EP3439813B1 - Système et procédé de contrôle de la coulée d'un produit - Google Patents

Système et procédé de contrôle de la coulée d'un produit Download PDF

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EP3439813B1
EP3439813B1 EP17722087.8A EP17722087A EP3439813B1 EP 3439813 B1 EP3439813 B1 EP 3439813B1 EP 17722087 A EP17722087 A EP 17722087A EP 3439813 B1 EP3439813 B1 EP 3439813B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
casting
product
mass
false bottom
control system
Prior art date
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Active
Application number
EP17722087.8A
Other languages
German (de)
English (en)
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EP3439813A1 (fr
Inventor
Soizic BLAIS
Franck Renard
Nicolas GUICHOU
Arnaud Ballu
Bernard Valentin
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Constellium Issoire SAS
Original Assignee
Constellium Issoire SAS
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Publication date
Application filed by Constellium Issoire SAS filed Critical Constellium Issoire SAS
Publication of EP3439813A1 publication Critical patent/EP3439813A1/fr
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Publication of EP3439813B1 publication Critical patent/EP3439813B1/fr
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/16—Controlling or regulating processes or operations
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/001—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths of specific alloys
    • B22D11/003—Aluminium alloys
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/04—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths into open-ended moulds
    • B22D11/041—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths into open-ended moulds for vertical casting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/14—Plants for continuous casting
    • B22D11/148—Safety arrangements

Definitions

  • the field of the present invention relates to vertical semi-continuous casting, with direct cooling, and in particular the prevention of the risks associated with the casting of a product (plate or billet) in a mold (or ingot mold).
  • the present invention relates more particularly to a continuous control system for a vertical semi-continuous casting, with direct cooling, in particular of aluminum alloy, for the manufacture of one or more products.
  • the rolling plates and the spinning billets are typically manufactured by casting in a mold, or ingot mold, vertical and positioned on a casting table above a pit or well.
  • the mold is rectangular in the case of the plates or cylindrical in the case of the billets, with open ends, with the exception of the lower end closed at the start of casting by a false bottom which moves downward using a descender at during the casting of the plate or billet, the upper end being intended for the metal supply.
  • the false bottom is in its highest position in the mold.
  • the casting begins with a filling step, consisting in pouring the molten metal into the mold.
  • a filling step consisting in pouring the molten metal into the mold.
  • Several molds can be filled at the same time. It is important that the filling is done homogeneously in the molds. From a certain amount of poured metal, the metal begins to cool, typically with water, and the false bottom is lowered at a predetermined speed. This is the descent step.
  • the use of a deflector during the cooling step is advantageous to avoid the appearance of cracks. This in fact makes it possible to reduce the temperature gradient within the solidified metal.
  • the deflector stops the flow of cooling water at a certain distance from the molten metal distribution point. Typically the deflector is a rubber piece that surrounds the mold.
  • the solidified metal is then extracted through the lower part of the mold and the plate or billet is thus formed. At the end of casting, the products are extracted from the pit;
  • This type of casting in which the metal extracted from the mold is cooled directly by the impact of a cooling liquid is known as semi-continuous casting, typically vertical, with direct cooling.
  • the semi-continuous casting process can present certain difficulties which must be able to be mastered. Among these difficulties, one can cite filling problems, surface defects, hanging problems, breakthrough problems.
  • the metal level is sometimes lower than the bottom of the central distributor channel.
  • the level sensor cannot therefore take a measurement.
  • thermocouple type sensor Since the sensor must react very quickly when it detects liquid metal, it cannot be sheathed. It must therefore be changed before each new start because it is rapidly deteriorated by the liquid metal.
  • the outer layer of the product solidifies and surrounds a part of the liquid metal which is not yet solidified.
  • This part of non-solidified liquid metal or also called “swamp” can extend a significant distance above the bottom of the mold. If the outer layer of solidified metal tears or pierces, the liquid metal can flow through the gap. This is called the metal breakthrough phenomenon.
  • the phenomenon of metal breakthrough is a potentially dangerous phenomenon which can lead to explosion risks, in particular for aluminum and its alloys.
