Brevet FR2820063A1 — publié le 20020802

La présente invention concerne un procédé et un dispositif de contrôle de l'écoulement d'un adjuvant de coulée d'un métal fondu. Dans le domaine de la fonderie, il est connu de réaliser, au moyen d'une empreinte de moulage, une succession de moules, ou mottes, se déplaçant axialement en direction d'une machine de coulée propre à déverser du métal fondu. Un bol de coulée, destiné à recevoir ce métal fondu, est relié par un canal d'alimentation à l'empreinte à remplir. En fonction de la nature que l'on désire conférer au matériau final, il est parfois nécessaire de déverser dans le bol de coulée, en même temps que le métal fondu, un adjuvant destiné à conférer au métal coulé des caractéristiques métallurgiques particulières, lors de la solidification. A titre d'exemple, si l'on désire limiter la formation des carbures il est connu d'utiliser un adjuvant appelé inoculant, à base de ferro-silicium. Ce procédé est connu sous l'appellation "inoculation tardive". A cet effet, on prévoit un dispositif permettant la distribution de cet adjuvant au-dessus du bol de coulée. Il s'agit par exemple d'une vis sans fin permettant de doser l'adjuvant puis de le convoyer vers un tube d'alimentation incliné, dont l'extrémité aval est placée au-dessus du bol de coulée et au voisinage du jet de métal fondu. Selon une première solution connue, on distribue cet adjuvant de manière continue, de sorte que ce dernier se déverse non seulement dans le bol de coulée, mais également à la surface des mottes, lors du déplacement de ces dernières. Outre le coût lié à la consommation importante d'adjuvant, cette solution provoque également une pollution du sable constitutif des mottes ainsi que des éléments mécaniques de l'ensemble de l'installation. Il est également connu de déverser l'adjuvant de manière discontinue. A cet effet, lorsque le bol de coulée s'immobilise à l'aplomb de la machine de coulée, on initie l'action de la vis, de manière à provoquer l'écoulement de l'adjuvant. Puis on procède à la coulée proprement dite. Une fois cette dernière réalisée, l'alimentation en adjuvant est arrêtée. Durant le processus décrit ci-dessus, il existe des risques d'obturation du tube d'alimentation, qui peuvent être dûs à des projections de métal fondu au niveau de l'extrémité aval de ce tube. Il est donc nécessaire de contrôler que l'adjuvant est effectivement admis dans le bol de coulée, afin de conférer au métal fondu les propriétés requises. A cet effet, il est connu d'utiliser un système de détection de l'obturation du tube d'alimentation, susceptible d'alerter l'opérateur afin que ce dernier arrête la coulée de métal fondu. Or, étant donné les températures élevées régnant au voisinage de l'extrémité aval du tube d'alimentation, il est obligatoire de disposer ce système de détection de bouchage vers l'extrémité amont de ce tube, de manière à en garantir l'intégrité. On conçoit donc que ce système, du fait de son positionnement en amont, détecte l'obturation du tube uniquement lorsque la majeure partie du volume de ce dernier a été remplie par l'adjuvant. Il existe donc un temps de latence important entre le moment où l'adjuvant ne s'écoule plus, ce qui correspond au bouchage de l'extrémité aval du tube, et le moment où cette absence est détectée, ce qui correspond au bouchage de l'extrémité amont du tube. Ce dernier présente typiquement une longueur de l'ordre de 60 à 80 cm et un diamètre compris entre 8 et 10 mm, de sorte que le temps de latence évoqué ci-dessus correspond au passage d'un nombre conséquent de moules, qu'il est nécessaire de mettre au rebut. Par ailleurs, ce tube d'amenée est susceptible d'être fondu ou déformé, ce qui peut avoir pour conséquence une distribution de l'adjuvant se produisant en dehors du bol de coulée, sans aucune alerte immédiate vers l'opérateur qui supervise la production. Afin de pallier l'ensemble des inconvénients de l'art antérieur évoqués ci-dessus, l'invention se propose de mettre en oeuvre un procédé de contrôle qui permette d'avertir un opérateur, de manière fiable et immédiate de l'absence d'écoulement de l'adjuvant vers le bol de coulée. