CA2109184C - Procede d'injection automatisee de gaz dans une installation multicoulee de metaux equipee de lingotieres a rehausse - Google Patents

Abstract

Procédé d'injection automatisée de gaz dans une installation de coulée comportant un grand nombre de lingotières équipées chacune d'une rehausse. Ce procédé est caractérisé par l'utilisation de fentes d'introduction de gaz de dimensions particulières, d'un circuit de gaz comportant des réservoirs, des débitmètres, des régulateurs de débit et de pression, des vannes disposées de façon à pouvoir maintenir une pression convenable de gaz sur les lingotières, à détecter toute défaillance sur une lingotière quelconque et à vérifier après coulée l'état des fentes. L'invention trouve son application notamment dans les installations de coulée où, pour réduire, l'espace occupé sur le sol, on rapproche les lingotières les unes des autres.

Description

1 2~.~~1~
PROCÉDÉ D'INJECTION AUTOMATISÉE DE GAZ
DANS UNE INSTALLATION MUL'l'ICOULEE DE MÉTAUX
ÉQUIPÉE DE LINGOTIERES A REHAUSSE.
DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION.-La présente invention est relative é un procédé d'injection automatisêe de gaz dans une installation multicoulée de métaux équipée de lingotières à .rehausse.
L'homme de l'art de la fonderie, notamment de l'aluminium et de ses alliages, sait bien, en particulier par 1°enseignement du brevet US. 3,3$1,741, que dans le but d'améliorer la qualité des produits coulés et plus particulièrement de diminuer l'épaisseur de leur couche corticale, on peut utiliser la coulée en charge qui consiste é placer en surplomb sur la lingotière uns rehausse an matériau réfractaîre é l'intérieur de laquelle le métal provenant d°un chenal d'alimentation se maintient é l'état liquide avant de passer dans une lingotière refroidie où il va se solidifier sous la forme de billettes.
Cette technique est désignêe dans le langage anglo-saxon sous le nom de coulée "hot top" et a fait depuis sa création l'objet de différents perfectionnements tels que l'injection de gaz dans la lingotiére juste en dessous du surplomb et tout autour de la colonne de métal encore ~ l'état liquide.
Un tel perfectionnement a été dêcrit dans le brevet US
4, 157, 728 qui précise également que le gaz est injecté par l'iwtermêdiaire d'une fente de 0,05 â 0,7 mm sous une pression voisine de la pression métallostatique au niveau du surplomb et que son dêbit est réglé en fonction de la température de la lingotière et de la dite pression dans une

2 fourchette de valeurs comprises entre 0,2 et 5 litres/minute, le débit ëtant augmentê quand la température et/ou la pression augmentent et inversement.
En outre, il est prêcisé dans les exemples que 1a hauteur de métal dans la rehausse est toujours inférieure ou égale à
100 mm et qu'ou-tre le gaz, on introduit en continu dans la lingotière un lubrifiant dont le dëbit peut être en relation avec celui du gaz.
Dans le cadre desdits perfectionnements, le brevet européen 449771 dëcri-t également dans une installation comportant plusieurs lingotières avec rehausse équipées d'une alimentation continue en lubrifiant un procédë de coulée "
caractérisé en ce que l' on amène de l' air ou un gaz inerte sous une légère surpression identique dans toutes les lïngotières â l'aide d'une conduite principale ayant plusieurs canalisations de distribution, on dëtermine la pression relative entre une valeur désirée calculée par un programmateur en fonction du niveau de métal Hl détecté é
l'aide d'une jauge de niveau et la valeur effective mesurée dans la canalisation au moyen d°un transducteur de pression, on utilise la dite pression relative à la régulation et au contr8le, la fonction de contrôle étant assurée au moyen d'un processeur par 1°ëmission d'un signal vers un actionneur qua. commande une vanne de régulation de pression placée sur la canalisation ".
PRUBhEME POSE.-La demanderesse a eu pour objectif dans le cadre de la multicoulée avec rehausse et injection automatisée de gaz, de mettre au point un procédé applicable dans le cas d'une installation compacte et ne nécessitant pas obligatoirement une alimentation continue en lubrifiant.

