BE1026740B1 - Method for balancing a flow of liquid steel in an ingot mold and continuous casting system of liquid steel - Google Patents
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Abstract
Ce procédé pour équilibrer un écoulement d'acier liquide dans une lingotière, dans lequel l'acier est introduit dans la lingotière (12) depuis un répartiteur au travers d'une busette de protection débouchant sous le niveau d'acier dans la lingotière, comprend les étapes suivantes : a) acquisition d'un ensemble de caractéristiques de l'écoulement dans la lingotière, b) comparaison des caractéristiques de l'écoulement acquises à l'étape précédente avec un modèle prédéfini et détermination des actions d'ajustement à prendre pour équilibrer l'écoulement, et c) ajustement de l'écoulement.This method for balancing a flow of liquid steel in a mold, in which the steel is introduced into the mold (12) from a distributor through a protective nozzle opening below the level of steel in the mold, comprises the following steps: a) acquisition of a set of characteristics of the flow in the ingot mold, b) comparison of the characteristics of the flow acquired in the previous step with a predefined model and determination of the adjustment actions to be taken for balance the flow, and c) flow adjustment.
Description
Procédé pour équilibrer un écoulement d'acier liquide dans une lingotière et système de coulée continue d'acier liquideMethod for balancing a flow of liquid steel in a mold and continuous casting system for liquid steel
L’invention concerne une installation de coulée continue de métaux. Plus particulièrement, l’invention concerne un procédé pour équilibrer un écoulement d'acier liquide dans une lingotière. Selon un autre de ses aspects, l'invention concerne un système de coulée continue d'acier liquide.The invention relates to a continuous metal casting installation. More particularly, the invention relates to a method for balancing a flow of liquid steel in an ingot mold. According to another of its aspects, the invention relates to a continuous casting system for liquid steel.
Une installation de coulée continue de métaux, par exemple, une installation de coulée continue d'acier, comprend généralement une lingotière dans laquelle on verse un métal liquide depuis un distributeur ou répartiteur en vue de sa solidification sous une forme adéquate. Il peut par exemple s’agir d’une lingotière sans fond, auquel cas le métal refroidit en formant une brame. Pour refroidir le métal liquide, des parois de la lingotière sont accolées ou adossées à des dispositifs de refroidissement, par exemple du type à liquide. La lingotière et les dispositifs de refroidissement sont dimensionnés en fonction de la vitesse d’écoulement du métal de sorte que la brame, lorsqu’elle sort de la lingotière, présente une surface externe solidifiée d’une épaisseur suffisamment importante pour piéger le métal encore liquide se trouvant au cœur de la brame.A continuous metal casting installation, for example, a continuous steel casting installation, generally comprises an ingot mold into which a molten metal is poured from a distributor or distributor for solidification in an adequate form. For example, it can be a bottomless ingot mold, in which case the metal cools down to form a slab. To cool the liquid metal, the walls of the mold are attached to or leaned against cooling devices, for example of the liquid type. The ingot mold and the cooling devices are sized according to the speed of flow of the metal so that the slab, when it leaves the ingot mold, has a solidified external surface of sufficient thickness to trap the still liquid metal being at the heart of the slab.
Le répartiteur est équipé d’une, voire plusieurs, busette sous le niveau d’acier dans la lingotière destinée à protéger le métal liquide lors de son écoulement vers la lingotière. Généralement, la busette est disposée symétriquement par rapport à la lingotière de manière à ce que l’écoulement soit le plus homogène possible pendant les opérations de coulée continue. En effet, un écoulement non équilibré dans la lingotière peut avoir des conséquences négatives sur la qualité de la brame, telles que des risques de percée, une hétérogénéité de l’acier coulé, une mauvaise répartition de la poudre lubrifiante, etc.The distributor is equipped with one, or even several, nozzles under the steel level in the ingot mold intended to protect the liquid metal during its flow towards the ingot mold. Generally, the nozzle is arranged symmetrically with respect to the ingot mold so that the flow is as homogeneous as possible during continuous casting operations. Indeed, an unbalanced flow in the mold can have negative consequences on the quality of the slab, such as risks of breakthrough, heterogeneity of the cast steel, poor distribution of the lubricating powder, etc.
