Brevet FR2938203A1 — publié le 20100514

La présente invention concerne un bras de support d'une tête de mesure pour lingotière à coulée continue. Le principe général du procédé sidérurgique dit de coulée continue prévoit de couler du métal en fusion à une température de l'ordre de 1500°C dans une lingotière. Une lingotière est un moule sans fond refroidi à l'eau qui détermine la section du lingot sans limite de longueur. Le métal commence à former une peau solide dans la lingotière. L'acier est ensuite tiré vers le bas par un jeu de rouleaux extracteur, il achève de se solidifier, grâce à des jets pariétaux d'eau. Un paramètre critique du procédé de coulée continue est le niveau de métal en fusion dans la lingotière. Le niveau de métal en fusion peut être par exemple mesuré par une tête de mesure qui fonctionne selon le principe des courant induits. Le contrôle de niveau se fait en approchant la tête de mesure à proximité de la surface du métal en fusion. En pratique, il faut introduire la tête de mesure dans la bouche de la lingotière pour permettre la mesure du niveau de métal en fusion. La mesure du niveau de métal en fusion dans une lingotière peut se faire de manière manuelle ; un opérateur approche de la lingotière une tête de mesure qui est fixée en bout d'une perche. Cette pratique est peu satisfaisante dans la mesure où elle mobilise un opérateur pour le mise en place de la tête de mesure. II est également connu de disposer à demeure une tête de mesure sur la lingotière. Cette pratique présente également des inconvénients importants. Le positionnement à demeure de la tête de mesure sur la lingotière fait que dans le cas où le métal en fusion déborde de la lingotière, la tête de mesure est détruite et doit être remplacée. Dans ce contexte technique, un but de la présente invention est de proposer un dispositif permettant de positionner une tête de mesure dans un canal de coulée de lingotière à coulée continue et permettant de retirer la tête de mesure dudit canal de manière automatique. Un autre but de l'invention est de proposer un dispositif de positionnement d'une tête de mesure robuste qui soit d'un fonctionnement fiable. L'invention concerne un dispositif de positionnement d'une tête de mesure de niveau pour une lingotière à coulée continue, la lingotière possédant une face supérieure placée en regard d'une installation d'amenée de métal en fusion dans laquelle débouche un canal de coulée. De plus le dispositif comprend : - un bras à l'extrémité duquel est fixé la tête de mesure, selon une 5 direction radiale par rapport à un axe longitudinal Y dudit bras, et - un module d'entraînement du bras comprenant des moyens de mise en pivotement du bras autour d'un axe X normal à la face supérieure de la lingotière et situés à la périphérie de celle-ci et des moyens de mise en rotation du bras sur lui-même autour de son axe Y combinés à la rotation du 10 bras autour de l'axe X de façon à permettre à la tête de mesure de s'insérer dans le canal de coulée. L'invention prévoit ainsi de placer une de mesure à l'extrémité d'un bras, ce bras étant lui-même supporté par un module d'entraînement qui est déporté du canal de coulée. Un point essentiel de l'invention réside dans le fait 15 que le tête de mesure peut être entraînée par le module d'entraînement selon deux séquences successives de déplacement à savoir une première séquence de rotation du bras par rapport à un axe X déporté du canal de coulée et une seconde séquence qui combine rotation du bras par rapport à l'axe X et rotation du bras autour de son axe Y. Le module d'entraînement permet ainsi à 20 la tête de mesure de s'engager au cours d'un déplacement continu dans le canal de coulée ; cela est également le cas au cours du déplacement inverse de sortie de la tête de mesure du canal de coulée. Ce résultat est tout à fait remarquable car le canal de coulée est étroit tandis que la tête de mesure doit présenter une longueur importante pour être à proximité du niveau de métal 25 dans la lingotière. L'introduction d'une tête de mesure de grande longueur par rapport à un canal de coulée étroit représente un problème technique qui est pleinement résolu par l'invention qui propose un déplacement complexe de la tête de mesure combinant deux rotations, ce qui permet à la tête de mesure de plonger dans le canal de coulée. 