~~p.~~
Une installation compacte est une installation où l'on met en oeuvre un grand nombre de lingotières par unité de surface au sol.
La compacité est une caractéristique déjà très intéressante dans le cas d'une installation neuve, car elle permet de réduire les frais d'implantation.
Mais c'est une caractëristique vraiment décisive dans le cas de rénovation d'installations existantes, comme le montrent les exemples ci-après.
Un premier cas de rénovation, très fréquent, consiste à
remplacer sur une installation existante le procëdé de coulëe dit " classique °° avec alimentation en métal des lingotiéres par burette et flotteur, par un procédé de coulée en charge qui présente un certain nombre d'avantages bien connus par rapport au procédé classique. Naturellernent, cette opération de rénovation ne doit pas s°accompagner d'une réduction de la capacité de production. 0r les tables du procédé de coulée classique sont très compactes et les puits de coulée qu°elles desservent sont par conséquent de très petites dimensians en général. I1 est donc indispensable dans ce cas de disposer d.'un procédé de coulée en charge de grande compacité.
Un autre cas de rénovation, également fréquent, consiste à
augmenter la capacité de production de l'installation de coulée, soit pour accompagner l'augmentation de capacité
d'un four, soit pour améliorer le taux d°utilisation d'un Four existant. Dans ce cas également la compaoitê est une caractéristique primordiale dans le choix du procédé de coulée.
La compacité est obtenue par le rapprochement des lingotiéres très près les unes des autres. Avec cette disposition, les chenaux de coulée qui amênent le métal liquide sont nëcessairemen~t plaçës au dessus des rehausses, comme en coulée classique, e~t non pas à côté comme c'est le cas dans de nombreux procédés de coulêe en charge. Cette disposition entraîne un accroissement de la charge mëtallostatique dans les lingotiéres, charge correspondant généralement à une hauteur de métal dans les rehausses supérieure à 200 mm.
Par ailleurs, le fait de pouvoir se passer d'une alimentation continue en lubrifiant constitue un atout majeur vis à vis des problèmes de traitement de l'eau de coulée.
En effet, en cas d'alimentation continue en lubrifiant, 1a majeure partie de ce dernier se retrouve dans l'eau de coulée. Si cette eau de coulêe circule en circuit fermé, il faut éliminer le lubrifiant contenu de façon à éviter un enrichissement progressif en lubrifiant aux conséquences catastrophiques pour le circuit d'eau lui-même et pour le refroidissement des produits coulés. Si le cïrcuit d'eau est ouvert, il faut éliminer le lubrifiant contenu dans l'eau en aval du puits de coulée de façon à respecter les normes de rejet en hydrocarbures qui sont de plus en plus contraignantes.
Sans alimentation continue en lubrifiant, le traitement de l'eau est beaucoup plus simple donc beaucoup moins cher, tant en investissement qu'en coût d'exploitation. I1 pewt méme éventuellement être supprimé dans le cas du circuit ouvert.
be problème qui s°est posé à la demanderesse est de rendre cette compacité et cette non nécessité d'alimentation continue en lubrifiant compatibles avec une injection de gaz automatisée dont les consignes restent simples.

2~0~~~
Les conditions de pression métallostatique, imposées par la compacité, entraànent des difficultés particulières dans la réalisation d' une injection de gaz par une fente telle que dêcrite dans Te brevet U.S.4,157,728 et ces difficultés sont 5 aggravées lorsqu'il n'est pas fait usage d'une alimentation continue en lubrifiant.
A cause de la forte pression métallostatique, le métal liquide peut s'infiltrer dans la fewte et se solidifier. Ce petit point solide, bien accroché dans la fente, engendre à
la surface de la billette coulée un défaut, êventuellemen~t grave tant pour la qualité du produit que pour la sécurité
des personnes ( sillon, arrachement, percée ).
Cette tendance aux 3nfiltra~tions de métal e~t aux accrochages est accentuée en l'absence d'alimentation continue en lubrifiant . il n'y a pas cette présence permanente et constammewt renouvelée de 1°huile devant l'entrée de la fente pour freiner l'infiltration et limiter l'adhérence du mêtal.
Dans ces conditions, il est impératif soit d'utiliser une fente extrêmement fine inférieure â 0,08 mm, soit de renoncer à l'injection par fente et d'adopter une injection via un matériau poreux, dont les porosités sont plus fines encore.
liais 1°emploi d°une fente trés fine, tout comme l'emploi d°un matériau poreux, pose par ailleurs d'autres problèmes, au niveau cette fois de la maîtrise de 1°injec~tion de gaz.
La fonction du gaz injecté est d'équilibrer la pression mêtallostatique au niveau du ménisque formé par le métal dans l'angle constitué par la lingotière et le surplomb de la rehausse inférieure. Le paramètre physique fondamental de l'injection est donc la pression de gaz derrière le mênisque.
Pour maintenir cette pression, on peut, comme dans le brevet Uâ 4,157,728, injecter le gaz suivant un débit fixé.
Cependant l'expérience montre qu'il est très difficile de fixer ledit débit et que cette difficul~tê est notablement accentuée dans le cas d'une installation de coulée compacte â forte charge mêtallostatique.
Cette difficultê se comprend mieuae lorsqu'on analyse la fagon dont est consommé le gaz injecté.
La sorte de petite chambre annulaire, dont les parois sont constituées par le ménisque, la lingotière et le surplomb et dans laquelle on infecte le gaz par la fente, n'est pas étanche. Le gaz s'échappe normalement par l'interface ménisque-lingotiére ( verticalement vers le bas ).
Mais il peut y avoir aussi d'autres points d'échappement qui sont autant de fuites parasites -bulles de gaz qui traversent le métal liquide si la pression derrière le mênisque dépasse 1a pression métallostatique ;
-fuites au travers de la rehausse du fait qu°elle est en matériau poreux et qu'elle peut être fissurée ;
-fuites sur le circuit d'alimentation en gaz entre le point de mesure et la chambra annulaire.
Au total la cansommation de gaz est variable. Les fluctuations sont naturellement en partie imputables aux fuites parasites mal maîtrisées par essence. Mais elles résultent aussi du caractëre variable et aléatoire du contact ménisque-lingotiére. L'étanchéité de cet interface dépend de trois paramêtres principaux qui sont la rugosité

de surface de la lingotière, la rugosité de surface de 1a billette coulée et le lubrifiant placé entre les deux qui joue aussi un rôle important. Ces trois paramètres principaux sont eux mêmes fonction de beaucoup d'autres facteurs. Par exemple la rugosité de surface de la billette dépend de la composition de l'alliage et des paramètres de coulée parmi lesquels figurent la température du métal e-t même la pression du gaz.
La difficulté de fixer un dêbit pour obtenir la pression visée derrïère le ménisque est donc réelle.
L'accroissement des difficultés qui survient lorsqu°on augmente la oharge métallostatique résulte de l'augmentation parallèle qu'il faut imposer.â la pression de gaz.
A cause de cette pression plus élevée, les fluctuations de la consommation de gaz sont plus fortes. Par exemple, l'écart devient beaucoup plus important entre -les situations avec et sans fuites parasites ;
-les écoulements les plus chauds et les écoulements les plus froids de la table de coulée ;
-un écoulement équipé d'une lingotiêre neuve et un écoulement équipé d'une lingotière usagée dont la rugosité
n'est pas la même ;
-un début et une fin de coulée, en cas d'absence de lubrification continue.
Dans ces conditions, le contrôle de la pression par l'intermédiaire d'un débit devient tout à fait aléatoire.
Compte tenu de ce fait, la manière la plus adéquate de conduire le procédé consiste à piloter la pressïon, cette pression étant mesurée â 1°endroit où le gaz est injecté
dans la lingotière c'est-à-dire au niveau du surplomb là où
le mêtal forme un ménisque.

