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DISPOSITIF DE COULEE CONTINUE AVEC INDICATEUR DE NIVEAU COMMANDE PAR
THERMOCOUPLE.
La présente invention a pour objet un dispositif de commande élec- trique, et elle couvre plus particulièrement un système de surveillance pour le réglage des dispositifs de coulée continue des métaux,,
On utilise pour la coulée continue des métaux un moule à refroidis- sement par fluide dont les extrémités sont ouvertes et qui regoit le métal fon- du fourni à l'une de ces extrémités, tandis que le moulage est retiré de l'ex- trémité opposée du moule o
Lorsque le dispositif versant le métal dans le moule est convena- blement synchronisé par rapport au mécanisme d'extraction du moulage, le ni- veau de métal fondu dans le moule demeurera sensiblement inchangé.
Dans ces conditions;, l'appareil fonctionne en assurant une produc- tion maxima en moulages, compte tenu de la capacité de refroidissement du mou- le. D'habitude, il est avantageux de maintenir l'allure de l'extraction du moulage à partir du moule à une valeur sensiblement constante, tandis que l' on commande à la main, ou automatiquement, le dispositif servant à verser le métal fondu dans le moule, afin de maintenir à une hauteur constante dans le moule le niveau de ce métal fondu dans ledit moule.
Le mécanisme d'extraction du moulage est généralement entraîné par moteur et soumis à un contrôle très exact de la vitesse, de manière que la vitesse d'extraction puisse être maintenue à la valeur constante désirée.
Le dispositif de versement du métal peut comporter un type de cuiller se dé- chargeant par le fond ou par basculement, transférant le métal fondu dans un réservoir intermédiaire se déversant par le bord ou encore dans une auge ou cuve d'où le métal fondu est déversé par le fond dans le moule de couléeo Il est difficile de maintenir une vitesse constante de déversement à partir des dispositifs de ce genre utilisés à ce jour.
De telles difficultés sont dues
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à l'érosion ou encore aux scories contenues dans les récipients servant au dé- versement et, de plus, lorsqu'on utilise un tel récipient fonctionnant par bas- culement la forme géométrique du récipient à métal fondu empêche généralement l'application d'un déplacement angulaire à vitesse constante pour le mécanisme @ de basculement du récipient.
Conformément à la présente invention, il est prévu un appareil de réglage commandé par le déplacement du niveau du métal fondu dans le moulè par rapport à un niveau déterminé d'avance. Cet appareil de réglage répond à la montée ou à la descente du niveau de métal fondu dans le moule, de manière à régler la vitesse d'amenée du métal fondu dans le moule. Lorsqu'on utilise ce dispositif de réglage pour régler la vitesse de déversement à partir d'un récipient du type basculant, il modifie la vitesse de basculement du réci- pient de manière à correspondre à l'écart entre le niveau atteint par le mé- tal fondu et l'emplacement qu'il doit occuper.
Lorsqu'on utilise le dispositif de réglage avec un type de récipient s'ouvrant par le fond, par l'intermédiai- re d'une vanne ou analogue, ce dispositif ouvre ou ferme la vanne suivant les modifications du niveau du métal fondu à l'intérieur du moule. Geci est effec- tué par mesure des températures, à un niveau choisi, du métal fondu à l'inté- rieur du moule, le dispositif de réglage interprétant les indications ainsi obtenues pour modifier d'une manière correspondante la vitesse de déverse- ment.
On a représenté, à titre d'exemple, une forme d'exécution de la présente invention aux dessins ci-joints, l'invention étant censée appliquée à un moulage continu d'acier et d'alliages fondant à une température élevée, en supposant que le récipient de déversement est du type à basculement se dé- versant par le bord. Toutefois, il doit être bien entendu que le dispositif de réglage décrit ci-après peut être utilisé avec succès pour le moulage de mé- taux dont le point de fusion est bas, ou encore en''Utilisant un récipient de déversement par le fond comportant une vanne pour régler la vitesse d'écoule- ment du métal provenant du récipient de déversement.
Sur les dessins ci-joints, la fig. 1 est un schéma du dispositif considéré dans son ensemble.
La fig. 2 représente l'extrémité supérieure du moule proprement dit,
Les fig. 3 à 6 sont des schémas de différentes variantes de l'in- dicateur de niveau électrique.
La fig. 7 est un schéma électrique et la fig. 8 représente un dé- tail de celui-ci.
Comme on le voit en fig. 1, le dispositif de déversement du métal comprend un réservoir 10 destiné à effectuer la coulée par dessus son bord et une cuiller ou cuve 11 destinée à recevoir le métal fondu provenant du réser- voir 10 et à fournir un courant de métal sensiblement débarrassé de toute sco- rie à un point déterminé de l'extrémité supérieure ouverte du bloc 12 du moule de coulée continue.
Le réservoir 10 est prévu de manière à pouvoir exécuter un mouve- ment de bascule autour d'un axe horizontal transversal défini par les touril- lons 13, dirigés vers l'extérieur de part et d'autre d'un bâti en L 14 portant le réservoir, Ces tourillons 13 sont montés dans des paliers 15 dont chacun re- pose sur un socle 16. Le mouvement de bascule du réservoir est obtenu de tou- te manière appropriée, par exemple au moyen d'un treuil de levage 17 entraîné par un moteur à vitesse variable 18. Le réglage de la vitesse de ce moteur 18 est effectué par un système décrit ci-après et désigné dans son ensemble par 19 en fig. 1. Le treuil de levage 17 est relié au réservoir 10 par un câble 20 et un étrier 21 qui est fixé à la base du plateau 14 portant le réservoir.