30 Selon une disposition particulièrement avantageuse de l'invention, le dispositif comprend un unique actionneur cinématiquement relié au module d'entraînement conçu pour fournir à celui-ci la force motrice nécessaire à la rotation du bras autour du l'axe X et à la rotation du bras sur lui-même autour de son axe Y. Un avantage important de l'invention réside dans le fait qu'elle 35 n'utilise qu'un unique actionneur ce qui permet de contenir les couts et qui permet de réduire la maintenance. Selon une forme de réalisation, le dispositif comprend une platine de support recevant un palier à roulement centré sur l'axe X sur lequel est disposé un plateau tournant. Par ailleurs, le plateau tournant reçoit deux paliers à roulement qui 5 assurent le guidage en rotation d'un arbre coaxial de l'axe Y en bout duquel est fixé le bras. Pour permettre au bras d'entrer en rotation sur lui-même, l'arbre est équipé d'un pion excentré par rapport à l'axe Y et la platine de support est équipée d'un doigt fixe qui est placé sur la trajectoire du pion lorsque le plateau 10 tournant entre en rotation, de façon à ce que lors de la rotation du plateau tournant le pion bute contre le doigt fixe faisant ainsi tourner l'arbre et le bras autour de leur axe Y. Pour que l'arbre retrouve une position angulaire permettant à la tête de mesure d'être parallèle à la face supérieure de la lingotière, des 15 moyens élastiques de rappel agissent sur l'arbre qui se tendent lorsque l'arbre tourne autour de l'axe Y. De façon concrète, un ressort en épingle comprenant plusieurs spires et deux branches radiales est engagé sur l'arbre, l'une des branches étant en appui sur un pion dépassant d'un palier tandis que l'autre branche 20 vient en appui d'un pion mobile placé en bout de l'arbre. L'actionneur présente un corps dans lequel se déplace linéairement une tige, ladite tige étant cinématique reliée au plateau tournant. En outre, la tige de l'actionneur possède une rotule dans laquelle s'insère un jeu de tringles qui traversent la platine de support par une 25 ouverture. Pour maintenir en place le dispositif, il peut être placé sur une colonne de support à l'intérieur de laquelle sont disposés les moyens d'alimentation. Pour sa bonne compréhension, l'invention est décrite en référence 30 au dessin ci-annexé représentant à titre d'exemple non limitatif une forme de réalisation d'un dispositif de positionnement d'une tête de mesure pour une lingotière à coulée continue selon celle-ci. Figure 1 est une vue en perspective du dispositif selon l'invention, le dispositif étant positionné sur une lingotière schématisée ; 35 Figure 2 montre en vue de dessus un module d'entraînement du dispositif ; Figure 3 montre le module d'entraînement en vue de côté ; Figure 4 montre le module d'entrainement en vue de dessous ; Figure 5 montre le module d'entraînement à une échelle agrandie. La figure 1 montre de façon schématisée une lingotière 2 avec en son centre un canal de coulée 3 par lequel le métal en fusion 4 est introduit. Sur la figure 1, le canal de coulée est de section quadrangulaire, mais toute section peut être envisagée. La lingotière 2 possède une face supérieure 5 en regard d'une installation d'amenée de métal en fusion qui, de façon classique, peut comprendre deux poches de métal liquide qui alimentent successivement un répartiteur depuis lequel le metal en fusion est amené vers la lingotière 2 de sorte qu'il n'y a pas d'interruption dans la coulée. Le canal de coulée 3 débouche dans la face supérieure de la lingotière 2. Le dispositif d'entraînement 1 selon l'invention est positionné en périphérie de la lingotière 2 et se trouve au niveau de la face supérieure 5 de la lingotière 2. Le dispositif d'entraînement 1 est centré sur un axe X normal à la face supérieure 5 de la lingotière 2 et situé à la périphérie de celle-ci et comprend essentiellement trois sous ensembles, à savoir : - un bras 7, un module d'entraînement 8, - un actionneur 9, - une tête de mesure 13. Le module d'entraînement qui est le coeur du dispositif d'entraînement comprend une platine de support 10. La platine de support 10 est réalisée en tôle et possède, comme cela apparaît sur la figure 4, une ouverture 11. La figure 2 montre que le palier à roulement 12 qui possède