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de contrôle de l'écoulement d'un adjuvant de coulée, destiné à être distribué lors de la coulée d'un métal fondu dans un bol de coulée, dans lequel on distribue l'adjuvant depuis un moyen d'alimentation, notamment tubulaire, disposé au-dessus du bol de coulée, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes consistant à : - choisir une zone cible de passage théorique dudit adjuvant, disposée en aval du moyen d'alimentation, - détecter par voie optique le passage effectif de l'adjuvant dans ladite zone cible et - générer un signal d'alerte en l'absence de détection d'adjuvant dans cette zone cible. Selon d'autres caractéristiques de l'invention : - on détecte le passage effectif de l'adjuvant dans la zone cible par détection du contraste formé, sur un fond brillant, par l'adjuvant présent dans la zone cible ; - on détecte le passage effectif de l'adjuvant dans la zone cible par détection de la lumière, provenant d'une source lumineuse, réfléchie par l'adjuvant présent dans la zone cible ; - on mesure une valeur instantanée, représentative du débit d'adjuvant s'écoulant dans la zone cible, on compare ladite valeur mesurée avec une valeur de référence, correspondant à un débit de référence d'adjuvant, et on ajuste de manière correspondante le débit instantané d'adjuvant. L'invention se propose également de réaliser un dispositif permettant la mise en oeuvre du procédé décrit ci-dessus. A cet effet, elle a également pour objet un dispositif de contrôle de l'écoulement d'un adjuvant de coulée, destiné à être distribué lors de la coulée d'un métal fondu dans un bol de coulée, ledit adjuvant étant distribué depuis un moyen d'alimentation, notamment tubulaire, caractérisé en ce que ledit dispositif comprend des moyens optiques propres à détecter le passage effectif dudit adjuvant dans une zone cible de passage théorique dudit adjuvant, disposée en aval dudit moyen d'alimentation. Selon d'autres caractéristiques de l'invention : - les moyens optiques détectent le contraste formé, sur un fond brillant, par l'adjuvant présent dans la zone cible, lesdits moyens optiques étant disposés, par rapport au jet de métal fondu, du même côté que les moyens d'alimentation, et possédant un faisceau dirigé vers la zone cible ; - le dispositif de contrôle comprend un fond brillant indépendant, sur lequel l'adjuvant présent dans la zone cible est propre à former un contraste optique ; - les moyens optiques détectent une lumière, provenant d'une source lumineuse, réfléchie par l'adjuvant présent dans la zone cible, lesdits moyens optiques étant disposés, par rapport au jet de métal fondu, globalement à l'opposé des moyens d'alimentation, et comportant un faisceau dirigé vers la zone cible ; le dispositif de contrôle comprend une source lumineuse indépendante propre à éclairer la zone cible. L'invention va être décrite ci-dessous, en référence aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemples non limitatifs et dans lesquels : - la figure 1 est un schéma illustrant un premier mode de réalisation du procédé de l'invention ; - la figure 2 est une coupe horizontale suivant la ligne II-II à la figure 1 ; - la figure 3 est un schéma illustrant un second mode de réalisation du procédé de l'invention ; et - la figure 4 est une coupe horizontale suivant la ligne IV-IV à la figure 3. La figure 1 représente le contexte général dans lequel est mis en oeuvre le procédé conforme à l'invention. Il y est représenté plusieurs mottes juxtaposées, qui sont désignées chacune par la référence 2. Chaque couple de mottes délimite, au niveau de son plan de joint, un bol de coulée 4. Ce dernier est propre à recevoir un jet de métal fondu 6, déversé à partir d'une machine de coulée 8. Le débit de métal s'écoulant de la machine 8 est contrôlé, de manière connue, par une quenouille non représentée, ou tout autre système. Pendant l'opération de coulée, il est parfois nécessaire d'ajouter au métal fondu 6 un adjuvant, tel qu'un inoculant. A cet effet, il est prévu des moyens de distribution de cet adjuvant, qui comprennent un moyen de dosage et de convoyage, par exemple une vis d'Archimède 10, prolongée par un tube d'alimentation 12 s'étendant obliquement par rapport à l'horizontale. Le trajet théorique de l'adjuvant entre l'extrémité aval du tube 12 et le bol de coulée 4 est matérialisé par la flèche F. Conformément à l'invention, on choisit une zone cible, désignée dans son ensemble par la référence Z, qui s'étend depuis l'extrémité aval du tube d'alimentation 12 jusqu'au voisinage de la région où s'écoule le jet de métal 6. Cette zone Z correspond au passage théorique de l'adjuvant, en direction du bol de coulée 4. La figure 1 illustre également un dispositif permettant la mise en oeuvre du procédé, conformément à une première variante de l'invention. Ce dispositif comprend un système optique, à savoir une caméra 14 par exemple du type CCD, qui est reliée à un système d'analyse d'images. Cette caméra 14 est disposée du même côté du jet de métal 6 que les moyens de distribution 10,12, sensiblement à l'aplomb de ces derniers. Le faisceau 16 de la caméra 14 est dirigé vers la zone cible Z de passage théorique de l'adjuvant. Le procédé de coulée est mis en oeuvre de la façon suivante. Une fois le train de mottes immobilisé, afin que le bol de coulée 4 soit à l'aplomb de la machine de coulée 8, on actionne la vis 10, de manière à initier la distribution de l'adjuvant en direction