Brevet FR2644587A1 — publié le 19900921

L'invention concerne un dispositif pour identifier le front de solidification d'une masse de métal en fusion, coulée dans un moule céramique, lors du retrait de ce moule d'un organe de chauffage qui l'entoure au moins en partie. On sait que la vitesse à laquelle se refroidit la masse fondue coulée dans un moule, a une influence capitale sur la qualité de la pièce coulée. On sait également que l'état magnétique d'un corps se manifeste dans son environnement par des actions de forces et des effets d'induction. A cet égard, le magnétisme des ions et des électrons peut être appelé le magnétisme "primaire". A la différence de celui-ci, le magnétisme "secondaire est caractérisé par la perméabilité, la force coercitive, la rémanence et la satu- ration. Le paramagnétisme des métaux croit continûment dans les séries des éléments de transition" à mesure que le numéro atomique est plus élevé. La présente invention part du principe que la masse de métal en fusion et le bloc solidifié sont paramagnétiques et que Le magnétisme des métaux se compose du magnétisme des ions et de la fraction superposée du gaz électronique. Le magnétisme du gaz électronique dépend de la température et de l'intensité de champ et l'orientation des aimants élémentaires dans le champ magnétique implique un travail. Dans un champ magnétique croisé, il est donc possible, au moyen d'un récepteur adéquat, de constater cette réorientation. Lors d'un tel processus, on peut enregistrer une différence entre la phase solide et la phase liquide. Dans la plupart des cas, la forme du moule n'est pas à symétrie de révolution. Les pièces coulées sont, par exemple, des aubes de turbines ayant des contours complexes dans le sens radial comme dans le sens axial et présentant des épaisseurs variables. La différence entre les signaux obtenus entre l'état solide et l'état liquide est donc plus grande que les influences perturbatrices provoquées par les changements de forme. Le but de la présente invention est de créer un dispositif qui permette d'exploiter les différences entre les signaux se rapportant à l'état solide et les signaux se rapportant à l'état liquide pour l'abaissement contrôlé du moule rempli à partir d'un organe de chauffage. - A cet effet, selon l'invention, le moule est entouré au moins partiellement de deux boucles de réception placées à l'intérieur de l'organe de chauffage et d'une boucle d'émission polarisante, les boucles de réception ou d'induction étant connectées à un circuit électrique d'exploitation et la boucle d'émission polarisante, reliée à un émetteur, rayonnant dans le moule un signal dont les boucles de réception détectent le niveau, les signaux ainsi obtenus constituant une mesure de la solidifi- cation de la masse fondue dans le moule par la mise à profit de La différence d'inductance entre une masse de métal cristalline, ordonnée, et une masse de métal liquide, désordonnée. De préférence, le moule est mobile par rapport à l'organe de chauffage et est guidé, par exemple par sa disposition au sommet d'un tige filetée de support orientée verticalement et pouvant être montée et abaissée par moteur. La tige support coopère à cet effet avec un engrenage attaqué par un moteur; le circuit d'exploitation commande le moteur et la tige support descend en fonction de La progression du front de solidification de la masse fondue dans le moule. Selon une variante de réalisation, le moule est mobile par rapport à l'organe de chauffage et est guidé, par exemple par sa disposition au sommet d'une tige filetée de support orientée verticalement et pouvant être montée et abaissée par un moteur, la tige support coopérant à cet effet avec un vérin hydraulique de levage et d'abaissement, dont le générateur de pression hydraulique et/ou dont les soupapes hydrauliques peuvent être commandés par le circuit d'exploitation, de manière que la tige support puisse être abaissée en fonction de la progression du front de solidification de la masse fondue dans le moule. Il est avantageux que le dispositif comporte deux boucles de réception ou récepteurs