Au-dessous du moule 12, on voit le moulage 22 qui y est formé et qui en sort pour venir en prise avec un jeu de galets de saisie 23 entraîné par un moteur à vitesse variable 24.
Le moulage quittant le moule 12 est soumis au refroidissement di-
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rect assuré par une pulvérisation d'eau provenant de jets sortant d'une rampe de distribution 25 entourant le moulage qui est d'autre part maintenu contre tout mouvement transversal par des patins de guidage 26 ou analogues, dispo- sés sur le trajet du moulage entre le moule 12 et les galets de saisie 23.
On a représenté en fig. 2 l'extrémité supérieure du bloc 12 for- mant moule de coulée. Pendent qu'il se trouve dans ce bloc, le métal fondu qui lui est fourni par le réservoir de déversement et la cuve et aussi l'embryon de moulage qui se forme dans le moule se trouvent au contact immédiat ou au voisinage de la surface intérieure d'un tube ou manchon de moulage 30. Ce tu- be en métal, allongé dans le sens vertical, est refroidi à l'eau et s'ouvre à son extrémité supérieure et à son extrémité inférieure, en présentant la section droite désirée par le moulage. L'extrémité supérieure ouverte du tube est montée dans un plateau supérieur 31, de telle sorte que le tube est sus- pendu au niveau fixe de ce plateau, ce qui lui permet de se dilater dans-le sens axial à partir de ce niveau.
Le plateau 31, forme la paroi supérieure d' une chambre annulaire 32 fermée par une paroi cylindrique 33, montée sur le plateau inférieur 34 portant la charge
Une enveloppe tubulaire 35, dont la section droite correspond à celle du tube de moulage, entoure ce dernier et est destinée à maintenir un courant de liquide de refroidissement au contact de la surface du tube de moulage à peu près sur toute la longueur de celui-ci. Cette enveloppe est également suspendue par son extrémité supérieure au plateau inférieur 34 au- quel elle est fixée.
Au-dessus de ce plateau 34 est prévue une chicane annu- laire 36 faisant saillie vers le haut à l'intérieur de la chambre 32 pour dé- finir, avec le tube 30 et le plateau 31, un barrage déversoir 38 entre la chambre 32 et le canal 40 servant à l'écoulement de l'eau entrée le tube 30 et l'enveloppe 350
Des admissions 41 d'eau de refroidissement s'ouvrent dans la chambre 32 en des points écartés uniformément dans le sens périphérique de la partie inférieure de la paroi cylindrique 33. La partie supérieure, formant barrage 38, de la chicane 36 reçoit une forme analogue à celle d'une tuyère d'admission empchant toute cavitation à l'entrée du canal 40 prévu pour le passage de l'eau.
Ce mode de construction assure l'écoulement d'un flux con- tinu uniforme d'eau de refroidissement sur toute la périphérie annulaire de la canalisation 40. De plus, l'entrée convergente dans ce canal assure une ac- célération de la vitesse de l'eau qui atteint, dans ledit canal annulaire 40, une vitesse comprise dans le domaine des écoulements turbulents, de manière à assurer une vitesse élevée d'échange calorifique à partir de la surface extérieure du tube 30 vers l'eau de refroidissement.
Lorsque la vitesse des galets de saisie est sensiblement uniforme, il est avantageux de régler la vite se de déversement du métal fondu fourni au moule de façon à maintenir le niveau de métal fondu à peu près uniforme, par exemple à la hauteur représentée en B. On peut arriver à ce résultat de la ma- nière décrite ci-après en utilisant des moyens permettant de déceler la pré- sence du métal fondu au niveau désiré, ou un déplacement du niveau de métal fondu par rapport au niveau désiré, le dispositif de,détection transmettant le renseignement relatif au niveau atteint réellement par la surface du métal fondu au dispositif de réglage.
On peut utiliser différents types de disposi- tifs détecteurs du niveau du métal fondu, ces types utilisant des radiations pénétrantes, un contact électrique ou encore des mesures de température de l' embryon de moulage au-dessous ou à l'intérieur du moule. Il doit etre bien en- tendu que, quel que soit l'appareil de détection utilisé, l'appareil ne doit pas intervenir d'une manière quelque peu nuisible dans' le processus de refroi- dissement du moule.
On a constaté que toute modification du niveau réel atteint par le métal fondu dans le moule provoquait une modification mesurable de la tempé- rature du moule. Autrement dit, une chute du niveau du métal fondu au-dessous d'une position déterminée dans le moule entraînera: une 'chute de la température de la paroi du moule, cette chuté étant suffisante pour'pouvoir être décelée
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par un élément sensible à la température, tel qu'un thermocouple noyé dans le moule, dans la position déterminée d'avance rappelée ci-dessus. De même, une, élévation du niveau du métal fondu provoquera une montée de température déce- lable par le thermocouple, lorsque le niveau de métal s'élève au-dessus de la position occupée par ce thermocouple.
Ainsi qu'on l'a constaté, des thermocouples ou autres dispositifs
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sensibles a/la température, noyés dans la paroi du moule, peuvent servir à dé- celer la présence ou l'absence de métal fondu en des points déterminés à z, intérieur du moule, et les renseignements ainsi obtenus peuvent'4tre associés pour commander un mécanisme qui règle la vitesse de déversement du métal dans le bloc de moulage à coulée continue
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Différents dispositifs, sensibles à la température,, destinés à eet effet peuvent être montés dans la paroi du tube de moulage 30, comme on le voit aux figures 3, 4? 5 et 6. En figo 3, le dispositif sensible à la température est constitué par une série de thermocouples 44, noyés en des points écartée l'un de l'autre dans le sens longitudinal à l'intérieur de la paroi du tube.
