Brevet FR2843056A1 — publié le 20040206

La présente invention concerne un procédé de démarrage automatique d'une installation de coulée continue, ainsi qu'un ensemble pour la mise en oeuvre d'un tel procédé. De façon classique, une opération de coulée continue consiste, dans un premier temps, à déverser du métal fondu dans une cuve, encore dénommée répartiteur, à partir d'une poche. Cette cuve se trouve en outre pourvue d'un obturateur, encore appelé quenouille. Lorsque le métal fondu a atteint un niveau donné dans la cuve, il s'agit alors de le déverser dans une lingotière, sous l'effet d'un mouvement de libération de l'obturateur. Ceci induit alors une phase de remplissage de la lingotière, jusqu'à ce que soit atteint un niveau donné de consigne. Par ailleurs, lors de cette phase de remplissage, il s'agit de déplacer un insert, encore dénommé mannequin, initialement présent dans la lingotière. De la sorte, ceci permet d'initier une étape d'extraction du métal, une fois ce dernier solidifié. La durée de la phase de remplissage précitée doit se situer dans une plage prédéterminée, qui est relativement étroite. De plus, cette phase de remplissage doit s'accompagner d'une montée permanente du niveau de métal fondu, au sein de la lingotière. Afin de remplir de telles exigences, il est tout d'abord connu de mettre en oeuvre, de façon manuelle, le démarrage de la coulée continue. Dans cette optique, lorsque l'opérateur estime qu'une quantité suffisante de métal fondu est présente dans la cuve, il actionne manuellement la quenouille. Puis, il observe l'évolution de la montée du métal fondu dans la lingotière, afin de garantir une phase de remplissage satisfaisante. Une telle mise en oeuvre manuelle présente cependant certains inconvénients. En effet, outre son relatif manque de répétitivité, elle nécessite l'intervention d'au moins un opérateur. Afin de pallier ces inconvénients, il a été proposé de faire appel à un procédé de démarrage automatique de l'installation de coulée continue. Dans cet esprit, on manoeuvre la quenouille, au moyen d'un actionneur, selon une course garantissant une phase de remplissage satisfaisante de la lingotière. Une telle opération est cependant relativement délicate. En effet, si le déplacement de la quenouille est trop limité, le métal fondu se déverse en quantité insuffisante, de sorte qu'il est soumis à un phénomène de figeage. En revanche, si la course conférée à la quenouille est trop importante, la phase de remplissage de la lingotière est alors trop rapide. Ceci provoque non seulement des éclaboussures de métal fondu, mais conduit également à un problème d'ordre thermique, puisque le métal n'a pas le temps de se refroidir correctement, en vue de son extraction. On a par ailleurs proposé, par EP-A-0 444 297, un procédé de démarrage automatique d'une installation de coulée continue, dans lequel on ouvre à l'excès la quenouille, de manière volontaire. Cette solution connue induit cependant certains inconvénients, dans la mesure o tous les matériaux ne se prêtent pas aisément à un tel procédé. Selon une solution alternative, il a en outre été proposé de détecter la montée de métal fondu dans la lingotière, par l'intermédiaire de thermocouples. Cependant, la mise en oeuvre de tels capteurs est extrêmement difficile dans certaines installations. Par ailleurs, ces thermocouples ne permettent qu'une détection discontinue de la montée du métal dans la lingotière. En effet, il n'est pas viable économiquement de i disposer plus de trois niveaux de thermocouples. Enfin, la présence d'éclaboussures et de vagues, lors de la phase de remplissage, fausse la perception de ces thermocouples. L'invention se propose de remédier aux différents inconvénients de l'art antérieur, explicités ci-dessus. A cet effet, elle a pour objet un procédé de démarrage automatique d'une installation de coulée continue, dans lequel on déverse du métal fondu dans une lingotière, à partir d'une cuve, par déplacement d'un obturateur sous l'effet d'un déplacement correspondant d'un actionneur, caractérisé en ce que: - on détermine une course idéale de l'obturateur, pour laquelle le remplissage de la lingotière s'effectue de manière satisfaisante; - on détermine une course intermédiaire de l'actionneur, pour laquelle le déplacement effectif de l'obturateur est initié; et - on déplace l'actionneur, à partir de ladite course intermédiaire, selon une course supplémentaire correspondant à un déplacement de la quenouille selon ladite course optimale. Selon d'autres caractéristiques de l'invention - on détermine ladite course intermédiaire en détectant directement le début du déplacement