EP0691895A1 - Procede et dispositif de regulation du niveau de metal liquide dans une lingotiere de coulee continue des metaux - Google Patents
Procede et dispositif de regulation du niveau de metal liquide dans une lingotiere de coulee continue des metauxInfo
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- EP0691895A1 EP0691895A1 EP94909977A EP94909977A EP0691895A1 EP 0691895 A1 EP0691895 A1 EP 0691895A1 EP 94909977 A EP94909977 A EP 94909977A EP 94909977 A EP94909977 A EP 94909977A EP 0691895 A1 EP0691895 A1 EP 0691895A1
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- B22D11/205—Controlling or regulating processes or operations for removing cast stock responsive to molten metal level or slag level by using electric, magnetic, sonic or ultrasonic means
Definitions
- the invention relates to the field of continuous casting of metals, in particular steel. More specifically, it relates to the regulation of the level of liquid metal present in a continuous casting mold.
- the molten metal flowing from the ladle first passes through an intermediate container, called a distributor.
- a distributor One of the roles of the distributor is to orient the liquid metal towards the single oscillating ingot mold or, more generally, the multiple oscillating ingot molds of the continuous casting machine, in which the solidification of steel products begins (slabs, blooms or billets).
- the metal flows out of the distributor through an outlet orifice, and thus forms a pouring jet which penetrates into the ingot mold through the meniscus, i.e. the surface of the molten metal. present in the mold.
- the pouring jet On its path between the distributor and the ingot mold, the pouring jet is confined in a tube made of refractory material, called a pouring nozzle.
- the upper end of the nozzle is fixed to the bottom of the distributor, while its lower end passes through the meniscus and plunges into the liquid metal.
- the purpose of the nozzle is to protect the jet of liquid metal against its oxidation by the atmosphere, to prevent that during its crossing of the meniscus, the jet does not carry with it a part of the covering slag which covers the meniscus, this which would deteriorate the cleanliness of the cast product, and finally to impose on the flows of liquid metal in the mold a configuration favorable to a satisfactory solidification of the product.
- its lower end may include a multiplicity of lateral orifices (or gills), each oriented towards one or the other of the faces of the mold.
- One of the essential parameters in obtaining a healthy product is the stability of the level of the meniscus in the mold. If this stability is not ensured in a way satisfactory, the solidification of the product takes place under excessively variable conditions. We can thus end up with a solidified thickness of the product locally too small, hence a risk of more or less significant tears da solidified skin. At best, we end up with a product of poor surface quality; at worst, liquid metal can flow through the tears (a phenomenon called "breakthrough"), causing the casting to stop and serious damage to the machine.
- the average level of the meniscus is conditioned by the flow of steel flowing out of the distributor and by the speed at which the product being solidified is extracted from the mold.
- This level measurement is usually obtained using a single optical or inductive sensor. It provides an electrical signal which, after processing, is used to control the position of the stopper rod. It is in the case of continuous slab flows that the problem of regulating the level of the meniscus is most complex. Indeed, these ingot molds are long and narrow, and at a given time, the level fluctuations of the meniscus can be very uneven from one region to another of the mold. The indications given by a single sensor are therefore not necessarily representative of fluctuations in the level of the meniscus.
- the lower end of the nozzle most often comprises two diametrically opposite openings which each orient a fraction of the metal jet towards one of the small faces of the mold.
- these two openings do not become blocked or necessarily widen identically during the entire casting.
- the flows in the ingot mold can therefore evolve asymmetrically, and the undulations which affect the meniscus then have very different configurations on either side of the nozzle at a given instant.
- this opening takes place on the side of the nozzle where the sensor is located, this one attributes to the corresponding disturbance an exaggerated importance compared to the real evolution of the average level of the meniscus that it provokes.
- the aim of the invention is to propose a method for regulating the level of liquid metal which takes account of local disturbances of the meniscus by correctly estimating their real influence on the average level of liquid metal in ingot mold, and which makes it possible to significantly reduce the amplitude of the fluctuations in the level of the meniscus harmful to the quality of the slabs, and this taking into account the entire meniscus.
- the subject of the invention is a method for regulating the level of the meniscus of liquid metal in an ingot mold of a continuous metal casting machine, according to which the electrical signals supplied by at least one pair of sensors overhanging are collected.
- said signals being a function of the respective distances (h ⁇ , h 2 ) between said sensors and said meniscus, these two signals are combined so as to obtain a single signal representative of a fictitious level of said meniscus, and said signal is sent control means of a device for regulating the flow rate of metal entering the ingot mold, so that said control means actuate said device so as to bring said fictitious level of said meniscus to a predetermined set value (h), characterized in each signal from said sensors is conditioned, by eliminating the oscillations having both a frequency greater than a threshold ( F) and an amplitude below a threshold (D).