Les extrémités de soudure froide 45 de chaque thermocouple sont disposées à
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l'extérieur du moule dans une"z6ne de température sensiblement uniforme; les thermocouples sont reliés en série, de telle sorte que toute modification du niveau de métal fondu en des points compris entre les niveaux A-B-C par exem- ple puisse produire des modifications décelables de la tension produite par ces thermocouples en série, ces modifications pouvant être utilisées pour ré- gler la vitesse de déversement du métal fondu fourni au bloc de moulage 12.
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Les thermocouples représentés en figo 4 sont de même reliés en sé- rie, mais leurs soudures froides 46 sont disposées au voisinage de la surface froide de la paroi du tube de moulage. Les dispositifs à thermocouples repré- sentés aux figures 3 et 4 se sont avérés très utiles pour la détection d'une modification du niveau de métal fondu dans le moule de coulée, et cela plus particulièrement dans le cas où l'épaisseur de la paroi du moule est relative-
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ment importante, de l'ordre par exemple de 12 mao ou davantage.
Il est préfé- rable cependant d'utiliser un thermomètre à résistance, monté dans la paroi du moule comme représenté en fige 5 et 6, car de tels dispositifs sensibles à la température utilisent des connexions moins nombreuses, et leur montage et leur entretien en bon état sont plus simples.
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Comme représenté en fig 5 on introduit un élément 4'1 de résis- tance en platine dans la paroi même du moule, les conducteurs aboutissant à cette résistance montant à l'intérieur de la paroi et étant reliés au "conti-ol- ler" de commande comne décrit ci-dessous. En fig. 6, l'élément sensible à la température est constitué par une''fraction 48 de la paroi du moule, reliée à des conducteurs partant des extrémités opposées de cette fraction pour monter
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à l'intérieur de la paroi et être, comme précédemment, reliés au "contrôliez, L installation des éléments sensibles à la température dans la paroi du moule peut s'effectuer commodément en taillant une rainure de cla- vette dans le sens longitudinal le long de la surface froide du moule,
en y introduisant les éléments de résistance avec leurs conducteurs, après quoi on place une clavette plate dans la surface froide du moule, cette clavette étant soudée dans la position qui lui est donnée pour la solidariser avec la surface extérieure de la paroi, un nouveau finissage étant enfin prévu pour que la surface servant à l'écoulement d'eau froide sur cette paroi soit bien lisse.
On remarquera que la température de la surface chaude de la paroi
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du moule ne dépasse pas 230, même si le métal fondu au contact de la surface chaude du moule se trouve, à l'origine, à une température allant jusqu'à 1650 .
Ceci est dù au rendement élevé du dispositif de refroidissement du moule uti- lisé dans l'installation de moulage décrite.
L'énergie électrique transmise par les conducteurs et provenant-de l'élément sensible à la température est appliquée à un circuit de mesure com portant un moteur commandant le curseur de son rhéostat. Ce moteur est régler
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par un circuit qui fonctionne sur le principe bien connu du retour au. zéro de l'équilibre, c'est-à-dire dans lequel une résistance incone est mesurée par comparaison avec une résistance réglable. Comme représenté en fig. 5, on règle la résistance réglable R à une valeur très approchée de celle de la résis- tance en platine 47, lorsque le niveau du métal fondu dans le moule se troupe dans la position désirée par exemple au niveau représenté à la hauteur B.
Un schéma électrique simplifié d'un dispositif de mesure typique, fonctionnant diaprés le principe rappelé ci-dessus de retour au zéro de l'é- quilibre, a été donné en fige 8. Sur cette figure, S désigne la source d'ali- mentation électrique du pont, T la résistance de l'élément en platine 47, R la résistance réglable à la main, F et G des résistances fixes et M le moteur commandant le curseur de son rhéostat.
L'amplificateur et le dispositif de commande M C règlent le fonctionnement du moteur réversible M, commandant le curseur de son rhéostat, de manière à équilibrer d'une façon permanente le circuit, conformément aux changements de température décelés par la résistan- .
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ce T de l'élément Io Comme représenté en figo 5, la résistance réglable R se trouve placée au voisinage du bloc de moulage 12.
On comprendra que le moteur commandant le curseur de son rhéostat, associé au dispositif de mesure, peut être relié directement ou par un amplificateur de puissance approprié à un rhéostat réglable, faisant partie du circuit de commande de la vitesse de fonctionnement du dispositif de déversement.
Une telle commande serait du type à modulation et ferait croître ou décroître
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la vitesse de déversement d'une manière à pe1it près immédiate, pour répondre aux modifications du niveau du métal fondu dans le moule de coulée. Cependant un réglage de ce genre est sujet à des mouvements de pompage, et il est diffi- cile d'en assurer le fonctionnement correct.
Il est préférable d'utiliser deux dispositifs de mesure reliés à tour de rôle et successivement à l'organe sensible à la température, chaque moteur entraînant son curseur de rhéostat et étant ainsi en mesure de transmettre à son tour son mouvement de rotation à un mécanisme différentiel pour répondre au déséquilibre entre les résis-
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tances correspondantes T et Re En meBae temps, l'autre moteur entraînant son curseur de rhéostat transmet un mouvement de rotation au mécanisme différentiel, suivant le déséquilibre indiqué par la résistance mesurée à la fin de la pé- riode antérieure correspondant à la liaison du moteur avec l'organe sensible à la température.
L'installation permettant d'exécuter une telle commande par ac- tion successive de deux circuits est représentée en fige 7. Comme on le voit sur le dessin, les systèmes de mesure X-y, dont les circuits de commande sont
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du type représenté en fig. 8, comportent chacun un arbre 51 ou 52 entraîné res- pectivement par le moteur entraînant son curseur de rhéostat et relié au mée'à- nisme différentiel 53. L'arbre de sortie 54 du mécanisme différentiel est re- lié à un rhéostat dans le circuit 49 commandant la vitesse du moteur du treuil de levage 17.