de l'obturateur; - on détermine ladite course intermédiaire en détectant un point d'inflexion dans une courbe représentant l'évolution de l'effort exercé par l'actionneur en fonction de son déplacement; - on détermine ladite course intermédiaire avant de remplir la cuve au moyen du métal fondu; - on détermine ladite course intermédiaire en temps réel, après que la cuve a été remplie au moyen du métal fondu. L'invention a également pour objet un ensemble pour la mise en oeuvre du procédé tel que défini ci-dessus, qui comprend des moyens de détection du début du déplacement de l'obturateur. Selon d'autres caractéristiques de l'invention - les moyens de détection comprennent un capteur, disposé à une distance donnée de l'obturateur; - les moyens de détection comprennent un détecteur associé à un organe intermédiaire monté pivotant autour d'un axe horizontal, l'organe intermédiaire possédant une première partie, dont une extrémité repose sur l'obturateur, ainsi qu'une seconde partie, dont une extrémité est placée au voisinage dudit détecteur; - la seconde partie de l'organe intermédiaire possède une dimension principale sensiblement supérieure à la dimension principale de la première partie; L'invention a également pour objet un procédé de démarrage automatique d'une installation de coulée continue, dans lequel on déverse du métal fondu dans une lingotière, à partir d'une cuve, par déplacement d'un obturateur sous l'effet d'un déplacement correspondant d'un actionneur, caractérisé en ce que: - on détermine une course idéale de l'obturateur, pour laquelle le remplissage de la lingotière s'effectue de manière satisfaisante; - on détermine une course intermédiaire de l'actionneur, pour laquelle du métal fondu commence à s'écouler dans une zone inférieure de passage de ce métal, dont est pourvue la cuve; et - on déplace l'actionneur, à partir de ladite course intermédiaire, selon une course supplémentaire correspondant à un déplacement de la quenouille selon ladite course optimale. L'invention a enfin pour objet un ensemble pour la mise en oeuvre du procédé tel que défini ci-dessus, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de détection de l'apparition de l'écoulement du métal fondu dans la zone inférieure de passage du métal fondu. Selon d'autres caractéristiques de l'invention - les moyens de détection de l'apparition de l'écoulement comprennent un moyen optique, notamment une cellule optique ou une caméra; - les moyens de détection de l'apparition de l'écoulement comprennent un moyen électromagnétique, prévu dans les parois de la zone inférieure de passage. L'invention va être décrite ci-après, en référence aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemples non limitatifs, dans lesquels - la figure 1 est une vue générale, illustrant une installation de coulée continue; - la figure 2 est un graphe, illustrant le déplacement d'une quenouille appartenant à l'installation de la figure 1, en fonction du déplacement d'un actionneur permettant de manoeuvrer cette quenouille, les figures 3 et 4 sont des vues schématiques, illustrant deux variantes de réalisation d'un procédé de démarrage automatique d'une installation de coulée continue, conforme à un premier mode de réalisation de l'invention; - la figure 5 est un graphe représentant l'effort de l'actionneur en fonction du déplacement de la quenouille, illustrant un second mode de réalisation de l'invention et - la figure 6 est une vue schématique d'une installation de coulée continue, illustrant un troisième mode de réalisation de l'invention. L'installation de coulée continue, illustrée sur la figure 1, comprend une cuve 2, qui se trouve remplie de métal fondu 4, par exemple d'acier. Ce dernier a été déversé dans la cuve, au moyen d'une poche non représentée. Le fond de cette cuve se trouve fermé, de façon connue, par un obturateur 6, ou quenouille, qui définit une zone inférieure de passage du métal, dénommée busette 7. Cette quenouille peut être manoeuvrée selon son axe principal, à savoir verticalement sur la figure 1, par l'intermédiaire d'un actionneur 8. De façon plus précise, cet actionneur 8 comprend un dispositif de guidage 10, associé à un vérin 12. De la sorte, les mouvements de l'actionneur 8, matérialisés par la flèche F. induisent des déplacements de la quenouille 6, matérialisés par la flèche F', via un bras intermédiaire 14. Les parois de la busette 7 sont par ailleurs pourvues d'un tube 16, réalisé en un matériau réfractaire, qui débouche dans une lingotière 18. Cette dernière reçoit un mannequin non représenté, destiné à être progressivement retiré, afin d'assurer l'extraction d'une