Néanmoins, certains incidents peuvent perturber l’équilibre de l’écoulement de l’acier liquide depuis le répartiteur dans la lingotière. Par exemple, il peut arriver qu’une des ouïes de la busette soit érodée ou colmatée à l’alumine, que de l’acier se solidifie dans la busette, ou qu’un débris se loge dans la busette. Tous ces incidents ont pour effet de perturber la symétrie de l’écoulement et donc potentiellement de nuire à la qualité des brames produites, voire de détériorer l’installation de coulée continue. A ce jour, aucune solution n’existe pour détecter de telles situations et encore moins d’y remédier.However, certain incidents can disturb the balance of the flow of liquid steel from the distributor in the mold. For example, it may happen that one of the holes in the nozzle is eroded or clogged with alumina, that steel solidifies in the nozzle, or that debris becomes lodged in the nozzle. All of these incidents have the effect of disturbing the symmetry of the flow and therefore potentially damaging the quality of the slabs produced, or even damaging the continuous casting installation. To date, no solution exists to detect such situations and even less to remedy them.
Un but de l’invention est de permettre la détection des incidents perturbant l’écoulement de l’acier liquide et de rétablir la symétrie de l’écoulement.An object of the invention is to allow the detection of incidents disturbing the flow of liquid steel and to restore the symmetry of the flow.
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A cet effet, on prévoit selon l’invention un procédé pour équilibrer un écoulement d'acier liquide dans une lingotière, dans lequel l'acier est introduit dans la lingotière depuis un répartiteur au travers d'une busette de protection débouchant sous le niveau d'acier dans la lingotière, comprenant les étapes suivantes :To this end, there is provided according to the invention a method for balancing a flow of liquid steel in a mold, in which steel is introduced into the mold from a distributor through a protective nozzle opening below the level d steel in the mold, comprising the following stages:
a) acquisition d'un ensemble de caractéristiques de l'écoulement dans la lingotière,a) acquisition of a set of flow characteristics in the mold,
b) comparaison des caractéristiques de l'écoulement acquises à l'étape précédente avec un modèle prédéfini et détermination des actions d'ajustement à prendre pour équilibrer l'écoulement, etb) comparison of the characteristics of the flow acquired in the previous step with a predefined model and determination of the adjustment actions to be taken to balance the flow, and
c) ajustement de l'écoulement.c) flow adjustment.
Ainsi, il est possible de déterminer si l’écoulement est perturbé grâce à la mesure de caractéristiques de l’écoulement et à la comparaison de ces mesures avec un modèle prédéfini. On permet dès lors une évaluation pratiquement instantanée de la qualité de l’écoulement. Et dans le cas où une perturbation intervient, c’est-à-dire un écart suffisamment important entre les caractéristiques mesurées et le modèle, il est possible de réagir en ajustant l’écoulement de manière à atténuer les perturbations. On améliore de la sorte significativement la qualité des brames produites.Thus, it is possible to determine if the flow is disturbed by measuring the characteristics of the flow and by comparing these measurements with a predefined model. This allows an almost instantaneous assessment of the quality of the flow. And in the event that a disturbance occurs, that is to say a sufficiently large difference between the measured characteristics and the model, it is possible to react by adjusting the flow so as to attenuate the disturbances. This significantly improves the quality of the slabs produced.
Avantageusement, les étapes a) à c) sont répétées en continu pendant les opérations de coulée.Advantageously, steps a) to c) are repeated continuously during the casting operations.
Le procédé peut ainsi être mis en œuvre tout le long de la période de fonctionnement de l’installation de coulée continue.The method can thus be implemented throughout the operating period of the continuous casting installation.
Avantageusement, les caractéristiques de l'écoulement sont obtenues par une analyse des caractéristiques thermiques de l'acier dans la lingotière.Advantageously, the characteristics of the flow are obtained by an analysis of the thermal characteristics of the steel in the ingot mold.
La température de lingotière étant aisément mesurable en un grand nombre de positions, cela contribue à rendre le procédé facile à mettre en œuvre.The ingot mold temperature being easily measurable in a large number of positions, this contributes to making the process easy to implement.
Avantageusement, la lingotière est du type constituée par un assemblage de plaques métalliques adossées à des dispositifs de refroidissement configurés pour permettre le refroidissement des plaques métalliques par la circulation d'un fluide de refroidissement, comprenant une fibre optique, comportant une pluralité de filtres de Bragg, s’étendant dans une paroi d’au moins une desdites plaques, la fibre optique s’étendant dans une direction non parallèle à l’axe de coulée de la lingotière.Advantageously, the ingot mold is of the type constituted by an assembly of metal plates backed by cooling devices configured to allow the cooling of the metal plates by the circulation of a cooling fluid, comprising an optical fiber, comprising a plurality of Bragg filters , extending in a wall of at least one of said plates, the optical fiber extending in a direction not parallel to the casting axis of the mold.
Avantageusement, le procédé comprend en outre les étapes suivantes :Advantageously, the method further comprises the following steps:
- mesure de la température d'au moins une paroi de la lingotière au moyen de la fibre optique, etmeasurement of the temperature of at least one wall of the ingot mold by means of the optical fiber, and
- ajustement de l'écoulement.- flow adjustment.
