Brevet FR2517996A1 — publié le 19830617

L'invention concerne un flotteur perfectionné destiné à détecter avec précision le niveau de la surface d'un métal fondu Le flotteur convient particulièrement à des dispositifs de régulation du niveau du métal fondu utilisés en coulée verticale à refroidissement direct et en coulée verticale électromagnétique de métaux tels que l'aluminium, le magnésium et leurs alliages. La coulée à refroidissement direct consiste généralement à diriger du métal fondu dans l'extrémité d'alimentation d'un moule tubulaire, ouvert à ses extré- mités et refroidi par eau, et à retirer du métal solidifié ou partiellement solidifié de l'extrémité de décharge du moule Un fluide de refroidissement, habituellement de l'eau, est dirigé sur les surfaces du métal sortant de l'extrémité de décharge du moule et cette application de fluide de refroidissement assure la plus grande partie de la solidification Au début de la coulée, lorsque le métal fondu commence à être introduit dans le moule, l'extrémité de décharge de ce dernier est fermée par un bloc de fond pouvant être déplacé vers le bas et qui supporte le lingot ou la billette pendant sa descente au cours de la coulée. La coulée électromagnétique est très similaire à la coulée à refroidissement direct, sauf qu'à la place d'un moule déterminant la forme du métal fondu jusqu'à ce qu'il se solidifie, on utilise la pression développée par un champ électromagnétique, généré par un inducteur annulaire entourant le métal fondu, pour déterminer la forme de ce métal fondu Dans le procédé de coulée électro- magnétique, la solidification est assurée pratiquement en totalité par l'application d'un fluide de refroidissement sur la surface du métal, à l'extrémité de décharge de l'inducteur. La régulation du niveau du métal fondu à l'inté- rieur du dispositif mettant en forme le métal, qu'il s'agisse d'un moule ou d'un champ électromagnétique, est très impor- tante dans des opérations de coulée verticale continue. Pour un réglage précis de la hauteur de métal, il est apparu très avantageux d'utiliser un dispositif à flotteur qui est relié fonctionnellement à un capteur de niveau tel que le transducteur de déplacement linéaire décrit dans la demande de brevet des Etats-Unis d'Amérique No 266 788, déposée le 26 Mai 1981 Dans le procédé décrit dans cette demande, le signal provenant du transducteur est utilisé pour régler le débit d'écoulement du métal fondu vers le moule ou vers l'inducteur et, par conséquent, pour régler le niveau du métal fondu. Cependant, dans le passé, il a été difficile de positionner avec précision le flotteur en raison de la possibilité de variation du ménisque formé par le métal fondu Par exemple, si un flotteur est poussé vers le bas dans le métal fondu, il est fréquent qu'il ne revienne pas avec précision dans la même position lorsque la poussée supplémentaire est éliminée et que le flotteur peut s'élever sous l'effet de sa flottabilité naturelle Des résultats analogues sont obtenus lorsque le flotteur est partielle- ment élevé hors du métal fondu En raison de cette inaptitude du flotteur à revenir constamment dans la même position, il est difficile de régler avec précision le niveau du métal fondu lorsque le flotteur est utilisé pour détecter ce niveau Ceci est particulièrement critique dans la cou- lée électromagnétique, car de légères variations de la hau- teur du métal fondu peuvent modifier de façon notable les dimensions du lingot ou de la billette coulé Des varia- tions de la tension superficielle du métal fondu, dues à des changements de température, de composition et autres, peuvent aggraver ce problème. La présente invention a été étudiée sur ces bases. L'invention concerne un flotteur perfectionné pour métal fondu qui, lorsqu'il est placé sur la surface d'un métal fondu, reste constamment dans la même position par rapport à cette surface. Conformément à l'invention, le flotteur comporte une partie supérieure qui présente une surface inférieure sensiblement plane, destinée à reposer sur une surface de métal fondu, et une partie inférieure comprenant un élément qui fait saillie des zones planes de la partie supérieure du flotteur pour pénétrer dans la masse du métal fondu. L'aire de la surface sensiblement plane de la partie supé- rieure en contact avec le métal fondu doit être égale à au moins 10 %, et de préférence à au moins 25 % de l'aire du flotteur faisant face à la surface du métal fondu. L'élément pénétrant dans le métal fondu déplace une quan- tité de métal ayant un poids sensiblement égal au poids total du flotteur et à toute force appliquée à ce dernier par des accessoires qui lui sont fixés. Dans une forme préférée de réalisation, le flot- teur est utilisé comme dispositif d'écrémage pour empêcher l'introduction d'oxydes ou de laitier dans le métal en cours de coulée Dans ce cas, le flotteur est de forme sensiblement annulaire ou analogue à un anneau de manière que, lorsque le métal fondu est introduit dans la partie intérieure du flotteur, les oxydes présents sur la surface ou s'élevant jusqu'à la surface pendant la coulée soient retenus à l'intérieur du flotteur Dans cette forme pré- férée de réalisation, l'élément pénétrant dans le métal fondu empêche les oxydes ou le laitier de s'échapper du flotteur pendant la coulée Pour réaliser un écrémage efficace, la partie inférieure doit pénétrer d'au moins 12,5 mm, et de préférence d'au moins 25 mm, dans le métal fondu Bien que la forme de l'élément pénétrant dans le métal fondu ne soit pas critique, des pénétrations supé- rieures à 7,5 cm ou plus, par exemple, dans le métal fondu ne sont pas souhaitables. L'invention sera décrite plus en détail en regard du dessin annexé