EP1616643A2

EP1616643A2 - Installation de remplissage d'un moule avec du métal liquide comprenant un système de détection du niveau du métal liquide, et procédé pour la mise en oeuvre de cette installation

Info

Publication number: EP1616643A2
Application number: EP05356118A
Authority: EP
Inventors: Michel Dussud; Alain Robin
Original assignee: D'etudes Et De Realisations Techniques Sert Ste
Current assignee: D'etudes Et De Realisations Techniques Sert Ste
Priority date: 2004-07-13
Filing date: 2005-07-12
Publication date: 2006-01-18
Also published as: FR2873050A1; EP1616643A3; US20060011322A1; CN1721105A

Abstract

Cette installation comprend au moins un moule (2), une cuve (4) destinée à recevoir le métal liquide (6) et des moyens (16, 18, 20, 22, 24, 30) propres à déterminer de manière directe l'évolution du niveau de métal fondu dans l'empreinte (14) du moule (2).

Ces moyens de détermination comportent des moyens (24) de détection de la présence de ce métal liquide dans l'empreinte, notamment de nature électromagnétique, qui sont propres à pénétrer au moins partiellement dans le volume intérieur de cette empreinte.

Description

La présente invention concerne une installation de remplissage d'un moule avec du métal liquide, ainsi qu'un procédé permettant la mise en oeuvre de cette installation.
Dans le domaine technique de la fonderie, il est connu de faire appel à une succession de moules, encore dénommés mottes, qui sont réalisés en sable. De manière classique, chaque moule comporte un bol de coulée, destiné à recevoir le métal fondu, ainsi qu'au moins une empreinte reliée à ce bol par l'intermédiaire d'un canal d'alimentation. En service, il s'agit de déplacer chaque moule en direction d'une machine de coulée, propre à déverser du métal fondu.
Cette opération de coulée s'accompagne de plusieurs exigences.
Il est tout d'abord important d'inonder rapidement le bol de coulée, et de le maintenir à l'état rempli pendant que le métal se propage en direction des empreintes. Ceci permet en effet d'assurer des coulées de hautes qualités, exemptes de vides, de défauts et de piégeages de gaz.
Il est également nécessaire que le débit de métal avalé par le moule soit en permanence égal au débit délivré par la machine de coulée, afin d'éviter tout débordement, ainsi que toute sous-alimentation. Enfin, au terme de la coulée, le niveau de métal dans le bol doit être maîtrisé, afin qu'il remplisse exactement le moule, sans toutefois provoquer de débordement.
Il est tout d'abord connu de procéder au remplissage de ces moules de manière manuelle, à savoir que cette opération est assurée par un opérateur. Il est également possible de mettre en oeuvre ce remplissage de façon automatique, de sorte que ce dernier est piloté par un équipement programmable.
Ainsi, on connaît des systèmes optiques, qui tirent parti d'un faisceau dirigé vers le bol de coulée pour déterminer le niveau de remplissage du bol de coulée tout au long de la coulée. Cette solution connue implique cependant un inconvénient, lié en particulier à son manque de connaissance du niveau réel de remplissage du moule au cours du processus de coulée.
Ceci étant précisé, l'invention vise à proposer une installation permettant de commander, de manière fiable et précise, le remplissage d'un moule au moyen de métal liquide.
A cet effet, elle a pour objet une installation de remplissage d'un moule avec du métal liquide, comprenant :

au moins un moule comportant un bol de coulée, un canal d'alimentation, ainsi qu'au moins une empreinte reliée audit bol par ledit canal ;
une cuve destinée à recevoir le métal liquide devant être coulé dans le moule ; et
des moyens propres à déterminer de manière directe l'évolution du niveau de métal fondu dans l'empreinte, ces moyens de détermination comportant des moyens de détection de la présence de ce métal liquide dans l'empreinte, ces moyens de détection étant propres à pénétrer au moins partiellement dans le volume intérieur de cette empreinte.