La mesure de la température se fait ainsi grâce à la fibre optique, qui est fiable et facile à mettre en place dans la lingotière. En particulier, on peut utiliser une lingotièreThe temperature measurement is done thanks to the optical fiber, which is reliable and easy to set up in the mold. In particular, an ingot mold can be used
-3BE2019/5406 telle que décrite dans la demande de brevet belge 2018/5193 ou dans la demande de brevet belge déposée simultanément à la présente demande.-3BE2019 / 5406 as described in Belgian patent application 2018/5193 or in the Belgian patent application filed simultaneously with this application.
Avantageusement, l'ajustement de l'écoulement est réalisé en opérant un mouvement relatif entre la busette et la lingotière.Advantageously, the adjustment of the flow is achieved by making a relative movement between the nozzle and the mold.
De préférence, le mouvement relatif entre la busette et la lingotière est opéré suivant une direction parallèle à l'axe longitudinal de la lingotière.Preferably, the relative movement between the nozzle and the mold is carried out in a direction parallel to the longitudinal axis of the mold.
Avantageusement, la busette est solidaire du répartiteur et le mouvement relatif entre la busette et la lingotière est réalisé en déplaçant le répartiteur par rapport à la lingotière. Par exemple en opérant un léger mouvement du chariot porte-répartiteur.Advantageously, the nozzle is integral with the distributor and the relative movement between the nozzle and the mold is carried out by moving the distributor relative to the mold. For example by operating a slight movement of the distributor-carrier carriage.
Suivant une variante de l'invention, le mouvement relatif entre la busette et la lingotière est opéré par décalage angulaire de la busette selon l'axe longitudinal de la lingotière. Il est également possible de combiner les deux mouvements (linéaire et angulaire).According to a variant of the invention, the relative movement between the nozzle and the ingot mold is effected by angular offset of the nozzle along the longitudinal axis of the ingot mold. It is also possible to combine the two movements (linear and angular).
En variante, dans le cas où le répartiteur est pourvu d'un dispositif de remplacement de busette de coulée ou de régulation du débit d'acier par étranglement au moyen d'une plaque déplacée perpendiculairement à la direction de l'écoulement, il est suffisant de déplacer un tel dispositif par rapport à la lingotière.As a variant, in the case where the distributor is provided with a device for replacing the pouring nozzle or for regulating the flow of steel by throttling by means of a plate moved perpendicular to the direction of flow, it is sufficient to move such a device relative to the mold.
L’ajustement de l’écoulement est ainsi réalisé par une opération simple à mettre en oeuvre.The adjustment of the flow is thus carried out by an operation which is simple to implement.
On prévoit également selon l’invention un système de coulée continue d'acier liquide d'un répartiteur vers une lingotière de coulée continue, comprenant :According to the invention, a continuous casting system is also provided for liquid steel from a distributor to a continuous casting ingot mold, comprising:
- un répartiteur,- a dispatcher,
- une lingotière du type constituée par un assemblage de plaques métalliques adossées à des dispositifs de refroidissement configurés pour permettre le refroidissement des plaques métalliques par la circulation d'un fluide de refroidissement, comprenant une fibre optique, comportant une pluralité de filtres de Bragg, s’étendant dans une paroi d’au moins une desdites plaques, la fibre optique s’étendant dans une direction non parallèle à l’axe de coulée de la lingotière,- an ingot mold of the type constituted by an assembly of metal plates backed by cooling devices configured to allow the cooling of the metal plates by the circulation of a cooling fluid, comprising an optical fiber, comprising a plurality of Bragg filters, s 'extending in a wall of at least one of said plates, the optical fiber extending in a direction not parallel to the casting axis of the mold,
- une busette de protection dont l'extrémité inférieure débouche sous le niveau d'acier dans la lingotière pendant la coulée de l'acier, la busette étant solidaire du répartiteur,a protective nozzle, the lower end of which opens out below the level of steel in the ingot mold during the casting of steel, the nozzle being integral with the distributor,
- un émetteur-récepteur agencé pour envoyer de la lumière dans la fibre optique et recevoir de la lumière réfléchie et/ou transmise par la fibre optique,- a transceiver arranged to send light into the optical fiber and to receive light reflected and / or transmitted by the optical fiber,
- un processeur agencé pour :- a processor designed to:
a) transformer des données sur la lumière réfléchie et/ou transmise reçue par l’émetteur-récepteur en une information sur l'écoulement dans la lingotière,a) transform data on the reflected and / or transmitted light received by the transceiver into information on the flow in the ingot mold,
b) comparer cette information avec un modèle prédéfini,b) compare this information with a predefined model,
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c) déterminer les actions d'ajustement à prendre pour équilibrer l'écoulement,c) determine the adjustment actions to take to balance the flow,
d) émettre un signal de commande,d) send a control signal,
- des moyens d'ajustement agencés pour recevoir le signal de commande et pour ajuster l'écoulement de l'acier dans la lingotière en fonction du signal de commande.- Adjustment means arranged to receive the control signal and to adjust the flow of steel in the mold according to the control signal.