- F a threshold
- D amplitude below a threshold
- the invention also relates to a device for implementing this method.
- the invention consists in conditioning the signals from these sensors prior to their combination, by eliminating from these signals the oscillations at high frequency and low amplitude, and by combining these signals into a single signal of a appropriately.
- the liquid steel 1 contained in a distributor 2 flows through an outlet orifice 3, formed in the bottom 4 of the distributor 2, in an oscillating ingot mold 5 without bottom.
- the side walls 6, 7 of the mold 2 are vigorously cooled by an internal circulation of water. against these walls 6, 7 begins the formation of a solidified crust 8. This progressively gains the entire cross-section of the cast slab as it is extracted from the machine, as symbolized by the arrow 9.
- the liquid steel 1 On its path between the distributor 2 and the mold 5, the liquid steel 1 is protected by a tubular nozzle 10 made of a refractory material such as graphite alumina.
- the upper part of the nozzle 10 is fixed against the bottom 4 of the distributor 1, in the extension of the outlet orifice 3.
- the lower part of the nozzle 10 is provided with two lateral openings 11, 12 through which flows the liquid steel 1, each oriented towards one of the walls 7.
- the nozzle 10 crosses the meniscus 13 so as to bring the liquid metal 1 to the heart of the ingot mold 5 (for reasons of clarity of the drawing, we have not represented the layer of slag which usually covers the meniscus 13).
- the orifice 3 is partially closed (or completely closed when the casting is stopped) by a stopper 14 with a roughly conoid end, whose height position is adjusted by a device 15.
- the height position of the stopper 14, combined with the value of the speed of extraction of the slab from the ingot mold 5, determines the average level at which the meniscus 13 is in the ingot mold 5.
- the setpoint level 16 is thus marked with dotted lines. one wishes to maintain permanently during the casting of the slab.
- the nozzle 10 comprises two level sensors 17, 18 of a type known in itself, for example eddy current sensors. They are located on either side of the nozzle 10, preferably at equal distances from the nozzle 10 and above the major median axis of the cross section of the ingot mold 5. In the general case, their lower ends are located at equal altitudes.
- the sensor 17 delivers an electrical signal representative of the distance h ⁇ between its lower end and the meniscus 13
- the sensor 18 delivers an electrical signal representative of the distance h 2 between its lower end and the meniscus 13. In the ideal case, these distances h ⁇ , h 2 should be equal to the distance h between the lower ends of the sensors 17, 18 and the reference level 16.
- h- and h are generally uneven. This explains the previously reported impossibility of effecting reliable regulation of the level of the meniscus 13 on the basis only of the information delivered by a single sensor.
- the analog signals delivered by the sensors 17, 18 are sent to analog / digital converters 19,
- the signals emitted by the sensors 17, 18 and representative of the variations in the level of the meniscus 13 which they detect, are the superposition of multiple undulations of frequencies and of various amplitudes.
- each of these is sent to a conditioning device 21, 22.
- These conditioning devices 21, 22 are identical, and operate in the following manner.
- the signal from each sensor 17, 18, after having been digitized by one of the converters 19, 20, is processed by a low-pass filter which suppresses or at least strongly attenuates the signals of frequency above a threshold F, that l for example, 0.02 Hz is fixed.
- the remaining low frequencies are then subtracted from the original, unfiltered signal, in order to obtain a new signal comprising no more, significantly, than the highest frequencies of the original signal.
- This new signal then crosses a dead band which strongly attenuates or eliminates from it the components whose amplitude does not exceed a predetermined threshold D, taken for example equal to 3 mm.
- the low frequency sampled at the output of the low-pass filter is added to the signal thus processed.
- the signals thus reconstituted are then sent to a combination device 23, to be combined into a single signal which synthesizes them, so as to provide the information necessary for the control of the stopper 14.
- This signal constitutes in a way a medium level fictitious for metal in the mold. It is sent to a digital regulator 24 which in turn provides the device 15 with a signal which allows it to adjust the position of the stopper nose 14 in the outlet orifice 3 adequately, and therefore the flow of liquid metal entering in the ingot mold 5.
- the aim is thus to reduce the fictitious level of the liquid metal in the ingot mold to the set value, if a difference is detected between them.
- the converters 19, 20, the conditioning devices 21, 22, the combination device 23 and the regulator 24 can be arranged inside the same housing 25.
- the devices downstream of the converters 19, 20 can even be made up of a single digital processing card designed and programmed to perform each of their functions.
