Brevet FR2897003A1 — publié le 20070810

La présente invention concerne un procédé 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 remplir. En fonction de matériau final, il le bol de coulée, adjuvant destinécanal d'alimentation à l'empreinte à la nature que l'on désire conférer au est parfois nécessaire de déverser dans en même temps que le métal fondu, un 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 2 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, FR-A-2 820 063 décrit un procédé de contrôle de l'écoulement de cet adjuvant, dans lequel on choisit tout d'abord une zone cible, de passage théorique de cet adjuvant, qui est disposée en aval du dispositif permettant l'alimentation de cet adjuvant. Il s'agit ensuite de détecter par voie optique, notamment au moyen d'une caméra de type CCD, le passage effectif de cet adjuvant dans la zone cible précitée. Enfin, dans le cas où cette caméra ne détecte pas l'adjuvant, théoriquement présent dans cette zone cible, un signal d'alerte est généré de façon à avertir l'opérateur. Cette solution connue se révèle, de façon globale, tout à fait satisfaisante. L'invention vise cependant à améliorer la précision de ce procédé de contrôle antérieur, en particulier pour certaines valeurs du débit de l'adjuvant de coulée. A cet effet, elle 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, procédé dans lequel on distribue l'adjuvant depuis un moyen d'alimentation, notamment tubulaire, disposé au- dessus du bol de coulée, on choisit une zone cible de 3 passage théorique de cet adjuvant, disposée en aval du moyen d'alimentation, on détecte par voie optique, au moyen d'au moins une caméra, le passage effectif de l'adjuvant dans la zone cible et on génère le cas échéant un signal d'alerte, caractérisé en ce qu'on réalise au moins une image de la zone cible au moyen de la ou de chaque caméra, en affectant à cette image une durée d'exposition suffisamment faible pour identifier la densité de particules de cet adjuvant présentes sur la ou chaque image, et on génère le signal d'alerte si la densité de particules identifiée est inférieure à une valeur prédéterminée. Selon d'autres caractéristiques de l'invention : - on affecte une durée d'exposition de chaque image 15 comprise entre 0,1 et 0,5 millisecondes ; on affecte une durée d'exposition de chaque image d'environ 0,2 millisecondes ; on distribue l'adjuvant à un débit inférieur à 10 grammes/seconde, de préférence inférieur à 9 20 grammes/seconde ; la ou chaque caméra est de type CMOS ; - on réalise plusieurs images durant l'ensemble de la coulée du métal fondu dans le bol de coulée et on génère le signal d'alerte si, pour au moins une desdites images, 25 la densité de particules d'adjuvant identifiée est inférieure à ladite valeur prédéterminée ; - deux images successives sont séparées par un intervalle dont la durée est comprise entre 40 et 80 millisecondes ; 30 on déverse directement l'adjuvant dans un jet dudit métal fondu ; on utilise au moins une première caméra dont le faisceau s'étend parallèlement à un axe principal du flux de particules d'adjuvant, vu de dessus, ainsi qu'au moins 4 une seconde caméra, dont le faisceau est décalé angulairement par rapport au faisceau de la première caméra ; - le faisceau de la première caméra et le faisceau de la seconde caméra sont décalés mutuellement selon un angle compris entre 10 et 30 , notamment voisin de 20 . 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 une vue de côté illustrant un premier mode de réalisation du procédé de l'invention ; - les figures 2 et 3 sont des vues de face, illustrant deux images obtenues grâce à la mise en oeuvre du procédé de l'invention ; et - la figure 4 est une vue de dessus illustrant un second mode de réalisation du procédé de l'invention. 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. Selon l'enseignement de FR-A-2 820 063, on choisit une zone cible, désignée dans son ensemble par la référence Z, 5 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 optique permettant la mise en oeuvre du procédé de l'invention. Ce dispositif comprend tout d'abord une caméra 14, par exemple du type CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor). Cette caméra 14 est reliée à un système d'analyse d'images 16, associé à une alarme 18, par exemple de type visuel. 