Avantageusement, les moyens d'ajustement comprennent un chariot porterépartiteur.Advantageously, the adjustment means comprise a distributor-carrying carriage.
Les moyens d’ajustement sont ainsi formés par des moyens simples.The adjustment means are thus formed by simple means.
On va maintenant présenter un mode de réalisation de l’invention donné à titre d’exemple non limitatif et à l’appui des figures annexées sur lesquelles :We will now present an embodiment of the invention given by way of nonlimiting example and with the support of the appended figures in which:
- la figure 1 est une vue d’ensemble d’une installation de coulée continue de métaux permettant la mise en oeuvre d’un procédé pour équilibrer un écoulement d'acier liquide dans une lingotière selon l’invention,FIG. 1 is an overall view of a continuous metal casting installation allowing the implementation of a method for balancing a flow of liquid steel in an ingot mold according to the invention,
- les figures 2a et 2b sont des schémas illustrant le fonctionnement de l’installation de la figure 1,- Figures 2a and 2b are diagrams illustrating the operation of the installation of Figure 1,
- la figure 3 est une vue en coupe de la lingotière de l’installation de la figure 1,- Figure 3 is a sectional view of the mold of the installation of Figure 1,
- la figure 4 est une vue en perspective d’une plaque de la lingotière de la figure 3,FIG. 4 is a perspective view of a plate of the mold of FIG. 3,
- la figure 5 est une vue en coupe longitudinale d’une fibre optique contenue dans la paroi de la figure 4,FIG. 5 is a view in longitudinal section of an optical fiber contained in the wall of FIG. 4,
- la figure 6 est un schéma expliquant le fonctionnement de la fibre optique de la figure 5, etFIG. 6 is a diagram explaining the operation of the optical fiber of FIG. 5, and
- la figure 7 est une vue à plus grande échelle de l’installation de la figure 1 illustrant la mise en oeuvre du procédé pour équilibrer l’écoulement d'acier liquide dans la lingotière.- Figure 7 is an enlarged view of the installation of Figure 1 illustrating the implementation of the method for balancing the flow of liquid steel in the mold.
On a représenté en figure 1 une installation de coulée continue de métaux 2. Elle a une configuration classique, si bien que la plupart de ses éléments constitutifs ne seront présentés que brièvement.FIG. 1 shows a continuous metal casting installation 2. It has a conventional configuration, so that most of its constituent elements will only be presented briefly.
L’installation 2 comprend des poches 4 contenant du métal liquide qu’on souhaite faire refroidir. Les poches 4 sont ici au nombre de deux et sont portées par un bras motorisé 6. Ce bras motorisé 6 est notamment apte à déplacer les poches 4 qui sont amenées pleine dans la zone de coulée par un système de transport (par exemple un pont roulant, non représenté) en provenance d’une zone de remplissage où le métal fondu peut y être versé, par exemple un four ou un convertisseur (non représenté) avant de les amener à la position illustrée en figure 1. Après vidange de la poche 4, le bras motorisé 6 permet également de positionner la poche vide dans une position où le système de transport peut la reprendre et l'amener en zone de préparation où elle sera reconditionnée avant de retourner en zone de remplissage.The installation 2 comprises pockets 4 containing liquid metal which it is desired to cool. The pockets 4 are here two in number and are carried by a motorized arm 6. This motorized arm 6 is in particular able to move the pockets 4 which are brought full into the casting zone by a transport system (for example an overhead crane , not shown) coming from a filling zone where the molten metal can be poured into it, for example an oven or a converter (not shown) before bringing them to the position illustrated in FIG. 1. After emptying of the bag 4 , the motorized arm 6 also makes it possible to position the empty bag in a position where the transport system can take it back and bring it to the preparation zone where it will be reconditioned before returning to the filling zone.
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L’installation 2 comprend un répartiteur ou bassin répartiteur 8 situé en dessous des poches 4. Ces dernières présentent un fond ouvrable permettant de faire couler le métal liquide dans le répartiteur 8.The installation 2 comprises a distributor or distributor basin 8 located below the pockets 4. The latter have an opening bottom allowing the liquid metal to flow into the distributor 8.