- (h 2 - h) translate the deviations of the levels of the metal in the ingot mold in line with the sensors 17, 18 compared to the set level 16. If these differences are positive, the level of metal at the place of measurement is lower than the set level 16. If they are negative, the metal level at the measurement location is higher than the setpoint level.
- the combination device first calculates at an instant t, the arithmetic mean M of (h ⁇ - h) and (h - h)
- IMI> diff max the signal which is sent to regulator 24 corresponds to the highest, in absolute value of the differences (h ⁇ -h) and (h 2 - h), which is called ⁇ h max . Only the one which reflects the largest deviation from the set point is then taken into account.
- the regulator 24 and the control means 15 impose on the stopper 14 a movement such that it aims to correct the difference between the set value 16 and the fictitious level represented by the signal leaving the device. combination, established as just exposed.
- the operation is then repeated at an instant t + ⁇ t, ⁇ t being, for example, equal to 0.1 sec, and an almost continuous regulation of the level of liquid metal in the mold is thus obtained.
- IMI 2.5 mm is between diff m - n and diff max , it is necessary
- the regulating device described can also be used on a continuous casting machine on which the flow rate of the liquid steel leaving the distributor is regulated by a device other than a stopper, for example a nozzle with drawer. .
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Description
PROCEDE ET DISPOSITIF DE REGULATION DU NIVEAU DE METAL LIQUIDE DANS UNE LINGOTIERE DE COULEE CONTINUE DES METAUX
L'invention concerne le domaine de la coulée continue des métaux, notamment de l'acier. Plus précisément, elle concerne la régulation du niveau du métal liquide présent dans une lingotière de coulée continue.
Dans une installation de coulée continue de l'acier, le métal liquide qui s'écoule de la poche de coulée transite d'abord par un récipient intermédiaire, appelé répartiteur. L'un des rôles du répartiteur est d'orienter le métal liquide vers la lingotière oscillante unique ou, plus généralement, les multiples lingotières oscillantes de la machine de coulée continue, dans lesquelles débute la solidification des produits sidérurgiques (brames, blooms ou billettes) . Au- dessus de chaque lingotière, le métal s'écoule hors du répartiteur par un orifice de sortie, et forme ainsi un jet de coulée qui pénètre dans la lingotière en traversant le ménisque, c'est-à-dire la surface du métal liquide présent dans la lingotière. Sur son trajet entre le répartiteur et la lingotière, le jet de coulée est confiné dans un tube en matériau réfractaire, appelé busette de coulée. L'extrémité supérieure de la busette est fixée au fond du répartiteur, alors que son extrémité inférieure traverse le ménisque et plonge dans le métal liquide. La busette a pour fonctions de protéger le jet de métal liquide contre son oxydation par l'atmosphère, d'éviter que lors de sa traversée du ménisque, le jet n'entraîne avec lui une partie du laitier de couverture qui recouvre le ménisque, ce qui détériorerait la propreté du produit coulé, et enfin d'imposer aux écoulements du métal liquide en lingotière une configuration favorable à une solidification satisfaisante du produit. A ce titre, son extrémité inférieure peut comporter une multiplicité d'orifices latéraux (ou ouïes), orientés chacun vers l'une ou l'autre des faces de la lingotière.