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 20 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. On dispose le tube d'alimentation 12 de façon que, dès que le métal fondu 6 s'écoule, l'adjuvant se trouve déversé directement dans le jet de ce métal fondu. Cette mesure est 6 avantageuse, puisqu'elle permet au jet d'entraîner l'adjuvant, de sorte que ce dernier est instantanément fondu. En revanche, si l'adjuvant est distribué directement dans le bol de coulée, il surnage alors durant un certain temps avant d'être fondu, ce qui conduit à la formation de plaques d'adjuvants agglomérées susceptibles de demeurer au-dessus du bol jusqu'à la fin de la coulée. Afin de contrôler que l'adjuvant est effectivement admis dans le bol de coulée 4, la caméra 14 est susceptible de détecter le contraste provoqué par les particules d'adjuvant interposées entre cette caméra 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. Conformément à l'invention, il s'agit de mettre en oeuvre sur cette caméra 14 une technique connue en soi, dite de shutterisation , au moyen d'un obturateur électronique. Dans ces conditions, la durée d'exposition de chaque image, susceptible d'être réalisée par cette caméra, est diminuée de façon sensible par rapport aux durées d'exposition classiques. Ainsi, si la durée habituelle est de l'ordre de 40 millisecondes, la durée d'exposition conforme à l'invention présente une valeur comprise entre 0,1 et 0,5 millisecondes, soit 100 à 500 microsecondes. A titre d'exemple, on mentionnera 200 microsecondes comme valeur typique de cette durée d'exposition conforme à l'invention. Les figures 2 et 3 illustrent deux images réalisées par la caméra 14, selon la procédure conforme à l'invention explicitée ci-dessus. On retrouve, sur ces figures, la zone cible Z ainsi que le jet 6 de métal fondu qui s'écoule dans cette zone Z. Etant donné la durée d'exposition très courte, la position des particules d'adjuvant dans l'espace 7 se trouve figée, de sorte qu'il est possible de distinguer ces particules sur les images des figures 2 et 3. Sur ces figures, les particules d'adjuvant, qui sont affectées des références P, sont schématiquement représentées sous forme de croix. Il est alors possible d'identifier, de façon simple et précise, la densité de ces particules P dans la zone cible Z, à savoir la surface de cette zone Z, dans laquelle sont présentes les particules P, surface qui forme par conséquent un contraste avec le jet 6 de métal fondu. On conçoit bien entendu que cette densité de particules, qui est ainsi identifiée au moyen de la caméra 14 et du système d'analyse 16, est représentative de la quantité d'adjuvant effectivement présente à un instant donné dans la zone cible Z. Afin de réaliser un contrôle satisfaisant de l'écoulement, il s'agit de déterminer au préalable une valeur seuil de la densité de particules P, telle que définie ci-dessus. A cet effet, on réalise une coulée de type standard, pour laquelle on s'assure de façon visuelle que l'adjuvant est effectivement présent dans le jet de métal fondu. Comme on l'a vu ci-dessus, il est alors possible, lors de cette coulée standard, d'identifier la densité de particules P présentes dans la zone Z, ce qui conduit à l'obtention de la valeur seuil précitée, moyennant le cas échéant l'application d'une certaine tolérance. Puis, une fois cette valeur seuil déterminée, on réalise différentes images, analogues à celles des figures 2 et 3, durant l'intégralité de la phase de coulée, dont la durée est typiquement comprise entre 5 et 20 secondes. Ces différentes images sont prises à intervalles réguliers, dont la valeur est typiquement comprise entre 40 et 80 millisecondes. Ceci permet donc d'accéder à quelques 8 centaines d'images, dont chacune est représentative de la présence d'adjuvant dans la zone cible à un instant donné. Dans le cas où, pour un nombre significatif de ces images, la densité mesurée de particules P est inférieure à la valeur seuil déterminée ci-dessus, le système d'analyse d'images 16 active l'alarme 18, de manière à avertir l'opérateur. De façon concrète, l'image de la figure 2 ne conduit pas à l'activation de l'alarme, étant donné que la densité de particules P présentes dans la zone cible Z est suffisamment élevée. En revanche, cette densité de particules P mesurée sur l'image de la figure 3 est plus faible, de sorte qu'elle est inférieure à la valeur seuil et conduit ainsi au déclenchement de l'alarme. L'invention permet d'atteindre les objectifs précédemment mentionnés. En effet, la Demanderesse a constaté que, pour des débits d'adjuvant relativement faibles, la solution décrite dans FR-A-2 820 063 montre quelques limites, en termes de précision. Ainsi, en utilisant la caméra CCD mentionnée dans cet état de la technique, dont la durée d'exposition typique de chaque image est de 40 millisecondes, les particules d'adjuvant forment des traits noirs, difficilement identifiables sur les images réalisées au moyen de cette caméra. Dans ces conditions, pour les faibles débits précités, notamment inférieurs à environ 10 grammes/seconde, la présence de ces traits est susceptible de fausser l'appréciation de la quantité d'adjuvant, effectivement présente dans la zone cible. En revanche, grâce à l'invention, le fait d'abaisser très sensiblement la durée d'exposition de chaque image permet une visualisation