Mais pratiquement, une mesure simultanêe en cet endroit et dans toutes les lingotières s'avère impossible d'où la nêcessité de reporter le point de mesure plus en amont sur le circuit d'alimentation en gaz.
On se heurte alors au problème des pertes de charge qui peuvent se présenter sur ledit circuit. En effet, s' il y a des pertes de charge, 1a relation entre la pression mesurée et la pression au point d'injection devient trés complexe.
La différence entre les deux valeurs résulte à la fois du coefficient de pertes de charge dudit circuit qui peut êvoluer dans le temps et du débit de gaz lui aussi fluctuant.
Pour maîtriser la pression au point d'injection, il faut outre la pression amont, contrôler le débit et maîtriser le coefficient de perte de charge, ce qui est relativement compliqué.
I7e plus, il est extrêmement difficile de dêfinir a priori la consigne de pression à appliquer au niveau du point de mesure. elle est à déterminer de façon empirique et elle est à reprendre dès la moindre modification dans le procédé, que celle-ci soit voulue ( cas des changements d'alliages ) ou subie ( cas de l'évolution du coefficient de pertes de charge lié â un vieillissement de l'outillage ).
I1 n'y a alors dans ce cas aucun avantage à utiliser la pression, par rapport au débit, comme paramètre de réglage.
Par contre, s'il n'y a pas de pertes de charge entre le point de mesure et le point d'in,~ection alors les pressions en ces deux points sont égales et on peut travailler avec cette pression amont comme s'il s'agissait de la pression au point d'injection.
Cette condition de pertes de charge nulles, qui rend donc g possible le pilotage dirent par la pression , est incompatible aven une injection de gaz par un corps poreux.
Le passage par le corps poreux crée des pertes de charge, et rend oblîgatoire le pilotage par 1e débit. De plus, la sortie du gaz par le corps poreux chasse le lubrifiant qui se trouve devant , et il est indispensable alors de disposer d°une alimentation continue en lubrifiant.
En fait, nette condition de pertes de charge nulles n'est compatible qu'avec une injection de gaz par une fente, et encore avec deux réserves.
La premiêre est que 1°épaisseur de la fente soit suffisante.
Les calculs et l'expérience montrent qu'une épaisseur supérieure à 0,05 mm est nécessaire, voire plus selon le débit, pour ne pas avoir de pertes de charge significatives au passage par la fente.
La deuxième est que le débit doit être limité à des valeurs assez faibles ( 100 ~Il/h maximum ) pour que les pertes de charge, dont on sait qu'elles augmewtent avec le débit, restent non significatives sur tout le circuit d'alimentation en gaz en aval du point de mesure. Ceci veut dire en particulier qu'il faut absolument éviter toute fuite parasite dans le cas de forte charge métallostatique, oü compte tenu de la pression de gaz élevée, les fuites sont tout de suite très importantes, ce qui augmente considérablement le dëbit envoyé vers la lingotiëre, et donc les pertes de charge.
Compte tenu des objectifs qu'elle s'était fixés et des contraintes qui en découlent, la demanderesse n'a donc pas eu d'autre choîx que de se 'tourner vers un dispositif d'injection par fente, mass avec la difficulté trés importante de devoir contourner les deux écueils que sont d'un côté les infiltrations de métal et de l'autre 21a~.~t~
l'apparition de pertes de charge significatives sur le circuit de gaz.
C'est ainsi qu'il s'est avéré nécessaire de disposer d'un circuit d'alimentation en gaz qui permette de réaliser, en plus de la fonction êvidente de régulation de pression, un certain nombre de contrôles et de commandes comme par exemple -hors coulée, le contrôle de la perte de charge pour un débit de référence sur les alimentations en gaz de chacun des écoulements. Ce contrôle permet de vérifier l'épaisseur de la fente et/ ou son état de colmatage ;
-hors coulée, le contrôle du niveau de fuites parasites sur les différentes parties du circuit -en coulée, la possibilité de fermer l'alimentation en gaz sur chaque écoulement individuellement de façon à ëviter toute fuite parasite au cas où un écoulement ne serait pas en service, soit volontairement, soit par nécessité
écoulement bouché à 1a suite d'une percée importante ).
Cette commande permet d°éviter les perturbations dans la régulation da pression générée par la fuite énorme qui existe si le gaz ne rencontre pas la contrepression du métal sur un écoulement.
-en coulée, la possibilité de mesurer ponctuellement le débit de gaz sur chacun des écoulements. Ce contrôle permet de détecter d'éventuelles anomalies si le débit est en dehors des fourchettes habituelles établies par l'expérience ( fuites parasites, défauts d'outillage, défauts sur le produit ). 11 est d°autant plus riche d°enseignements qu'il est mis en relation avec le contrôle de la perte de charge sur la fente, ou même d'autres données telles que l'âge de la lingotiére.
De plus, pour gérer correctement les phases transitoires propres au début de la coulée, le circuit d°alimentation en gaz doit permettre -de réguler en débit sur la saurce de gaz ( au lieu de réguler en pression ) pendant la phase de remplissage des lingotières où le métal au début n°est pas présent et où par conséquent la notion de contrepression de gaz n'a pas encore de sens ;
-de réguler en pression à une valeur supérieure à la valeur de croisière pendant un court instant après le démarrage de la coulée, pour bien décoller le métal de la lingotière d'une part et du surplomb d'autre part de façon à former un ménisque de grand rayon garant d'un bon état de surface sur la billette coulée.
C'est en vue de résoudre l'ensemble de ces problèmes que la demanderesse a mis au point le procédé suivant.
EXPOSE DE L'INVENTION.-I1 s'agit d'un procédé d'injection automatisée de gaz dans une installation multicoulée de métaux comportant n lingotières surmontées chacune d'une rehausse en surplomb et alimentées en métal liquide par un chenal placé au dessus des dites lingotières de manière à fermer une colonne de métal, dans lequel on injecte le gaz dans chaque lingotière 'tout autour du métal et juste en dessous du surplomb suivant un débit D et sous une pression P voisine de celle exercée par la colonne et ce par l'intermédiaire d'une fente horizon tels en relation avec une source de gaz sous pression caractêrisé en que pendant la coulêe on règle la pression P sur l'ensemble des lingotières en reliant la source aux fentes par l'intermédïaire d'un débitmètre FT1 et d'un réservoir primaire R1 muni d'un manomètre PT1, rempli de gaz que l'on maintient à la pression P à l'aide d°une vanne de rëgulation de pression PV1 placêe en amont de R1, et en aval duquel dëbouchent n tuyauteries équipées chaeune d'une vanne VP et reliées chacune à une des fentes ;