Selon d'autres caractéristiques de l'invention :

les moyens de détection sont de nature électromagnétique ;
les moyens de détermination comprennent des moyens de création d'un champ électromagnétique, dont des lignes de champ forment lesdits moyens de détection, ces lignes de champ étant propres à être perturbées par le métal liquide présent dans l'empreinte ;
les moyens de création du champ électromagnétique comprennent au moins une bobine émettrice, un générateur électrique propre à exciter cette bobine émettrice, ainsi qu'au moins une bobine réceptrice propre à coopérer avec ladite bobine émettrice ;
il est prévu deux bobines réceptrices, une première bobine réceptrice étant placée entre la bobine émettrice et le moule, alors que l'autre bobine réceptrice est placée à l'opposé de la bobine émettrice par rapport au moule ;
les moyens de détermination comprennent également des moyens propres à transformer l'intensité de la perturbation subie par lesdites lignes de champ en un signal analogique représentatif de l'évolution du niveau de métal liquide dans l'empreinte, ce signal analogique correspondant par exemple à l'évolution d'une tension en fonction du niveau de remplissage du moule ;
les moyens de détermination comprennent également des moyens d'obtention d'une courbe instantanée, à partir dudit signal analogique, représentative de l'évolution du niveau de métal fondu dans l'empreinte, ainsi que des moyens de comparaison de cette courbe instantanée avec une courbe de référence, alors qu'il est en outre prévu des moyens, propres à commander le débit de métal fondu déversé à partir de la cuve, dans le cas où la courbe instantanée diffère de la courbe de référence dans une mesure inadmissible ;
les moyens de commande sont propres à actionner un obturateur mobile, dont est équipée la cuve.

L'invention a également pour objet un procédé de mise en oeuvre de l'installation telle que définie ci-dessus, comprenant les étapes suivantes :

on actionne les moyens de création du champ électromagnétique, de manière à générer des lignes de champ pénétrant au moins partiellement dans le volume intérieur de l'empreinte ; et
on détermine l'évolution du niveau de métal liquide dans l'empreinte, en fonction de l'intensité de la perturbation subie par ces lignes de champ.

Selon d'autres caractéristiques de l'invention :

on compare ladite courbe instantanée et ladite courbe de référence, et on modifie le débit de métal liquide déversé à partir de la cuve, si la différence entre cette courbe instantanée et cette courbe de référence est inadmissible ;
on modifie le débit de métal liquide en déplaçant ledit obturateur ;
on choisit un seuil prédéterminé de l'empreinte, on détecte l'instant auquel le niveau de métal liquide atteint ce seuil, on laisse s'écouler un intervalle de latence, dépendant notamment de la valeur instantanée du débit de métal fondu déversé à partir de la cuve, et on arrête l'admission de métal liquide dans le moule au terme de cet intervalle de latence.

L'invention va être décrite ci-après, en référence aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemple non limitatif, dans lesquels :

la figure 1 est une vue générale, illustrant une installation de remplissage d'un moule à sable avec du métal liquide, qui est conforme à l'invention ;
la figure 2 est une vue analogue à la figure 1, illustrant l'installation de la figure 1 durant la phase de remplissage proprement dite et
la figure 3 est un graphe représentant l'évolution du niveau de métal fondu en fonction du temps, à l'intérieur d'une empreinte dont est pourvu un moule équipant l'installation des figures 1 et 2.