L'un des paramètres essentiels dans l'obtention d'un produit sain est la stabilité du niveau du ménisque dans la lingotière. Si cette stabilité n'est pas assurée de manière
satisfaisante, la solidification du produit s'effectue dans des conditions excessivement variables. On peut ainsi se retrouver avec une épaisseur solidifiée du produit localement trop faible, d'où un risque de déchirures plus ou moins importantes da la peau solidifiée. Au mieux, on se retrouve alors avec un produit de médiocre qualité superficielle ; au pire, du métal liquide peut s'écouler à travers les déchirures (phénomène appelé "percée"), et provoquer l'arrêt de la coulée et de graves dommages à la machine. Le niveau moyen du ménisque est conditionné par le débit d'acier s'écoulant hors du répartiteur et par la vitesse à laquelle le produit en cours de solidification est extrait de la lingotière. C'est généralement avec une quenouille en réfractaire, dont le nez conique obture plus ou moins l'orifice de sortie du répartiteur, que l'on règle le débit d'acier liquide pénétrant dans la lingotière. Même si on désire maintenir ce débit à une valeur constante, il est nécessaire de faire varier la position du nez de la quenouille pour tenir compte des changements progressifs ou instantanés des autres paramètres de coulée. Ces changements peuvent être, par exemple, une variation de la hauteur de métal en répartiteur, l'usure progressive des ouïes de la busette, ou leur bouchage par des inclusions non-métalliques, ou leur débouchage soudain si ces inclusions viennent à se décoller des parois. Pour obtenir une régulation satisfaisante du niveau de métal liquide en lingotière, il est indispensable d'utiliser un système automatique qui commande la position de la quenouille. Il la déplace en fonction des résultats d'une comparaison entre le niveau du ménisque désiré et celui réellement mesuré. Cette mesure du niveau est obtenue habituellement à l'aide d'un capteur optique ou inductif unique. Il fournit un signal électrique qui, après traitement, est utilisé pour commander la position de la quenouille. C'est dans le cas des coulées continues de brames que le problème de la régulation du niveau du ménisque est le plus complexe. En effet, ces lingotières sont longues et étroites, et à un instant donné, les fluctuations du niveau
du ménisque peuvent être très inégales d'une région à l'autre de la lingotière. Les indications données par un capteur unique ne sont donc pas forcément représentatives des fluctuations du niveau du ménisque. D'autre part, sur ces machines, l'extrémité inférieure de la busette comporte le plus souvent deux ouïes diamétralement opposées qui orientent chacune une fraction du jet de métal vers l'une des petites faces de la lingotière. Or ces deux ouïes ne se bouchent ou ne s'élargissent pas nécessairement de manière identique pendant toute la coulée. Les écoulements dans la lingotière peuvent donc évoluer de manière dissymétrique, et les ondulations qui affectent le ménisque ont alors des configurations très différentes de part et d'autre de la busette à un instant donné. En particulier lorsqu'une des ouïes se débouche brusquement, si ce débouchage a lieu du côté de la busette où se trouve le capteur, celui-ci attribue à la perturbation correspondante une importance exagérée par rapport à l'évolution réelle du niveau moyen du ménisque qu'elle provoque. Inversement, si le débouchage a lieu du côté opposé à celui où se trouve le capteur, celui-ci ne détecte pas la perturbation à l'instant où elle se produit, ou seulement d'une manière très atténuée. Dans les deux cas, la quenouille ne peut être commandée de la manière la plus appropriée pour réagir à cet événement. On a proposé (voir le document JP 02 137655) d'utiliser à cet effet non plus un, mais deux capteurs situés chacun de part et d'autre de la busette, et se déplaçant selon l'axe longitudinal de la lingotière. La vitesse de coulée est commandée en fonction de la simple différence entre les signaux délivrés par chacun des capteurs. Si cela constitue un progrès par rapport à la configuration à un seul capteur, un tel dispositif est encore insuffisant pour procurer une prise en compte satisfaisante (ni surestimée, ni sous- estimée) de toutes les perturbations du ménisque. Le but de 1'invention est de proposer une méthode de régulation du niveau de métal liquide qui tienne compte des perturbations locales du ménisque en estimant correctement leur influence réelle sur le niveau moyen de métal liquide en
lingotière, et qui permette de diminuer de façon sensible l'amplitude des fluctuations du niveau du ménisque nocives pour la qualité des brames, et ce en prenant en compte la totalité du ménisque. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de régulation du niveau du ménisque du métal liquide dans une lingotière d'une machine de coulée continue des métaux, selon lequel on recueille les signaux électriques fournis par au moins une paire de capteurs surplombant ledit ménisque, lesdits signaux étant fonction des distances respectives (h^, h2) entre lesdits capteurs et ledit ménisque, on combine ces deux signaux de manière à obtenir un signal unique représentatif d'un niveau fictif dudit ménisque, et on envoie ledit signal à des moyens de commande d'un dispositif de régulation du débit de métal pénétrant dans la lingotière, pour que lesdits moyens de commande actionnent ledit dispositif de manière à ramener ledit niveau fictif dudit ménisque à une valeur de consigne prédéterminée (h) , caractérisé en ce qu'on conditionne chaque signal issu desdits capteurs, en éliminant les oscillations ayant à la fois une fréquence supérieure à un seuil (F) et une amplitude inférieure à un seuil (D) .
Préférentiellement, on combine lesdits signaux de la manière suivante : h1+h2-2h - on calcule la grandeur ( M = -^ ) et sa valeur absolue (I M I ) ;
- on compare (I M I) à deux valeurs prédéterminées (diffmin) et (di maχ) avec (diffmin < diffmax) ;
- si I M I < diffmin, on prend ledit niveau fictif égal à ~M ;
- si I M I > diffmax, on prend ledit niveau fictif égal à une valeur (Δhmax) qui est la plus élevée en valeur absolue, des grandeurs [ (h^ - h) , (h2 - h) ]
- si diffmin < I"M"| < diffmax, on prend ledit niveau fictif égal à α Δhmax + ( 1-OL) ~M , α étant égal
(l"M_ -diffmin) (diff ax " diffmin) •
L'invention a également pour objet un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé.