  • the hanging phenomenon concerns the hanging of the product which remains momentarily hung in the mold and no longer follows the movement of the descender on which the product is supported during its cooling.
  • the product no longer rests on its support, commonly called false bottom, and an increasing distance is created between the false bottom, connected to the movement of the descender, and the sole of the product which remains attached.
  • the detection of hanging during the casting of a plate with regulation of the metal level is based on the monitoring of the opening of the actuator: an actuator remaining closed for too long is an indication of hanging.
  • this indication is sometimes ambiguous.
  • the solutions based on the visual detection of surface defects are difficult to implement: They require the installation of cameras in the particular atmosphere of the casting pit; the cameras must in particular be protected from humidity and possible projections of liquid metal. It is also necessary to provide for processing of the images recorded on each of the flows. This treatment is made complicated by the presence of cooling water on the surface of the products. It is moreover difficult to develop criteria making it possible to trigger the stopping of the casting before the defects degenerate into a breakthrough. It is also important to detect very early signs of severe and prolonged degradation of the surface condition of the products. because these defects are also likely to degenerate into a breakthrough. When these defects persist with a certain level of severity, it may then be advantageous to trigger a stop of the casting.
  • the present invention aims to secure the casting by the control and detection of the warning signs of a hanging, a filling defect and / or a surface defect and to stop the casting when the risks involving security is important.
  • the present invention also aims to highlight defects in the centering of the false bottom and / or the deflector and thus allow preventive maintenance to refocus these elements or stop the casting when the risks of hanging are too great.
  • the manufacture of said product by vertical semi-continuous casting, with direct cooling comprises a filling, descent and demolding step.
  • the false bottom support comprises a support plate extending in a horizontal direction and configured to support the weighing cell. This configuration allows the false bottom to be supported on a horizontal surface so as to guarantee a perfectly vertical casting.
  • the false bottom support comprises at least one substantially vertical holding member linked to the support plate. The holding member serves to link the false bottom support and the load cell. In a preferred mode for casting billets, the holding member is positioned in the central part of the support plate.
  • the weighing cell is linked to the false bottom support using the support member of the support plate.
  • the load cell comprises at least one load cell, preferably two, three or four load cells regularly arranged around an axis parallel to the vertical direction. This arrangement of load cells allows a reliable and reproducible weight gain.
  • the load cells are arranged regularly around a vertical axis, for example for a configuration of three load cells they are arranged so as to define in pairs an angle of approximately 120 °, so as to form an isostatic load cell .
  • the device comprises a protective bell used to protect the load cell.
  • the side walls of the protective cover protect the load cells from possible projections during casting. These projections may be liquid metal or water.
  • the protective cover also provides thermal protection.
  • the upper part of the protective bell bears on the load cell (s); the load cell housed in the protective cover.
  • the weighing cell comprises at least one member extending in a substantially vertical direction.
  • the member is used to position the false bottom relative to the load cell in a substantially vertical direction.
  • the member can also make it possible to position the protective bell relative to the load cell in a substantially vertical direction.
  • the member is a sheath, which can cover the holding member provided on the support plate.
  • the false bottom comprises at least one housing.
  • the housing collaborates with an end region of the member of the weighing cell and / or with the holding member of the support plate in order to guarantee the positioning of the false bottom relative to the weighing cell along an axis. substantially vertical.
  • the load cell being linked to the false bottom support, this also makes it possible to guarantee that the false bottom is well positioned to ensure vertical casting.
  • the false bottom is thus maintained along a substantially vertical axis, substantially corresponding to the vertical casting axis using the housing which receives an end region of the member of the load cell, linked to the false support. -background. In this configuration, the false bottom is free to rotate about the axis of the member.
  • the false bottom is advantageously provided with at least one vertical retaining means.
  • the vertical restraint must not statically link the false bottom to the load cell during the filling and lowering step during casting.
  • This vertical retaining means is for example configured to be engaged in a groove provided on the end region of the member of the weighing cell.
  • the end region of the member of the weighing cell has a height less than the depth of the sheath housing of the false bottom.