de ce bol de coulée 4. De manière concomitante, on commence à déverser le métal fondu 6 à partir de la machine de coulée 8, étant entendu que les premières particules d'adjuvant doivent atteindre le bol de coulée 4 avant que ce dernier ne reçoive le jet de métal fondu 6, ce qui permet de conférer les propriétés requises à l'ensemble du métal fondu admis dans le bol. Il est nécessaire de contrôler que l'adjuvant est effectivement admis dans le bol de coulée 4. A cet effet, le passage de l'adjuvant dans la zone cible Z est détecté par la caméra 14, en corrélation avec le système d'analyse d'images qui lui est associé. La caméra 14 détecte à cet effet le contraste provoqué par les particules d'adjuvant interposées entre la caméra 14 et le jet de métal fondu 6, qui constitue un fond brillant uni. Cette détection, dite en "ombres chinoises", est réalisée de manière connue en soi. Lorsque la caméra ne détecte pas ce contraste provoqué par la présence de l'adjuvant dans la zone cible Z, un signal d'alerte est généré, ce qui permet à l'opérateur, ainsi averti, d'arrêter la coulée du métal fondu. Il est avantageux de prévoir un fond brillant rapporté, sur lequel les particules d'adjuvant peuvent former un contraste lumineux, même en l'absence du jet de métal fondu 6. Ce fond brillant supplémentaire, qui n'est pas représenté sur cette figure 2, est par exemple formé par une lumière halogène. Grâce à la présence de ce fond brillant rapporté, il est possible de détecter le passage des premières particules d'adjuvant dans la zone cible, avant que le jet de métal fondu ne s'écoule au voisinage de cette zone cible. Une fois ce passage avéré, il est possible de déverser le métal fondu en toute sécurité. Les figures 3 et 4 illustrent un dispositif permettant la mise en oeuvre du procédé de l'invention, conformément à une seconde variante de celui-ci. On y retrouve certains des éléments déjà représentés sur la figure 1, affectés des mêmes numéros de référence, ainsi qu'une caméra 14', couplée à un système d'analyses d'images non représenté, qui sont conformes à ceux employés dans l'exemple illustré en référence à la figure 2. Cette caméra 14'est disposée, par rapport aux moyens de distribution 10,12 de l'adjuvant, à l'opposé du jet de métal fondu 6. Le faisceau 16'de cette caméra 14'est dirigé vers la zone cible Z de passage théorique de l'adjuvant. Comme le montre en particulier la figure 4, il est nécessaire de décaler cette caméra 14'par rapport à la droite D reliant l'axe du tube d'alimentation 12 et la zone médiane du jet de métal 6, de sorte que ce dernier ne gêne pas la bonne propagation du faisceau 16'en direction de la zone cible Z. La caméra 14'est propre à détecter, en présence du jet de métal fondu 6, la lumière émise par ce dernier et réfléchie par les particules d'adjuvant présentes dans la zone cible Z. A cet effet, l'angle de déport a entre la droite D et la droite D', reliant la caméra 14 à cette zone médiane du jet 6, doit être suffisamment faible pour assurer une bonne réception de cette lumière réfléchie. A titre d'exemple, cet angle a est compris entre 5 et 600, de préférence entre 20 et 450. Cette détection de la lumière réfléchie est réalisée de façon connue en soi. Le processus de coulée s'effectue de manière conforme à l'exemple décrit en référence à la figure 1. En l'absence de détection de lumière réfléchie par la caméra 14'et son système associé d'analyse d'images, un signal d'alarme est généré et la coulée est arrêtée. Il est avantageux de prévoir une source lumineuse supplémentaire, indépendante de celle formée par le jet de métal fondu 6 lui-même. Cette source supplémentaire est représentée sur la figure 2 par la référence 18 et permet d'éclairer la zone cible Z. Cette source 18, qui n'est pas représentée sur la figure 4, est disposée sensiblement à l'aplomb de la caméra 14' et se trouve donc déportée, par rapport à la droite D, du même angle a que cette caméra 14'. La présence de cette source supplémentaire 18 permet, comme dans le cas du fond brillant rapporté, utilisé dans l'exemple décrit à la figure 1, de mesurer la durée séparant les arrivées respectives de l'adjuvant et du métal fondu dans la zone cible Z. Cette mesure est réalisée par l'intermédiaire de la caméra 14'. Une autre caractéristique avantageuse de l'invention consiste à déterminer tout d'abord une valeur représentative du débit théorique d'adjuvant devant passer dans la zone cible Z. A cette fin, on fait s'écouler, dans cette zone cible, l'adjuvant avec ce débit théorique, puis l'on mesure par exemple, grâce à la caméra, le nombre de particules arrivant dans la zone cible pendant un temps donné. Ce nombre de particules détectées correspond à la valeur représentative du débit théorique. Une fois cette valeur théorique déterminée, on mesure, lors des phases