CA3094862A1 - Continuous casting ingot mould for metals, and system and method for break-out detection in a continuous metal-casting machine - Google Patents
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Abstract
Description
LINGOTIERE DE COULÉE CONTINUE DE MÉTAUX, SYSTEME ET PROCÉDÉ DE
DÉTECTION DE PERCÉE DANS UNE INSTALLATION DE COULÉE CONTINUE DE
MÉTAUX
[0001] L'invention concerne une installation de coulée continue de métaux.
Plus particulièrement, l'invention concerne une lingotière de coulée continue de métaux.
Selon d'autres de ses aspects, l'invention concerne un système et un procédé
de détection de percée dans une installation de coulée continue de métaux. CONTINUOUS METAL CASTING LINGOTIER, SYSTEM AND METHOD OF
BREAKTHROUGH DETECTION IN A CONTINUOUS CASTING PLANT OF
METALS
The invention relates to an installation for the continuous casting of metals.
More particularly, the invention relates to a continuous casting mold of metals.
According to other of its aspects, the invention relates to a system and a method.
of breakthrough detection in a continuous metal casting plant.
[0002] Une installation de coulée continue de métaux, par exemple, une installation de coulée continue d'acier, comprend généralement une lingotière dans laquelle on verse un métal liquide en vue de sa solidification sous une forme adéquate. Il peut par exemple s'agir d'une lingotière sans fond, auquel cas le métal refroidit en formant une brame. Pour refroidir le métal liquide, des parois de la lingotière sont accolées à des dispositifs de refroidissement, par exemple du type à liquide. La lingotière et les dispositifs de refroidissement sont dimensionnés en fonction de la vitesse d'écoulement du métal de sorte que la brame, lorsqu'elle sort de la lingotière, présente une surface externe solidifiée d'une épaisseur suffisamment importante pour piéger le métal encore liquide se trouvant au coeur de la brame. A continuous metal casting installation, for example, a installation continuous casting of steel, generally comprises an ingot mold in which we pours liquid metal for solidification in a suitable form. He can by example of a bottomless ingot mold, in which case the metal cools in forming a slab. To cool the liquid metal, the walls of the mold are attached to cooling devices, for example of the liquid type. The ingot mold and the cooling devices are sized according to the speed flow metal so that the slab, when it leaves the mold, presents a surface solidified outer layer of sufficient thickness to trap the metal again liquid in the heart of the slab.
[0003] Lors de l'écoulement du métal liquide dans la lingotière, il peut arriver que le métal adhère aux parois de la lingotière, ce qui n'est pas souhaité et peut avoir des conséquences considérables sur la production de l'installation. Cela engendre notamment le phénomène de percée bien connu. L'adhérence du métal à la paroi crée une zone dans la brame dans laquelle la solidification du métal ne se fait pas convenablement, si bien que la brame sort de la lingotière avec surface externe d'épaisseur insuffisante dans cette zone. Il s'ensuit qu'elle se déchire et laisse le métal encore liquide au coeur de la brame s'écouler en dehors de celle-ci. Au-delà
de la perte de rendement, le métal liquide, donc à très haute température, peut endommager l'installation voire même constituer un danger pour des opérateurs de l'installation. Il est donc nécessaire de détecter dès que possible ces percées pour pouvoir prendre des mesures préventives, par exemple ralentir la vitesse d'extraction de la brame, temporairement mettre à l'arrêt l'installation ou toute autre mesure corrective. During the flow of the liquid metal in the mold, it can happen that the metal adheres to the walls of the mold, which is undesirable and may to have some considerable consequences on the production of the installation. This generates in particular the well-known breakthrough phenomenon. Adhesion of the metal to the wall creates a zone in the slab in which the solidification of the metal does not take place suitably, so that the slab comes out of the mold with surface external insufficient thickness in this area. It follows that she tears apart and leave the metal still liquid in the heart of the slab to flow out of it. Beyond of the loss yield, the liquid metal, therefore at very high temperature, can damage installation or even constitute a danger for operators of installation. It is therefore necessary to detect these breakthroughs as soon as possible in order to be able to take of preventive measures, for example slowing down the slab extraction speed, temporarily shut down the installation or any other measure corrective.
[0004] On connaît dans l'état de la technique un procédé pour détecter si le métal adhère aux parois de la lingotière, signe d'une percée imminente. Il se base sur la mesure de la température des parois de la lingotière en différents points. En effet, il a été remarqué que les parois présentent un profil de température particulier lorsque le métal y adhère. Un moyen connu de mesurer cette température consiste à
installer des thermocouples régulièrement répartis sur les parois de la lingotière de manière à
pouvoir détecter dès que possible toute anomalie de température. [0004] A method is known in the state of the art for detecting whether the metal adheres to the walls of the mold, a sign of an imminent breakthrough. It is based on the measurement of the temperature of the walls of the mold at various points. In indeed, he has been noticed that the walls have a particular temperature profile when the metal adheres to it. A known way of measuring this temperature consists of install thermocouples regularly distributed on the walls of the mold of way to be able to detect any temperature anomaly as soon as possible.
[0005] Ce procédé de détection est intéressant mais pose certains problèmes.
En effet, pour pouvoir mesurer la température des parois en un nombre maximal de positions, il est nécessaire d'installer un grand nombre de thermocouples.
Cela non seulement augmente le coût de fabrication de la lingotière mais rend également complexe la connexion électrique des thermocouples. Par ailleurs, les thermocouples ne permettent pas toujours d'effectuer une mesure précise et fiable de la température des parois, si bien qu'ils peuvent générer un nombre non satisfaisant de fausses alarmes, c'est-à-dire des alarmes signalant une percée imminente alors qu'il n'en est rien. This detection method is interesting but poses certain problems.
In effect, to be able to measure the temperature of the walls in a maximum number of positions, it is necessary to install a large number of thermocouples.
That no only increases the manufacturing cost of the mold but also makes complex the electrical connection of thermocouples. In addition, the thermocouples do not always allow an accurate and reliable measurement of the temperature of walls, so that they can generate an unsatisfactory number of false alarms, that is to say, alarms indicating an imminent breakthrough when it is not nothing.