L'installation des figures 1 et 2 comprend différents moules, dont un seul est représenté, tout en étant affecté de la référence 2. En service, ce moule circule au-dessous d'une cuve 4, qui se trouve remplie d'un métal fondu liquide 6, qui est par exemple de la fonte ou de l'acier. Ce métal a été déversé dans la cuve 4 de façon classique, par l'intermédiaire d'une poche non représentée.
Le fond de la cuve 4 est fermé, de manière connue, par un obturateur 8, encore dénommé quenouille. Cette dernière peut être manoeuvrée selon son axe principal, à savoir verticalement sur la figure 1, par l'intermédiaire d'un actionneur 9, de type classique.
Chaque moule, qui est de forme globalement parallélépipédique, comporte de façon habituelle un bol de coulée 10, de forme tronconique, dans lequel s'écoule le métal fondu 6 déversé depuis la cuve 4. Ce bol 10 se prolonge par un canal d'alimentation 12, qui débouche dans au moins une empreinte 14. Dans l'exemple décrit et représenté, il est prévu deux telles empreintes 14, illustrées de manière schématique.
L'installation des figures 1 et 2 comprend également des moyens de détermination de l'évolution du niveau de métal fondu, à l'intérieur de l'empreinte 14. Il s'agit tout d'abord de trois bobines électromagnétiques, montées sur un même axe, en l'occurrence horizontal.
De façon plus précise, il est prévu une bobine centrale émettrice 16, propre à être excitée par un signal électrique sinusoïdal, dont la fréquence est de quelques kilohertz. A cet effet, la bobine 16 est mise en relation avec un générateur approprié 18, de type connu en soi.
La bobine émettrice est associée à deux bobines latérales, dites réceptrices, dont l'une 20 est placée au voisinage du moule 2. En revanche, l'autre bobine réceptrice 22 est placée à l'opposé de ce moule 2, par rapport à la bobine centrale émettrice 16.
Sur les figures 1 et 2, on a représenté un unique jeu de trois bobines, à droite du moule. Il est à noter qu'un autre jeu de bobines peut être prévu, de façon optionnelle, au voisinage de l'autre empreinte, à savoir à gauche de ces figures.
A titre de variante supplémentaire, les bobines peuvent être placées au-dessus du moule, ou au voisinage d'un angle de celui-ci. Dans cette optique, l'axe de ces bobines est alors respectivement soit vertical, soit oblique.
Lorsque le générateur 18 alimente la bobine émettrice 16, il y a création d'un champ électromagnétique, qui circule entre les bobines réceptrices 20 et 22. Les lignes de champ ainsi créées sont illustrées sur les figures 1 et 2, où elles sont représentées en traits pointillés.
De façon plus précise, on note 24 les lignes de champ qui circulent au voisinage de la première bobine réceptrice 20. Comme le montrent les figures 1 et 2, ces lignes 24 s'étendent en partie, dans une zone notée 24', à l'intérieur du volume intérieur de l'empreinte 14. En revanche, les lignes de champ 26, s'étendant au voisinage de l'autre bobine réceptrice 22, à savoir à l'opposé de la bobine 20, n'interfèrent pas avec l'empreinte 14.
Les trois bobines 16, 20 et 22 sont par ailleurs reliées, par l'intermédiaire d'une ligne 28, à une unité électronique 30, dont les fonctions seront décrites dans ce qui suit. Cette unité 30 est enfin reliée, via une ligne de commande 32, avec l'actionneur 9.
La mise en oeuvre de l'installation de remplissage, décrite ci-dessus, va maintenant être explicitée dans ce qui suit.
Il s'agit tout d'abord de manoeuvrer l'actionneur 9, afin d'ouvrir la quenouille 8, de façon à admettre du métal fondu dans le bol de coulée 10. Ce métal fondu remplit alors progressivement le canal d'alimentation 12, puis pénètre à l'intérieur des empreintes 14, comme illustré sur la figure 2.
On conçoit que, au fur et à mesure de sa montée dans l'empreinte 14, le métal liquide est de nature à perturber le champ électromagnétique généré par les bobines 16, 20 et 22, en particulier dans la zone 24' des lignes de champ 24. Dans ces conditions, ces lignes de champ, qui pénètrent en partie dans le volume intérieur de l'empreinte, sont propres à détecter la présence du métal fondu dans cette empreinte.
Par ailleurs, il est à noter que l'intensité de la perturbation précitée augmente, au fur et à mesure du remplissage de l'empreinte 14. Dans ces conditions, l'unité électronique 30 est propre à transformer la valeur de la perturbation subie par les lignes de champ 24 en un signal analogique, qui correspond par exemple à une variation de la tension en fonction du niveau de remplissage réel de l'empreinte 14. La valeur de cette tension est par conséquent représentative, à chaque instant, du niveau de métal dans l'empreinte.