Le répartiteur 8 comprend un orifice d’écoulement qui peut être obturé par une quenouille 10 qui permet de contrôler l’écoulement de métal liquide. L'orifice d'écoulement du répartiteur se prolonge par une busette de protection 11 (également appelée tube de coulée d'entrée immergée, SEN) permettant de protéger le métal liquide déversé. La busette 11 est solidaire du répartiteur 8.The distributor 8 includes a flow orifice which can be closed by a stopper 10 which makes it possible to control the flow of liquid metal. The flow orifice of the distributor is extended by a protective nozzle 11 (also called submerged inlet pouring tube, SEN) making it possible to protect the liquid metal spilled. The nozzle 11 is integral with the distributor 8.
Comme cela est plus visible sur la figure 2a et à plus grande échelle sur la figure 2b, la busette 11 débouche dans une ouverture supérieure d’une lingotière 12. Il s’agit ici d’une lingotière sans fond présentant un axe de coulée qui est vertical. La lingotière 12 sera décrite plus en détails plus loin.As is more visible in Figure 2a and on a larger scale in Figure 2b, the nozzle 11 opens into an upper opening of an ingot mold 12. Here it is a bottomless ingot mold having a casting axis which is vertical. The mold 12 will be described in more detail below.
L’installation 2 comprend des dispositifs de refroidissement 14 positionnés sur une surface externe de la lingotière 12. Il s’agit de dispositifs de refroidissement du type à liquide. Ils comprennent à cet effet des conduits dans lequel s’écoule un fluide réfrigérant, par exemple de l’eau. Le fluide réfrigérant absorbe la chaleur du métal liquide se trouvant dans la lingotière 12 afin de le faire refroidir et solidifier. Ici, le métal se solidifie sous la forme d’une brame présentant une surface externe solidifiée 18 enclavant un noyau liquide 20.The installation 2 includes cooling devices 14 positioned on an external surface of the ingot mold 12. These are cooling devices of the liquid type. To this end, they include conduits through which a cooling fluid, for example water, flows. The refrigerant absorbs the heat of the liquid metal located in the mold 12 in order to make it cool and solidify. Here, the metal solidifies in the form of a slab having a solidified external surface 18 enclosing a liquid core 20.
L’installation 2 comprend un guide à rouleaux 16 se trouvant en aval de la lingotière 12. Le guide 16 permet de guider la brame, dont une surface externe 18 est solidifiée, hors de la lingotière 12. Comme cela est visible sur la figure 2a, la brame se solidifie progressivement à mesure qu’elle se déplace dans le guide 16. En d’autres termes, plus on s’éloigne de la lingotière 12, plus la surface externe solidifiée 18 de la brame augmente en volume et plus le noyau liquide 20 de la brame diminue en volume.The installation 2 comprises a roller guide 16 located downstream of the mold 12. The guide 16 makes it possible to guide the slab, of which an external surface 18 is solidified, out of the mold 12. As can be seen in FIG. 2a , the slab gradually solidifies as it moves in the guide 16. In other words, the further one moves away from the ingot mold 12, the more the external solidified surface 18 of the slab increases in volume and the more the core liquid 20 of the slab decreases in volume.
On a représenté la lingotière 12 plus en détails sur la figure 3. Elle présente ici quatre plaques 22 (la quatrième n’étant pas visible du fait de la position du plan de coupe). Les plaques 22 sont réalisées en cuivre ou en alliage de cuivre, qui sont des matériaux présentant une grande conductivité thermique et facilitent donc les échanges de chaleur entre les dispositifs de refroidissement 14 et la lingotière 12. Les plaques 22 sont agencées de sorte que la lingotière 12 présente une section droite globalement rectangulaire ou carrée. On pourrait toutefois prévoir d’agencer les plaques de sorte que la lingotière présente une toute autre forme de section droite ou non. Par exemple, une section supérieure en forme d'entonnoir conventionnellement utilisée pour la coulée en brame mince.The ingot mold 12 is shown in more detail in FIG. 3. It has here four plates 22 (the fourth not being visible due to the position of the cutting plane). The plates 22 are made of copper or a copper alloy, which are materials having a high thermal conductivity and therefore facilitate the exchange of heat between the cooling devices 14 and the mold 12. The plates 22 are arranged so that the mold 12 has a generally rectangular or square cross section. However, provision could be made to arrange the plates so that the mold has a completely different shape of cross section or not. For example, a funnel-shaped upper section conventionally used for thin slab casting.
Dans ce qui suit, pour des raisons de concision, l'invention sera décrite plus en détail sur base d'un arrangement de lingotière tel que décrit dans la demande deIn the following, for the sake of brevity, the invention will be described in more detail on the basis of an ingot mold arrangement as described in the application for
-6BE2019/5406 brevet belge 2018/5193, à savoir avec une fibre optique logée dans un canal formé dans la paroi de la lingotière. Il doit toutefois être compris que selon un autre mode de réalisation de l'invention, la fibre optique peut-être logée dans une gorge formée à la surface de la lingotière et fermée par une languette, telle que décrit dans la demande de brevet belge déposée simultanément à la présente demande.-6BE2019 / 5406 Belgian patent 2018/5193, namely with an optical fiber housed in a channel formed in the wall of the ingot mold. It should however be understood that according to another embodiment of the invention, the optical fiber can be housed in a groove formed on the surface of the ingot mold and closed by a tongue, as described in the Belgian patent application filed simultaneously with this application.
