Brevet FR2558589A1 — publié le 19850726

La présente invention se referme à la détermination du niveau d'un liquide à l'intérieur d'un récipient dans lequel il est surmonté d'une couche surnageante d'épaisseur variable liquide ou solide (par exemple faite de particules de densité inférieure a celle du liquide). Elle est applicable notamment aux métaux ou alliages en fusion recouverts d'un laitier protecteur et plus particulierement, mais non exclusivement, aux repartiteurs utilisés dans la coulée continue de l'acier pour recevoir le métal déversé par les poches et l'amener a la ou aux lingotières à l'intérieur desquelles il se solidifie sous forme de barre ou de brame. On comprend que pour assurer une bonne alimentation de la ou des lingotières, il faut que le répartiteur correspondant renferme toujours une quantité minimale du mental considère, ce qui implique quton surveille le niveau de ce dernier à l'interieur du répartiteur.Jusqu'ici l'on a procédé quelque peu à l'estime, en admettant que l' & aisseur de la couche de laitier ne depassait par un certain maximum et en déduisant de ce dernier pour le niveau de la couche de laitier, une valeur au dessous de laquelle on veillait à ne jamais tomber Mais cette façon de procéder comporte un double inconvenient, savoir que d'une part pour une couche de laitier de relativement faible épaisseur on ne profite pas de toute la capacite utile du distributeur et que d'autre part si la couche vient accidentellement a stépaissir de façon anormale, on court le risque que le répartiteur n'envoie du laitier dans la lingotière. On connaît par ailleurs les problemes que pose la détection du niveau du bain de mental liquide dans les lingotieres a busette de coulée opérant sous couche protectrice de laitier. La présente invention vise à éviter les inconvénients exposes ci-dessus et à permettre de détecter le niveau precis d'un liquide recouvert d'une couche surnageante d'épaisseur inconnue. Conformément à l'invention l'on dispose dans le récipient un tube plongeur en s'arrangeant pour qu'à l'intérieur de celui-ci le liquide soit substantiellement découvert, l'on envoie dans ce tube à partir d'une source appropriée un faisceau d'un rayonnement électromagnétique qui est renvoyé au moins en partie par la surface libre du liquide, et l'on applique l'une des méthodes connues pour mesurer la distance ou la variation de distance entre la source de rayonnement et la surface precitee. La source utilisee peut être quelconque, l'important étant seulement que son rayonnement puisse être renvoyé par le liquide (par réflexion proprement dite ou autrement). On peut avantageusement la réaliser sous la forme d'un laser, d'une source lumineuse classique ou d'un émetteur à micro-ondes. La méthode de mesure peut être base soit sur le temps d'aller et retour du faisceau, soit sur le déphasage qui apparaît sur ce trajet d'aller et retour entre le rayonnement renvoyé et celui qui ne l'a pas encore été. Bien entendu la surface du liquide entourée par le tube plongeur n'est pas protégée par une couche surnageante. Si donc il s' agit d'un métal en fusion tel que l'acier, elle s'oxyde au contact de l'air atmosphérique. Mais l'experience montre qu'en pratique ce phEnomèr.e ne gêne guère la mesure, la couche d'oxyde restant de faible epaisseur et renvoyant le rayonnement par réflexion ou diffusion dans une mesure suffisante. Au reste on peut s'affranchir de cette oxydation en injectant dans le tube un léger courant d'un gaz substantiellement inerte tel que l'argon, voire même l'azote. Le dessin annexe, donné à titre d'exemple, permettra de mieux comprendre l'invention, les caractéristiques qu'elle présente et les avantages qu'elle est susceptible de procurer Fig. 1 est une coupe schématique partielle d'une installation de coulée continue de l'acier, équipée d'un dispositif suivant 11 invention pour la mesure du niveau du métal en fusion dans le répartiteur. Fig. 2 indique une variante. En fig. 1 l'on a indique en 1 un répartiteur (souvent désigné du terme anglo-saxon "tundish") qui renferme un bain 2 d'acier ltétat liquide, destine à alimenter les busettes de coulée 3 de deux lingotières 4 à l'intérieur desquelles le bain métallique 5 est recouvert d'une couche protectrice 6 d'un laitier approprié, ltécoulement du métal Stant réglé à ltentrée de chaque busette par le moyen d'un clapet ou quenouille 7. Dans le répartiteur 1 l'on a également prévu une couche de laitier 8 au-dessus du bain de métal pour aviver l'oxydation de celui-ci.Il est entendu que la représentation de fig. l est extr8mement schématique et que notamment l'on n'y a représenté ni les épaisseurs du répartiteur, des busettes et des lingotières, ni la partie inférieure de ces dernières, ni les moyens de commande des quenouilles. Le répartiteur est rempli de temps à autres par déversement de poches de coulée et le problème qui se pose est de surveiller le niveau du métal liquide à son intérieur pour opérer ces déversements aux instants voulus, et cela en dépit de la présence de la couche de laitier 8 qui empêche d'apercevoir la surface du bain de mental. A cet effet, conformément à l'invention, l'on a prévu un tube plongeur 9, fait en une matière réfractaire appropriée telle que le quartz, qui s'enfonce dans le bain 2 jusqu'au voisinage immédiat du fond du répartiteur 1 et qui est maintenu en place par des dispositifs de support non représentés, mais faciles à imaginer pour tout technicien. On s'est arrangé pour qu'à l'intérieur de ce tube la surface du métal en fusion soit totalement découverte, sans couche de laitier surnageante, ce qu'on peut obtenir, par exemple, en enfonçant dans le tube une tige propre à former piston, qui repousse tout laitier présent dans celui-ci et qui remonte à la surface du bain autour du tube, cette opération pouvant être répétée de façon à chasser le laitier résiduel qui aurait pu filtrer entre la tige et le tube.D'autre part, au-dessus du tube 9 et dans l'axe de celui-ci l'on a disposé un appareil 10 comprenant d'une part une source émettrice d'un faisceau d'un rayonnement électromagnétique approprié, ce faisceau étant orienté vers le bas de manière à frapper la surface du métal liquide et à être renvoyé au moins en partie par celui-ci, d'autre part un dispositif qui, recevant le rayonnement ainsi renvoyé, permet de calculer son décalage dans le temps par rapport à l'émission, par exemple en se basant sur le déphasage qui apparait entre ces deux rayonnements ou bien à l'aide de courtes émissions susccessives comme dans les radars. On comprend que lorsque le niveau du métal en fusion monte ou descend à l'intérieur du tube 9, l'appareil 10 le décèle et émet un signal correspondant susceptible d'avertir les opérateurs ou de déclencher un processus régulateur convenable. L'information recueillie par l'appareil 10 est totalement indépendante de l'épaisseur de la couche de laitier 8. Le rayonnement utilisé dans l'appareil 10 peut être celui d'un laser. Si l'on se base sur le déphasage angulaire entre les rayonnements émis et renvoyés, l'on peut avoir avantage à utiliser des ondes hertziennes courtes. I1 convient d'autre part de noter qu'il n'est pas indispensable que la surface du bain soit parfaitement réfléchissante pour la longueur d'onde du rayonnement utilisé. Si elle ne l'est que de façon imparfaite il suffit qu'elle renvoie, au moins par simple diffusion, une fraction du rayonnement incident assez importante pour impressionner l'appareil 10. Bien entendu la surface du bain métallique située à l'intérieur du tube 9 est en contact avec l'air atmosphérique et se recouvre progressivement d'une pellicule d'oxyde. Mais l'expérience montre qu'en raison de la présence du tube qui tend à freiner les échanges gazeux avec l'extérieur, ce phénomène est très lent. Par ailleurs cette pellicule renvoie le rayonnement dans une mesure suffisante, surtout s'il s'agit d'un rayonnement hertzien dont la longueur d'onde est généralement grande vis-à-vis des irrégularités superficielles de ladite pellicule. La forme d'exécution partiellement représentée