Les conducteurs 50, provenant de la résistance 47, montés dans la paroi 30 du moule, sont reliés au système de mesure X et une série de dériva- tions 56 raccordent les conducteurs 50 à l'autre système de mesure Y, de telle sorte que les systèmes X et 1-sont reliés en parallèle. Un autre groupe de fils 57 et 58 relie les systèmes X et Y en parallèle à une source d'électri- cité Z. Chaque groupe de fils relié aux systèmes X et Y comporte des intermp-
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teurs 10e 1D et lE, ces interrupteurs étant commandés,simultanément par l'enroulement électromagnétique 1. Les interrupteurs JE et 'lE sont fermés lorsque les interrupteurs 1C et lE sont ouverts, c'est-à-dire lorsque l'enroulement 1 n'est plus excité.
Lorsque l'enroulement 1 est excité, les interrupteurs 1B et 1E sont ouverts et le interrupteurs le et¯1D sont fermés.
L'enroulement 1 est éxeité et désexcité tour à tour, suivant un cycle déterminé sous l'action des distributeurs C C A et C C B disposés dans le circuit de commande de la fige 7. Dans la position représentée, le circuit
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se trouve dans la position de non excitation de l'enroulement 1. Si l'on exci- te le circuit, et par suite l'enroulement 1, l'interrupteur 1A se ferme et les
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interrupteurs lE 1 lC 1 1D, lE changent de position par rapport aux positions re- présenteêSy de telle sorte que le système de mesure X est relié la résistan- ce 47 et à la résistance R, tandis que. le système Y est relié à la source d'é- nergie Z.
La fermeture du contact de l'interrupteur lA met en marche le dis-
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tributeur G C Ao A la fin de la durée prévue, ce dernier fermera l':i:nterrtrp- teur A' de manière à fermer le circuit d'excitation de l'enroulement 2 et à
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changer ainsi les positions prises par les interrupteurs 2A, 3, 2Ce L'ouverture du contact de l'interrupteur 2A supprime l'excitation
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de l'enroulement l, ce qui ramène les interrupteurs lA, 1B, 10, ID et lE aux -positions représentées en figo po Lorsque l'interrupteur là est ouvert, le dïo- tributeur C C A est à nouveau ramené dans sa position de départ et est prêt à fonctionner pour une durée donnée, lorsque la durée de fonctionnement prévue
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pour le distributeur C C B est teimineo.
La fermeture de l'interrupteur 2C dé- clenche le distributeur C C B pour le faire fonctionner pendant une durée dé- terminée d'avance jusqu'à ce que, à la fin de cette durée, les interrupteurs B' s'ouvrent momentanément pour supprimer l'excitation de l'enroulement 2 et
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ramener à nouveau les interrupteurs 2ây S, 2C dans la position antérieure, c'est-à-dire dans la position représentée aux dessins. Ceci étant fait, le cycle de distribution est répétée
En cours de fonctionnement, la résistance R est réglée à une va- leur égale à celle de la résistance au moment où le niveau du métal fondu à l'intérieur du moule se trouve à l'emplacement voulu.
Par exemple, lorsque le métal fondu se trouve dans la position B de la fige 5, la résistance T de Isolement de résistance 47 doit être égale à la résistance R, commune aux deux systèmes de mesure X et Y.
Ainsi, 'lorsque le niveau de métal fondu se trouve en pratique au- dessus ou au-dessous de la position B, la valeur T, dans le circuit du pont
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de bheatstone modifié, fera fonctionner le moteur M dans l'un des systèmes X Y de manière à modifier la position du curseur de rhéostat correspondant, afin de rééquilibrer le circuit. La direction de rotation du moteur M dépendra de ce que la valeur de la résistance T est supérieure ou inférieure à celle de la résistance R, autrement dit cette direction dépend de la situation du niveau réel du métal fondu au-dessus ou au-dessous de la position B.
Dans le circuit de commande représenté en Fig. 8, le curseur de rhéostat H se trouvera en son point milieu lorsque les résistances T et R sont égales, c'est-à-dire lorsque le niveau du métal fondu est dans la position dé- sirée à l'intérieur du moule. Toute modification dans le niveau du métal fondu produira une modification proportionnelle de la résistance de l'élément 47 et. un déséquilibre du système de mesure qui amènera le moteur à déplacer le cur- seur H de son potentiomètre de manière à rééquilibrer le circuit.
Le déplace- ment du potentiomètre H est accompagné d'une rotation de l'arbre du moteur
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comnandant le curseur de son rhéostat et par suite de l'un des éléments du différentiel 53. En même temps, l'arbre de l'autre système de mesure se trouve en rotation en raison du retour du curseur H de son rhéostat à son point milieu
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sons l'effet de l'écoulement de quantités d'énergie égales dans les résistan- ? ces F et G du système de mesure considéré.
On peut supposer., à titre d'exemple et pour faire comprendre le fonctionnement du dispositif de réglage qui' vient d'être décrit, que le ni- veau du métal fondu est ternie aux environs de la position C, représenté en fig. 5. Dans ces conditions, le réglage doit tendre à faire croître l'amenée de métal fondu dans le moule à coulée continue.On supposera également que le déséquilibre du système de mesure X à la fin de la durée prescrite pendant la- quelle ce système X est relié à la résistance 47 peut être représenté par le nombre + 16;
ce nombre 16 est un chiffre arbitraire choisi à titre d'exemple, et peut représenter par exemple le nombre de tours effectués par l'arbre 51, tandis que le signe + ou - représente la direction de déplacement, le signe
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+ correspondant à un accroissement de la vitesse" d'alimentation du moule en méta;.o S11.'on suppose encore que le niveau a été maintenu dans la positif
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désirée pendant la période de mesure précédente;
, le curseur H du système
Y se trouverait en son point milieu et l'arbre 52 ne se déplacerait pas sous l'action de la source Z pendant la durée considérée. 0 Ainsi, l'action résul- tante sur l'arbre de sortie 54 se bornerait à un accroissement de vitesse du moteur de levage 18 équivalent au mouvement + 16 de l'arbre 51.