Une des plaques 22 de la lingotière 12 est représentée à plus grande échelle sur la figure 4, sur laquelle l’axe de coulée correspond à la direction verticale. La plaque 22 comporte dans sa paroi au moins un canal 24 s’étendant dans une direction non parallèle à l’axe de coulée de la lingotière 12. Plus précisément, le canal 24 présente un angle avec l’axe de coulée compris entre 75° et 105°. Ici, le canal 24 est perpendiculaire à l’axe de coulée. Les canaux 24 sont ici au nombre de quatre. Un capot de protection 26 est installé sur la zone de la plaque 22 où les canaux 24 débouchent pour les protéger.One of the plates 22 of the ingot mold 12 is shown on a larger scale in FIG. 4, on which the casting axis corresponds to the vertical direction. The plate 22 has in its wall at least one channel 24 extending in a direction not parallel to the casting axis of the mold 12. More specifically, the channel 24 has an angle with the casting axis between 75 ° and 105 °. Here, channel 24 is perpendicular to the casting axis. There are four channels 24 here. A protective cover 26 is installed on the area of the plate 22 where the channels 24 open to protect them.
Une fibre optique 28 est logée dans chacun des canaux 24. En référence aux figures 5 et 6, chaque fibre optique 28 comprend une gaine optique 30 ainsi qu’une âme 32 entourée par la gaine optique 30. La fibre optique 28 comprend dans son âme 32 plusieurs filtres de Bragg 34. La fibre optique 28 comporte au moins dix filtres de Bragg 10 par mètre, de préférence au moins vingt filtres de Bragg par mètre, de manière préférée au moins trente filtres de Bragg par mètre, et de manière encore plus préférée au moins quarante filtres de Bragg par mètre. A titre de variante de réalisation, on pourrait prévoir que la lingotière ne contienne qu’une seule fibre optique. Dans ce qui suit, on considérera que l’installation 2 ne comporte qu’une fibre optique pour faciliter sa description.An optical fiber 28 is housed in each of the channels 24. With reference to FIGS. 5 and 6, each optical fiber 28 comprises an optical sheath 30 as well as a core 32 surrounded by the optical sheath 30. The optical fiber 28 comprises in its core 32 several Bragg filters 34. The optical fiber 28 comprises at least ten Bragg filters 10 per meter, preferably at least twenty Bragg filters per meter, preferably at least thirty Bragg filters per meter, and even more preferred at least forty Bragg filters per meter. As an alternative embodiment, it could be provided that the ingot mold contains only a single optical fiber. In what follows, we will consider that the installation 2 comprises only one optical fiber to facilitate its description.
Le fonctionnement de la fibre optique 28 est illustré en figure 6. Les filtres de Bragg 34 sont des filtres qui permettent de réfléchir la lumière sur une plage de longueur d’onde centrée sur une valeur prédéterminée, dite longueur d’onde réfléchie, réglable par le constructeur du filtre. Cette valeur prédéterminée est par ailleurs une fonction notamment de la température à laquelle se situe le filtre, de sorte qu’on peut écrire pour chaque filtre :The operation of the optical fiber 28 is illustrated in FIG. 6. The Bragg filters 34 are filters which make it possible to reflect light over a wavelength range centered on a predetermined value, called the reflected wavelength, adjustable by the filter manufacturer. This predetermined value is also a function in particular of the temperature at which the filter is located, so that one can write for each filter:
Âréfléchie = f ( Ä0, T ) où Aréf|échie est la longueur d’onde effectivement réfléchie par le filtre, f est une fonction connue, T est la température du filtre et λ0 la longueur d’onde réfléchie par le filtre à une température prédéterminée, par exemple à température ambiante.Reflexed = f (Ä0, T) where A ref | echie is the wavelength actually reflected by the filter, f is a known function, T is the temperature of the filter and λ 0 the wavelength reflected by the filter at a predetermined temperature, for example at room temperature.