en fig. 2 se distingue de celle de fig. 1 sur deux points. En premier lieu elle comporte un miroir 11 disposé à 450 au-dessus du tube 9 de façon à permettre de placer l'appareil émetteur-récepteur 10 sur le côté du répartiteur et aussi loin de celui-ci que cela peut parattre souhaitable. Cet appareil est ainsi moins soumis è la chaleur radiante du bain de métal en fusion et en outre le trajet aller et retour du rayonnement utilisé peut être prévu de plus grande longueur.En second lieu dans le haut du tube 9 et près de la paroi de celui-ci pour gêner au minimum le passage des rayonnements incident et renvoyé, est disposée une buse 12, orientée vers le bas, cette buse se raccordant à une canalisation 13 par laquelle on peut lui amener un gaz substaniiellement inerte, tel que l'argon ou l'azote. Ce gaz remplit le tube et en chasse continuellement l'oxygène en évitant ainsi toute l'oxydation. Bien entendu le soufflage de gaz auxiliaire doit être relativement lent et/ou chaud pour ne pas provoquer un refroidissement notable du métal à l'intérieur du tube et la formation d'une couche solide correspondante qui pourrait en résulter. I1 doit d'ailleurs être entendu que la description qui précède n'a été donnée qu'à titre d'exemple et qu'elle ne limite nullement le domaine de l'invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les détails d'exécution décrits par tous autres équivalents. L'appareil 10 peut être de tout type connu permettant de mesurer le parcours aller et retour d'un faisceau de rayonnement électromégnatique, par détermination directe du temps de ce parcours ou en se basant sur le déphasage entre un rayon incident et un rayon renvoyé. Dans le cas d'un rayonnement hertzien l'on peut mettre en oeuvre des tubes ou câbles pour guider celui-ci sans miroir d'aucune sorte. L'invention est applicable non seulement aux répartiteurs d'acier en fusion, mais également aux lingotières de coulée continue sous laitier et, plus généralement, toutes les fois qu'on désire mesurer le niveau d'un liquide dans un récipient sans être gêné par une couche surnageante d'épaisseur variable. REVENDICATIONS 1. Procédé pour déterminer le niveau d'un liquide surmonté d'une couche surnageante liquide ou solide sans avoir à tenir compte de ltépaisseur de celle-ci, notamment applicable à la coulée continue de l'acier, caractérisé en ce qu'on dispose dans le recipient (1) un tube plongeur (9) en s'arrangeant pour qu'a l'intérieur de celui-ci le liquide (2), soit substantiellement découvert, en ce quton envoie dans ce tube un faisceau d'un rayonnement électromagnétique qui est renvoyé au moins en partie par la surface libre du liquide (2) dans le tube (9), et en ce qu'on applique l'une des méthodes connues pour mesurer la distance ou la variation de distance entre la source de rayonnement et la surface précitée. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérise en ce qu'on utilise un laser en guise de source de rayonnement 3. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on utilise comme source de rayonnement un émetteur de micro-ondes hertziennes. 4. Procède suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on insuffle dans l'extremite supérieure du tube (9) un gaz substantiellement inerte pour éviter l'oxydation du liquide (2). 5. Procédé suivant la revendication 4 caracterise en ce que le gaz insufflé est de l'azote 6. Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caracterise en ce qu'on place un miroir (11) au-dessus du tube (9) de façon à pouvoir disposer l'appareil (10) émetteur-récepteur de rayonnement sur le côté du récipient (1) et à toute distance désirée de celui-ci. 7. Système de tube plongueur et d'emetteur-recepteur de rayonnement destiné a la mise en oeuvre du procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6. 8. Récipients et notamment répartiteurs ou lingotières de coulée continue, caractérisés en ce qu'il comportent application du procède suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, ou du système suivant la revendication 7.