[0006] Un autre problème est lié à la configuration de la lingotière qui est habituellement constituée par un assemblage de plaques métalliques adossées à
des dispositifs de refroidissement configurés pour permettre le refroidissement des plaques métalliques par la circulation d'un fluide de refroidissement. Pour atteindre les zones de la lingotière où la température doit être mesurée, il convient de passer au travers de ce dispositif de refroidissement et donc, à travers l'eau en circulation. Ceci entraîne d'autres problèmes d'étanchéité et de câblage. Another problem is linked to the configuration of the mold which is usually formed by an assembly of metal plates backed by of cooling devices configured to provide cooling plates metallic by the circulation of a cooling fluid. To reach areas of the mold where the temperature is to be measured, it is advisable to go to through this cooling device and therefore, through the circulating water. This entails other sealing and wiring problems.
[0007] Un problème supplémentaire que l'on rencontre avec les lingotières de l'état de la technique pourvues de dispositifs de mesure est également lié à
l'accessibilité très restreinte de la lingotière, et en particulier de ses parois, en cours d'utilisation. Il serait particulièrement avantageux de pouvoir disposer d'une lingotière dont le dispositif de mesure de la température puisse, en cas de défaillance, être remplacé, sans devoir démonter toute l'installation. [0007] An additional problem that is encountered with molds of state of the technique provided with measuring devices is also linked to accessibility very of the mold, and in particular of its walls, in progress of use. It would be particularly advantageous to be able to have an ingot mold whose device temperature measurement can, in the event of failure, be replaced without duty dismantle the entire installation.
[0008] WO-A1-2017/032488 divulgue une lingotière pour la coulée continue de métaux. La lingotière est formée par un assemblage de quatre plaques en cuivre 10, au moins l'une de ces plaques présentant plusieurs canaux 12 recevant chacun une fibre optique 20. Elles permettent la mesure de la température du métal coulant dans la lingotière, le document citant notamment la méthode "Fiber Bragg Grating".
Dans le mode de réalisation illustré en figure 1c, les fibres optiques 20 s'étendent perpendiculairement à la direction de coulée du métal. Toutefois, les canaux divulgués dans ce document présentent un diamètre compris entre 0.3 et 1.2 mm et ne présentent jamais un diamètre supérieur à 1.2 mm. [0008] WO-A1-2017 / 032488 discloses an ingot mold for the continuous casting of metals. The mold is formed by an assembly of four copper plates 10, at at least one of these plates having several channels 12 each receiving a fiber optic 20. They allow the measurement of the temperature of the metal flowing in the ingot mold, the document citing in particular the “Fiber Bragg Grating” method.
In the embodiment illustrated in Figure 1c, the optical fibers 20 extend perpendicular to the direction of flow of the metal. However, the channels disclosed in this document have a diameter between 0.3 and 1.2 mm and do not present never a diameter greater than 1.2 mm.
[0009] Un but de l'invention est d'améliorer la détection de percée en remédiant aux inconvénients énoncés ci-dessus. An object of the invention is to improve the detection of breakthroughs by remedying to the disadvantages set out above.
[00010] A cet effet, on prévoit selon l'invention une lingotière de coulée continue de métaux, du type constituée par un assemblage de plaques métalliques adossées à
des dispositifs de refroidissement configurés pour permettre le refroidissement des plaques métalliques par la circulation d'un fluide de refroidissement, comprenant une fibre optique, comportant une pluralité de filtres de Bragg, s'étendant dans une paroi d'au moins une desdites plaques, la fibre optique s'étendant dans une direction non parallèle à l'axe de coulée de la lingotière, dans laquelle la fibre optique présente un diamètre supérieur à 1,6 mm. Le diamètre de la fibre optique prend en compte l'éventuelle présence d'un revêtement, d'une gaine, d'un tube ou d'une combinaison de ceux-ci (par exemple l'âme peut être pourvue d'une gaine fine, elle-même insérée dans un tube, lui-même pourvu d'un revêtement). En d'autres termes, le diamètre de la fibre optique est le diamètre de l'assemblage constitué de l'âme, de la gaine et, le cas échéant, du revêtement ou du tube ou d'une combinaison de ceux-ci. For this purpose, according to the invention, a casting mold is provided continues to metals, of the type consisting of an assembly of metal plates backed by of cooling devices configured to provide cooling plates metallic by the circulation of a cooling fluid, comprising a fiber optical system, comprising a plurality of Bragg filters, extending in a wall of at least one of said plates, the optical fiber extending in a direction not parallel to the casting axis of the mold, in which the optical fiber has a diameter greater than 1.6 mm. The diameter of the optical fiber takes into account the eventual presence of a coating, sheath, tube or a combination of these ci (by example the core can be provided with a thin sheath, itself inserted in a tube, him-even with a coating). In other words, the diameter of the fiber optics is the diameter of the assembly made up of the core, the sheath and, where appropriate, from coating or tube or a combination thereof.
[00011] Ainsi, on remplace les thermocouples de l'art antérieur par une fibre optique comprenant des filtres de Bragg. Ces derniers permettent, au moyen de l'émission d'un faisceau lumineux dans la fibre et la détection du faisceau réfléchi et/ou transmis, la mesure de la température dans la paroi au niveau de chacun des filtres. On comprend que la fibre optique est bien moins encombrante que les thermocouples et qu'elle est bien plus simple à mettre en place. De plus, la mesure de température grâce aux filtres de Bragg est plus précise que celle obtenue avec les thermocouples, si bien que le nombre de fausses alarmes s'en trouve diminué. [00011] Thus, the thermocouples of the prior art are replaced by a fiber optical comprising Bragg filters. These allow, by means of issuing a light beam in the fiber and detection of the reflected beam and / or transmitted, the measurement of the temperature in the wall at the level of each of the filters. We includes that the optical fiber is much less bulky than thermocouples and which is much easier to set up. In addition, the temperature measurement thanks to filters de Bragg is more precise than that obtained with thermocouples, so that the the number of false alarms is reduced.