Ces deux propriétés permettent d’utiliser la fibre optique 28 en tant que capteur de température. Dans un premier temps, on installe dans la fibre optique 28 des filtres de Bragg 34 ayant des valeurs de longueur d’onde réfléchie λ0 distinctes et choisies, par exemple décalée une à une de 5 nanomètres. On envoie ensuite un faisceau lumineuxThese two properties make it possible to use the optical fiber 28 as a temperature sensor. Firstly, Bragg filters 34 are installed in the optical fiber 28 having values of reflected and selected wavelength λ 0 which are selected and, for example, shifted one by one by 5 nanometers. We then send a light beam
-7 BE2019/5406 présentant un spectre polychromatique 35a, par exemple de la lumière blanche, dans la fibre optique 28 puis on détermine les pics de longueurs d’onde représentées dans le spectre du faisceau réfléchi 35b. A chaque pic, on compare la valeur mesurée ^réfléchie et la valeur théorique de la longueur d’onde réfléchie à température ambiante λ0, et on calcule la température T du filtre en question grâce à la fonction f. De manière alternative, il est aussi possible d’effectuer ces étapes sur la base des creux dans le spectre du faisceau transmis 35c si la configuration du canal 24 dans lequel est logée la fibre optique 28 le permet.-7 BE2019 / 5406 having a polychromatic spectrum 35a, for example white light, in the optical fiber 28 and then determining the wavelength peaks represented in the spectrum of the reflected beam 35b. At each peak, the measured value ^ reflected and the theoretical value of the wavelength reflected at ambient temperature λ 0 are compared, and the temperature T of the filter in question is calculated using the function f. Alternatively, it is also possible to carry out these steps on the basis of the troughs in the spectrum of the transmitted beam 35c if the configuration of the channel 24 in which the optical fiber 28 is housed allows.
Ainsi, l’installation de la fibre optique 28 dans une des plaques 22 de la lingotière 12 permet de mesurer la température de cette plaque, notamment de sa paroi en contact avec le métal coulé, en des positions prédéterminées suivre son évolution dans le temps. Afin d’obtenir un nombre suffisant de points de mesure, il est préféré de placer au moins une fibre optique 28 dans deux plaques 22 en vis-à-vis, voire dans chacune des quatre plaques 22 de la lingotière 12.Thus, the installation of the optical fiber 28 in one of the plates 22 of the mold 12 makes it possible to measure the temperature of this plate, in particular of its wall in contact with the cast metal, in predetermined positions to follow its evolution over time. In order to obtain a sufficient number of measurement points, it is preferred to place at least one optical fiber 28 in two plates 22 facing each other, or even in each of the four plates 22 of the mold 12.
Aux fins de l’équilibrage de l’écoulement de l’acier liquide dans la lingotière 12, l’installation 2 comprend en outre :For the purpose of balancing the flow of liquid steel in the ingot mold 12, the installation 2 further comprises:
- un émetteur-récepteur agencé pour envoyer de la lumière dans la fibre optique 28 et recevoir de la lumière réfléchie et/ou transmise par la fibre optique 28,a transceiver arranged to send light into the optical fiber 28 and to receive light reflected and / or transmitted by the optical fiber 28,
- un processeur agencé pour :- a processor designed to:
a) transformer des données sur la lumière réfléchie et/ou transmise reçue par l’émetteur-récepteur en une information sur l'écoulement dans la lingotière;a) transform data on the reflected and / or transmitted light received by the transceiver into information on the flow in the ingot mold;
b) comparer cette information avec un modèle prédéfini,b) compare this information with a predefined model,
c) déterminer les actions d'ajustement à prendre pour équilibrer l'écoulement;c) determine the adjustment actions to take to balance the flow;
d) émettre un signal de commande vers un système d'ajustement, etd) send a control signal to an adjustment system, and
- un système d'ajustement agencé pour ajuster l'écoulement de l'acier dans la lingotière 12 en fonction d'un signal de commande émis par le processeur.- An adjustment system arranged to adjust the flow of steel in the mold 12 as a function of a control signal emitted by the processor.
Le fonctionnement de ces éléments va être décrit dans ce qui suit.The operation of these elements will be described in the following.
A tout moment lors de l’écoulement, on effectue des mesures d’un ensemble de caractéristiques de l’écoulement dans la lingotière 12. En particulier, l’émetteurrécepteur envoie de la lumière dans la fibre optique 28 et on mesure la température de la paroi de la lingotière 12 grâce à la lumière réfléchie et/ou transmise par la fibre optique 28. Mais de manière plus générale, on analyse des caractéristiques thermiques de l'acier présent dans la lingotière 12.At any time during the flow, measurements are made of a set of characteristics of the flow in the ingot mold 12. In particular, the transceiver sends light into the optical fiber 28 and the temperature of the wall of the ingot mold 12 thanks to the light reflected and / or transmitted by the optical fiber 28. However, more generally, the thermal characteristics of the steel present in the ingot mold 12 are analyzed.