Pendant la période suivante de la distribution, ou deuxième pé- riode, le système X est relié à la source Z, son curseur de rhéostat H étant ramené à son point milieu avec une rotation de l'arbre allant de + 16 à 0 sous l'action de la source Z. En même tempsle système de mesure Y est son- mis à l'action de la position du niveau de métal fondu dans le moule. Bien que le dispositif de réglage ait considérablement accru la vitesse de fourniture de métal fondu dans le moule, le niveau de métal fondu sera encore bas et n'atteindra pas encore la position B.
Ainsi, à la fin de la durée prescrite, le système Y se trouvera encore à'une valeur + 8 par exemple.Le résultat du déplacement des arbres 51 et 52 sur l'arbre 54 sera donc - 8, étant donné que le retour + 16 à 0 de l'arbre 51 se fait dans le sens négatif, c'est-à-dire sur une valeur - 16 tandis que le déplacement de l'arbre 52 se fera dans la direction positive + 8.
Pendant la période suivante de la distribution ou troisième pério- de, 1-l'arbre 52 revient de + 8 à 0 sous Inaction de la source Z avec une rota- tion dans le sens négatif égale à - 8 unités. En même temps, le système X étant relié à la résistance 47 sensible à la température, l'arbre 51 tourne propor- tionnellement à la différence de hauteur entre le niveau réel du métal fondu et sa position normale B. Si le niveau réel du métal est encore bas, l'arbre 51 tournera dans le sens positif par exemple de + 4, et il en résulte une ro- tation réduite à - 4 au total pour l'arbre de sortie du différentiel 54.-En ef- fet - 8 + 4 = 4.
Suivant une autre supposition, si le niveau réel du métal se trouve au-dessus de la position désirée B, l'arbre 51 tournera dans le sens négatif. Si cette valeur est par exemple égale à - 4, le résultat final en ce qui concerne la rotation de l'arbre de sortie sera la somme de - 8 unités du système Y et de - 4 unités du système X, soit en tout - 12 unités. Un tel état de choses indiquerait bien entendu que la vitesse de déversement était exagé- rée et la vitesse de déversement serait réduite d'une quantité proportionnel- le aux - 12 unités fournies au rhéostat de réglage du moteur de levage.
RESUMEo
1/ Appareil pour le moulage continu comprenant un moule ouvert à ses extrémités et refroidi par fluide,un réservoir de déversement entraîné par moteur;, fournissant le métal fondu à une extrémité de ce moule, un méca- nisme d'extraction destiné à l'extraction d'un embryon de moulage à l'extré- mité opposée du moule et un système de réglage de la vitesse de déversement de ce réservoir de déversement en fonction des changements du niveau du métal fondu à l'intérieur du moule, cet appareil étant caractérisé par un dispositif sensible à la chaleur, monté dans la paroi du moule,
et par un réseau de ré- glage électrique relié au réservoir de déversement entrainé par moteur et sou- mis à l'action de ce dispositif sensible à la chaleur de manière à régler la vitesse de déversement du métal fondu provenant de ce réservoir.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
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CONTINUOUS CASTING DEVICE WITH LEVEL INDICATOR CONTROLLED BY
THERMOCOUPLE.
The present invention relates to an electrical control device, and it covers more particularly a monitoring system for the adjustment of devices for the continuous casting of metals.
For the continuous casting of metals, a fluid-cooled mold is used, the ends of which are open and which receives the molten metal supplied at one of these ends, while the casting is withdrawn from the end. opposite of the mold o
When the device for pouring the metal into the mold is properly synchronized with the mechanism for removing the molding, the level of molten metal in the mold will remain substantially unchanged.
Under these conditions, the apparatus operates ensuring maximum production of moldings, taking into account the cooling capacity of the mold. Usually, it is advantageous to maintain the rate of extraction of the casting from the mold at a substantially constant value, while the device for pouring the molten metal is controlled by hand or automatically. the mold, in order to keep the level of this molten metal in said mold at a constant height in the mold.
The mold extracting mechanism is usually motor driven and subjected to very precise speed control, so that the extraction speed can be kept at the desired constant value.
The metal pouring device may comprise a type of spoon discharging from the bottom or by tilting, transferring the molten metal into an intermediate tank discharging from the edge or alternatively into a trough or vessel from which the molten metal is collected. discharged from the bottom into the casting mold It is difficult to maintain a constant rate of discharge from devices of this type used to date.
Such difficulties are due
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to erosion or to the slag contained in the containers used for pouring and, moreover, when such a container operating by tilting is used, the geometric shape of the molten metal container generally prevents the application of a angular displacement at constant speed for the container tilting mechanism @.
According to the present invention, there is provided an adjustment apparatus controlled by the displacement of the level of molten metal in the mold relative to a predetermined level. This adjustment device responds to the rise or fall of the level of molten metal in the mold, so as to adjust the speed of supply of the molten metal into the mold. When this adjuster is used to regulate the rate of discharge from a tilting type container, it changes the tilting speed of the container to match the difference between the level reached by the container. tal melted and the location it should occupy.