  • the load cell linked to the false bottom support of the control system comprises at least one sheath extending in a vertical direction.
  • the sheath is intended to cover the holding member provided on the support plate of the false bottom support.
  • the end region of the sleeve is configured to cooperate with the sleeve housing of the false bottom so as to engage and maintain the false bottom in a substantially vertical direction.
  • the member of the weighing cell, the holding member provided on the support plate of the false bottom support and the sheath housing of the false bottom is in the central position of the control system.
  • an interface makes it possible to display the variation in mass of the products over time for each weighing cell. This can signal and / or alert as to filling problems and / or surface defects and / or hanging problems depending on the changes in mass of the products measured over time.
  • the processing unit calculates the average of the mass values measured by all the load cells relating to each product. This average is considered to correspond to the mass of the product.
  • the interface can be replaced by a PLC or connected to a PLC.
  • the automaton can automatically interrupt the pouring when the variation in mass of at least one product over time is symptomatic of a filling problem, that is to say that after a period of time tc has elapsed the start of the casting, the mass of at least one product, that is to say the average of the mass values measured by all the load cells relative to each product is less than or equal to a threshold mass value Ms.
  • the automaton can also interrupt the casting when the variation in mass of a product over time is symptomatic of a hanging problem or surface defects, on the basis of criteria combining the amplitude and the duration of these variations massive.
  • These predetermined conditions include a variation in mass determined over a given period of time.
  • the interruption of the casting is done by stopping the supply of liquid metal, in particular of liquid aluminum alloy, in the chute serving the metal alloy in at least one flow provided on the support of the false bottom.
  • the movement of the false bottom can also be interrupted, by stopping the descender.
  • the figure 1 is a block diagram of an implementation mode of the Control System 100.
  • the Control System 100 is integrated into a vertical semi-continuous casting loom, with direct cooling 24. It includes a false bottom 4 on which a product rests poured 40 into a fixed mold 41 and a deflector 43.
  • the false bottom 4 constitutes at the time of starting the casting, during the filling step, the bottom of the fixed mold 41.
  • the false bottom 4 comes to bear on a load cell 3 which is linked to the false bottom support 2 by means of a holding member 6.
  • the false bottom support 2 is secured to a descender 20 by means of a connecting member 42.
  • a vertical retaining means 18 makes it possible to maintain the false bottom 4 at the weighing cell during the demolding operation, which takes place at the end of casting.
  • the load cell 3 includes a member 10 allowing the positioning of the false bottom relative to the load cell and possibly that of a protective bell (not shown).
  • the member 10 can cover the holding member 6.
  • the false bottom 4 is held according to the substantially vertical axis using a housing 17, the housing receiving an end region of the member 10 of the weighing cell 3.
  • the weighing cell is connected to a processing unit 21 configured to process the measurements, calculate the mass variations of the cast product 40 during casting for each load cell integrated into the weighing cell.
  • the number of load cells can be equal to 1, 2 3 or 4.
  • the mass measured by each of the load cells is continuously fed back to the processing unit 21 which makes it possible to know in real time the evolution of the mass as a function of the time or duration of the pour.
  • the processing unit 21 can be connected to an interface 22 enabling the evolution of the mass of the products to be displayed continuously. This interface 22 can be common to several flows. The operator, depending on the shape of the displayed curves, can decide to stop the casting. Indeed, depending on the evolution of the mass of the products, it is possible to know if there is a filling problem ( figure 9 ), a hanging ( figure 7 ), or if the product will have a surface defect ( figure 8 ).
  • the processing unit 21 can also be connected to an automaton 23. Different processing algorithms are then implemented by the automaton 23 to monitor the various anomalies that may arise, such as a mold filling defect, a defect surface area of products in steady state and hangings. This automaton 23 allows the casting to be interrupted automatically.
  • the figures 2 to 6 represent perspective views of a control system 100 intended for the casting of billets.
  • the Control System 100 is shown in section. It includes a false bottom support 2 on which a load cell 3 is linked, on which a false bottom 4 comes to bear.
  • the support 2 of false bottom is secured to a descender (not illustrated) which causes a vertical downward movement during casting.