-pendant la coulée, on surveille le débit global de l'installation sur le débitmètre FT1 afin de dë~tecter une anomalie suffisamment importante pour avoir une incidence sur cette mesure ;
-â une ou plusieurs reprises en cours de coulée, on mesure successivement sur chacune des lingotières prise isolément le débit qui l'alimente en reliant R1 à un réservoir R2 par 1°intermédiaire d°un débitmètre FT3 sans pertes de charge, ledit réserVOir étant muni de n tuyauteries équipées chacune d'une vanne VS et reliées chacune aux tuyauteries débouchant de R1 en aval des vannes VP, et en ouvrant tour à tour chacune des vannes VS tout en fermant la vanne VP
correspondante, ledit débit étant lu sur le débitmètre FT3 et permettant de préciser 1°origine d'une anomalie préalablement détectée par FT1 ou de détecter une anomalie strictement locale ;
-avant le démarrage, on applique un débit fixé Dd à l' aide de FT1 et de PV1 en surveillant seulement la pression dans R1 à l'aide de PT1 ;
-peu après le démarrage, on applique une pression Pd > P à
l'aide de PT1 et de PV1 ;
-aprés la coulée, en 1°absence de con-trepression de métal, on contrôle successivement sur chacune des lingotières prises isolément l'épaisseur de la fente par le biais d'une mesure de la perte de charge qu'elle crée pour un débit de référence, en reliant R2 à la source de gaz par l'intermédiaire du débitmètre FT2 et da la vanne de régulation FV2, en isolant R2 de Rl, en réglant le débit Dc à une valeur fixée, en ouvrant successivement chacune des vannes VS, et en mesurant tour à tour la pression à l'aide d'un manomètre PT2 monté sus R2 ;
-entre deux coulées et, après avoir isolé R1 de R2 et fermé
toutes les vannes VP, on dêtecte une éventuelle fuite sur la partie primaire du circuit en appliquant une pression P°dans Rl et en lisant le débit sur FT1 ;
-entre deux coulées, après avoir isolê R2 de R1 et fermé

~~o~~~

toutes les vannes VS, on détecte une éventuelle fuite sur la partie secondaire du circuit en appliquant une pression P' dans R2 et en lisant le dëbit sur FT2.
Ce procédé d'injection automatisée de gaz trouve son intérêt, de préférence, lorqu'il est mis en application sur une installation de coulëe dans laquelle -1°entraxe E en mm entre deux lingotières selon les deux axes perpendiculaires principaux de la table de coulée est compris dans un intervalle tel que, 1 étant le diamètre àntérieur de la lingotière en mm, on a . 1 + 140 < E < 1 +
20~ ;
-la hauteur de la colonne de métal liquide contenue dans la lingotiére et mesurée depuis le bas du surplomb est comprise entre 200 et 250 mm ;
-la fente par laquelle on injecte le gaz dans chaque lingotiére a une épaisseur comprise entre 0,05 et 0,08 mm ;
-la lingotière est enduite de graisse exclusivement avant la coulée.
Ainsi, ce procédé rend possible l'injection de gaz automatisée sur une installation compacte non équipée d'une alimentation continue en lubrifiant.
On met en oeuvre des fentes ayant une largeur sêlectionnêe dans un intervalle trës êtroit afin de tenir compte du compromis perte de charge-infiltration de métal Liquide.
Par ailleurs, on recourt a l'utilisation de réservoirs tampons et les circuits de gaz sont conçus de façon que les pertes de charge soient homogènes entre les divers écoulements et très faibles par rapport à la pression P au niveau des fentes.
Dans cas conditions, la valeur de pression affichée au n~.veau du réservoir est pratïquement égale é la valeur de P