When the regulating device is used with a type of container opening from the bottom, through a valve or the like, this device opens or closes the valve according to changes in the level of molten metal at the bottom. inside the mold. This is carried out by measuring the temperatures, at a selected level, of the molten metal inside the mold, the adjustment device interpreting the indications thus obtained in order to modify in a corresponding manner the rate of pouring.
An embodiment of the present invention has been shown, by way of example, in the accompanying drawings, the invention being intended to be applied to a continuous casting of steel and alloys melting at an elevated temperature, assuming that the spill receptacle is of the tilting type discharging from the edge. However, it should be understood that the control device described below can be used successfully for the molding of metals with a low melting point, or else by using a bottom discharge container having a valve to control the rate of flow of metal from the pouring container.
In the accompanying drawings, fig. 1 is a diagram of the device considered as a whole.
Fig. 2 represents the upper end of the mold itself,
Figs. 3 to 6 are diagrams of different variants of the electrical level indicator.
Fig. 7 is an electrical diagram and FIG. 8 shows a detail thereof.
As seen in fig. 1, the metal pouring device comprises a reservoir 10 for effecting the casting over its rim and a spoon or vessel 11 for receiving the molten metal from the reservoir 10 and providing a stream of metal substantially free of any material. scoring at a determined point on the open upper end of block 12 of the continuous casting mold.
The reservoir 10 is provided so as to be able to perform a rocking movement about a transverse horizontal axis defined by the journals 13, directed outwards on either side of an L-shaped frame 14 carrying the tank. These journals 13 are mounted in bearings 15, each of which rests on a base 16. The rocking movement of the tank is obtained in any suitable manner, for example by means of a hoisting winch 17 driven by a variable speed motor 18. The speed of this motor 18 is adjusted by a system described below and generally designated by 19 in FIG. 1. The hoisting winch 17 is connected to the tank 10 by a cable 20 and a bracket 21 which is fixed to the base of the plate 14 carrying the tank.
Below the mold 12, we see the molding 22 which is formed therein and which comes out to engage with a set of gripping rollers 23 driven by a variable speed motor 24.
The molding leaving the mold 12 is subjected to the di- cooling.
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rect provided by a spray of water coming from jets coming out of a distribution manifold 25 surrounding the molding which is, on the other hand, held against any transverse movement by guide shoes 26 or the like, arranged in the path of the molding between the mold 12 and the gripping rollers 23.
There is shown in FIG. 2 the upper end of the block 12 forming the casting mold. While in this block, the molten metal supplied to it by the spill tank and the vessel and also the casting embryo which forms in the mold are found in immediate contact with or near the inner surface. of a molding tube or sleeve 30. This vertically elongated metal tube is water cooled and opens at its upper end and at its lower end, having the desired cross section by molding. The open upper end of the tube is mounted in an upper plate 31, such that the tube is suspended at the fixed level of this plate, allowing it to expand axially from this level.
The plate 31 forms the upper wall of an annular chamber 32 closed by a cylindrical wall 33, mounted on the lower plate 34 carrying the load.
A tubular casing 35, the cross section of which corresponds to that of the molding tube, surrounds the latter and is intended to maintain a flow of cooling liquid in contact with the surface of the molding tube approximately over the entire length thereof. this. This envelope is also suspended by its upper end from the lower plate 34 to which it is fixed.
Above this plate 34 is provided an annular baffle 36 projecting upwardly inside the chamber 32 to define, with the tube 30 and the plate 31, a weir dam 38 between the chamber 32. and the channel 40 for the flow of water entering the tube 30 and the casing 350
Cooling water inlets 41 open into chamber 32 at points spaced uniformly in the peripheral direction of the lower part of the cylindrical wall 33. The upper part, forming a barrier 38, of the baffle 36 receives a similar shape. to that of an inlet nozzle preventing any cavitation at the inlet of the channel 40 provided for the passage of water.
This method of construction ensures the flow of a continuous uniform flow of cooling water over the entire annular periphery of the pipe 40. In addition, the converging inlet into this channel ensures an acceleration of the flow rate. the water which reaches, in said annular channel 40, a speed within the range of turbulent flows, so as to ensure a high speed of heat exchange from the outer surface of the tube 30 towards the cooling water.
When the speed of the grab rollers is substantially uniform, it is advantageous to adjust the rate of discharge of the molten metal supplied to the mold so as to maintain the level of molten metal approximately uniform, for example at the height shown in B. This can be achieved in the manner described below by using means for detecting the presence of molten metal at the desired level, or a displacement of the level of molten metal from the desired level, the device for detecting the presence of molten metal at the desired level. , detection transmitting information relating to the level actually reached by the surface of the molten metal to the adjustment device.
Different types of molten metal level sensing devices can be used, these types using penetrating radiation, electrical contact, or temperature measurements of the casting embryo below or within the mold. It should be understood that, whatever detection apparatus is used, the apparatus should not interfere in a somewhat detrimental way in the mold cooling process.
It has been found that any change in the actual level reached by the molten metal in the mold causes a measurable change in the temperature of the mold. In other words, a drop in the level of the molten metal below a determined position in the mold will result in: a 'drop in the temperature of the wall of the mold, this drop being sufficient to' be able to be detected
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by an element sensitive to temperature, such as a thermocouple embedded in the mold, in the predetermined position recalled above. Likewise, an increase in the level of the molten metal will cause a noticeable rise in temperature by the thermocouple, when the level of metal rises above the position occupied by this thermocouple.
As has been observed, thermocouples or other devices
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sensitive to temperature, embedded in the wall of the mold, can be used to detect the presence or absence of molten metal at determined points at z, inside the mold, and the information thus obtained can be combined to order a mechanism that regulates the rate of metal pouring into the continuous casting block
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Various temperature-sensitive devices for this purpose can be mounted in the wall of the mold tube 30, as seen in Figures 3, 4? 5 and 6. In figo 3, the temperature-sensitive device consists of a series of thermocouples 44, embedded at points spaced from each other in the longitudinal direction inside the wall of the tube.