Comme on l'aura compris, l'invention consiste à conditionner les signaux issus de ces capteurs préalablement à leur combinaison, en éliminant de ces signaux les oscillations à fréquence élevée et faible amplitude, et en combinant ces signaux en un signal unique d'une manière appropriée.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et fait référence à la figure unique annexée. Celle-ci schématise une section d'un répartiteur et d'une lingotière de coulée continue de brames équipée d'un dispositif selon l'invention.
L'acier liquide l contenu dans un répartiteur 2 s'écoule par un orifice de sortie 3, pratiqué dans le fond 4 du répartiteur 2, dans une lingotière oscillante 5 sans fond. Les parois latérales 6, 7 de la lingotière 2 sont énergiquement refroidies par une circulation interne d'eau. Contre ces parois 6, 7 débute la formation d'une croûte solidifiée 8. Celle-ci gagne progressivement l'ensemble de la section de la brame coulée au fur et à mesure qu'elle est extraite de la machine, comme symbolisé par la flèche 9. Sur son trajet entre le répartiteur 2 et la lingotière 5, l'acier liquide 1 est protégé par une busette tubulaire 10 en un matériau réfractaire tel que de l'alumine graphitée. La partie supérieure de la busette 10 est fixée contre le fond 4 du répartiteur 1, dans le prolongement de l'orifice de sortie 3. La partie inférieure de la busette 10 est munie de deux ouïes latérales 11, 12 par lesquelles s'écoule l'acier liquide 1, orientées chacune vers l'une des parois 7. La busette 10 traverse le ménisque 13 de manière à amener le métal liquide 1 au coeur de la lingotière 5 (pour des raisons de clarté du dessin, on n'a pas représenté la couche de laitier qui couvre habituellement le ménisque 13) . L'orifice 3 est partiellement obturé (ou totalement obturé lorsque la coulée est arrêtée) par une quenouille 14 à extrémité grossièrement conoïde, dont la position en hauteur est réglée par un dispositif 15. La position en hauteur de la quenouille
14, conjuguée à la valeur de la vitesse d'extraction de la brame hors de la lingotière 5, détermine le niveau moyen auquel se trouve le ménisque 13 dans la lingotière 5. On a ainsi marqué en pointillés le niveau de consigne 16 que l'on désire maintenir en permanence lors de la coulée de la brame.
Ce maintien est assuré au moyen d'un dispositif que l'on va à présent décrire. Il comprend tout d'abord deux capteurs de niveau 17, 18 d'un type connu en lui-même, par exemple des capteurs à courants de Foucault. Ils sont situés de part et d'autre de la busette 10, de préférence à des distances égales de la busette 10 et au-dessus du grand axe médian de la section transversale de la lingotière 5. Dans le cas général, leurs extrémités inférieures sont situées à des altitudes égales. Le capteur 17 délivre un signal électrique représentatif de la distance h± entre son extrémité inférieure et le ménisque 13, et le capteur 18 délivre un signal électrique représentatif de la distance h2 entre son extrémité inférieure et le ménisque 13. Dans le cas idéal, ces distances h^, h2 devraient être égales à la distance h entre les extrémités inférieures des capteurs 17, 18 et le niveau de consigne 16. Dans la pratique, c'est très rarement le cas, car le ménisque 13 présente toujours des ondulations d'amplitudes plus ou moins importantes, en fonction des variations du débit de métal liquide 1 sortant de la busette 10, de l'oscillation de la lingotière 5, des variations de la vitesse d'extraction du produit, etc.. Ces ondulations n!étant pratiquement jamais tout à fait symétriques
(notamment du fait que les usures ou les bouchages des ouïes 11, 12 peuvent être sensiblement différents) , h- et h sont en général inégales. Cela explique l'impossibilité précédemment signalée à effectuer une régulation fiable du niveau du ménisque 13 en ne se fondant que sur les informations délivrées par un capteur unique.
Les signaux analogiques délivrés par les capteurs 17, 18 sont envoyés à des convertisseurs analogique/numérique 19,
20, d'où ils ressortent numérisés. Chacun de ces signaux numérisés est envoyé à un dispositif de filtrage numérique
21, 22 qui fonctionne de la manière suivante. Les signaux
émis par les capteurs 17, 18 et représentatifs des variations du niveau du ménisque 13 qu'ils détectent, sont la superposition de multiples ondulations de fréquences et d'amplitudes diverses. On y trouve des ondulations de faibles fréquences, inférieures à un seuil que l'on fixe arbitrairement à 0,02 Hz, et des ondulations à fréquences plus élevées, supérieures à 0,02 Hz et pouvant atteindre quelques Hz.
