'échancrure 5 en regard du récepteur. Il doit être toutefois souligné que, dans la majorité des cas en pratique, les conditions d'exploitations sont telles que seul l'écartement au niveau des têtes de bobines, donc des masses polaires est suffisant, sans qu'il soit nécessaire de prévoir en plus une échancrure de la culasse. Il va de soi que l'invention ne saurait se limiter aux exemples décrits en référence aux figures, mais s'étend à toutes variantes ou équivalents dans la mesure o sont respectées les caractéristiques énoncées dans les revendications jointes. Ainsi, le cas peut se présenter dans lequel le détecteur est de petite dimension, alors que la source émettrice est relativement volumineuse et s'étend longitudinalement. Dans ces conditions, il est clair que c'est au voisinage de la source que le faisceau) risque d'être perturbé par la présence de l'inducteur. Par conséquent, ce dernier devra être disposé de manière que la zone d'écar- tement entre les deux masses polaires, et éventuellement l'échancrure de la culasse, prennent position au voisinage de la source. D'autre part, la répartition non-uniforme des masses polaires sur le pourtour interne de la culasse conformément à l'invention entraîne une certaine perturbation dans le mouvement de l'onde flux magnétique tournante. Toutefois, les modifications structurelles de l'inducteur telles qu'elles viennent d'être décrites demeurent suffisamment limitées pour n'entraîner aucune conséquence notable sur le brassage du métal. Par ailleurs, si l'inducteur selon l'invention a été initialement conçu en tant qu'élément constitutif d'un équipement de lingotière de coulée continue à contrôle du niveau par rayons y, il n'en demeure pas moins d'application plus générale dès lors que localement, les têtes de 39 bobines ou la culasse peuvent représenter une gêne ou un handicap. 6 2502996 REVENDICATIONS ) Inducteur électromagnétique à champ tournant, de type statique polyphasé, de forme annulaire, et comprenant une culasse magnétique fermée sur elle-même et équipée de masses polaires apparentes bobinées, disposées longitudinalement selon le pourtour intérieur de la culasse, inducteur caractérisé en ce que la culasse présente au moins une échancrure longitu- dinale ménagée en un endroit situé entre deux masses polaires voisines. 2 ) Inducteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les I masses polaires sont réparties non uniformément selon le pourtour interne de la culasse de façon que les deux masses polaires voisines les plus écartées soient disposées de part et d'autre de l'échancrure. ) Inducteur selon les revendications I ou 2, caractérisé en ce que la culasse présente un renflement dans le prolongement longitudinal de l'échancrure. ) Equipement pour la coulée continue des métaux, comprenant une lingotière pourvue d'un système de détection de la position du niveau du métal liquide en lingotière par rayonnement gamma, composé d'une source émettrice et d'un récepteur entre lesquels passe le métal coulé, équipement caractérisé en ce que la lingotière est équipée de l'inducteur selon les revendications 1, 2 ou 3, en ce que ledit inducteur se trouve placé entre la source de rayonnement et le récepteur, et présente une orientation longitudinale telle que l'échancrure apparaisse sur le bord supérieur de la culasse, et une orientation angulaire telle que ladite échancrure soit disposée en regard du récepteur et alignée sur l'axe reliant la source au récepteur. ) Equipement selon la revendication 4, caractérisé en ce que la culasse magnétique de l'inducteur présente une seconde échancrure ménagée en un endroit situé entre deux autres masses polaires voisines et placée en regard de la source rayonnante et alignée sur l'axe qui relie la source au récepteur en passant par l'échancrure de la culasse prévue en regard dudit récepteur.