The cold junction ends 45 of each thermocouple are arranged at
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outside the mold in a substantially uniform temperature zone; the thermocouples are connected in series, so that any change in the level of molten metal at points between the levels ABC, for example, can produce detectable changes in temperature. the voltage produced by these thermocouples in series, which modifications can be used to control the rate of discharge of the molten metal supplied to the mold block 12.
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The thermocouples shown in FIG. 4 are likewise connected in series, but their cold welds 46 are disposed in the vicinity of the cold surface of the wall of the mold tube. The thermocouple devices shown in Figures 3 and 4 have proved to be very useful for detecting a change in the level of molten metal in the casting mold, and more particularly in the case where the wall thickness of the mold is relative-
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significantly, for example of the order of 12 mao or more.
However, it is preferable to use a resistance thermometer mounted in the wall of the mold as shown in figs 5 and 6, since such temperature sensitive devices use fewer connections, and their assembly and maintenance in good order. state are simpler.
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As shown in FIG. 5, a platinum resistance element 4'1 is introduced into the actual wall of the mold, the conductors leading to this resistance rising inside the wall and being connected to the "conti-oler". command as described below. In fig. 6, the temperature sensitive element is constituted by a '' fraction 48 of the wall of the mold, connected to conductors starting from the opposite ends of this fraction to rise
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inside the wall and be, as before, connected to the "control. The installation of the temperature sensitive elements in the wall of the mold can be carried out conveniently by cutting a keyway lengthwise along the wall. the cold surface of the mold,
by introducing the resistance elements with their conductors therein, after which a flat key is placed in the cold surface of the mold, this key being welded in the position given to it to secure it with the outer surface of the wall, a new finish finally being provided so that the surface used for the flow of cold water on this wall is very smooth.
Note that the temperature of the hot surface of the wall
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of the mold does not exceed 230, even if the molten metal in contact with the hot surface of the mold is originally at a temperature of up to 1650.
This is due to the high efficiency of the mold cooling device used in the described molding plant.
The electrical energy transmitted by the conductors and coming from the temperature-sensitive element is applied to a measuring circuit comprising a motor controlling the cursor of its rheostat. This engine is tuned
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by a circuit which operates on the well-known principle of return to. zero equilibrium, that is, in which an incone resistance is measured by comparison with an adjustable resistance. As shown in fig. 5, the adjustable resistor R is adjusted to a value very close to that of the platinum resistor 47, when the level of the molten metal in the mold is gathered in the desired position, for example at the level shown at height B.
A simplified electrical diagram of a typical measuring device, operating according to the principle recalled above of return to zero of the equilibrium, has been given in fig 8. In this figure, S designates the power source. electrical indication of the bridge, T the resistance of the platinum element 47, R the resistance adjustable by hand, F and G of the fixed resistances and M the motor controlling the cursor of its rheostat.
The amplifier and the control device M C regulate the operation of the reversible motor M, controlling the cursor of its rheostat, so as to permanently balance the circuit, in accordance with the temperature changes detected by the resistor.
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ce T of the element Io As shown in FIG. 5, the adjustable resistor R is located in the vicinity of the molding block 12.
It will be understood that the motor controlling the cursor of its rheostat, associated with the measuring device, can be connected directly or by a suitable power amplifier to an adjustable rheostat, forming part of the circuit for controlling the operating speed of the discharge device.
Such a control would be of the modulation type and would increase or decrease
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the pouring speed in an almost immediate manner, to respond to changes in the level of molten metal in the casting mold. However, an adjustment of this kind is subject to pumping movements, and it is difficult to ensure correct operation.
It is preferable to use two measuring devices connected in turn and successively to the temperature-sensitive member, each motor driving its rheostat cursor and thus being able in turn to transmit its rotational movement to a mechanism. differential to respond to the imbalance between the
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corresponding tances T and Re In meBae time, the other motor driving its rheostat cursor transmits a rotational movement to the differential mechanism, according to the imbalance indicated by the resistance measured at the end of the previous period corresponding to the connection of the motor with the temperature sensitive organ.
The installation making it possible to execute such a command by successive action of two circuits is shown in fig. 7. As can be seen in the drawing, the X-y measuring systems, the control circuits of which are
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of the type shown in FIG. 8, each comprise a shaft 51 or 52 driven respectively by the motor driving its rheostat slider and connected to the differential mechanism 53. The output shaft 54 of the differential mechanism is connected to a rheostat in the rheostat. circuit 49 controlling the speed of the hoist winch motor 17.
The conductors 50, coming from the resistor 47, mounted in the wall 30 of the mold, are connected to the measuring system X and a series of branches 56 connect the conductors 50 to the other measuring system Y, so that systems X and 1-are connected in parallel. Another group of wires 57 and 58 connects the X and Y systems in parallel to a source of electricity Z. Each group of wires connected to the X and Y systems has intermp-
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10e 1D and lE, these switches being controlled simultaneously by the electromagnetic winding 1. The switches JE and 'lE are closed when the switches 1C and lE are open, that is to say when the winding 1 is not is more excited.
When winding 1 is energized, switches 1B and 1E are open and switches le and ¯1D are closed.
Winding 1 is turned off and de-energized in turn, following a cycle determined under the action of distributors C C A and C C B arranged in the control circuit of the pin 7. In the position shown, the circuit
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is in the non-energizing position of winding 1. If the circuit is energized, and consequently winding 1, switch 1A closes and the
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switches lE 1 lC 1 1D, lE change their position with respect to the positions represented by such that the measuring system X is connected to resistor 47 and to resistor R, while. the Y system is connected to the Z energy source.