[00012] Au surplus, en dotant la fibre optique d'un diamètre suffisamment important, on facilite grandement la fabrication de la lingotière, plus particulièrement la préparation d'un canal dans la paroi dans lequel insérer la fibre optique. En effet, il est industriellement difficile de forer avec précision un canal de grande longueur et de faible diamètre. Le diamètre du canal doit être environ égal à celui de la fibre optique afin qu'il n'y ait pas d'incertitude sur la position réelle de la fibre dans le canal, ce qui fausserait la mesure de la température. En augmentant le diamètre de la fibre optique, on peut augmenter le diamètre du canal et ainsi faciliter sa préparation. [00012] In addition, by providing the optical fiber with a sufficient diameter important, the manufacture of the mold is greatly facilitated, more particularly the preparation a channel in the wall in which to insert the optical fiber. Indeed it is industrially difficult to precisely drill a long channel and weak diameter. The diameter of the channel should be approximately equal to that of the fiber optical so that it there is no uncertainty about the real position of the fiber in the channel, this who would distort temperature measurement. By increasing the diameter of the optical fiber, we can increase the diameter of the canal and thus facilitate its preparation.
[00013] Avantageusement, la fibre optique est munie d'un revêtement ou d'un tube. Advantageously, the optical fiber is provided with a coating or a tube.
[00014] On peut ainsi facilement augmenter le diamètre de la fibre optique si nécessaire. It is thus easily possible to increase the diameter of the optical fiber if necessary.
[00015] Avantageusement, la fibre optique présente un diamètre supérieur ou égal à
2 mm, de préférence supérieur ou égal à 2,5 mm, de manière préférée égal à 3 mm. Advantageously, the optical fiber has a greater diameter or equal to 2 mm, preferably greater than or equal to 2.5 mm, preferably equal to 3 mm.
[00016] Avantageusement, la direction présente un angle avec l'axe de coulée compris entre 75 et 105 . Advantageously, the direction has an angle with the casting axis between 75 and 105.
[00017] Avantageusement, la lingotière présente une section droite carrée ou rectangulaire. Advantageously, the mold has a square cross section or rectangular.
[00018] L'installation permet ainsi la production d'une brame métallique à
section carrée ou rectangulaire, ce qui est généralement commode pour l'utilisation ultérieure qui est faite de la brame. The installation thus allows the production of a metal slab at section square or rectangular, which is generally convenient for using later which is made of the slab.
[00019] De préférence, la lingotière comprend des fibres optiques dans au moins deux plaques situées en vis-à-vis, de préférence dans quatre plaques. Preferably, the mold comprises optical fibers in the less two plates located opposite each other, preferably in four plates.
[00020] Avantageusement, la lingotière est réalisée en cuivre ou en alliage cuivreux. Advantageously, the mold is made of copper or an alloy.
copper.
[00021] La lingotière est ainsi réalisée dans un matériau présentant une grande conductivité thermique. Cela facilite les échanges de chaleur entre les dispositifs de refroidissement et le métal transitant dans la lingotière. [00021] The ingot mold is thus made of a material having a big thermal conductivity. This facilitates heat exchange between the devices cooling and the metal passing through the mold.
[00022] Avantageusement, la fibre optique est installée nue dans la lingotière. Advantageously, the optical fiber is installed bare in the ingot mold.
[00023] Selon une variante de réalisation, la fibre optique est munie d'un revêtement. [00023] According to an alternative embodiment, the optical fiber is provided with a coating.
[00024] Selon une autre variante de réalisation, la fibre optique est insérée dans un tube s'étendant dans une paroi d'au moins une desdites plaques. [00024] According to another variant embodiment, the optical fiber is inserted in one tube extending into a wall of at least one of said plates.
[00025] Ainsi, il est possible de moduler le diamètre de la fibre optique grâce à la présence ou non d'un revêtement ou d'un tube. Cela permet d'avoir plus de liberté dans le dimensionnement du canal de la paroi de la plaque de la lingotière et ainsi faciliter sa génération. [00025] Thus, it is possible to modulate the diameter of the optical fiber thanks to the presence or absence of a coating or a tube. This allows to have more freedom in the dimensioning of the channel of the wall of the mold plate and thus facilitate its generation.
[00026] Avantageusement, la lingotière comprend des fibres optiques dans au moins deux plaques situées en vis-à-vis, de préférence dans quatre plaques. Advantageously, the mold comprises optical fibers in the less two plates located opposite each other, preferably in four plates.
[00027] On améliore ainsi la mesure de la température dans les parois de la lingotière, ce qui permet de fiabiliser davantage la détection de percée. [00027] The measurement of the temperature in the walls of the ingot mold, which makes the breakthrough detection more reliable.
[00028] Selon une variante de réalisation, la lingotière comprend une unique fibre optique. [00028] According to an alternative embodiment, the ingot mold comprises a single fiber optical.
[00029] La lingotière est ainsi simple à réaliser et présente un coût de fabrication modéré. The ingot mold is thus simple to produce and has a cost of manufacturing moderate.
[00030] Avantageusement, la fibre optique comporte au moins dix filtres de Bragg par mètre, de préférence au moins vingt filtres de Bragg par mètre, de manière préférée au moins trente filtres de Bragg par mètre, et de manière encore plus préférée au moins quarante filtres de Bragg par mètre. Advantageously, the optical fiber comprises at least ten filters of Bragg per meter, preferably at least twenty Bragg filters per meter, so favorite at least thirty Bragg filters per meter, and even more preferably at least forty Bragg filters per meter.
[00031] II est ainsi possible de mesurer la température dans les parois de la lingotière en un nombre élevé de points, ce qui contribue à fiabiliser davantage la détection de percée. It is thus possible to measure the temperature in the walls of the ingot mold in a high number of points, which contributes to more the breakthrough detection.
[00032] Avantageusement, la lingotière comprend au moins deux fibres optiques s'étendant parallèlement l'une par rapport à l'autre, de préférence espacées d'entre 10 et 25 centimètres et de manière plus préférée, espacées d'entre 15 et 22 centimètres. Advantageously, the mold comprises at least two optical fibers extending parallel to each other, preferably spaced apart of 10 and 25 centimeters and more preferably, spaced between 15 and 22 centimeters.