régnant au niveau de la lingotière.
Cette quasi égalité entre la pression dans le réservoir et la pression dans les lingotières permet de :
-disposer d'un mode trés simple de détermination de la valeur de P connaissant la hauteur de métal dans le chenal ;
nette valeur est en effet indépendante d°autres paramëtres tels que la -type d'alliage coulé, le format, la température, 1a vitesse, la dépouille, la lubrification, et la rugositë
de la lingotiêre -d'effectuer un réglage collea~tif des lingotiéres, ce qui est très commode tant poux l'automatisation que pour l'exploitation.
De plus, ce procédé est souple d'utilisation . on peut fermer l'alimentation en gaz sur l'une des lingotiëres soit parce que l'écoulement n'est pas utilisé soit parce que la billette coulée a été perdue en cours de coulée ; on peut applïquer momentanément un débit global sur l'installation au lieu d'appliquer une pression, ce qui est particuliérement utile avant et pendant le remplissage en métal des lingotiéres tant qu'il n'y a pas de contrepression du métal ; on peut également appliquer momentanément des pressions supérieures à la pression métallostatique au moment du démarrage oû on se place à la limite du bullage pour faciliter le passage d'un rêgime de solidification avec replis ou "laps" â un régime de solidification où le ménisque est stable.
De nombreux contrôles sont possibles pendant et aprës la coulée.
Pendant la coulée -le débitmètre FTl mesure en permanence le dëbit global D.
Pour un même format, la consommation des lingotiëg'es varie .selon l'alliage mais aussi d'une lingotiëre à l'autre. La valeur et l'évolution du dëbit global donna donc de bonnes indications sur le bon fonctionnement gênéral de l'installation. Ainsi, une valeur de débit anormalement élevée peut s'expliquer par des fuites sur 1e circuit de gaz ou par une mauvaise étanchéité du contact produit-lingotière. Inversement, une diminution du débit global peut indiquer une amélioration de l'ê~tat de surface des billettes.
-les mesures ponctuelles sur une lingotière peuvent donner des indications intéressantes sur son état de fontionnement on peut diagnostiquer en particulier des fuites anormales provoquées soit par une défaillance du circuit gaz de cette lingotière, soit par des défauts de surface plus ou moins prononcés (rugosité, sillons verticaux, arrachements, etc.) Après la coulée -la mesure de la perte de charge de chaque lingotière est un moyen de contrôle de l'épaisseur de la fente.
En effet, l'épaisseur de la fente diminua progressivement au cours des coulées, d'une part parce que les résidus de lubrifiant utilisés au moment du démarrage peuvent encrasser la fente et d'autre part, parce que les fentes peuvent varier d'épaisseur par suite de l'effet de serrage entre la l~.ngotiëre et la rehausse. Ce rétrecissement provoque une augmentation de la perte de charge liée â la fente. En mesurant la perte de charge d'une lingotière après chaque coulée, on a une idée de 1,'évolution de la fente ; ce qui permet non seulement de changer préventivement une lingotière dont la fente est trop rétrécie mais encore de mieux exploiter les mesures de débit individuel. Par exemple, un débit individuel três bas sur une lingotiëre n'a pas la même signification avec une fente très rétrêcie l~iosn qu'avec une fente normale.
-les mesures de fuite, respectiveanent sur le circuit primaire et sur le circuit secondaire permettent de détecter, et donc de résoudre avant la coulée suivante, un cextain nombre de dysfonctionnements. I1 est en effet primordial d'étre sûr que le gaz injecté ira bien aux lingotières.
DESCRIpmION DES FIGURES.-h'invention sera mieux comprise â l'aide des figures ci-jointes et qui reprêsentent :
-Fig.1 : un diagramme de la perte de charge (mesurée en kPa) créée par la fente d' une lingotière de diamëtre 254 mm, en fonction de 2'ëpaisseur de la fente mesurée en mm et de différents débits de gaz rencontrés en coulée.
-Fig.2 et 3 . une vue en coupe de la disposition de 2 lingotières c8te à côte respectivement dans une installation ë faible densité de lingotières et dans une installation à
forte densité de lingotiëres.
-Fig.4 et 5 . une vue de dessus des deux lingotières suivant les âigures 2 et 3.
-Fig.6 : un schéma général du circuit de gaz.
-Fig.7 : le même schêma sur lequel apparaît en trait fort et en grisé le circuit emprunté par le gaz lors de la régulation de pression sur toutes les lingotières en cours de coulée.
-Fig.8 . le même schéma qu°en 6 lors d'une mesure de débit sur la lingotière N°2, en cours de coulée.