Closing the contact of switch lA activates the dis-
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tributor G C Ao At the end of the scheduled duration, the latter will close the: i: ntertrp- tor A 'so as to close the excitation circuit of winding 2 and to
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change the positions taken by switches 2A, 3, 2Ce The opening of the contact of switch 2A cancels the excitation
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of the winding 1, which returns the switches 1A, 1B, 10, ID and 1E to the -positions shown in figo. When the switch 1 is open, the CCA distributor is again returned to its starting position and is ready to operate for a specified period of time, when the expected operating time
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for the distributor C C B est teimineo.
Closing switch 2C triggers the CCB distributor to operate it for a predetermined period of time until, at the end of this period, switches B 'open momentarily to remove the switch. 'energization of winding 2 and
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return the switches 2ây S, 2C again to the previous position, that is to say in the position shown in the drawings. This being done, the dispensing cycle is repeated
During operation, resistance R is set equal to that of the resistance when the level of molten metal inside the mold is at the desired location.
For example, when the molten metal is in the position B of the pin 5, the resistance T of resistance insulation 47 must be equal to the resistance R, common to the two measuring systems X and Y.
Thus, 'when the level of molten metal is in practice above or below the position B, the value T, in the circuit of the bridge
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of modified bheatstone, will operate motor M in one of the X Y systems so as to modify the position of the corresponding rheostat slider, in order to rebalance the circuit. The direction of rotation of the motor M will depend on whether the value of the resistor T is greater or less than that of the resistor R, in other words this direction depends on the situation of the actual level of the molten metal above or below position B.
In the control circuit shown in FIG. 8, the rheostat cursor H will be at its midpoint when the resistances T and R are equal, that is to say when the level of the molten metal is in the desired position inside the mold. Any change in the level of molten metal will produce a proportional change in the resistance of element 47 and. an imbalance of the measurement system which will cause the motor to move the cursor H of its potentiometer so as to rebalance the circuit.
The movement of the potentiometer H is accompanied by a rotation of the motor shaft.
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controlling the cursor of its rheostat and consequently of one of the elements of the differential 53. At the same time, the shaft of the other measuring system is in rotation due to the return of the cursor H of its rheostat to its point middle
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sound the effect of the flow of equal amounts of energy in the resist-? these F and G of the measurement system considered.
It can be assumed, by way of example and in order to understand the operation of the regulating device which has just been described, that the level of the molten metal is tarnished around the position C, shown in FIG. 5. Under these conditions, the adjustment should tend to increase the supply of molten metal into the continuous casting mold. It will also be assumed that the imbalance of the measuring system X at the end of the prescribed period during which this system X is connected to resistor 47 can be represented by the number + 16;
this number 16 is an arbitrary number chosen by way of example, and can represent for example the number of turns made by the shaft 51, while the sign + or - represents the direction of movement, the sign
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+ corresponding to an increase in the speed "of feeding the mold with meta; .o S11. it is still assumed that the level has been maintained in the positive
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desired during the previous measurement period;
, the H cursor of the system
Y would be located at its midpoint and the shaft 52 would not move under the action of the source Z during the period considered. 0 Thus, the resulting action on the output shaft 54 would be limited to an increase in speed of the hoist motor 18 equivalent to the movement + 16 of the shaft 51.
During the following period of the distribution, or second period, the system X is connected to the source Z, its rheostat cursor H being brought back to its midpoint with a rotation of the shaft going from + 16 to 0 under l. the action of the source Z. At the same time the measuring system Y is subjected to the action of the position of the level of molten metal in the mold. Although the adjuster has greatly increased the speed of supplying molten metal into the mold, the molten metal level will still be low and will not yet reach the B position.
So, at the end of the prescribed time, the Y system will still be at a value of + 8 for example, so the result of moving shafts 51 and 52 on shaft 54 will be - 8, since the return + 16 to 0 of the shaft 51 is done in the negative direction, that is to say on a value - 16 while the displacement of the shaft 52 will be in the positive direction + 8.
During the next period of the distribution or third period, 1-shaft 52 reverts from + 8 to 0 under Source Z Inaction with a negative rotation equal to - 8 units. At the same time, the system X being connected to the temperature sensitive resistor 47, the shaft 51 rotates in proportion to the difference in height between the actual level of the molten metal and its normal position B. If the actual level of the metal is still low, the shaft 51 will rotate in the positive direction, for example by + 4, and this results in a rotation reduced to - 4 in total for the output shaft of the differential 54.-Indeed - 8 + 4 = 4.
On another assumption, if the actual level of the metal is above the desired position B, shaft 51 will rotate in the negative direction. If this value is for example equal to - 4, the final result with regard to the rotation of the output shaft will be the sum of - 8 units of system Y and - 4 units of system X, that is in all - 12 units. Such a state of affairs would of course indicate that the dumping speed was exaggerated and the dumping speed would be reduced by an amount proportional to the - 12 units supplied to the regulating rheostat of the lifting motor.
SUMMARY
1 / Apparatus for continuous molding comprising a mold open at its ends and cooled by fluid, a spill tank driven by a motor, supplying the molten metal to one end of this mold, an extraction mechanism intended for the extraction of a casting embryo from the opposite end of the mold and a system for adjusting the rate of discharge from this discharge tank according to changes in the level of molten metal inside the mold, this apparatus being characterized by a heat sensitive device mounted in the wall of the mold,
and by an electrical regulation network connected to the spill tank driven by motor and subjected to the action of this heat sensitive device so as to regulate the rate of pouring of the molten metal coming from this tank.
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