On considère que, pour une bonne régulation du niveau du ménisque 13, il est préférable de ne pas tenir compte des perturbations qui ont à la fois une fréquence élevée (supérieure à 0,02 Hz) et une faible amplitude. En effet, ce sont les perturbations à basse fréquence (inférieure à 0,02 Hz) et les perturbations à haute fréquence mais à haute amplitude qui sont considérées comme nocives pour la qualité de surface des brames. Ne pas tenir compte des perturbations à haute fréquence et faible amplitude permet de ne pas solliciter exagérément et inutilement le dispositif de réglage de débit du métal liquide et de limiter son usure. Afin d'éliminer ces perturbations des signaux traités, chacun de ceux-ci est envoyé à un dispositif de conditionnement 21, 22. Ces dispositifs de conditionnements 21, 22 sont identiques, et fonctionnent de la manière suivante. Le signal de chaque capteur 17, 18, après avoir été numérisé par l'un des convertisseurs 19, 20, est traité par un filtre passe-bas qui supprime ou au moins atténue fortement les signaux de fréquence supérieure à un seuil F, que l'on fixe par exemple à 0,02 Hz. Les basses fréquences subsistantes sont ensuite soustraites au signal original, non filtré, pour obtenir un nouveau signal ne comportant plus, de manière significative, que les fréquences les plus élevées du signal original. Ce nouveau signal traverse ensuite une bande morte qui en atténue fortement ou en supprime les composantes dont l'amplitude ne dépasse pas un seuil prédéterminé D, pris par exemple égal à 3 mm. Enfin, on rajoute au signal ainsi traité les fréquence basses prélevées à la sortie du filtre passe- bas. On reconstitue ainsi un signal conforme au signal original délivré par le capteur 17, 18, à ceci près qu'on en
a éliminé les composantes ayant à la fois une fréquence élevée (supérieure à F = 0,02 Hz) et une faible amplitude (inférieure à D = 3 mm) .
Les signaux ainsi reconstitués sont ensuite envoyés dans un dispositif de combinaison 23, pour être combinés en un signal unique qui les synthétise, de manière à fournir l'information nécessaire pour la commande de la quenouille 14. Ce signal constitue en quelque sorte un niveau moyen fictif pour le métal en lingotière. Il est envoyé à un régulateur numérique 24 qui fournit à son tour au dispositif 15 un signal qui lui permet de régler de manière adéquate la position du nez de la quenouille 14 dans l'orifice de sortie 3, et donc le débit de métal liquide pénétrant dans la lingotière 5. On vise ainsi à ramener le niveau fictif du métal liquide en lingotière à la valeur de consigne, si un écart est détecté entre eux.
Avantageusement, les convertisseurs 19, 20, les dispositifs de conditionnement 21, 22, le dispositif de combinaison 23 et le régulateur 24 peuvent être disposés à l'intérieur d'un même boîtier 25. Les dispositif en aval des convertisseurs 19, 20 peuvent même être constitués par une carte de traitement numérique unique conçue et programmée pour accomplir chacune de leurs fonctions.
Le choix de la manière dont sont combinés les signaux dans le dispositif 23 est d'une grande importance pour la qualité du résultat final, c'est-à-dire une régulation adéquate du niveau du ménisque 13. On pourrait se contenter de prendre comme signal de commande de la quenouille 14 la simple moyenne des signaux recueillis par chaque capteur, et traduisant les écarts du niveau par rapport à la consigne. Mais on risque alors de minimiser l'importance d'une forte perturbation tant qu'elle est limitée à un seul côté de la lingotière. On a donc intérêt à combiner ces deux signaux d'une manière plus complexe. Il faut toutefois éviter de tomber dans 1 'excès inverse en accordant une importance exagérée à une perturbation d'amplitude moyenne limitée à un seul côté. On retomberait alors dans les travers des systèmes de régulation à un seul capteur décrits précédemment.
Les inventeurs ont, à cet effet, proposé la méthode suivante qui donne des résultats satisfaisants. Comme exposé précédemment, on appelle h l'écart à maintenir idéalement entre le ménisque 13 et les capteurs 17, 18, cet écart correspondant au niveau de consigne 16. De même, on appelle respectivement h± et h les écarts mesurés entre les capteurs
17 et 18 et le ménisque 13. Les différences (h^ - h) et
(h2 - h) traduisent les écarts des niveaux du métal en lingotière au droit des capteurs 17, 18 par rapport au niveau de consigne 16. Si ces différences sont positives, le niveau de métal au lieu de mesure est inférieur au niveau de consigne 16. Si elles sont négatives, le niveau de métal au lieu de mesure est supérieur au niveau de consigne.