une couronne extérieure fixe 12a et une couronne interieure mobile 12b entre lesquelles sont interposés des billes ou des rouleaux. La couronne extérieure 12a est solidaire de la platine de support 10 et peut être par exemple fixée sur celle-ci par une série de boulons passant au travers de trous 14. On note que la couronne extérieure 12a est pourvue d'un insert 16 en arc de cercle dans lequel est engagé un doigt 18. L'insert 16 en arc de cercle possède deux lumières 19 au travers desquelles passent des goujons ou vis de serrage sur la couronne extérieure 12a. Fixé sur la couronne intérieure mobile 12b, le module comprend un plateau tournant 20. Le plateau tournant 20 supporte deux paliers à roulement 21 parallèles. Ces deux paliers à roulement 21 assurent le guidage en rotation d'un arbre 22 et en assure le blocage en translation. Les deux paliers à roulement définissent un axe de rotation Y. L'arbre dépasse de chaque côté du plateau tournant 20. A l'une de ses extrémités, l'arbre 22 est doté de moyens d'interfaçage avec le bras 7. Ces moyens d'interfaçage peuvent être, par exemple, constitués par une bride 24 circulaire pourvue de trous de vissage 25. On note également la présence d'une bague 28 engagée sur l'arbre 22 .Cette bague 28 supporte un pion 29 dont la trajectoire se trouve sur celle du doigt 18 lorsque le plateau tournant 20 entre en rotation par rapport à la platine de support 10. L'importance de cette disposition apparaîtra plus loin. A l'autre extrémité de l'arbre 22, l'arbre 22 reçoit un ressort 31 en épingle. Ce ressort en épingle 31 possède plusieurs spires et deux branches 31a et 31 b partant radialement depuis les spires. L'une des branches 31a est en appui contre un pion 33 qui dépasse du palier adjacent au ressort tandis que l'autre branche vient en appui contre un pion mobile 34 placé en bout de l'arbre 22. Un carter vient capoter le module pour assurer la protection de l'ensemble des éléments et pour en particulier préserver la rotation du plateau tournant 20 par rapport à la platine de support 10. Le carter présente notamment une couronne 27 pour empêcher l'introduction de poussières dans le module de positionnement. Le carter n'est pas représenté sur le dessin. Le bras 7, qui est fixé sur le module de positionnement, est une pièce tubulaire de préférence métallique pour résister à la haute température qui règne à proximité de la lingotière 2. A l'extrémité du bras 7, on trouve la tête de mesure 13. La tête de mesure 13 présente une forme généralement cylindrique ; elle est bridée sur le bras 7 et est orientée de manière radiale par rapport au bras 7. La tête de mesure 13 peut renfermer un capteur inductif du type connu comprenant trois bobines et ne sera pas décrit plus avant. Les fils d'alimentation du capteur inductif peuvent être placés dans le bras. La jonction du bras 7 sur le module d'entraînement 8 se fait par une bride circulaire (complémentaire de la bride 24) placée à l'extrémité du bras 7 et qui assure une liaison fixe avec l'arbre 22. Le bras est donc solidaire de l'arbre 22 et suit ses mouvements autour de l'axe Y. Le dispositif selon l'invention comprend de plus un actionneur 9. Il s'agit d'un vérin double effet qui peut être selon les cas pneumatique hydraulique, ou électrique. Dans un contexte sidérugique, l'actionneur 9 est de préférence alimenté de manière pneumatique. L'actionneur 9 possède un corps 37 dans lequel se déplace linéairement une tige 38. Le vérin est fixé sur la platine de support 10 ; pour cela, la platine de support 10 peut être dotée d'un retour 39 sur lequel vient le corps du vérin 37 pour être fixé par vissage. Le retour est pourvu d'une lumière 40 qui permet de laisser passer la tige 38. La figure 3 montre la manière avec laquelle l'actionneur 9 intervient dans le dispositif selon l'invention. La tige 38 de l'actionneur 9 est reliée au plateau tournant 20. Cette liaison passe par l'ouverture pratiquée dans la platine de support 10. On a vu que le plateau tournant 20 est une pièce circulaire qui est libre de tourner par rapport à la platine support. La mise en rotation du plateau tournant 20 est faite par le vérin dont la tige est reliée au plateau tournant 20. Le point de liaison est distant du centre de rotation du plateau tournant 20. La liaison cinématique entre la tige et le plateau tournant 20 peut, par exemple, comprendre une rotule 42 placée à l'extrémité de la tige 38 et un ou plusieurs arbres 43. Le dispositif peut être lui-même disposé sur un support tel qu'une 20 colonne 45 qui permet de placer le dispositif au niveau de la face supérieure 5 de la lingotière 2. On note également la présence d'un cale 30 interposée entre le palier à roulement 21 et la bague 28. La cale 30 posséde de lumière en arc de cercle qui permette son orientation angulaire par rapport à l'axe de l'arbre 22. 