La figure 3 est un graphe, illustrant cette évolution de la tension, ainsi déterminée par l'unité électronique 30, en fonction du temps. On retrouve tout d'abord une zone, notée I, dans laquelle cette tension est nulle, ce qui correspond à l'absence d'interférence du métal fondu avec les lignes de champ 24. Puis, à partir de l'instant auquel cette interférence commence à se produire, la tension augmente de manière croissante avec le temps, au fur et à mesure du remplissage de l'empreinte 14 par le métal fondu. Cette phase de montée du niveau de ce métal fondu correspond à la zone II de ce graphe.
Il s'agit alors de vérifier que la montée du niveau de métal fondu dans l'empreinte 14 s'opère à une vitesse acceptable. A cet effet, on réalise une phase préalable d'apprentissage, permettant d'accéder à une courbe non représentée, figurant l'évolution de la tension en fonction du niveau de remplissage réel de l'empreinte 14, lors d'un remplissage dit de référence.
Puis, si l'unité électronique 30 constate que l'évolution instantanée de la tension diffère de façon inacceptable de cette courbe de référence, cette unité 30 commande l'actionneur 9, par l'intermédiaire de la ligne 32. De façon plus précise, si la tension instantanée est nettement supérieure à la tension de référence, à un instant donné, il s'agit de réduire le débit de métal fondu déversé depuis la cuve 4, en abaissant voire en fermant la quenouille 8. En revanche, si cette tension instantanée est nettement inférieure à la tension de référence, il s'agit de faire remonter la quenouille 8, afin d'augmenter le débit de métal fondu administré depuis cette cuve 4.
Par ailleurs, la phase finale de la coulée de métal fondu est opérée de la façon suivante. Il s'agit tout d'abord de détecter l'instant auquel le niveau de métal fondu atteint un seuil prédéterminé de l'empreinte, qui est matérialisé par la référence S, visible sur la figure 2. On conçoit que, à cet instant, la tension portée sur la figure 3 atteint une valeur correspondante, notée V_s.
Puis, on laisse s'écouler un intervalle de latence, qui dépend de la valeur instantanée du débit de métal fondu déversé depuis la cuve 4. Enfin, au terme de cet intervalle, l'unité électronique 30 commande l'actionneur 9, de manière à provoquer la fermeture de la quenouille 8, ce qui induit l'arrêt de l'alimentation en métal fondu.
Il est à noter que la portée et la sensibilité du capteur, que constituent les trois bobines 16, 20 et 22, peuvent être adaptées en fonction des caractéristiques du moule. Ainsi, dans le cas où chacune de ces bobines est formée de 200 spires, qui présentent une section rectangulaire de 140 mm sur 110 mm et sont séparées les unes des autres d'une distance de 210 mm, la portée de mesure correspondante à l'intérieur du moule présente une profondeur de 300 mm sur une surface d'environ 200 mm sur 250 mm, centrée sur les bobines.
En outre, on notera que la disposition des trois bobines 16, 20 et 22 est avantageuse, puisque les bobines réceptrices 20 et 22 sont montées en opposition, à savoir que la bobine 20 est adjacente au moule, alors que la bobine 22 lui est opposée. Ainsi, seules les lignes de champ 24 sont perturbées lors de la montée du métal, alors que celles 26 ne subissent pas une telle perturbation. Par conséquent, de façon connue en soi, l'unité électronique 30 bénéficie d'un régime de signaux différentiels, permettant ainsi d'augmenter la sensibilité de la mesure.
L'invention permet d'atteindre les objectifs précédemment mentionnés.
En effet, l'art antérieur met en oeuvre une mesure optique dans le bol de coulée, qui se révèle très pauvre en informations puisqu'elle n'est pas représentative du niveau du métal fondu dans l'empreinte. Ainsi, une telle mesure correspond uniquement à l'image de la différence entre, d'une part, le débit d'alimentation du métal fondu depuis la cuve 4 et, d'autre part, le débit instantané avalé par le moule.
En revanche, l'invention tire parti d'un moyen de détection du niveau du métal fondu, propre à pénétrer dans l'empreinte elle-même. Par conséquent, l'invention confère un caractère direct à la mesure ainsi réalisée, ce qui garantit une possibilité de contrôle du niveau de remplissage, durant une grande partie du processus de remplissage.