à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lequel: la figure 1 est une vue en perspective, avec coupe partielle, d'une forme préférée de réalisation du flotteur selon l'invention; la figure 2 est une coupe axiale du flotteur selon l'invention installé dans un dispositif de coulée électromagnétique; et les figures 3 et 4 sont des coupes axiales d'autres formes de réalisation du flotteur selon l'invention. Sur les figures, toutes les pièces correspondantes portent les mêmes références numériques. La figure 1 représente en perspective, avec coupe partielle, une forme préférée de réalisation du flotteur 10 qui comprend une partie ou bague supérieure 11 présen- tant une surface inférieure 12 sensiblement plane, et une partie inférieure ou élément 13 en saillie Le volume de l'élément 13 en saillie est égal au volume de métal fondu qu'il déplace de manière que la surface plane 12 de la bague 11 repose sur la surface du métal fondu Le poids du métal déplacé par l'élément 13 doit être égal au poids du flotteur et à toute force appliquée au flotteur par des accessoires qui lui sont fixés L'aire de la surface plane 12 doit être égale à au moins 10 %, de préférence au moins 25 %, de l'aire totale du flotteur projetée vers le bas sur la surface du métal fondu. La figure 2 représente une forme préférée de réalisation du flotteur 10 associée à un ensemble 20 de coulée électromagnétique, qui comprend un inducteur 21, une chemise à eau 22 et un bec réfractaire 23 de coulée destiné à introduire le métal fondu à l'intérieur ou dans l'espace intérieur de l'inducteur annulaire 21 Un bloc de fond 24 est également associé à l'ensemble 20 et, au com- mencement de la coulée, il est positionné à l'intérieur de l'inducteur pour supporter verticalement le métal fondu dans ce dernier, tandis que la pression induite électro- magnétiquement contre le métal fondu empêche ce dernier de s'étaler latéralement jusqu'à ce qu'il se solidifie dans sa forme finale L'inducteur 21 présente plusieurs trous ou conduits 25 par lesquels de l'eau provenant de la chemise à eau passe pour s'appliquer sur le lingot ou la billette qui sort de l'extrémité de décharge de l'in- ducteur Le flotteur 1 i comporte des tiges 26 et 27 qui le supportent pendant les périodes o l'on ne procède pas à une coulée et au cours desquelles aucun métal fondu ne se trouve à l'intérieur de l'inducteur 20 De préférence, l'une des tiges 26 et 27 est reliée fonctionnellement à un transducteur de déplacement linéaire (non représenté) ou à un élément équivalent qui génère un signal représen- tant le niveau 28 du métal fondu sur lequel repose le flot- teur 10 Le signal provenant du transducteur peut être utilisé pour régler l'écoulement du métal fondu d'une source, telle qu'une goulotte, par un bec 23 de coulée garni de réfractaire (un tel procédé est décrit dans la demande de brevet des Etats-Unis d'Amérique N O 266 798, déposée le 26 Mai 1981). Les figures 3 et 4 représentent d'autres formes de réalisation du flotteur dans lesquelles les positions relatives de la bague 11 à surface intérieure plane et de l'élément 13 en saillie sont modifiées par rapport à la forme de réalisation montrée sur la figure 1. Le flotteur est réalisé en une matière dont la densité est très inférieure à celle du métal fondu et qui est suffisamment résistante au métal fondu et au milieu ambiant sévère pour avoir une durée de vie utile raison- nablement longue De telles matières comprennent des réfractaires légers tels que du silicate de magnésium fibreux, de la mousse de roche de verre, des réfractaires cellulaires et autres Une matière préférée est le sili- cate de magnésium fibreux commercialisé sous la marque "Marinitel". Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au flotteur décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. 17996 REVENDICATIONS 1 Flotteur pour métal fondu destiné à détecter le niveau d'un métal fondu, caractérisé en ce qu'il com- porte une partie supérieure ( 11) qui présente une surface inférieure sensiblement plane ( 12) destinée à reposer sur la surface du métal fondu, et une partie inférieure ( 13) destinée à être immergée sous le niveau du métal fondu, l'aire de la surface inférieure plane étant égale à au moins 10 % de l'aire d'une image du flotteur projetée vers le bas, et le volume de la partie inférieure du flotteur, im Ergée sous le niveau du métal fondu, déplaçant un volume de métal fondu dont le poids est sensiblement égal au poids du flotteur et à toute force verticale appliquée au flot- teur par des accessoires fixés à ce dernier. 2 Flotteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'aire de la surface plane est égale à au moins % de l'aire de l'image projetée vers le bas. 3 Flotteur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est constitué d'une matière réfractaire légère. 4 Flotteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que sa partie inférieure pénètre dans le métal fondu sur au moins 12,5 mm, mais sur moins de 75 mm, à partir de la surface plane de la partie supérieure. Flotteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que la partie inférieure fait saillie sur au moins 2,5 cm de la surface plane de la partie supérieure. 6 Flotteur et écrémeur pour métal fondu, de for- me annulaire ou en anneau, caractérisé en ce qu'il comporte une partie supérieure ( 11) qui présente une surface infé- rieure plane ( 12) destinée à reposer sur la surface du métal fondu, et une partie inférieure ( 13) destinée à être immer- gée sous le niveau du métal fondu, l'aire de la surface inférieure plane étant égale à au moins 10 % de l'aire d'une image du flotteur projetée vers le bas, et le volume de la partie inférieure du flotteur, an fixés à ce dernier.