EP0599750A1

EP0599750A1 - Procédé d'injection automatisée de gaz dans une installation multicoulée de métaux équipée de lingotières à rehaussé

Info

Publication number: EP0599750A1
Application number: EP93420463A
Authority: EP
Inventors: Laurent Jouet-Pastre
Original assignee: Aluminium Pechiney SA
Current assignee: Rio Tinto France SAS
Priority date: 1992-11-23
Filing date: 1993-11-22
Publication date: 1994-06-01
Also published as: CA2109184C; US5431213A; AU670460B2; FR2698298B1; FR2698298A1; NO934119D0; NO934119L; AU5051893A; NZ250098A; CA2109184A1

Abstract

L'invention est relative à un 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 ( R1, R2 ), des débitmètres ( FT ), des régulateurs de débit ( FT et FV ) et de pression ( PT et PV ), des vannes ( V ) 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. <IMAGE>

Description

DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION.-

La présente invention est relative à un procédé d'injection automatisée 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 l'enseignement du brevet US. 3,381,741, 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 à placer en surplomb sur la lingotière une rehausse en matériau réfractaire à l'intérieur de laquelle le métal provenant d'un chenal d'alimentation se maintient à l'état liquide avant de passer dans une lingotière refroidie où il va se solidifier sous la forme de billettes.
Cette technique est désignée 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 lingotière juste en dessous du surplomb et tout autour de la colonne de métal encore à l'état liquide.
Un tel perfectionnement a été décrit dans le brevet US 4,157,728 qui précise également que le gaz est injecté par l'intermédiaire d'une fente de 0,05 à 0,7 mm sous une pression voisine de la pression métallostatique au niveau du surplomb et que son débit est réglé en fonction de la température de la lingotière et de la dite pression dans une fourchette de valeurs comprises entre 0,2 et 5 litres/minute, le débit étant augmenté quand la température et/ou la pression augmentent et inversement.
En outre, il est précisé dans les exemples que la hauteur de métal dans la rehausse est toujours inférieure ou égale à 100 mm et qu'outre le gaz, on introduit en continu dans la lingotière un lubrifiant dont le débit peut être en relation avec celui du gaz.
Dans le cadre desdits perfectionnements, le brevet européen 449771 décrit également dans une installation comportant plusieurs lingotières avec rehausse équipées d'une alimentation continue en lubrifiant un procédé de coulée " caractérisé en ce que l'on amène de l'air ou un gaz inerte sous une légère surpression identique dans toutes les lingotières à l'aide d'une conduite principale ayant plusieurs canalisations de distribution, on détermine la pression relative entre une valeur désirée calculée par un programmateur en fonction du niveau de métal H1 détecté à 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 contrôle, la fonction de contrôle étant assurée au moyen d'un processeur par l'émission d'un signal vers un actionneur qui commande une vanne de régulation de pression placée sur la canalisation ".

PROBLEME 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.
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 caractéristique 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 procédé de coulée dit " classique " avec alimentation en métal des lingotières par busette et flotteur, par un procédé de coulée en charge qui présente un certain nombre d'avantages bien connus par rapport au procédé classique. Naturellement, cette opération de rénovation ne doit pas s'accompagner d'une réduction de la capacité de production. Or les tables du procédé de coulée classique sont très compactes et les puits de coulée qu'elles desservent sont par conséquent de très petites dimensions en général. Il 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 compacité est une caractéristique primordiale dans le choix du procédé de coulée.
La compacité est obtenue par le rapprochement des lingotières très près les unes des autres. Avec cette disposition, les chenaux de coulée qui amènent le métal liquide sont nécessairement plaçés au dessus des rehausses, comme en coulée classique, et non pas à côté comme c'est le cas dans de nombreux procédés de coulée en charge. Cette disposition entraîne un accroissement de la charge métallostatique dans les lingotières, 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, la majeure partie de ce dernier se retrouve dans l'eau de coulée. Si cette eau de coulée 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 circuit 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. Il peut même éventuellement être supprimé dans le cas du circuit ouvert.
Le 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.
Les conditions de pression métallostatique, imposées par la compacité, entraînent des difficultés particulières dans la réalisation d'une injection de gaz par une fente telle que décrite dans le brevet U.S.4,157,728 et ces difficultés sont 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 fente et se solidifier. Ce petit point solide, bien accroché dans la fente, engendre à la surface de la billette coulée un défaut, éventuellement grave tant pour la qualité du produit que pour la sécurité des personnes ( sillon, arrachement, percée ).
Cette tendance aux infiltrations de métal et aux accrochages est accentuée en l'absence d'alimentation continue en lubrifiant : il n'y a pas cette présence permanente et constamment renouvelée de l'huile devant l'entrée de la fente pour freiner l'infiltration et limiter l'adhérence du métal.
Dans ces conditions, il est impératif soit d'utiliser une fente extrêmement fine inférieure à 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.
Mais l'emploi d'une fente très fine, tout comme l'emploi d'un matériau poreux, pose par ailleurs d'autres problèmes, au niveau cette fois de la maîtrise de l'injection de gaz.
La fonction du gaz injecté est d'équilibrer la pression métallostatique 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 ménisque.
Pour maintenir cette pression, on peut, comme dans le brevet US 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 difficulté est notablement accentuée dans le cas d'une installation de coulée compacte à forte charge métallostatique.
Cette difficulté se comprend mieux lorsqu'on analyse la façon 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 injecte le gaz par la fente, n'est pas étanche. Le gaz s'échappe normalement par l'interface ménisque-lingotière ( 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 ménisque dépasse la 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 chambre annulaire.