[00033] On peut ainsi mesurer la température des parois de la lingotière à
deux altitudes différentes de la lingotière. Cela est particulièrement efficace car cela permet de mieux suivre la propagation du phénomène d'adhérence le long de la lingotière, et donc de mieux déterminer si une percée est susceptible de se produire. It is thus possible to measure the temperature of the walls of the ingot mold at of them different altitudes of the mold. This is particularly effective because this allows to better follow the propagation of the adhesion phenomenon along the ingot mold, and therefore to better determine if a breakthrough is likely to occur.
[00034] On prévoit également selon l'invention une lingotière de coulée continue de métaux, du type constitué par un assemblage de plaques métalliques adossées à
des dispositifs de refroidissement configurés pour permettre le refroidissement des plaques métalliques par la circulation d'un fluide de refroidissement, qui présente au moins un canal s'étendant dans une direction non parallèle à un axe de coulée de la lingotière, dans une paroi d'au moins une desdites plaques, dans laquelle le canal présente un diamètre supérieur ou égal à 1,6 mm. There is also provided according to the invention a casting mold continues to metals, of the type consisting of an assembly of metal plates backed by of cooling devices configured to provide cooling plates metallic by the circulation of a cooling fluid, which presents to the minus one channel extending in a direction not parallel to a casting axis of the ingot mold, in a wall of at least one of said plates, in which the channel presents a diameter greater than or equal to 1.6 mm.
[00035] Avantageusement, le canal présente un diamètre supérieur ou égal à 2 mm, de préférence supérieur ou égal à 2,5 mm, de manière préférée égal à 3 mm. Advantageously, the channel has a diameter greater than or equal to 2 mm, preferably greater than or equal to 2.5 mm, more preferably equal to 3 mm.
[00036] Selon un premier mode de réalisation, le canal est traversant. According to a first embodiment, the channel is through.
[00037] Selon un deuxième mode de réalisation, le canal débouche sur une seule extrémité latérale de la plaque. [00037] According to a second embodiment, the channel opens onto a single side end of the plate.
[00038] Selon un troisième mode de réalisation, chacun des canaux s'étendant sur au moins la moitié de la longueur de la plaque et débouchant sur deux extrémités latérales opposées de la plaque. According to a third embodiment, each of the channels extending sure at least half the length of the plate and leading to two ends opposite sides of the plate.
[00039] Selon un quatrième mode de réalisation, la lingotière présente deux canaux coaxiaux, non communicants, débouchant sur deux extrémités latérales opposées de la plaque. [00039] According to a fourth embodiment, the mold has two canals coaxial, non-communicating, opening onto two opposite lateral ends of the plate.
[00040] De préférence, le ou les canaux sont générés par perçage de la paroi de la plaque. [00040] Preferably, the channel or channels are generated by drilling the wall of the plate.
[00041] Selon une variante de réalisation, le ou les canaux sont générés par creusage par exemple par fraisage, d'une ou plusieurs rainures dans la paroi de la plaque puis par le colmatage d'une partie supérieure des rainures. [00041] According to an alternative embodiment, the channel or channels are generated by digging, for example by milling, of one or more grooves in the wall of the plate then by sealing an upper part of the grooves.
[00042] Ces différents modes de réalisations correspondent à autant de moyens d'installer la fibre optique dans la lingotière, ce qui montre la versatilité
de l'invention. These different embodiments correspond to as many means to install the optical fiber in the mold, which shows the versatility of the invention.
[00043] On prévoit aussi selon l'invention un système de détection de percée dans un système de coulée continue de métaux, comprenant :
- une lingotière telle que définie dans ce qui précède, - un émetteur-récepteur agencé pour envoyer de la lumière dans la fibre optique et recevoir de la lumière réfléchie et/ou de la lumière transmise par la fibre optique, - un processeur agencé pour transformer des données sur la lumière réfléchie et/ou transmise reçue par l'émetteur-récepteur en une information sur la détection d'une percée, et - un terminal comprenant une interface utilisateur, connecté au processeur. A breakthrough detection system is also provided according to the invention.
in a continuous metal casting system, comprising:
- an ingot mold as defined in the above, - a transceiver designed to send light into the fiber optical and receive reflected light and / or light transmitted by the fiber optical, - a processor arranged to transform data on the reflected light and or transmitted received by the transceiver as detection information of a breakthrough, and - a terminal comprising a user interface, connected to the processor.
[00044] On prévoit également selon l'invention un procédé de détection d'une percée dans une installation de coulée continue de métaux, caractérisé en ce qu'on mesure la température d'une paroi d'une lingotière telle que définie dans ce qui précède. There is also provided according to the invention a method of detecting a breakthrough in a continuous metal casting plant, characterized in that that we measures the temperature of a wall of an ingot mold as defined in this who precedes.
[00045] Nous allons maintenant présenter un mode de réalisation de l'invention donné à titre d'exemple non limitatif et à l'appui des figures annexées sur lesquelles :
- la figure 1 est une vue d'ensemble d'une installation de coulée continue de métaux comprenant une lingotière selon l'invention, - les figures 2a et 2b sont des schémas illustrant le fonctionnement de l'installation de la figure 1, - la figure 3 est une vue en coupe de la lingotière de l'installation de la figure 1, - la figure 4 est une vue en perspective d'une plaque de la lingotière de la figure 3, - la figure 5 est une vue en coupe longitudinale d'une fibre optique contenue dans la paroi de la figure 4, - la figure 6 est un schéma expliquant le fonctionnement de la fibre optique de la figure 5, et - les figures 7a, 7b, 7c et 7d sont des vues en coupe de la lingotière de la figure 3 illustrant la genèse d'une percée. We will now present an embodiment of the invention given by way of non-limiting example and in support of the appended figures on which:
- Figure 1 is an overall view of a continuous casting installation of metals comprising an ingot mold according to the invention, - Figures 2a and 2b are diagrams illustrating the operation of installation of figure 1, - Figure 3 is a sectional view of the mold of the installation of the figure 1, - Figure 4 is a perspective view of a plate of the mold of the figure 3, - Figure 5 is a longitudinal sectional view of an optical fiber contained in the wall of figure 4, - Figure 6 is a diagram explaining the operation of the optical fiber of the figure 5, and - Figures 7a, 7b, 7c and 7d are sectional views of the mold of the figure 3 illustrating the genesis of a breakthrough.