-Fig.~ . le même schéma qu'en 6 lors de la mesure de la pe-r-te de charge sur la fente N°3 après coulée.
De façon plus dëtaillée, on distingue sur la figure 1 une courbe 1 correspondant à un débit de 80 1/h et une courbe 2 correspondant ~ un débit de 150 l/h. On constate qu'en deçà
d'une valeur seuil d'épaisseur de 1a fente situés vers 0,05 mm, la perte de charge augmente trés fortement quand l'épaisseur de 1a fente diminue et qu'il faut donc utiliser une épaisseur suffisante sans toutefois dépasser une valeur au dessus de laquelle le métal pênêtrerait trop facilement dans la fente.
Sur 1a figure 2 correspondant à une installation â faible densité de lingotières, on distingue deux lingotières 3 surmontées chacune par une rehausse 4 en relation aven un chenal de distribution tel que 5 amenant le mêtal liquide 6 qui se solidifie en billettes 7 sous l'action du refroidissement des lingotiéres alimentées en eau depuis la nourrice 8.
Les mêmes rêférences sont reprises sur la figure 3 correspondant é une installation compacte sauf pour le chenal qui est désigné par 5°.
On peut voir que le rapprochement des lingotières, qui se traduit par une réduction de l'entraxe E, est obtenu en relevant et transformant le chenal 5. Avec des lingotières disjointes, le fond du chenal pouvait pratiquement reposer sur la nourrice 8. Avec des lingotiéres rapprochées, le fond du chenal 5° doit nécessairement être placé au dessus des rehausses inférieures 4 qui surmontent les lingotières.
Comme par ailleurs la fonction d'amenée et de distribution du métal vers les différentes lingotières reste inchangée entre les deux configurations, la partie centrale du chenal 5', qui assure justement cette fonction, doit conserver la même section et la même hauteur de métal h que la partie correspondante du chenal 5.
11 s'en suit que la hauteur de la colonne de métal située au dessus de la lingotière, repérée H' sur la fîgure 3, est nettement plus importante que celle repérëe H sur la figure 2.
Cette différence entre H et H' repërée H sur la figure 2, est la cause du surcroît de pression de gaz qu'il faut apporter dans une installation compacte telle celle de la figure 3.
Sur la figure 4, correspondant à une vue de. dessus de la figure 2 ,on distingue le chenal 9 qui alimente les lingotières 10 occupant chacune une surface horizontale moyenne représentée par le rectangle 11.
Sur la figure 5, où on trouve les mêmes éléments que sur la figure 4, on constate que la surface 11' occupëe par une lingotière est nettement moins grande que la surface 11. En ordre de grandeur, la densité de lingotières sur une installation compacte du type de la figure 4 est augmentée de 30 à 60 ~ par rapport à la densitë sur une installation non compacte du type de la figure 3, ce pourcentage étant fonction en particulier du diamètre des lingotières.
Sur la figure 6 est représenté le schéma général du circuit de gaz pour une installation à 64 écoulements.
On y distingue la source de gaz 12, le débitmëtre FT1, la vanne d'isolement V1, 1a vanne de régulation PV1, le manomêtre PT1 placé sur le réservoir primaire R1 duquel débouchent les tuyauteries alimentant les lingotières numérotées de l à 64 par l'intermédiaire des vannes VP.
Entre FT1 et V1 est raccordé, par l'intermédiaire d'abord du régulateur de débit constitué de la vanne de régulation FV2 et du débitmètre FT2, puis de la vanne d'isolement V2, le réservoir secondaire R2 muni d'un manomètre PT2 et duquel débouchent 64 -tuyauteries munies chacune d'une vanne VS et qui sont reliées aux 'tuyauteries issues de R1 en aval des vannes VP.
Rl et R2 sont reliés entre eux par l'intermédiaire d'un dëbitmètre FT3 et d'une vanne d'isolement V3.
Sur les figures 7, 8 et 9, on retrouve les mêmes éléments ;
les seules différences sont constïtuëes par les parties en trait fort et en grisé qui correspondent aux circuits empruntés par le gaz.
Plus particulièrement, sur la figure 7, qui correspond à 1a régulation de pression en cours de coulée, on voit que le courant de gaz, mesuré par le débitmètre FT1 passe par la vanne V1 et la vanne de régulation PVl, et remplit Rl.
Suivant l'écart entre les indications du manomètre PTl et de la pression de marche choisie, la régulation automatique agit plus ou moins sur l'ouverture de la vanne PV1 pour annuler cet ëcart.
Sur la figure 8 correspondant .à la mesure de débit en cours de coulée sur la lingotière N°2, le circuit précëdent est mis en relation avec le réservoir R2 par l'intermédiaire du débitmétre FT3 et de la vanne d'isolement V3.La lingotière N°2 est isolée de R1 par fermeture de la vanne VP2 et mise en relation avec le réservoir R2 par l'intermédiaire de la vannne VS2. Une anomalie sur le débit mesuré indique une défaillance de la lingotière N°2.
La figure 9 correspond â la mesure après la coulée, de la perte de charge créée par la fente de la lingotière N°3 sous un débit de gaz de référence Dc.
Ce contrsle est rêalisë en isolant R1 ainsi que tout le circuit primaire, c°est-à-dire en fermant V1, V3 et toutes les vannes VP et en n'utilisant soue le circuit source-R2.
Le débit de référence Dc est obtenu grâce au régulateur de débit constïtué de la vanne de régula~t3on FV2 et du débitmètre FT2, et est envoyé à la lingotière N°3 par VS3, seule vanne VS à être ouverte.
La pression mesurëe sur PT2 est directement liée à
1 ° épaisseur de la fente. Si cette pressiorx est trop forte, il y a lieu de réajuster cette épaisseur, ou de décolmater la fente.
EXEMPLE D'I~PPLICATION.-L°invention peut être illustrée à l'aide de l'exemple suivant Sur la base de ce procédé a été construit une installation de coulée à 64 écoulements, permettant de couler des billettes de différents diamètres, dont le plus gros est le diamètre 254 mm. L'entraxe entre deux lingotiéres est de 400 mm dans les deux directions paralléle et perpendiculaire à
l'axe longitudinal du chenal distributeur.
L°empilement des différentes pièces réfractaires ainsi que les contraintes de l'alimentation en métal ont conduit â
adopter 210 mm comme hauteur de colonne de métal au dessus du surplomb.
Lors du montage initial de chaque lingotière, la fente est réglée en épaisseur ~ 0,075 mm. Un double contrôle est ensuite effectué : contrôle direct de l'épaisseur grâce à un jeu de cales ; contrôle indirect grâce à une mesure de la perte de charge générée par la fente sous un débit de 200 Nl/h.