Au total la consommation de gaz est variable. Les fluctuations sont naturellement en partie imputables aux fuites parasites mal maîtrisées par essence. Mais elles résultent aussi du caractère variable et aléatoire du contact ménisque-lingotière. L'étanchéité de cet interface dépend de trois paramètres principaux qui sont la rugosité de surface de la lingotière, la rugosité de surface de la 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 et même la pression du gaz.
La difficulté de fixer un débit pour obtenir la pression visée derrière le ménisque est donc réelle.
L'accroissement des difficultés qui survient lorsqu'on augmente la charge métallostatique résulte de l'augmentation parallèle qu'il faut imposer à 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 lingotière 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 pression, cette pression étant mesurée à l'endroit où le gaz est injecté dans la lingotière c'est-à-dire au niveau du surplomb là où le métal forme un ménisque.
Mais pratiquement, une mesure simultanée en cet endroit et dans toutes les lingotières s'avère impossible d'où la nécessité 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, la relation entre la pression mesurée et la pression au point d'injection devient très complexe. La différence entre les deux valeurs résulte à la fois du coefficient de pertes de charge dudit circuit qui peut évoluer 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.
De plus, il est extrêmement difficile de définir 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 à un vieillissement de l'outillage ).
Il 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'injection 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 possible le pilotage direct par la pression , est incompatible avec une injection de gaz par un corps poreux. Le passage par le corps poreux crée des pertes de charge, et rend obligatoire le pilotage par le 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, cette condition de pertes de charge nulles n'est compatible qu'avec une injection de gaz par une fente, et encore avec deux réserves.
La première est que l'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 Nl/h maximum ) pour que les pertes de charge, dont on sait qu'elles augmentent 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, où compte tenu de la pression de gaz élevée, les fuites sont tout de suite très importantes, ce qui augmente considérablement le débit envoyé vers la lingotière, 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 choix que de se tourner vers un dispositif d'injection par fente, mais avec la difficulté très importante de devoir contourner les deux écueils que sont d'un côté les infiltrations de métal et de l'autre 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 évidente 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 éviter toute fuite parasite au cas où un écoulement ne serait pas en service, soit volontairement, soit par nécessité ( écoulement bouché à la suite d'une percée importante ). Cette commande permet d'éviter les perturbations dans la régulation de 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 ). Il 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 lingotière.

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 source 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.-

Il 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 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 horizon tale 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 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 ;
après la coulée, 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 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 sur R2 ;
entre deux coulées et, 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.

Ce procédé d'injection automatisée de gaz trouve son intérêt, de préférence, lorqu'il est mis en application sur 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 : l + 140 < E < l + 200 ;
la hauteur de la colonne de métal liquide contenue dans la lingotière et mesurée 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 ;
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 sélectionnée dans un intervalle très étroit afin de tenir compte du compromis perte de charge-infiltration de métal liquide.
Par ailleurs, on recourt à 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 ces conditions, la valeur de pression affichée au niveau du réservoir est pratiquement égale à 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 très simple de détermination de la valeur de P connaissant la hauteur de métal dans le chenal ; cette valeur est en effet indépendante d'autres paramètres tels que le type d'alliage coulé, le format, la température, la vitesse, la dépouille, la lubrification, et la rugosité de la lingotière ;
d'effectuer un réglage collectif des lingotières, ce qui est très commode tant pour 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 lingotières soit parce que l'écoulement n'est pas utilisé soit parce que la billette coulée a été perdue en cours de coulée ; on peut appliquer momentanément un débit global sur l'installation au lieu d'appliquer une pression, ce qui est particulièrement utile avant et pendant le remplissage en métal des lingotières 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 où on se place à la limite du bullage pour faciliter le passage d'un régime de solidification avec replis ou "laps" à un régime de solidification où le ménisque est stable.
De nombreux contrôles sont possibles pendant et après la coulée.
Pendant la coulée :