[00046] On a représenté en figure 1 une installation de coulée continue de métaux 2.
Elle a une configuration classique, si bien que la plupart de ses éléments constitutifs ne seront présentés que brièvement. There is shown in Figure 1 a continuous casting installation of metals 2.
It has a classic configuration, so that most of its elements constitutive will be presented only briefly.
[00047] L'installation 2 comprend des poches 4 contenant du métal liquide qu'on souhaite faire refroidir. Les poches 4 sont ici au nombre de deux et sont portées par un bras motorisé 6. Ce bras motorisé 6 est notamment apte à déplacer les poches 4 qui sont amenées pleine dans la zone de coulée par un système de transport (par exemple un pont roulant, non représenté) en provenance d'une zone de remplissage où le métal fondu peut y être versé, par exemple un four ou un convertisseur (non représenté) avant de les amener à la position illustrée en figure 1. Après vidange de la poche 4, le bras motorisé 6 permet également de positionner la poche vide dans une position où
le système de transport peut la reprendre et l'amener en zone de préparation où
elle sera reconditionnée avant de retourner en zone de remplissage. The installation 2 comprises pockets 4 containing liquid metal that we wish to cool. The pockets 4 are here two in number and are worn by a motorized arm 6. This motorized arm 6 is particularly suitable for moving the pockets 4 who are brought full into the casting area by a transport system (e.g.
example an overhead crane, not shown) coming from a filling area where the metal melt can be poured into it, for example a furnace or converter (not shown) before bring them to the position shown in figure 1. After emptying the bag 4, the arm motorized 6 also makes it possible to position the empty bag in a position where the transport system can pick it up and bring it to the preparation area where she will reconditioned before returning to the filling area.
[00048] L'installation 2 comprend un distributeur ou bassin répartiteur 8 situé en dessous des poches 4. Ces dernières présentent un fond ouvrable permettant de faire couler le métal liquide dans le distributeur 8. [00048] The installation 2 comprises a distributor or distributor basin 8 located in below the pockets 4. The latter have an openable bottom allowing make pour the liquid metal into the distributor 8.
[00049] Le distributeur 8 comprend un orifice d'écoulement qui peut être obturé par une quenouille 10 qui permet de contrôler l'écoulement de métal liquide.
L'orifice d'écoulement du distributeur se prolonge par un tube de coulée 11 d'entrée immergée (SEN) permettant de protéger le métal liquide déversé dans la lingotière 12. The distributor 8 comprises a flow orifice which can be closed by a stopper rod 10 which makes it possible to control the flow of liquid metal.
The orifice flow of the distributor is extended by an inlet pouring tube 11 submerged (SEN) to protect the liquid metal poured into the mold 12.
[00050] Comme cela est plus visible sur la figure 2a et à plus grande échelle sur la figure 2b, le tube de coulée 11 d'entrée immergée débouche dans une ouverture supérieure d'une lingotière 12. Il s'agit ici d'une lingotière sans fond présentant un axe de coulée qui est vertical. La lingotière 12 sera décrite plus en détails plus loin. As is more visible in Figure 2a and on a larger scale on the Figure 2b, the submerged inlet pouring tube 11 opens into an opening upper part of an ingot mold 12. This is a bottomless ingot mold presenting an axis casting which is vertical. The mold 12 will be described in more detail more far.
[00051] L'installation 2 comprend des dispositifs de refroidissement 14 positionnés sur une surface externe de la lingotière 12. Il s'agit de dispositifs de refroidissement du type à liquide. Ils comprennent à cet effet des conduits dans lequel s'écoule un fluide réfrigérant, par exemple de l'eau. Le fluide réfrigérant absorbe la chaleur du métal liquide se trouvant dans la lingotière 12 afin de le faire refroidir et solidifier. Ici, le métal se solidifie sous la forme d'une brame présentant une surface externe solidifiée 18 enclavant un noyau liquide 20. [00051] The installation 2 comprises cooling devices 14 positioned on an external surface of the mold 12. These are devices for cooling of liquid type. They include for this purpose conduits in which flows a fluid refrigerant, for example water. The refrigerant absorbs heat from the metal liquid in the mold 12 in order to cool it and solidify. Here the metal solidifies as a slab with an outer surface solidified 18 enclosing a liquid core 20.
[00052] L'installation 2 comprend un guide à rouleaux 16 se trouvant en aval de la lingotière 12. Le guide 16 permet de guider la brame, dont une surface externe 18 est solidifiée, hors de la lingotière 12. Comme cela est visible sur la figure 2a, la brame se solidifie progressivement à mesure qu'elle se déplace dans le guide 16. En d'autres termes, plus on s'éloigne de la lingotière 12, plus la surface externe solidifiée 18 de la brame augmente en volume et plus le noyau liquide 20 de la brame diminue en volume. The installation 2 comprises a roller guide 16 located downstream of the ingot mold 12. The guide 16 is used to guide the slab, including an outer surface 18 is solidified, out of the mold 12. As can be seen in FIG. 2a, the slab is gradually solidifies as it moves through guide 16. In others terms, the further away from the mold 12, the greater the external surface solidified 18 of the The slab increases in volume and the more the liquid core 20 of the slab decreases in volume.
[00053] On a représenté la lingotière 12 plus en détails sur la figure 3. Elle présente ici quatre plaques 22 (la quatrième n'étant pas visible du fait de la position du plan de coupe). Les plaques 22 sont réalisées en cuivre ou en alliage cuivreux, qui sont des matériaux présentant une grande conductivité thermique et facilitent donc les échanges de chaleur entre les dispositifs de refroidissement 14 et la lingotière 12.