25 La cale presente sur la partie inférieure une découpe 32 en V dans laquelle s'engage le pion 29. En pratique, le fonctionnement du dispositif est le suivant, en prenant comme position initiale du dispositif, la position représentée sur les figures 1 à 4 c'est-à-dire une position dans laquelle la tête de mesure 13 est 30 éloignée de la lingotière 2. Lorsqu'il est nécessaire de mettre en place la tête de mesure, un ordre est envoyé à l'actionneur 9. La tige 38 se déplace linéairement vers sa position de sortie. Dans une première séquence, le déplacement de la tige 38 de 35 l'actionneur entraine la rotation du plateau tournant 20. La rotation du plateau tournant 20 fait que le bras et la tête de mesure à son extrémité pivotent en direction du canal de coulée 3 de la lingotière 2. Durant cette séquence de déplacement, la tête de mesure 13 reste parallèle à la face supérieure 5 de la lingotière 2. Dans une seconde séquence, une rotation du bras 7 autour de son axe Y se combine avec la rotation du bras par rapport à l'axe X du plateau tournant 20 ce qui permet à la tête de mesure 13 de plonger dans le canal de coulée 3 de la lingotière 2. La rotation du bras 7 sur lui-même autour de l'axe Y est déclenchée par l'interception du pion 29 qui se trouve sur l'arbre 22 par le doigt 18 qui est fixé sur la platine support 10. Au cours de la rotation du plateau tournant 20, l'ensemble constitué par les paliers et Farbre 22 tourne jusqu'à un point où le pion 29 vient buter contre le doigt 18 qui est fixe. La rotation du plateau tournant 20 se poursuivant, l'arbre 22 est contraint d'entrer en rotation autour de l'axe Y. Simultanément, le ressort 31 est mis sous tension car le pion 34 vient en butée contre la branche 31 b. Le bras 7, qui est fixé sur l'arbre 22, est également mis en rotation et la tête de mesure 13 pivote par rapport à l'axe Y. Durant cette séquence de déplacement, il se produit donc une combinaison d'une rotation du bras 7 par rapport à l'axe X et d'une rotation du bras sur lui-même par rapport à son axe Y. C'est grâce à cette combinaison de deux rotations qui se déroulent simultanément que la tête de mesure peut plonger dans la lingotière 2. En effet, si ces deux mouvements de rotation du bras û par rapport à l'axe X et par rapport à l'axe Y û sont séquentiellement dissociés, il est impossible d'insérer la tête de mesure 13 dans la bouche de la lingotière car la tête de mesure 13 possède une longueur telle que lorsqu'il est à l'aplomb du canal de coulée 3 il ne peut pas être inséré dans ce dernier. La rotation du bras 22 se fait lorsque le pion 29 arrive en butée de la découpe 32 en V de la cale 30. II est précisé que la position angulaire de la cale 30 peut être réglée en fonction de la lingotière. Pour la sortie de la tête de mesure 13, un ordre est envoyé à l'actionneur 9 en vue de faire rentrer la tige 38. Le mouvement de rentrée de la tige 38 fait que le plateau tournant 20 revient vers sa position initiale. Le ressort de rappel 31 agit sur l'arbre 22 pour le faire revenir dans une position angulaire dans laquelle la tête de mesure 13 se trouve parallèle à la face supérieure 5 de la lingotière 2. Il est à noter que le ressort de rappel peut être enroulé à droite ou a gauche selon les cas ce qui permet d'adapter un même dispositif à différentes architectures de lingotière. L'invention fournit ainsi un dispositif qui permet d'insérer de manière pilotée une tête de mesure dans un canal de coulée de lingotière grâce à un unique actionneur. L'invention permet de répondre à la problématique de la mise en position et du retrait d'une tête de mesure dans un canal de coulée de lingotière. Outre le fait d'être de conception robuste et de ne nécessiter qu'un unique actionneur, le dispositif selon l'invention peut être facilement adapté à différente lingotière puisque l'insert 16 en arc de cercle qui porte le doigt 18 et qui, donc, détermine le début de la séquence combinant la rotation autour de l'axe X et la rotation autour de l'axe Y peut être facilement positionnée en jouant avec les lumières 19. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à la forme de réalisation décrite ci-dessus à titre d'exemple mais elle en embrasse au contraire toutes les formes de réalisation. REVENDICATIONS1. Dispositif de positionnement d'une tête de mesure (13) pour une lingotière à coulée continue, la lingotière (2) possédant une face supérieure (5) placée en regard d'une installation d'amenée de métal en fusion dans laquelle débouche un canal de coulée (3) caractérisé en ce que le dispositif comprend : - un bras (7) à l'extrémité duquel est fixé, radialement à un axe longitudinal Y dudit bras, la tête de mesure (13), et - un module d'entraînement (8) du bras (7) comprenant des moyens de mise en pivotement du bras autour d'un axe X normal à la face supérieure (5) de la lingotière (2) et situés à la périphérie de celle-ci et des moyens de mise en rotation du bras sur lui-même autour de son axe Y combinés à la rotation du bras autour de l'axe X de façon à permettre à la tête de mesure (13) de s'insérer dans le canal de coulée (3). 2. Dispositif de positionnement d'une tête de mesure selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comprend un unique actionneur (9) cinématiquement relié au module d'entraînement (8) conçu pour fournir à celui-ci la force motrice nécessaire à la rotation du bras (7) autour de l'axe X et à la rotation du bras (7) sur lui-même autour de son axe Y. 3. Dispositif de positionnement d'une tête de mesure selon la revendication 1 ou la revendication 2 caractérisé en ce que le dispositif comprend une platine de support (10) recevant un palier à roulement (12) centré sur l'axe X sur lequel est disposé un plateau tournant (20). 4. Dispositif de positionnement d'une tête de mesure selon la revendication 3, caractérisé en ce que le plateau tournant (20) reçoit deux paliers à roulement qui assurent le guidage en rotation d'un arbre (22) coaxial de l'axe Y en bout duquel est fixé le bras. 5. Dispositif de positionnement d'une tête de mesure selon la revendication 3 ou la revendication 4, caractérisé en ce que l'arbre (22) est équipé d'un pion (29) excentré par rapport à l'axe Y et en ce que la platine de support (10) est équipée d'un doigt fixe (18) qui est placé sur la trajectoire du pion (29) lorsque le plateau tournant (20) entre en rotation, de façon à ce quelors de la rotation du plateau tournant (20) le pion bute contre le doigt fixe faisant ainsi tourner l'arbre (22) et le bras autour de leur axe Y. 6. Dispositif de positionnement d'une tête de mesure selon la 5 revendication 4 ou la revendication 5, caractérisé en ce que des moyens élastiques de rappel agissent sur l'arbre (22). 7. Dispositif de positionnement d'une tête de mesure selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'un ressort (31) en épingle comprenant 10 plusieurs spires et deux branches radiales est engagé sur l'arbre (22), l'une des branches étant en appui sur un pion (33) dépassant d'un palier tandis que l'autre branche vient en appui d'un pion (34) mobile placé en bout de l'arbre (22). 15 8. Dispositif de positionnement d'une tête de mesure selon l'une des revendications 2 à 7, caractérisé en ce que l'actionneur présente un corps dans lequel se déplace linéairement une tige, ladite tige étant cinématiquement reliée au plateau tournant (20). 20 9. Dispositif de positionnement d'une tête de mesure selon la revendication 8, caractérisé en ce que la tige de l'actionneur possède une rotule dans laquelle s'insère un jeu de tringles qui traversent la platine de support (10) par une ouverture. 25 10. Dispositif de positionnement d'une tête de mesure selon l'une des revendications 5 à 9, caractérisé en ce le pion 29 est engagé dans une découpe en V d'une cale (30) dont la position est réglable par rapport à l'axe Y. 11. Dispositif de positionnement d'une tête de mesure selon l'une 30 des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le dispositif est placé sur une colonne (45) de support à l'intérieur de laquelle sont disposés les moyens d'alimentation.