barre de métal solidifiée, également non représentée. La figure 2 est un graphe illustrant le phénomène sous-tendant la présente invention. Sur ce graphe, la course C de l'actionneur, selon la flèche F, est représentée en abscisses, alors que la course C' de la quenouille, selon la flèche F', est portée en ordonnées. La Demanderesse a constaté que, lorsque la quenouille se trouve dans une position initialement fermée, de sorte qu'elle obture la busette 7, un déplacement de l'actionneur 8 n'induit pas, au moins dans un premier temps, un mouvement correspondant de cette quenouille. En effet, afin d'assurer une étanchéité satisfaisante, de façon à éviter les fuites de métal lorsque la quenouille est fermée, on est amené à exercer une force dirigée vers le bas sur cette quenouille, s'ajoutant à celle naturellement exercée par la gravité. Une telle force se trouve appliquée par l'actionneur de sorte que, lorsqu'on ouvre à nouveau la quenouille, il est nécessaire d'effectuer un déplacement préalable de l'actionneur. En outre, il convient de noter que cette absence de déplacement de la quenouille, lorsque l'actionneur commence à être mis en mouvement, peut également être due à des jeux présents dans la chaîne de transmission mécanique, intercalée entre l'actionneur et la quenouille. En effet, lorsque la quenouille ne repose pas sur son siège, l'effort exercé par l'actionneur pour ouvrir ou fermer cette dernière est toujours exercé dans le même sens, sauf dans le cas d'un dysfonctionnement lié à un frottement important dans le dispositif de guidage 10 de la quenouille. Ainsi, lors de la phase d'ouverture, l'actionneur exerce une force vers le haut, afin de faire monter la quenouille. De plus, lors de la fermeture, l'actionneur exerce également une force vers le haut, de manière à s'opposer à un mouvement trop rapide de la quenouille vers le bas, qui serait uniquement d à l'action de la gravité. Dans ces conditions, l'actionneur n'exerce une action vers le bas que lorsque l'extrémité de la quenouille touche les parois en regard de la cuve, afin d'assurer l'étanchéité au niveau de la busette. Ceci étant précisé, cette absence de déplacement de la quenouille, au début du déplacement de l'actionneur, correspond à l'existence d'une zone morte initiale, qui est matérialisée sur la figure 2 par la référence Z0. Si l'on continue à manoeuvrer l'actionneur, il existe ainsi une course Co de ce dernier, pour laquelle un mouvement effectif de la quenouille est initié. La zone morte Z0 se trouve donc suivie d'une zone active Za, pour laquelle le déplacement de l'actionneur induit un déplacement de la quenouille. Par ailleurs, il existe une course optimale de la quenouille, affectée de la référence C'OPT, pour laquelle le remplissage de la lingotière s'effectue de manière satisfaisante. La valeur de cette course C'OPT, qui induit un débit correspondant de métal fondu, peut être réajustée au cours du remplissage, en fonction de l'évolution constatée de la montée du niveau de métal fondu dans la lingotière. La valeur de ce débit optimal dépend notamment de la fluidité du métal, de la hauteur métallostatique de celuici, ainsi que des géométries respectives de la quenouille et de la busette. Ce débit optimal peut être déterminé de façon connue en soi. On se reportera notamment, à ce propos, à la thèse présentée à l'université de Savoie par Michel DUSSUD, intitulée " Régulation de niveau en lingotière de coulée continue approche classique, approche floue ". En outre, on sait que, pour accéder à cette course optimale C'OPT de la quenouille, il est nécessaire de déplacer l'actionneur, à partir de la course Co, selon une course supplémentaire égale à Csupp. En effet, dans la zone active Za, un déplacement donné de l'actionneur induit un déplacement correspondant de la quenouille, aisément déterminable, qui est le plus souvent proportionnel de facteur 1. A la fin de son déplacement, la course de l'actionneur est ainsi de COPT, correspondant à la somme de Co et de CsuPP. Dans ces conditions, l'essence de l'invention consiste à détecter la course Co de l'actionneur, pour laquelle la quenouille commence à être effectivement mise en mouvement. Puis, connaissant la valeur C'OPT, il s'agit de déplacer l'actionneur selon la course supplémentaire Csupp, o CSUPP = COPT - C0. La figure 3 illustre une première variante d'un premier mode de réalisation de l'invention, qui consiste à détecter de manière directe le déplacement de la quenouille. A cet effet, un capteur 20 est disposé au droit de la quenouille 6, à savoir qu'il est situé selon l'axe principal, vertical de celle-ci. Ce capteur est relié, par un bras 