L'installation a été préparée en vue de couler le diamètre 254 mm. La capacité du four ne permettant pas d'alimenter 64 écoulements dans ce diamètre, 20 écoulements owt ëté fermës.
La fermeture d'un écoulement consiste d'une part à obturer son arrivée de métal, et d'autre part à fermer le circuit gaz qui l'alimente, par le biais de la vanne VP
correspondante.
Les lingotières de taus les écoulements en service ont été
enduits d'une couche de graisse, cette lubrïfication étant destinée â couvrir les besoins de toute la coulée.
Avant la coulée, un double contrôle de fuite a été réalisê
le premier contrôle a porté sur le circuit primaire et a révélé des fuites de 17 N1/h sous 6, 5 kPa de pression dans le réservoir R1 ; la deuxiéme contrôle a porté sur le circuit secondaire et a révélé des fuites de 29 N1/h sous 6,5 kPa dans le réservoir R2.
Les taux de fuite sur les deux circuits étant jugés acceptables, le lancement de la coulêe a été autorisé, et un débit de consigne de 3,5 Nm3/h a été appliqué sur le circuit de gaz primaire.
Une fois terminé le remplissage des lingotières, le descenseur a été mis en route. Tout de suite après, la régulation de débit a été remplacëe par une régulation de pression, et 1a consigne a êté rapidement portée à 6,2kPa.
Après un petit palier à cette valeur, maintenue jusqu'à 150 mm de longueur coulée, la consigne a été progressivement ramenée à 5,3 kPa, et maintenue à cette valeur jusqu°à la âin de la coulée.
Une billette est restée pendus â sa lingotiêre au démarrage et l'ëcoulement correspondant a donc dû être fermé, tant côté arrivée métal que côtê alimentation en gaz ( fermeture de la vanne VP de cet écoulement ).
La coulée s'est déroulée sur une longueur de 8,60 m.
Pendant tout le régime permanent, le débit de gaz global alimentant l'installation a é-té surveillé. Il n'a été
observé que des fluctuations normales . parti de 2,33 Nm3/h au moment du passage en régime permanent, le débit est ensuite descendu vers 1,84 Nm3/h, puis remonté très légérement en fin de coulée vers 1,9i Nm3/h. Ce type de comportement est habituel pour une coulêe de ce type sans alimentation continue en lubrifiant et traduit des variations à peine perceptibles de l'état de surface sur l'ensemble des billettes coulées. En dêbut de coulée, un lêger dêgazage inévitable des piëces en rëfrac-tai.re en contact avec le métal liquide rend l'aspect des billettes trés lëgérement râpeux. En milieu de coulée, l'aspect de surface est parfaitement lisse. En fin de coulée, 1°usure du lubrifiant commence à se traduire par de très légères griffures en surface des billettes. En fait, ce sont ces rugosités en début et en fin de coulêe qui sont la cause du débit plus élevé pendant ces périodes.
Trois séries de contrôle du débit individuel sur chacun des écoulements ont été réalisées respectivement à 0,5 m, 4 m et '~,5 m de longueur coulée. Tous les écoulements sauf quatre ont présenté des débits dans 1a fourchette normale, c'est-à-dire dans l'intervalle 30 Nl/h-70N1/h. L'écoulement N°33 a présenté un dêbit ( moyenne sur les trois mesures ) de 13 Nl/h seulement. L'écoulement N°29 a présenté un débit moyenne sur les -trois mesures ) de 94 Nl/h, l'écoulement N°37 de 386 N1/h et l'écoulement N°42 de 122 N1/h.
Après la coulée, les billettes ont été démoulées et inspectées. Seules, celles issues d'un écoulement où ont été

constatées des anomalies de débit ont présenté des défauts d'aspect de surface. Sur les billettes N°33 et N°37, de lëgers replis étaient visibles. La billette N°29, bien que jolie et exempte de replis, prësentait de petites griffures, surtout perceptibles au toucher. La billette N°42 présentait sur une génératrice un sillon vertical bien marqué.
Aprés la coulée est également intervenu le contrôle des pertes de charge à vide sur chaque écoulement. Tous les écoulements sauf le N ° 33 et le N ° 37 ont présenté une perte de charge sous 200 Nl/h dans la fourchette normale, c'est-à-dire dans l'intervalle 0,5 kPa-1,5 kPa ( perte de charge intégrant celle de la fente plus celle d°une portion de tuyauterie ). La perte de charge de l'écoulement N°33 était anormalement élevée à 3,4 kPa, celle de l'écoulement N°37 anormalement faible à 0,35 kPa.
Ces résultats ont été analysés da la façon suivante Sur l'écoulement N°33, à cause de la perte de charge excessive, la pression derriére le ménisque en cours de coulée était nettement inférieure à la valeur normale très proche de la pression du rêservoir ~tl. Elle était donc insuffisante pour repousser convenablement le ménisque. Il était donc normal de soir apparaâtre de légers replis à la surface de la billette et de mesurer un faible débit en cours de coulée. En fonction de cette analyse, la décision a été prise de dêmonter cette lingotiére pour pouvoir effectuer dessus une opération de maintenance visant à
régénérer l'épaisseur de la fente.
Sur l'écoulement N°37, la combinaison d°une perte de charge très faible e~t d'un débit élevé en cours de coule démontre qu'il y avait sur cet écoulement un problème de fuite en amont de la fente : tout le gaz n'allait pas jusque derrière le mênisque. Comme sur l'écoulement N°33, mais pour une raison bien différente â savoir la prêsence de cette fuite, la pression derrière le ménisque en cours de coulée était nettement infêrieure à la valeur normale très proche de la pression du réservoir R1. Elle était donc insuffisante pour repousser convenablement le ménisque. I1 était donc normal de voir apparaître de légers replis ù la surface de la billette. La décision prise cette fois a étê de remédier au problème de fuite sur cet écoulement.
Sur l'écoulement N°29 avait été montée uns lingotière neuve, contrairement aux autres écoulements où les lingotières montées avaient déjà servi.
La face travaillante de la lingotière n'êtant pas encore bien rôdée, il était normal de générer sur la billette un état de surface un peu plus rugueux que d'habitude, et par là-même un débit de gaz trop ëlevé. Rien d'anormal n'ayant été constatê au niveau de la fente par le biais de la mesure de la perte de charge, il a été décidé de poursuivre les coulées avec cette lingotière sans intervenir, la situation devant três vite s'amêliorer d'elle-même.
Le dêbit très élevé constaté en cours de coulée sur l'écoulement N°42, combiné à une perte de charge normale, dêmontre qu'il y avait sur cet écoulement un problème de fuite en aval de la fente, c'est-ù-dire au niveau du contact produit-lingotière. Effectivement, le sillon â la surface de la bil:Lette ouvrait une large fuite pour le gaz dans l'interface produit-lingotière. En ce qui concerne la cause de la présence du point d'accrochage à l'origine du sillon, l'hypothèse d°une pénétration de métal dans la fente a été
êcartée, l'épaisseur de cette dernière étant normale à en juger par la perte de charge. L'accrochage s'est donc initié
sans doute sur un défaut de la face travaillante, et la dëcision a êté prise de démonter et de remplacer cette lingotière.