le débitmètre FT1 mesure en permanence le débit global D. Pour un même format, la consommation des lingotières varie selon l'alliage mais aussi d'une lingotière à l'autre. La valeur et l'évolution du débit global donne donc de bonnes indications sur le bon fonctionnement général de l'installation. Ainsi, une valeur de débit anormalement élevée peut s'expliquer par des fuites sur le circuit de gaz ou par une mauvaise étanchéité du contact produit-lingotière. Inversement, une diminution du débit global peut indiquer une amélioration de l'état 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 diminue 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 lingotière et la rehausse. Ce rétrecissement provoque une augmentation de la perte de charge liée à la fente. En mesurant la perte de charge d'une lingotière après chaque coulée, on a une idée de l'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 très bas sur une lingotière n'a pas la même signification avec une fente très rétrécie qu'avec une fente normale.
les mesures de fuite, respectivement sur le circuit primaire et sur le circuit secondaire permettent de détecter, et donc de résoudre avant la coulée suivante, un certain nombre de dysfonctionnements. Il est en effet primordial d'être sûr que le gaz injecté ira bien aux lingotières.

DESCRIPTION DES FIGURES.-

L'invention sera mieux comprise à l'aide des figures ci-jointes et qui représentent :

Fig.1 : un diagramme de la perte de charge (mesurée en kPa) créée par la fente d'une lingotière de diamètre 254 mm, en fonction de l'épaisseur 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 côte à côte respectivement dans une installation à faible densité de lingotières et dans une installation à forte densité de lingotières.
Fig.4 et 5 : une vue de dessus des deux lingotières suivant les figures 2 et 3.
Fig.6 : un schéma général du circuit de gaz.
Fig.7 : le même schéma 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.9 : le même schéma qu'en 6 lors de la mesure de la perte de charge sur la fente N°3 après coulée.

De façon plus détaillée, on distingue sur la figure 1 une courbe 1 correspondant à un débit de 80 l/h et une courbe 2 correspondant à un débit de 150 l/h. On constate qu'en deçà d'une valeur seuil d'épaisseur de la fente située vers 0,05 mm, la perte de charge augmente très fortement quand l'épaisseur de la fente diminue et qu'il faut donc utiliser une épaisseur suffisante sans toutefois dépasser une valeur au dessus de laquelle le métal pénétrerait trop facilement dans la fente.
Sur la figure 2 correspondant à une installation à faible densité de lingotières, on distingue deux lingotières 3 surmontées chacune par une rehausse 4 en relation avec un chenal de distribution tel que 5 amenant le métal liquide 6 qui se solidifie en billettes 7 sous l'action du refroidissement des lingotières alimentées en eau depuis la nourrice 8.
Les mêmes références sont reprises sur la figure 3 correspondant à 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 lingotières 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.
Il s'en suit que la hauteur de la colonne de métal située au dessus de la lingotière, repérée H' sur la figure 3, est nettement plus importante que celle repérée H sur la figure 2.
Cette différence entre H et H' repérée 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' occupée 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 densité 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 débitmètre FT1, la vanne d'isolement V1, la vanne de régulation PV1, le manomètre PT1 placé sur le réservoir primaire R1 duquel débouchent les tuyauteries alimentant les lingotières numérotées de 1 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.
R1 et R2 sont reliés entre eux par l'intermédiaire d'un débitmètre FT3 et d'une vanne d'isolement V3.
Sur les figures 7, 8 et 9, on retrouve les mêmes éléments ;
les seules différences sont constituées 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 la 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 PV1, et remplit R1. Suivant l'écart entre les indications du manomètre PT1 et de la pression de marche choisie, la régulation automatique agit plus ou moins sur l'ouverture de la vanne PV1 pour annuler cet écart.
Sur la figure 8 correspondant à la mesure de débit en cours de coulée sur la lingotière N°2, le circuit précédent est mis en relation avec le réservoir R2 par l'intermédiaire du débitmètre 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 à 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 contrôle est réalisé 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 que le circuit source-R2.
Le débit de référence Dc est obtenu grâce au régulateur de débit constitué de la vanne de régulation FV2 et du débitmètre FT2, et est envoyé à la lingotière N°3 par VS3, seule vanne VS à être ouverte.
La pression mesurée sur PT2 est directement liée à l'épaisseur de la fente. Si cette pression est trop forte, il y a lieu de réajuster cette épaisseur, ou de décolmater la fente.