22, à un support fixe 24. Etant donné que la quenouille est portée à haute température, ce capteur doit être suffisamment précis et robuste pour résister aux différentes agressions ambiantes, telles que la chaleur, la fumée ou encore le risque d'éclaboussures. Un tel capteur peut faire appel à de nombreux principes, tels que notamment optique, magnétique ou ultrasonore. Il est à même de disposer d'une plage de mesure comprise par exemple entre 50 et 300 mm, suivant les applications. En position de fermeture de la quenouille, le capteur se trouve à une distance d de cette dernière. En service, il s'agit de commencer à manoeuvrer l'actionneur, afin de balayer l'ensemble de la zone morte ZO, jusqu'à ce que cet actionneur atteigne la course C0. La quenouille commence alors son déplacement, de sorte que le capteur 20 détecte une modification de la distance d le séparant de la quenouille. Ainsi, à partir du moment o le début du mouvement de la quenouille 6 est détecté, l'actionneur est commandé, de sorte qu'il se déplace selon la course supplémentaire Csupp. Ceci permet alors, comme on l'a vu précédemment, d'amener la quenouille à sa course optimale C'OPT, ce qui garantit un remplissage satisfaisant de la lingotière. Il est à noter que la mise en oeuvre du capteur 20 peut être effectué en temps réel, c'est-à-dire lors du démarrage proprement dit de l'opération de coulée continue. A titre de variante, on peut faire appel à ce capteur sous forme de test, à savoir avant le remplissage de la cuve 2. La figure 4 illustre une variante du mode de réalisation de mesure directe. Comme le montre cette figure, un balancier 30 est articulé autour d'un axe horizontal A. Ce balancier comprend une première partie 32, dont l'extrémité 32' repose librement sur la quenouille 6, ainsi qu'une seconde partie 34, dont l'extrémité 34' est placée au voisinage d'un détecteur de déplacement 36. Ce détecteur 36, qui peut faire appel à différents principes, est par exemple un potentiomètre ou un codeur. Afin de disposer d'une résolution suffisante, le déplacement effectif de la quenouille peut être amplifié, en prévoyant que la seconde partie 34 possède une longueur L2, qui est supérieure à la longueur L, de la première partie 32 du balancier 30. De façon analogue à ce qui a été décrit en référence à la figure 3, le balancier 30 et le détecteur 36 peuvent être mis en oeuvre en temps réel, ou bien préalablement au remplissage de la cuve. La figure 5 illustre un second mode de réalisation de l'invention. Il s'agit d'un graphe, sur lequel est porté, en ordonnées, l'effort E exercé par l'actionneur alors qu'est porté, en abscisses, le déplacement C de cet actionneur. La Demanderesse a constaté que ce graphe comporte deux parties distinctes, à savoir une première partie Z'0, correspondant à la zone morte Z0 de la figure 2, ainsi qu'une seconde partie Z'a, correspondant à la zone active Za de la figure 2. En effet, la valeur de l'effort exercé par l'actionneur pour soulever la quenouille, dans la zone Z'0, croît fortement jusqu'à ce que la quenouille quitte son siège. Puis, l'effort induit par l'actionneur devient alors quasiment constant, ce qui correspond à la zone Z'a. Dans ces conditions, la course Co, pour laquelle la quenouille quitte son siège, correspond à un point d'inflexion du graphe de la figure 6, qui est affecté de la référence PI. Différentes techniques peuvent être employées, afin de mesurer l'effort exercé par l'actionneur. Ainsi, dans le cas o l'actionneur comporte un moteur électrique, il est envisageable de se servir de la valeur du courant circulant dans ce moteur, afin de connaître la valeur de la force exercée par cet actionneur. Une autre technique consiste à intégrer une jauge de contrainte entre le vérin 12 et la tringlerie 10. Le procédé décrit ci-dessus, en référence à la figure 5, est avantageusement mis en oeuvre préalablement au remplissage de la cuve 2. La figure 6 illustre un dernier mode de réalisation de l'invention, qui consiste à détecter le début de l'écoulement de métal fondu dans la busette 7. Une telle détection peut utiliser toutes les techniques connues, appropriées à cet effet. Ainsi, il est envisageable de prévoir une cellule optique 40 dans l'axe du jet du métal en fusion, qui est matérialisé par la référence 42. Une telle cellule optique peut être remplacée par une caméra. A titre de variante, il est possible d'implanter une bobine 44 dans les parois de la busette 7. Dans cet esprit, on mesure alors la visualisation d'impédance de cette bobine, qui est liée au passage du métal en fusion en son centre. Il convient de noter que le jet de métal fondu commence