très nette des différentes particules d'adjuvant, en particulier pour de faibles débits de ce dernier. Dans ces conditions, la densité de 9 ces particules dans la zone cible peut être identifiée précisément, puis comparée à une valeur seuil. Ceci garantit une appréciation particulièrement fiable de la quantité d'adjuvant effectivement présente dans le jet de métal fondu. L'invention n'est pas limitée à l'exemple décrit et représenté. A cet égard, la figure 4 illustre une variante de réalisation où on retrouve, outre la caméra 14 décrite en référence aux figures précédentes, une caméra supplémentaire 14'. Sur cette figure 4, qui est une vue de dessus, on retrouve le jet de métal fondu 6, le tube d'alimentation 12, ainsi que le flux de particules P d'adjuvant. Conformément à cette variante de réalisation, le faisceau 20 de la première caméra 14 s'étend parallèlement à l'axe principal A du tube d'alimentation 12, qui correspond également à l'axe du flux d'adjuvant, ce dernier étant vu de dessus. En revanche, le faisceau 20' de la seconde caméra 14', tout en étant dirigé vers le jet de métal fondu 6, se trouve décalé angulairement par rapport au premier faisceau 20, selon un angle noté a. Cet angle a est typiquement compris entre 10 et 30 degrés, notamment voisin de 20 degrés. L'agencement de cette figure 4 est avantageux, dans la mesure où la seconde caméra 14' permet d'accéder à un autre angle de vision, décalé par rapport à celui conféré par la première caméra 14. L'opérateur est alors à même d'accéder à une vision. en profondeur de l'ensemble de l'opération de coulée. Grâce au mode de réalisation de la figure 4, il est possible de déterminer certains cas où l'adjuvant n'est pas déversé dans le jet, mais directement dans le bol de 10 coulée, voire à côté de ce dernier, c'est-à-dire sur le sable du moule où il est alors totalement inopérant. Dans ce cas, l'image réalisée par la première caméra 14 fait apparaître une densité de particules d'adjuvant présentes qui n'est pas inférieure à la valeur seuil. L'éventuelle anomalie peut cependant être détectée grâce à la seconde caméra 14', qui réalise une image dont sont absentes les particules d'adjuvant, ce qui permet d'alerter l'opérateur. 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), procédé dans lequel on distribue l'adjuvant depuis un moyen d'alimentation (12), notamment tubulaire, disposé au-dessus du bol de coulée (4), on choisit une zone cible (Z) de passage théorique de cet adjuvant, disposée en aval du moyen d'alimentation (12), on détecte par voie optique, au moyen d'au moins une caméra (14, 14'), le passage effectif de l'adjuvant dans la zone cible (Z) et on génère le cas échéant un signal d'alerte, caractérisé en ce qu'on réalise au moins une image de la zone cible (Z) au moyen de la ou de chaque caméra (14, 14'), en affectant à cette image une durée d'exposition suffisamment faible pour identifier la densité de particules (P) de cet adjuvant présentes sur la ou chaque image, et on génère le signal d'alerte si la densité de particules identifiée est inférieure à une valeur prédéterminée. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on affecte une durée d'exposition de chaque image comprise entre 0,1 et 0,5 millisecondes. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'on affecte une durée d'exposition de chaque image d'environ 0,2 millisecondes. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on distribue l'adjuvant à un débit inférieur à 10 grammes/seconde, de préférence inférieur à 9 grammes/seconde. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la ou chaque caméra (14, 14') est de type CMOS. 12 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on réalise plusieurs images durant l'ensemble de la coulée du métal fondu dans le bol de coulée (4) et on génère le signal d'alerte si, pour au moins une desdites images, la densité de particules d'adjuvant identifiée est inférieure à ladite valeur prédéterminée. 7. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que deux images successives sont séparées par un intervalle dont la durée est comprise entre 40 et 80 millisecondes. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on déverse directement l'adjuvant dans un jet (6) dudit métal fondu. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on utilise au moins une première caméra (14) dont le faisceau (20) s'étend parallèlement à un axe principal (A) du flux de particules d'adjuvant, vu de dessus, ainsi qu'au moins une seconde caméra (14'), dont le faisceau (20') est décalé angulairement par rapport au faisceau de la première caméra. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le faisceau (20) de la première caméra (14) et le faisceau (20') de la seconde caméra (14') sont décalés mutuellement selon un angle (a) compris entre 10 et 30 , notamment voisin de 20 .