Les plaques 22 sont agencées de sorte que la lingotière 12 présente une section droite rectangulaire ou carrée. On pourrait toutefois prévoir d'agencer les plaques de sorte que la lingotière présente une toute autre forme de section droite. The mold 12 has been shown in more detail in Figure 3. It present here four plates 22 (the fourth not being visible due to the position of the plan chopped off). The plates 22 are made of copper or a copper alloy, which are materials with high thermal conductivity and therefore facilitate trades of heat between the cooling devices 14 and the mold 12.
Plates 22 are arranged so that the mold 12 has a cross section rectangular or square. However, provision could be made to arrange the plates so that the ingot mold presents a completely different form of straight section.
[00054] Une des plaques 22 de la lingotière 12 est représentée à plus grande échelle sur la figure 4, sur laquelle l'axe de coulée correspond à la direction verticale. La plaque 22 comporte dans sa paroi au moins un canal 24 s'étendant dans une direction non parallèle à l'axe de coulée de la lingotière 12. Plus précisément, le canal 24 présente un angle avec l'axe de coulée compris entre 75 et 105 . Ici, le canal 24 est perpendiculaire à l'axe de coulée. Le canal 24 présente un diamètre supérieur ou égal à
1,6 mm. De préférence, le canal 24 présente un diamètre supérieur ou égal à
2mm, de manière préférée supérieur ou égal à 2,5 mm. Il présente ici un diamètre de 3 mm. Les canaux 24 sont ici au nombre de quatre. Un capot de protection 26 est installé
sur la zone de la plaque 22 où les canaux 24 débouchent pour les protéger. One of the plates 22 of the mold 12 is shown at a larger size scale in figure 4, on which the casting axis corresponds to the vertical direction. The plate 22 comprises in its wall at least one channel 24 extending in a direction not parallel to the casting axis of the mold 12. More precisely, the channel 24 has an angle with the casting axis of between 75 and 105. Here the channel 24 east perpendicular to the casting axis. Channel 24 has a larger diameter or equal to 1.6 mm. Preferably, the channel 24 has a diameter greater than or equal to 2mm, from preferably greater than or equal to 2.5 mm. Here it has a diameter of 3 mm. The 24 channels are here four in number. A protective cover 26 is installed on the zone of the plate 22 where the channels 24 open out to protect them.
[00055] Dans ce premier mode de réalisation de l'invention, les canaux 24 sont traversant. Selon un deuxième mode de réalisation de l'invention, les canaux débouchent sur une seule extrémité latérale de la plaque. Selon un troisième mode de réalisation de l'invention, la plaque comporte deux canaux parallèles mais non coaxiaux, chacun des canaux s'étendant sur au moins la moitié de la longueur de la plaque et débouchant sur deux extrémités latérales opposées de la plaque. Selon un quatrième mode de réalisation de l'invention, la plaque comporte deux canaux coaxiaux, non communicants, débouchant sur deux extrémités latérales opposées de la plaque. In this first embodiment of the invention, the channels 24 are crossing. According to a second embodiment of the invention, the channels open onto a single lateral end of the plate. According to a third fashion embodiment of the invention, the plate has two parallel channels but not coaxial, each of the channels extending over at least half the length of the plate and opening onto two opposite lateral ends of the plate. According to a fourth embodiment of the invention, the plate comprises two coaxial channels, no communicating, opening onto two opposite lateral ends of the plate.
[00056] Les canaux 24 sont générés par perçage de la paroi de la plaque 22. A
titre de variante, on peut toutefois prévoir que les canaux soient générés par creusage d'une ou plusieurs rainures dans la paroi de la plaque puis par le colmatage d'une partie supérieure des rainures. The channels 24 are generated by drilling the wall of the plate 22. A
title as a variant, however, provision can be made for the channels to be generated by digging a or several grooves in the wall of the plate then by the sealing of a part upper grooves.
[00057] Une fibre optique 28 est logée dans chacun des canaux 24. La fibre optique 28 présente un diamètre qui est environ égal au diamètre du canal 24. La fibre optique 28 présente un diamètre supérieur ou égal à 1,6 mm. De préférence, la fibre optique 28 présente un diamètre supérieur ou égal à 2mm, de manière préférée supérieur ou égal à 2,5 mm. Il présente ici un diamètre de 3 mm comme le canal 24. On peut toutefois prévoir une tolérance entre les diamètres du canal 24 et de la fibre optique 28, par exemple inférieure à 0,1 mm voire inférieure à 0.05 mm. En référence aux figures 5 et 6, chaque fibre optique 28 comprend une gaine optique 30 ainsi qu'une âme 32 entourée par la gaine optique 30. La fibre optique 28 comprend dans son âme 32 plusieurs filtres de Bragg 34. La fibre optique 28 comporte au moins dix filtres de Bragg par mètre, de préférence au moins vingt filtres de Bragg par mètre, de manière préférée au moins trente filtres de Bragg par mètre, et de manière encore plus préférée au moins quarante filtres de Bragg par mètre. A titre de variante de réalisation, on pourrait prévoir que la lingotière ne contienne qu'une seule fibre optique. An optical fiber 28 is housed in each of the channels 24. The fiber optical 28 has a diameter which is approximately equal to the diameter of the channel 24. The fiber optical 28 has a diameter greater than or equal to 1.6 mm. Preferably, the fiber optics 28 has a diameter greater than or equal to 2mm, preferably greater than or equal to 2.5 mm. It has here a diameter of 3 mm like the channel 24. It is possible to however provide a tolerance between the diameters of channel 24 and the optical fiber 28, by example less than 0.1 mm or even less than 0.05 mm. With reference to figures 5 and 6, each optical fiber 28 comprises an optical cladding 30 as well as a core 32 surrounded by the optical cladding 30. The optical fiber 28 comprises in its core 32 multiple filters of Bragg 34. The optical fiber 28 comprises at least ten Bragg filters per meter, of preferably at least twenty Bragg filters per meter, preferably at least less thirty Bragg filters per meter, and even more preferably at least forty Bragg filters per meter. As an alternative embodiment, one could foresee that the ingot mold contains only one optical fiber.