à apparaître, alors que la quenouille a déjà été soumise à un léger déplacement. De la sorte, une telle détection intervient pour une course de l'actionneur supérieure à Co, que l'on notera Cl sur la figure 2. Dans ces conditions, une fois l'apparition du métal fondu détectée, il s'agit de déplacer l'actionneur selon une course C'supp, qui est inférieure à celle Csupp, illustrée sur la figure 2. La différence entre ces deux valeurs, qui correspond à celle existant entre Cl et C0o, est de l'ordre de quelques dixièmes de millimètre. REVENDICATIONS 1. Procédé de démarrage automatique d'une installation de coulée continue, dans lequel on déverse du métal fondu (4) dans une lingotière (18), à partir d'une cuve (2), par déplacement d'un obturateur (6) sous l'effet d'un déplacement correspondant d'un actionneur (8), caractérisé en ce que: - on détermine une course idéale (C' OPT) de l'obturateur, pour laquelle le remplissage de la lingotière s'effectue de manière satisfaisante; - on détermine une course intermédiaire (C0) de l'actionneur (8), pour laquelle le déplacement effectif de l'obturateur est initié; et - on déplace l'actionneur, à partir de ladite course intermédiaire (CO), selon une course supplémentaire (Csupp) correspondant à un déplacement de la quenouille selon ladite course optimale (C'OPT)20 2. Procédé de démarrage automatique selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on détermine ladite course intermédiaire (CO) en détectant directement (par 20 36) le début du déplacement de l'obturateur (8). 3. Procédé de démarrage automatique selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on détermine ladite course intermédiaire (CO) en détectant un point d'inflexion (PI) dans une courbe représentant l'évolution de l'effort (E) exercé par l'actionneur en fonction de son déplacement (C) (figure 5). 4. Procédé de démarrage automatique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on détermine ladite course intermédiaire (CO) avant de remplir la cuve (2) au moyen du métal fondu (4). 5. Procédé de démarrage automatique selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'on détermine ladite course intermédiaire (CO) en temps réel, après que la cuve (2) a été remplie au moyen du métal fondu (4). 6. Ensemble pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (20; 36) de détection du début du déplacement de l'obturateur (8). 7. Ensemble selon la revendication 6, caractérisé en ce que les moyens de détection comprennent un capteur (20), disposé à une distance donnée (d) de l'obturateur (8). 8. Ensemble selon la revendication 6, caractérisé en ce que les moyens de détection comprennent un détecteur (36) associé à un organe intermédiaire (30) monté pivotant autour d'un axe horizontal (A), l'organe intermédiaire possédant une première partie (32), dont une extrémité (32') repose sur l'obturateur (8), ainsi qu'une seconde partie (34), dont une extrémité (34') est placée au voisinage dudit détecteur (36). 9. Ensemble selon la revendication 8, caractérisé en ce que la seconde partie (34) de l'organe intermédiaire (30) possède une dimension principale (L2) sensiblement supérieure à la dimension principale (L1) de la première partie (32). 10. Procédé de démarrage automatique d'une installation de coulée continue, dans lequel on déverse du métal fondu (4) dans une lingotière (18), à partir d'une cuve (2), par déplacement d'un obturateur (6) sous l'effet d'un déplacement correspondant d'un actionneur (8), caractérisé en ce que: - on détermine une course idéale (C' OPT) de l'obturateur, pour laquelle le remplissage de la lingotière s'effectue de manière satisfaisante; - on détermine une course intermédiaire (Ci) de l'actionneur (8), pour laquelle du métal fondu (4) commence à s'écouler dans une zone inférieure (7) de passage de ce métal, dont est pourvue la cuve (2); et - on déplace l'actionneur, à partir de ladite course intermédiaire (Cl), selon une course supplémentaire (C'supp) correspondant à un déplacement de la quenouille selon ladite course optimale (C'OPT) 11. Ensemble pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de détection de l'apparition de l'écoulement du métal fondu dans la zone inférieure (7) de passage du métal fondu. 12. Ensemble selon la revendication 11, caractérisé en ce que les moyens de détection de l'apparition de l'écoulement comprennent un moyen optique (40), notamment une cellule optique ou une caméra. 13. Ensemble selon la revendication 10, caractérisé en ce que les moyens de détection de l'apparition de l'écoulement comprennent un moyen électromagnétique (44), prévu dans les parois de la zone inférieure de passage (7).