Le dispositif de combinaison calcule tout d'abord à un instant t, la moyenne arithmétique M de (h^ - h) et (h - h)
# _ h1+h2-2h _ soit M = 2 • La valeur absolue de M appelée I M I est ensuite comparée à deux valeurs prédéterminées qu'elle peut prendre, dont la plus petite est appelée diffmin et la plus grande est appelée diffmax. Trois cas peuvent alors se présenter.
1) Si I M I < diffmin, le signal qui est envoyé au régulateur 24 correspond à M . On considère donc que l'écart par rapport au niveau de consigne 16 est convenablement traduit par la simple moyenne arithmétique des écarts mesurés par chacun des capteurs 17, 18.
2) Si I M I > diffmax, le signal qui est envoyé au régulateur 24 correspond à la plus élevée, en valeur absolue des différences (h^ -h) et (h2 - h), qu'on appelle Δhmax. On tient alors compte exclusivement de celle qui traduit l'écart le plus important par rapport à la consigne.
3) Si diffjηi--, < I M I <diffmax, le signal qui est envoyé au régulateur 24 correspond à un compromis entre M et Δhmax, calculé de manière à assurer une transition progressive entre les deux modes de régulation précédents. A cet effet, ce signal est pris égal à α Δhmax + (1-α) M , α étant défini par :
_ (l"Ml -diffmin) α " (diffmax - diffmin)
A la suite de ces calculs le régulateur 24 et les moyens de commande 15 imposent à la quenouille 14 un déplacement tel qu'il vise à corriger l'écart entre la valeur de consigne 16 et le niveau fictif représenté par le signal sortant du dispositif de combinaison, établi comme on vient de l'exposer. L'opération est ensuite répétée à un instant t+Δt, Δt étant, par exemple, égal à 0,1 sec, et on obtient ainsi une régulation quasi continue du niveau de métal liquide en lingotière.
A titre d'exemple, on suppose que le niveau de consigne
16 est situé à une distance h = 75 mm des deux capteurs 17, 18. On pose par ailleurs que diffmax = 1 mm et diffmin =
5 mm. a) Si le capteur 17 mesure h^ = 70 mm et le capteur 18 mesure h2 = 79 mm, on a (h^ - h) = - 5 mm et (h2 - h) = + 4 mm. On a alors M = - 0,5 mm. Comme I M I = 0,5 mm est inférieure à diffmin, le régulateur 24 envoie au dispositif de commande 15 un signal lui imposant d'actionner la quenouille 14 de manière à compenser un écart de M = - 0,5 mm par rapport au niveau de consigne 16. On n'a pas à tenir compte de la valeur de Δhmax (qui est égale à - 5 mm) . b) Si le capteur 17 mesure h^ = 70 mm et le capteur 18 mesure h2 = 91 mm, on (h± - h) = - 5 mm et (h2 - h) = + 16 mm. On a alors Δhmax = + 16 mm et M = + 5,5 mm. Comme
| M | = 5,5 mm est supérieure à diff^^, le régulateur 24 envoie alors au dispositif de commande 15 un signal lui imposant d'actionner la quenouille 14 de manière à compenser un écart de Δhmax = + 16 mm par rapport au niveau de consigne 16. c) Si le capteur 17 mesure h^ = 70 mm et le capteur 18 mesure h2 = 85 mm, on (h^ - h) = - 5 mm et (h2 - h) = + 10 mm. On a alors Δhmax = + 10 mm, et M = + 2,5 mm. Comme
I M I = 2,5 mm est comprise entre diffm-n et diffmax, il faut
2,5 - 1 calculer α = 5 - i ~ 0,375. Le régulateur 24 envoie alors au
dispositif de commande 15 un signal lui imposant d'actionner la quenouille 14 de manière à compenser un écart de α hmax + - α)M=0,375 x 10 + (1 - 0,375) x 2,5 = 5,3 mm par rapport au niveau de consigne 16. On rappelle que le mode de combinaison des signaux des capteurs 17, 18 qui vient d'être exposé ne constitue qu'un exemple, et d'autres modes de combinaison peuvent être envisagés. De même, les valeurs numériques citées pour les paramètres de fonctionnement des dispositifs de conditionnement et de combinaison ne sont que des exemples et doivent être ajustés en fonction des conditions locales de chaque machine d'après la qualité des résultats obtenus.