disposés dans des plans différents, paraLLèLes entre eux et de manière à entourer le moule à distance et à la façon d'un anneau, qui sont connectés tous deux au circuit d'exploitation, lequel comprend un circuit de réglage et un ampli- ficateur relié au moteur d'entrainement de l'engrenage ou à la pompe hydraulique pour le vérin hydraulique de levage et d'abaisse- ment. Dans ce but, la fréquence d'excitation et le courant pour la boucle ou antenne de polarisation sont ajustables au moyen de l'émetteur ou générateur de bruit à haute fréquence. Selon un mode de réalisation préféré, chaque récepteur- détecteur est réalisé comme une boucle de réception ayant la forme d'une demi-coquille, chaque demi-coquille étant formée de deux segments de fil courbés en demi-cercle, qui sont superposés en différents plans parallèles et de manière à se recouvrir, les deux extrémités extérieures d'une paire de segments de fil étant reliées entre elles par des segments de fil s'étendant vertica- lement, l'un des deux segments de fil courbés en demi-cercle d'une boucle de réception étant chaque fois ouvert et les extrémités ainsi formées constituant les connexions pour un amplificateur du circuit d'exploitation. Une boucle d'émission polarisante dont la configuration correspond à peu près à celle des boucles de réception et dont les connexions sont reliées à l'émetteur par des conducteurs électriques, est disposée à l'opposé des deux boucles de réception. Il convient que l'émetteur relié à la boucle d'émission polarisante, soit composé d'un amplificateur de bruit et d'un géné- rateur de bruit à haute fréquence. La distance séparant les segments de fil courbés en demi- cercle d'une boucle de réception, ou de la boucle d'émission, varie d'une boucle à l'autre, les deux segments de fil courbés en demi- cercle de la boucle d'émission étant situés chacun entre les plans contenant les segments de fil extérieurs, courbés en demi-cercle, des boucles de réception. L'invention autorise les possibilités d'exécution les plus diverses; l'une d'elles est représentée plus en détail, quoique de façon schématique, par les dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 est une vue de côté d'un dispositif, montrant en coupe L'organe de chauffage avec Les éLéments chauffants, de même que Les boucles d'émission et de réception; - Les figures 2 et 3 montrent, chacune par une vue en perspective, deux modes de réalisation des boucLes d'émission et de réception selon La figure 1; et - La figure 4 représente Le schéma synoptique du dispo- sitif selon les figures 1 à 3. Le dispositif se compose essentieLLement d'une enve- loppe 2, de forme cylindrique creuse et en matériau d'isolation thermique, qui est installée sur une plate-forme ou un plancher 3 et dont le côté supérieur est fermé par un couvercle 1, de deux éléments chauffants à résistance 7, 8, maintenus à l'intérieur de l'enveloppe 2 et ayant une forme cylindrique creuse, d'une tige filetée de support 15, maintenue et guidée dans un bâti 20 non représenté en détail, avec le moule 6 porté par cette tige, de deux boucles de réception 4, 5 qui entourent le moule 6 à la façon de demi-coquilles, d'une boucle d'émission 13 polarisante, entourant le moule 6 également à La façon d'une demi-coquille et située à l'opposé des boucles de réception 4, 5, d'un moteur 16 avec un engrenage 17, d'un circuit d'exploitation comprenant un amplificateur 9, un comparateur 10 et un limiteur 11 et, enfin, d'un émetteur 14 comprenant un amplificateur de bruit 14a et un générateur de bruit 14b à haute fréquence. Apres La coulée du métal dans Le moule 6, celui-ci est engagé d'en bas, dans le sens de la flèche A et au moyen de La tige support 15, dans l'enveloppe 2, fermée en haut par le couvercle 1, ce qui peut être produit au moyen du moteur 16 et de l'engrenage 17. Les éléments chauffants à résistance 7 et 8 sont sous tension à ce moment et assurent que Le métal fondu ne se refroidit pas trop rapidement et de façon trop incontrôlée. - Pour le refroidissement de La masse fondue, le moule 6 peut ensuite être abaissé, en sens contraire à la fLèche A. Afin