EXEMPLE D'APPLICATION.-

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 lingotières est de 400 mm dans les deux directions parallèle 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 à 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 à 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 ont été fermés.
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 tous les écoulements en service ont été enduits d'une couche de graisse, cette lubrification étant destinée à couvrir les besoins de toute la coulée.
Avant la coulée, un double contrôle de fuite a été réalisé : le premier contrôle a porté sur le circuit primaire et a révélé des fuites de 17 Nl/h sous 6,5 kPa de pression dans le réservoir R1 ; le deuxième contrôle a porté sur le circuit secondaire et a révélé des fuites de 29 Nl/h sous 6,5 kPa dans le réservoir R2.
Les taux de fuite sur les deux circuits étant jugés acceptables, le lancement de la coulée 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 remplacée par une régulation de pression, et la consigne a été 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 fin de la coulée.
Une billette est restée pendue à sa lingotière au démarrage et l'écoulement correspondant a donc dû être fermé, tant côté arrivée métal que côté 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 été 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 légèrement en fin de coulée vers 1,97 Nm³/h. Ce type de comportement est habituel pour une coulée 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 début de coulée, un léger dégazage inévitable des pièces en réfractaire en contact avec le métal liquide rend l'aspect des billettes très légérement râpeux. En milieu de coulée, l'aspect de surface est parfaitement lisse. En fin de coulée, l'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 coulée 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 7,5 m de longueur coulée. Tous les écoulements sauf quatre ont présenté des débits dans la fourchette normale, c'est-à-dire dans l'intervalle 30 Nl/h-70Nl/h. L'écoulement N°33 a présenté un débit ( 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 Nl/h et l'écoulement N°42 de 122 Nl/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 légers replis étaient visibles. La billette N°29, bien que jolie et exempte de replis, présentait de petites griffures, surtout perceptibles au toucher. La billette N°42 présentait sur une génératrice un sillon vertical bien marqué.
Après 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 de la façon suivante :
Sur l'écoulement N°33, à cause de la perte de charge excessive, la pression derrière le ménisque en cours de coulée était nettement inférieure à la valeur normale très proche de la pression du réservoir R1. Elle était donc insuffisante pour repousser convenablement le ménisque. Il était donc normal de voir apparaître 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 démonter cette lingotière 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 et d'un débit élevé en cours de coulée 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 ménisque. Comme sur l'écoulement N°33, mais pour une raison bien différente à savoir la présence de cette fuite, la pression derrière le ménisque en cours de coulée était nettement inférieure à la valeur normale très proche de la pression du réservoir R1. Elle était donc insuffisante pour repousser convenablement le ménisque. Il était donc normal de voir apparaître de légers replis à la surface de la billette. La décision prise cette fois a été de remédier au problème de fuite sur cet écoulement.
Sur l'écoulement N°29 avait été montée une lingotière neuve, contrairement aux autres écoulements où les lingotières montées avaient déjà servi.
La face travaillante de la lingotière n'étant 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 élevé. Rien d'anormal n'ayant été constaté 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 très vite s'améliorer d'elle-même.
Le débit très élevé constaté en cours de coulée sur l'écoulement N°42, combiné à une perte de charge normale, démontre qu'il y avait sur cet écoulement un problème de fuite en aval de la fente, c'est-à-dire au niveau du contact produit-lingotière. Effectivement, le sillon à la surface de la billette 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 écartée, 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 décision a été prise de démonter et de remplacer cette lingotière.
Ainsi, il est illustré par cet exemple que le procédé permet tout à la fois :

une bonne maîtrise de tous les points liés à la forte densité de lingotières et à la forte charge métallostatique qui en résulte ;
une grande souplesse dans la conduite des opérations de coulée ;
de très nombreux contrôles qui constituent, individuellement ou en combinaison, une aide au diagnostic considérable vis à vis de tous les incidents qui émaillent forcément la vie industrielle d'une installation de coulée comportant un grand nombre d'écoulements.

Claims

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 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 ;

- après la coulée, 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 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 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 l + 140 < E < l + 200 ;

- la hauteur de la colonne de métal liquide contenue dans la lingotière et mesurée 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 les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les lingotières sont enduites de graisse exclusivement avant la coulée.