successives de coulée, les valeurs instantanées représentatives des débits instantanés d'adjuvant dans la zone cible. On compare alors les valeurs mesurées à la valeur représentative du débit théorique, puis on ajuste le débit d'adjuvant instantané de façon à le rapprocher du débit théorique de référence. L'invention permet de réaliser les objectifs précédemment mentionnés. En effet, l'opérateur est à même, conformément à l'invention, d'arrêter l'opération de coulée dès que l'absence d'adjuvant est détectée dans la zone cible, disposée en aval du tube d'alimentation. De la sorte, il s'écoule seulement un temps très faible entre l'occurrence du bouchage et le moment où l'opérateur arrête la coulée. Le temps de latence entre ces deux événements correspond uniquement au temps nécessaire à la transmission des informations relatives respectivement à la détection de l'absence d'adjuvant et à l'arrêt de l'opération de coulée. Par conséquent, seule une très faible quantité de métal fondu est admise dans le bol de coulée sans adjuvant. Ceci est à comparer avec l'art antérieur, dans lequel cette quantité de métal fondu, déversée en l'absence d'adjuvant, correspond au temps de remplissage du tube d'alimentation de cet adjuvant. L'utilisation d'un système optique en vue de la détection du passage effectif de l'adjuvant dans la zone cible est avantageuse. En effet, ce mode de détection permet d'éloigner le système de mesure de la zone cible où règne une forte température, de manière à en préserver l'intégrité. REVENDICATIONS 1. Procédé de contrôle de l'écoulement d'un adjuvant de coulée, destiné à être distribué lors de la coulée d'un métal fondu dans un bol de coulée (4), dans lequel on distribue l'adjuvant depuis un moyen d'alimentation (12), notamment tubulaire, disposé au-dessus du bol de coulée (4), caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes consistant à : - choisir une zone cible (Z) de passage théorique dudit adjuvant, disposée en aval du moyen d'alimentation (12), - détecter par voie optique le passage effectif de l'adjuvant dans ladite zone cible (Z) et - générer un signal d'alerte en l'absence de détection d'adjuvant dans cette zone cible. 2. Procédé de contrôle suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on détecte le passage effectif de l'adjuvant dans la zone cible (Z) par détection du contraste formé, sur un fond brillant (6), par l'adjuvant présent dans la zone cible (Z). 3. Procédé de contrôle suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on détecte le passage effectif de l'adjuvant dans la zone cible (Z) par détection de la lumière, provenant d'une source lumineuse (6 ; 18), réfléchie par l'adjuvant présent dans la zone cible (Z). 4. Procédé de contrôle suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'on mesure une valeur instantanée, représentative du débit d'adjuvant s'écoulant dans la zone cible (Z), on compare ladite valeur mesurée avec une valeur de référence, correspondant à un débit de référence d'adjuvant, et on ajuste de manière correspondante le débit instantané d'adjuvant. 5. Dispositif de contrôle de l'écoulement d'un adjuvant de coulée, destiné à être distribué lors de la coulée d'un métal fondu dans un bol de coulée (4), ledit adjuvant étant distribué depuis un moyen d'alimentation (12), notamment tubulaire, caractérisé en ce que ledit dispositif comprend des moyens optiques (14 ; 14') propres à détecter le passage effectif dudit adjuvant dans une zone cible (Z) de passage théorique dudit adjuvant, disposée en aval dudit moyen d'alimentation (12). 6. Dispositif de contrôle suivant la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens optiques (14) détectent le contraste formé, sur un fond brillant (6), par l'adjuvant présent dans la zone cible (Z), lesdits moyens optiques (14) étant disposés, par rapport au jet (6) de métal fondu, du même côté que les moyens d'alimentation (12), et possédant un faisceau (16) dirigé vers la zone cible (Z). 7. Dispositif de contrôle suivant la revendication 6, caractérisé en ce que ledit dispositif de contrôle comprend un fond brillant indépendant, sur lequel l'adjuvant présent dans la zone cible (Z) est propre à former un contraste optique. 8. Dispositif de contrôle suivant la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens optiques (14') détectent une lumière, provenant d'une source lumineuse (6 ; 18), réfléchie par l'adjuvant présent dans la zone cible, lesdits moyens optiques (14') étant disposés, par rapport au jet (6) de métal fondu, globalement à l'opposé des moyens d'alimentation (12), et comportant un faisceau (16') dirigé vers la zone cible (Z). 9. Dispositif de contrôle suivant la revendication 8, caractérisé en ce que ledit dispositif de contrôle comprend une source lumineuse indépendante (18) propre à éclairer la zone cible (Z).