que cet abaissement s'effectue de façon contrôlée, l'émetteur 14 rayonne un signal dans Le moule 6 par La boucle d'émission 13; ce signal est reçu par Les deux boucles de réception 4, 5, traité dans le circuit d'exploitation 9, 10, 11 et transformé en une instruction adéquate pour la mise en marche du moteur 16 et de l'abaissement de la tige support 15 avec le moule 6. Le système détecteur décrit ci-dessus est donc chargé de fournir un signal pour la commande du dispositif de retrait ou d'abaissement. Ce signal commande le dispositif de retrait de manière qu'une position stationnaire de la Limite de phase liquide- solide soit garantie à tout moment. Le système détecteur se compose des dispositifs d'émission et de réception représentés schématiquement sur les figures 1 et 4. L'émetteur proprement dit est un générateur de bruit 14b à haute fréquence qui rayonne un signal dans le moule 6 à travers un amplificateur à large bande ou amplificateur de bruit 14a, un conducteur électrique 19 et une boucle d'émission polarisante 13. Sur le côté opposé du moule 6, se trouve une boucle de réception de liquidus 4 et une boucle de réception de solidus 5 qui captent ce signal après que celui-ci a traversé la matière liquide ou solide. En raison de la structure cristalline ordonnée de la matière, Les signaux reçus sont déformés par la résonance propre du réseau. Les signaux se distinguent par les résonances propres du réseau cristallin. Les signaux reçus sont mis en corrélation. La limite de phase est localisée lorsque le signal corréLé atteint la valeur maximale. Un déplacement de la Limite de phase, aussi bien en direction de la boucle de liquidus 4 qu'en direction de la boucle de solidus 5, réduit le signal utile. Les boucles de réception 4, 5 sont reliées à l'amplifi- cateur 9 par des conducteurs électriques 18a et 18b. La figure 4 montre que l'amplificateur 9 est composé en fait de deux amplifi- cateurs 9a et 9b. La référence 21 désigne le point de raccordement du limiteur 11 à l'unité comprenant le moteur 16. La vue en perspective de la figure 2 montre clairement la réalisation des différentes boucles d'un matériau filiforme. La boucle d'émission 13 se compose de deux segments semi-circulaires 13' et 13" interconnectés par deux segments verticaux 13a et 13b. Le segment semi-circulaires du bas est ouvert pour former deux extrémités de raccordement 13c et 13d. La boucle de réception 4 comporte également deux segments à peu près semi-circulaires 4' et 4" interconnectés par deux segments verticaux 4a et 4b. Le segment semi-circulaire du bas est de nouveau ouvert pour former deux extrémités de raccordement 4c et 4d. De façon analogue, La boucle de réception 5 se compose de deux segments semi-circulaires 5' et " interconnectés par deux segments droits verticaux 5a et 5b. Le segment semi-circulaire ouvert du bas forme de nouveau deux extrémités de raccordement 5c et 5d. Ainsi que le montrent les figures 3 et 4, la boucle d'émission ou antenne polarisante 13 peut avoir des dimensions qui diffèrent de celles des deux boucles de réception 4 et 5. Par exemple, la distance L qui sépare les deux segments de fil courbés en demi-cercle peut être plus grande que la distance correspondante L ou L2 de La boucLe de réception 4 ou 5. 11o l2deaboceerceto4ou. REVENDICATIONS 1. Dispositif pour l'identification du front de solidifi- cation d'une masse de métal en fusion, coulée dans un moule céramique (6), lors du retrait de ce moule (6) d'un organe de chauffage (7, 8) qui l'entoure au moins en partie, caractérisé en ce que le moule (6) est entouré au moins partiellement de deux boucles de réception (4, 5) placées à l'intérieur de l'organe de chauffage (7, 8) et d'une boucle d'émission (13) polarisante, les boucles de réception ou d'induction (4, 5) étant connectées à un circuit électrique d'exploitation (9, 10, 11) et la boucle d'émission (13) polarisante, reliée à un émetteur (14), rayonnant dans le moule (6) un signal dont les boucles de réception (4, 5) détectent le niveau, les signaux ainsi obtenus constituant une mesure de la solidification de la masse fondue dans le moule (6) par la mise à profit de la différence d'inductance entre une masse de métal cristalline, ordonnée, et une masse de métal liquide, désordonnée. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moule (6) est-mobile par rapport à l'organe de chauffage (7, 8) et est guidé, par exemple par sa disposition au sommet d'une tige filetée de support (15) orientée verticalement et pouvant être montée et abaissée par moteur, la tige support (15) coopérant à cet effet avec un engrenage (17) attaqué par un moteur (16), le circuit d'exploitation (9, 10, 11) commandant le moteur (16) et la tige support (15) descendant en fonction de la progression du front de solidification de la masse fondue dans le moule (6). 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moule (6) est mobile par rapport à l'organe de chauffage (7, 8) et est guidé, par exemple par sa disposition au sommet d'une tige filetée de support (15) orientée verticalement et pouvant être montée et abaissée par un moteur, la tige support (15) coopérant à cet effet avec un vérin hydraulique de levage et d'abaissement, dont le générateur de pression hydraulique et/ou dont les soupapes hydrauliques peuvent être commandés par le circuit d'exploitation (9, 10, 11), de manière que la tige support (15) puisse être abaissée en fonction de la progression du front de solidification de la masse fondue dans Le moule (6). 4. Dispositif selon les revendications 1 et 2 ou 1 et 3, caractérisé en ce qu'il comprend deux boucLes de réception ou récepteurs (4, 5) disposés dans des plans différents, parallèles entre eux et de manière à entourer le mouLe (6) à distance et à la façon d'un anneau, qui sont connectés tous deux au circuit d'exploitation (9, 10, 11), lequeL comprend un circuit de réglage et un amplificateur relié au moteur (16) d'entraînement de l'engre- nage (17) ou à la pompe hydraulique pour le vérin hydraulique de levage et d'abaissement. 5. Dispositif selon une ou plusieurs des revendications précédentes, caractérisé en ce que la fréquence d'excitation et le courant pour la boucle ou antenne de polarisation (13) sont ajustables au moyen de L'émetteur ou générateur de bruit à haute fréquence (14). 6. Dispositif selon une ou plusieurs des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque récepteur-détecteur est realise comme une boucle de réception (4, 5) ayant la forme d'une demi-coquille, chaque demi-coquille étant formée de deux segments de fil (4', 4" ou 5', 5") courbés en demi-cercle, qui sont super- posés en différents plans parallèles et de manière à se recouvrir, les deux extrémités extérieures d'une paire de segments de fil (4', 4" ou 5', 5") étant reliées entre elles par des segments de fil (4a, 4b ou 5a, 5b) s'étendant verticalement, l'un (4' ou 5') des deux segments de fil courbés en demi-cercle d'une boucle de réception (4 ou 5) étant chaque fois ouvert et les extrémités ainsi formées (4c, 4d ou 5c, 5d) constituant les connexions pour un amplificateur (9) du circuit d'exploitation (9, 10, 11). 7. Dispositif selon une ou plusieurs des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend, à l'opposé des deux boucles de réception (4, 5), une boucle d'émission (13) polarisante dont la configuration correspond à peu près à celle des boucles de réception (4, 5) et dont les connexions (13c, 13d) sont reliées à l'émetteur (14) par des conducteurs électriques (19). 8. Dispositif selon une ou plusieurs des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'émetteur (14), relié à la boucle d'émission (13) polarisante, est composé d'un amplificateur de bruit (14a) et d'un générateur de bruit (14b) à haute fréquence. 9. Dispositif selon une ou plusieurs des revendications précédentes, caractérisé en ce que la distance (l1, l2 ou L) séparant les segments de fil courbés en demi-cercle d'une boucle de réception (4 ou 5) ou de la boucle d'émission (13) varie d'une boucle à l'autre, les deux segments de fil courbés en demi-cercle de la boucle d'émission étant situés chacun entre les plans contenant les segments de fil extérieurs, courbés en demi-cercle, des boucles de réception (4 et 5).