[00058] La fibre optique 28 peut être aussi bien logée nue dans le canal 24 que munie d'un revêtement de protection ou être insérée dans un tube avant d'être installée.
Comme mentionné plus haut, le diamètre de la fibre optique 28 prend en compte l'éventuelle présence d'un revêtement ou d'un tube. En d'autres termes, le diamètre de la fibre optique 28 est le diamètre de l'assemblage constitué de l'âme 32, de la gaine optique 30 et, le cas échéant, du revêtement ou du tube. Ce revêtement ou tube peut avoir spécifiquement pour fonction d'augmenter le rayon de la fibre optique 28 afin de combler tout ou presque tout le diamètre du canal 24. En effet, il est relativement difficile de percer un canal de faible diamètre sur une grande longueur. De ce fait, augmenter le diamètre de la fibre optique 28 permet d'augmenter le diamètre possible du canal 24 et donc faciliter sa génération. The optical fiber 28 can also be housed bare in the channel 24 than with a protective coating or be inserted into a tube before being installed.
As mentioned above, the diameter of the optical fiber 28 takes into account the possible presence of a coating or a tube. In other words, the diameter of the optical fiber 28 is the diameter of the assembly consisting of the core 32, of sheath optical 30 and, where appropriate, the coating or the tube. This coating or tube can have the specific function of increasing the radius of the optical fiber 28 in order to fill all or almost all of the diameter of channel 24. Indeed, it is relatively difficult to drill a small diameter channel over a great length. Thereby, increase diameter of the optical fiber 28 makes it possible to increase the possible diameter of the channel 24 and therefore facilitate its generation.
[00059] Le fonctionnement de la fibre optique 28 est illustré en figure 6. Les filtres de Bragg 34 sont des filtres qui permettent de réfléchir la lumière sur une plage de longueur d'onde centrée sur une valeur prédéterminée, dite longueur d'onde réfléchie, réglable par le constructeur du filtre. Cette valeur prédéterminée est par ailleurs une fonction notamment de la température à laquelle se situe le filtre, de sorte qu'on peut écrire pour chaque filtre :
Areflechie = f Ao, T ) OU Arefiechie est la longueur d'onde effectivement réfléchie par le filtre, f est une fonction connue, T est la température du filtre et A0 la longueur d'onde réfléchie par le filtre à
une température prédéterminée, par exemple à température ambiante. The operation of the optical fiber 28 is illustrated in Figure 6. The filters Bragg 34 are filters that allow light to be reflected on a beach of wavelength centered on a predetermined value, called wavelength thoughtful, adjustable by the filter manufacturer. This predetermined value is by elsewhere one function in particular of the temperature at which the filter is located, so we can write for each filter:
Areflechie = f Ao, T) OR Arefiechie is the wavelength effectively reflected by the filter, f is a function known, T is the temperature of the filter and A0 the wavelength reflected by the filter a predetermined temperature, for example at room temperature.
[00060] Ces deux propriétés permettent d'utiliser la fibre optique 28 en tant que capteur de température. Dans un premier temps, on installe dans la fibre optique 28 des filtres de Bragg 34 ayant des valeurs de longueur d'onde réfléchie A0 distinctes et choisies, par exemple décalée une à une de 5 nanomètres. On envoie ensuite un faisceau lumineux présentant un spectre polychromatique 35a, par exemple de la lumière blanche, dans la fibre optique 28 puis on détermine les pics de longueurs d'onde représentées dans le spectre du faisceau réfléchi 35b. A chaque pic, on compare la valeur mesurée Areflechie et la valeur théorique de la longueur d'onde réfléchie à
température ambiante A0, et on calcule la température T du filtre en question grâce à la fonction f. De manière alternative, il est aussi possible d'effectuer ces étapes sur la base des creux dans le spectre du faisceau transmis 35c si la configuration du canal 24 dans lequel est logée la fibre optique 28 le permet. These two properties make it possible to use the optical fiber 28 as than temperature sensor. First, we install in the fiber optics 28 of Bragg filters 34 having reflected wavelength values A0 distinct and chosen, for example shifted one by one by 5 nanometers. We then send a light beam having a polychromatic spectrum 35a, for example white light, in the optical fiber 28 then the peaks of lengths of waves represented in the spectrum of the reflected beam 35b. At each peak, we compared the measured value Areflechie and the theoretical value of the wavelength thought about ambient temperature A0, and the temperature T of the filter in question is calculated thanks to the function f. Alternatively, it is also possible to perform these steps based pits in the spectrum of the transmitted beam 35c if the configuration of the channel 24 in which is housed the optical fiber 28 allows.
[00061] Ainsi, l'installation de fibres optiques 28 dans les parois de la lingotière 12 permet de mesurer la température de ces parois en des positions prédéterminées suivre son évolution dans le temps. Afin d'obtenir un nombre suffisant de points de mesure, il est préféré de placer au moins une fibre optique 28 dans chacune des quatre plaques 22 de la lingotière 12. Toutefois, une solution plus économique serait de placer des fibres optiques 28 uniquement dans deux plaques 22 en vis-à-vis. Thus, the installation of optical fibers 28 in the walls of the ingot mold 12 allows to measure the temperature of these walls in predetermined positions to follow its evolution over time. In order to obtain a sufficient number of points of measure it is preferred to place at least one optical fiber 28 in each of the four plates 22 of the mold 12. However, a more economical solution would be to place optical fibers 28 only in two facing plates 22.
[00062] Par ailleurs, il est aussi préféré de placer deux fibres optiques 28 par plaque 22 de manière à pouvoir mesurer la température de la lingotière 12 à deux altitudes différentes. Par exemple, on peut placer les deux fibres optiques 28 dans chaque plaque de sorte qu'elles soient parallèles et espacées de 15 à 25 centimètres l'une de l'autre. Furthermore, it is also preferred to place two optical fibers 28 per plate 22 so as to be able to measure the temperature of the mold 12 with two altitudes different. For example, one can place the two optical fibers 28 in each plate so that they are parallel and spaced 15 to 25 centimeters one of the other.
[00063] La détection de percée se fait de la manière suivante. The breakthrough detection is done as follows.