On compare ensuite, à l’aide du processeur, la mesure de ces caractéristiques avec un modèle prédéfini. Il peut par exemple s’agir de mesures de ces mêmes caractéristiques préalablement réalisées dans des conditions normales d’écoulement, c’est-à-dire lorsque l’écoulement n’est pas perturbé.We then compare, using the processor, the measurement of these characteristics with a predefined model. It can for example be measurements of these same characteristics previously carried out under normal flow conditions, that is to say when the flow is not disturbed.
-8BE2019/5406-8BE2019 / 5406
Si la mesure ne s’écarte pas du modèle d’une distance prédéterminée, on interprète la comparaison comme signifiant qu’aucune perturbation de l’écoulement n’a eu lieu. Aucune mesure d’ajustement de l’écoulement n’est donc à entreprendre. On répète de préférence en continu ces étapes de mesure et de comparaison tout au long de l’écoulement.If the measurement does not deviate from the predetermined distance model, the comparison is interpreted to mean that no disturbance of the flow has taken place. No flow adjustment measure is therefore to be undertaken. These measurement and comparison steps are preferably repeated continuously throughout the flow.
Dans le cas contraire, on interprète la comparaison comme signifiant qu’au moins une perturbation a eu lieu et qu’il faut donc ajuster l’écoulement. En tenant compte de la comparaison, le processeur détermine des actions d’ajustement à prendre pour équilibrer l’écoulement puis émet un signal de commande vers des moyens d’ajustement qui permettent la réalisation des actions d’ajustement.Otherwise, the comparison is interpreted to mean that at least one disturbance has taken place and that it is therefore necessary to adjust the flow. Taking into account the comparison, the processor determines adjustment actions to be taken to balance the flow and then sends a control signal to adjustment means which allow the carrying out of the adjustment actions.
Dans le cas où le processeur détecte une mesure qui s'écarte trop du modèle, on peut prévoir l'émission d'un signal d'alarme, voire même l'arrêt des opérations de coulée.In the event that the processor detects a measurement which deviates too much from the model, provision may be made for the emission of an alarm signal, or even the stopping of the casting operations.
Les actions d’ajustement peuvent consister en le déplacement du répartiteur 8 suivant une direction parallèle à l'axe longitudinal de la lingotière 12 à l’aide d’un chariot porte-répartiteur 36 de l’installation 2. Etant donné que la busette 11 est solidaire du répartiteur 8, ce déplacement permet un mouvement de la busette 11 par rapport à la lingotière 12. Ce faisant, on rétablit une symétrie dans l’écoulement du métal liquide.The adjustment actions can consist in moving the distributor 8 in a direction parallel to the longitudinal axis of the mold 12 using a distributor-carrier carriage 36 of the installation 2. Since the nozzle 11 is integral with the distributor 8, this movement allows movement of the nozzle 11 relative to the mold 12. In doing so, it restores symmetry in the flow of liquid metal.
On réalise alors de nouveau les étapes de mesure et de comparaison pour déterminer si le déplacement de la busette 11 a eu l’effet escompté. On peut prévoir de continuer ce déplacement tant que l’écart entre la mesure et le modèle reste supérieur à la distance prédéterminée. Une fois que cette distance devient inférieure à la distance prédéterminée, on désactive le chariot porte-répartiteur de sorte qu’on arrête le déplacement de la busette 11. Cependant, on continue d’effectuer les opérations de mesure et de comparaison afin de détecter un éventuel nouvel incident.The measurement and comparison steps are then carried out again to determine whether the displacement of the nozzle 11 has had the expected effect. We can plan to continue this movement as long as the difference between the measurement and the model remains greater than the predetermined distance. Once this distance becomes less than the predetermined distance, the distributor-carriage is deactivated so that the movement of the nozzle 11 is stopped. However, the measurement and comparison operations are continued in order to detect a possible new incident.
L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation présentés et d'autres modes de réalisation apparaîtront clairement à l'homme du métier.The invention is not limited to the embodiments presented and other embodiments will be apparent to those skilled in the art.
Nomenclature : installation (de coulée continue de métaux) : poche : bras motorisé : répartiteur : quenouille : busette de protection : lingotièreNomenclature: installation (continuous metal casting): ladle: motorized arm: distributor: stopper: protective nozzle: ingot mold
BE2019/5406BE2019 / 5406
-9dispositifs de refroidissement guide surface externe solidifiée noyau liquide plaque canal capot de protection fibre optique gaine optique âme filtre de Bragg-9 cooling devices guide external surface solidified liquid core channel plate protective cover optical fiber optical sheath Bragg filter core
35a : spectre polychromatique35a: polychromatic spectrum
35b : spectre du faisceau réfléchi35b: spectrum of the reflected beam
36c : spectre du faisceau transmis : chariot porte-répartiteur36c: spectrum of the transmitted beam: distribution-carrier carriage
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