En variante, on pourrait également se passer de l'opération de numérisation des signaux issus des capteurs 17, 18 avant leur traitement, et réaliser leur conditionnement et leur combinaison par des moyens purement analogiques. Mais il va de soi que l'on ne pourrait pas régler avec la même précision, et surtout modifier rapidement en cas de besoin les différents paramètres opératoires de l'installation, tels que, pour le dispositif de conditionnement, la largeur de la bande morte et la fréquence de coupure du filtre, et, pour le dispositif de combinaison, les paramètres diffmin et diff^^.
De même tous types de capteurs délivrant un signal électrique fonction de leur eloignement par rapport au ménisque, et pas seulement des capteurs à courant de Foucault, peuvent être utilisés.
D'autre part, il est parfaitement envisageable d'utiliser plusieurs paires de capteurs, répartis sur la longueur de la lingotière, si on désire augmenter la précision de la détection des irrégularités du niveau du ménisque. On peut également utiliser un tel dispositif sur une lingotière carrée à blooms ou à billettes.
Enfin, il va de soi que le dispositif de régulation décrit est également utilisable sur une machine de coulée continue sur laquelle le débit de l'acier liquide sortant du répartiteur est réglé par un autre dispositif qu'une quenouille, par exemple une busette à tiroir.
Claims
REVENDICATIONS
1) Procédé de régulation du niveau du ménisque du métal liquide dans une lingotière d'une machine de coulée continue des métaux, selon lequel on recueille les signaux électriques fournis par au moins une paire de capteurs surplombant ledit ménisque, lesdits signaux étant fonction des distances respectives (h]_, h2) entre lesdits capteurs et ledit ménisque, on combine ces deux signaux de manière à obtenir un signal unique représentatif d'un niveau fictif dudit ménisque, et on envoie ledit signal à des moyens de commande d'un dispositif de régulation du débit de métal pénétrant dans la lingotière, pour que lesdits moyens de commande actionnent ledit dispositif de manière à ramener ledit niveau fictif dudit ménisque à une valeur de consigne prédéterminée
(h), caractérisé en ce qu'on conditionne chaque signal issu desdits capteurs, en éliminant les oscillations ayant à la fois une fréquence supérieure à un seuil (F) et une amplitude inférieure à un seuil (D) .
2) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, lors de la combinaison desdits signaux émis par lesdits capteurs : h1+h2-2h
- on calcule la grandeur (M = ^ ) et sa valeur absolue (l~M"|) ;
- on compare ( I M I ) à deux valeurs prédéterminées (diffmin) et (diffmax) avec (diffmin < diffmax) ;
- si I M I < diffmjn, on prend ledit niveau fictif égal à "M" ; - si | M I > diffmax, on prend ledit niveau fictif égal à une valeur (Δhu,ax) qui est la plus élevée en valeur absolue, des grandeurs [ (h]_ - h) , (h2 - h) ]
- si diffmin < I M I < diffmax, on prend ledit niveau fictif égal à α Δhmax + (l-α)~M", α étant égal à
(lM"l-diffmin)
(diffmax - diffmin)
3) Procédé selon la revendication 1 ou caractérisé en ce qu'on met les signaux issus desdits capteurs sous forme numérique, et en ce qu'on réalise lesdites opérations de conditionnement et de combinaison sur lesdits signaux ainsi numérisés.
4) Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le seuil (F) est pris égal à 0,02 Hz.
5) Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le seuil (D) est pris égal à 3 mm.
6) Dispositif de régulation du niveau du ménisque (13) de métal liquide dans une lingotière (5) d'une machine de coulée continue des métaux, du type comprenant au moins une paire de capteurs surplombant ledit ménisque (13) chacun de ces capteurs (17,18) délivrant un signal représentatif de sa distance (hι,h2) audit ménisque (13), des moyens (23) pour combiner lesdits signaux et pour délivrer un signal unique représentatif d'un niveau fictif dudit ménisque à des moyens de commande (24,15) d'un dispositif (14) de réglage du débit du métal liquide pénétrant dans la lingotière, caractérisé en ce qu'il comprend également des moyens (21,22) pour conditionner lesdits signaux avant leur combinaison, de manière à en éliminer les ondulations ayant à la fois une fréquence supérieure à un seuil (F) et une amplitude inférieure à un seuil (D) .
7) Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (19,20) pour numériser lesdits signaux émis par lesdits capteurs (17,18), et en ce que lesdits moyens (21,22,23) pour conditionner et combiner lesdits signaux sont des moyens de traitement numériques.
8) Dispositif selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que lesdits capteurs (17,18) sont des capteurs à courants de Foucault.
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