Claims

Installation de remplissage d'un moule (2) avec du métal liquide (6), comprenant :
- au moins un moule (2) comportant un bol de coulée (10), un canal d'alimentation (12), ainsi qu'au moins une empreinte (14) reliée audit bol par ledit canal ;

- une cuve (4) destinée à recevoir le métal liquide (6) devant être coulé dans le moule (2) ; et

- des moyens (16, 18, 20, 22, 24, 30) propres à déterminer de manière directe l'évolution du niveau de métal fondu dans l'empreinte (14), ces moyens de détermination comportant des moyens (24) de détection de la présence de ce métal liquide dans l'empreinte, ces moyens de détection étant propres à pénétrer au moins partiellement dans le volume intérieur de cette empreinte.
Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens de détection (24) sont de nature électromagnétique.
Installation selon la revendication 2, caractérisée en ce que les moyens de détermination comprennent des moyens (16, 18, 20, 22) de création d'un champ électromagnétique, dont des lignes de champ (24) forment lesdits moyens de détection, ces lignes de champ étant propres à être perturbées par le métal liquide présent dans l'empreinte (14).
Installation selon la revendication 3, caractérisée en ce que les moyens de création du champ électromagnétique comprennent au moins une bobine émettrice (16), un générateur électrique (18) propre à exciter cette bobine émettrice, ainsi qu'au moins une bobine réceptrice (20, 22) propre à coopérer avec ladite bobine émettrice.
Installation selon la revendication 4, caractérisée en ce qu'il est prévu deux bobines réceptrices (20, 22), une première bobine réceptrice (20) étant placée entre la bobine émettrice (16) et le moule (2), alors que l'autre bobine réceptrice (22) est placée à l'opposé de la bobine émettrice (16) par rapport au moule (2).
Installation selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisée en ce que les moyens de détermination comprennent également des moyens (30) propres à transformer l'intensité de la perturbation subie par lesdites lignes de champ (24) en un signal analogique représentatif de l'évolution du niveau de métal liquide dans l'empreinte (14), ce signal analogique correspondant par exemple à l'évolution d'une tension en fonction du niveau de remplissage du moule.
Installation selon la revendication 6, caractérisée en ce que les moyens de détermination comprennent également des moyens (30) d'obtention d'une courbe instantanée, à partir dudit signal analogique, représentative de l'évolution du niveau de métal fondu dans l'empreinte, ainsi que des moyens (30) de comparaison de cette courbe instantanée avec une courbe de référence, alors qu'il est en outre prévu des moyens (32), propres à commander le débit de métal fondu déversé à partir de la cuve (4), dans le cas où la courbe instantanée diffère de la courbe de référence dans une mesure inadmissible.
Installation selon la revendication 7, caractérisée en ce que les moyens de commande (32) sont propres à actionner un obturateur mobile (8), dont est équipée la cuve (4).
Procédé de mise en oeuvre de l'installation conforme à l'une quelconque des revendications 3 à 8, comprenant les étapes suivantes :
- on actionne les moyens (16, 18, 20, 22) de création du champ électromagnétique, de manière à générer des lignes de champ pénétrant au moins partiellement dans le volume intérieur de l'empreinte (14) ; et

- on détermine l'évolution du niveau de métal liquide dans l'empreinte (14), en fonction de l'intensité de la perturbation subie par ces lignes de champ.
Procédé selon la revendication 9, pour la mise en oeuvre de l'installation selon l'une des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce qu'on compare ladite courbe instantanée et ladite courbe de référence, et en ce qu'on modifie le débit de métal liquide déversé à partir de la cuve (4), si la différence entre cette courbe instantanée et cette courbe de référence est inadmissible.
Procédé selon la revendication 10, pour la mise en oeuvre de l'installation de la revendication 8, caractérisé en ce qu'on modifie le débit de métal liquide en déplaçant ledit obturateur (8).
Procédé selon l'une quelconque des revendications 9 à 11, caractérisé en ce qu'on choisit un seuil prédéterminé (S) de l'empreinte (14), on détecte l'instant auquel le niveau de métal liquide atteint ce seuil, on laisse s'écouler un intervalle de latence, dépendant notamment de la valeur instantanée du débit de métal fondu déversé à partir de la cuve (4), et on arrête l'admission de métal liquide dans le moule (2) au terme de cet intervalle de latence.