[00064] On a représenté en figures 7a à 7d la propagation d'une zone 36 dans laquelle le métal contenu dans la lingotière 12 adhère à une des plaques 22 de celle-ci.
Les graphes situés en zone inférieure droite de chacune de ces figures représentent l'évolution de la température mesurée par un filtre de Bragg 34 d'une fibre optique supérieure 28a (courbe du haut) et par un filtre de Bragg 34 d'une fibre optique inférieure (28b) en fonction du temps. There is shown in Figures 7a to 7d the propagation of a zone 36 in which the metal contained in the mold 12 adheres to one of the plates 22 of this one.
The graphs located in the lower right area of each of these figures represent the evolution of the temperature measured by a Bragg filter 34 of a fiber optical upper 28a (top curve) and by a Bragg filter 34 of a fiber optical lower (28b) as a function of time.
[00065] Comme cela est visible sur les graphes des figures 7a et 7b, la fibre optique supérieure 28a détecte une élévation de température anormale qui correspond à
l'adhérence du métal à la lingotière 12 dans la zone 36. Il s'agit d'un premier signe qu'une percée est imminente. As can be seen in the graphs of Figures 7a and 7b, the fiber optical upper 28a detects an abnormal temperature rise which corresponds to the adhesion of the metal to the mold 12 in zone 36. This is a first sign that a breakthrough is imminent.
[00066] Ensuite, comme cela est visible sur les graphes des figures 7c et 7d, la fibre optique inférieure 28b détecte l'élévation de température anormale précédemment détectée par la fibre optique supérieure 28a. Il s'agit d'un second signe qu'une percée est imminente, ce qui forme une confirmation que la percée ne semble pas évitable. [00066] Then, as can be seen in the graphs of FIGS. 7c and 7d, the fiber lower optic 28b detects abnormal temperature rise previously detected by the upper optical fiber 28a. This is a second sign than a breakthrough is imminent, which forms a confirmation that the breakthrough does not appear preventable.
[00067] Afin que les informations relevées par les fibres optiques 28a et 28b soient communiquées aux utilisateurs de l'installation 2, cette dernière comprend :
- un émetteur-récepteur agencé pour envoyer de la lumière dans les fibres optiques et recevoir de la lumière réfléchie et/ou la lumière transmise par les fibres optiques, - un processeur agencé pour transformer des données sur la lumière réfléchie et/ou transmise reçue par l'émetteur-récepteur en une information sur la détection d'une percée, et - un terminal comprenant une interface utilisateur, connecté au processeur. [00067] So that the information recorded by the optical fibers 28a and 28b be communicated to the users of installation 2, the latter includes:
- a transceiver designed to send light into the fibers optics and receiving reflected light and / or light transmitted by the fibers optical, - a processor arranged to transform data on the reflected light and or transmitted received by the transceiver as detection information of a breakthrough, and - a terminal comprising a user interface, connected to the processor.
[00068] Grâce à ces éléments (qui n'ont pas été représentés sur les figures pour des raisons de clarté), il est possible de transformer la mesure de température effectuée par les fibres optiques 28 en une information, compréhensible par les utilisateurs de l'installation 2, sur la détection ou non d'une percée. En d'autres termes, la lingotière 12 équipée des fibres optiques 28, l'émetteur-récepteur, le processeur et le terminal forment un système de détection de percée. En cas de détection positive d'une percée, les utilisateurs peuvent prendre des actions visant à réduire les dégâts engendrés par la percée voire même l'empêcher. Thanks to these elements (which have not been shown in the figures for some reasons of clarity), it is possible to transform the temperature measurement done by the optical fibers 28 into one piece of information, understandable by users of installation 2, whether or not a breakthrough is detected. In other words, the ingot mold 12 equipped with 28 optical fibers, the transceiver, processor and terminal form a breakthrough detection system. In case of positive detection of a breakthrough, users can take actions to reduce damage generated by breakthrough or even prevent it.
[00069] L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation présentés et d'autres modes de réalisation apparaîtront clairement à l'homme du métier.
Nomenclature 2 : installation (de coulée continue de métaux) 4 : poche 6 : bras motorisé
8 : distributeur 10 : quenouille 11 : tube de coulée 12 : lingotière 14 : dispositifs de refroidissement 16 : guide 18 : surface externe solidifiée : noyau liquide 22 : plaque 24 : canal 26 : capot de protection 15 28 : fibre optique : gaine optique 32 : âme 34 : filtre de Bragg 35a : spectre polychromatique 20 35b : spectre du faisceau réfléchi 35c : spectre du faisceau transmis 36 : zone The invention is not limited to the embodiments presented and others embodiments will be apparent to those skilled in the art.
Nomenclature 2: installation (continuous metal casting) 4: pocket 6: motorized arm 8: distributor 10: distaff 11: pouring tube 12: ingot mold 14: cooling devices 16: guide 18: external surface solidified : liquid core 22: plate 24: channel 26: protective cover 15 28: optical fiber : optical cladding 32: soul 34: Bragg filter 35a: polychromatic spectrum 20 35b: spectrum of the reflected beam 35c: spectrum of the transmitted beam 36: zone
Claims (15)
coaxial, non-communicating, opening onto two opposite lateral ends of the plate.
- une lingotière (12) selon au moins l'une quelconque des revendications 1 à
6, - un émetteur-récepteur agencé pour envoyer de la lumière dans la fibre optique (28) et recevoir de la lumière réfléchie et/ou de la lumière transmise par la fibre optique (28), - un processeur agencé pour transformer des données sur la lumière réfléchie et/ou transmise reçue par l'émetteur-récepteur en une information sur la détection d'une percée, et - un terminal comprenant une interface utilisateur, connecté au processeur. 14. Breakthrough detection system in a continuous casting system of metals, comprising:
- an ingot mold (12) according to at least any one of claims 1 to 6, - a transceiver designed to send light into the fiber optical (28) and receive reflected light and / or light transmitted by the optical fiber (28), - a processor arranged to transform data on the reflected light and or transmitted received by the transceiver as detection information of a breakthrough, and - a terminal comprising a user interface, connected to the processor.
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