Ainsi, ii est illustrê par cet exemple que le procêdé permet tout ~ la fois -une bonne mai~trise de tous les points liês ~ 1a forte densitê de lingotiéres et à la forte charge mêtallostatique qui en résulte ;
-une grande souplesse dans la conduite des opérations de coulêe ;
_de très nombreux contrôles qui constituent, individuellement ou en combinaison, une aide au diagnostic consïdêrable vis à vis de tous les incidents qui émaillent forcêment la vie industrielle d'une installation de coulêe comportant un grand nombre d'écoulements.

Claims (3)

1-Procédé d'injection automatisée de gaz dans une installation multicoulée de métaux comportant n lingotières surmontées chacune d'une rehausse en surplomb et alimentées en métal liquide par un chenal placé au dessus des dites lingotières de manière à former une colonne de métal, dans lequel on injecte le gaz dans chaque lingotière tout autour du métal et juste en dessous du surplomb suivant un débit D
et sous une pression P voisine de celle exercée par la colonne et ce par l'intermédiaire d'une fente horizontale en relation avec une source de gaz sous pression caractérisé en que:
-pendant la coulée on règle la pression P sur l'ensemble des lingotières en reliant la source aux fentes par l'intermédiaire d'un débitmètre FT1 et d'un réservoir primaire R1 muni d'un manomètre PT1, rempli de gaz que l'on maintient à la pression P à l'aide d'une vanne de régulation de pression PV1 placée en amont de R1, et en aval duquel débouchent n tuyauteries équipées chacune d'une vanne VP et reliées chacune à une des fentes ;
-pendant la coulée, on surveille le débit global de l'installation sur le débitmètre FT1 afin de détecter une anomalie suffisamment importante pour avoir une incidence sur cette mesure ;
-à une ou plusieurs reprises en cours de coulée, on mesure successivement sur chacune des lingotières prise isolément le débit qui l'alimente en reliant R1 à un réservoir R2 par l'intermédiaire d'un débitmètre FT3 sans pertes de charge, ledit réservoir étant muni de n tuyauteries équipées chacune d'une vanne VS et reliées chacune aux tuyauteries débouchant de R1 en aval des vannes VP, et en ouvrant tour à tour chacune des vannes VS tout en fermant la vanne VP
correspondante, ledit débit étant lu sur le débitmètre FT3 et permettant de préciser l'origine d'une anomalie préalablement détectée par FT1 ou de détecter une anomalie strictement locale;
-avant le démarrage, on applique un débit fixe Dd à l'aide de FT1 et de PV1 en surveillant seulement la pression dans R1 à l'aide de PT1;
-peu après le démarrage, on applique une pression Pd > P à
l'aide de PT1 et de PV1;
-après la roulée, en l'absence de contrepression de métal, on contrôle successivement sur chacune des lingotières prises isolément l'épaisseur de la fente par le biais d'une mesure de la perte de charge qu'elle crée pour un débit de référence, en reliant R2 à la source de gaz par l'intermédiaire du débitmètre FT2 et de la vanne de régulation FV2, en isolant R2 de R1, en réglant 1e débit Dc à une valeur fixée, en ouvrant successivement chacune des vannes VS, et en mesurant tour à tour la pression à l'aide d'un manomètre PT2 monté sur R2;
-entre deux coulées, après avoir isolé R1 de R2 et fermé
toutes les vannes VP, on détecte une éventuelle fuite sur la partie primaire du circuit en appliquant une pression P'dans R1 et en lisant le débit sur FT1;
-entre deux coulées, après avoir isolé R2 de R1 et fermé
toutes les vannes VS, on détecte une éventuelle fuite sur la partie secondaire du circuit en appliquant une pression P' dans R2 et en lisant le débit sur FT2.

2.-Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est appliqué dans une installation de coulée dans laquelle:
-l'entraxe E en mm entre deux lingotières selon les deux axes perpendiculaires principaux de la table de coulée est compris dans un intervalle tel que, l étant le diamètre intérieur de la lingotière en mm, on a 1 + 140 < E < 1 + 200 ;
-la hauteur de la colonne de métal liquide contenue dans la lingotière et mesurés depuis le bas du surplomb est comprise entre 200 et 250 mm ;
-la fente par laquelle on injecte le gaz dans chaque lingotière a une épaisseur comprise entre 0,05 et 0,08 mm.

3.-Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les lingotières sont enduites de graisse exclusivement avant la coulée.