  • the false bottom 4 is supported on the weighing cell 3 which is linked to the support 2 of the false bottom so as to follow the movement of the latter and to form a movable lower bottom of a fixed mold (not illustrated).
  • This device is provided for each of the flows.
  • the false bottom support 2 may be common to several flows.
  • a liquid metal is poured through a chute into each of the molds which give the metal being cooled the shape of the desired product, here a billet.
  • the metal being solidified is then carried by the false bottom 4 which is lowered so as to allow the filling of the mold and to reach the final length of the desired billet.
  • the manufactured products take various forms, such as billets or plates in particular.
  • each of the load cells 9 of the load cell 3 is connected to a processing unit configured to process the measurements, calculate the variations in mass during casting.
  • This processing unit can be connected to an interface and / or a PLC.
  • the interface allows continuous visualization of mass variations and stops the casting when significant anomalies are detected. The automaton makes it possible to do this automatically.
  • the figure 3 shows a perspective view of the support 2 false bottom.
  • the false bottom support 2 is shown in section. It comprises a support plate 5 of the false bottom support extending in a horizontal direction and serving as a support for accommodating the weighing cell 3 (not shown in the figure 3 ) and a casing 1 bearing under the support plate 5.
  • the support plate 5 comprises a central holding member 6 having a direction parallel to the vertical direction. The object of this holding member 6 is to link the support plate to the load cell, to ensure its positioning and its maintenance.
  • the support plate 5 has passage openings 7 allowing the passage of elements, typically cables (not shown) connected to the load cell. These orifices 7 collaborate with the cable passes 12 of the load cell shown on the figure 4 .
  • the figure 4 shows a perspective view of the load cell 3.
  • the load cell 3 is shown in section. It comprises a horizontal support plate 8 of the weighing cell on which are arranged four load cells 9, regularly arranged around a vertical axis, this axis being that of the member 10.
  • the member 10 is a central sleeve. In a mode not shown, the number of load cells can be equal to 1, 2 or 3.
  • the holding member 6 of the support plate 5 collaborates with the central sheath 10, via a central orifice 11 of the load cell.
  • the end region of the central sleeve 10 comprises a groove 13 extending over the outer circumference of the central sleeve 10, intended to cooperate with vertical retaining means such as screws 18 of the false bottom.
  • the load cell has cable glands 12; preferably and without limitation, there are as many cable glands as load cells.
  • the figure 5 shows a perspective view of the protective bell 14.
  • the protective bell 14 is shown in section.
  • the upper disc 16 of the protective bell 14 comprises an orifice 15 configured to allow engagement around the central sheath 10 so as to maintain the bell along a substantially vertical axis.
  • the weight of the bell is uniformly distributed over the four load cells 9.
  • the holding member 6 of the support plate 5 collaborates with the protective bell via a central orifice 15 in the protective bell 14.
  • the figure 6 shows a perspective view of the false bottom 4.
  • the false bottom 4 is shown in section. It comprises a central housing 17 which receives the end region of the central sheath 10 which has a height less than the depth of said housing 17.
  • the false bottom 4 comprises a bore 19 passing radially through the false bottom 4, until it opens out. in housing 17. Bore 19 is tapped (not shown).
  • the vertical retaining means used is a screw 18 (not shown in the fig 6 ), shaped to cooperate with the bore 19.
  • the screw 18 has a length such that once screwed into the bore 19, it can engage in the groove 13 of the central sleeve 10 of the load cell.
  • the height of the groove 13 of the sleeve 10 is greater than the diameter of the screw 18.
  • This configuration thus makes it possible to retain the false bottom 4 at the weighing cell 3 during the demolding step.
  • the distance separating the internal face of the groove of the sleeve from the contact of the collaborating screw is greater than the travel of the screw. This is necessary for the proper functioning of the load cell, so as not to disturb or hinder the measurement of the load cell (s).
  • the vertical retaining means avoids the possible escape of the false bottom (4) from its support during the extraction by lifting of the product from the casting at the end of the latter, at the time of the demolding phase. of the product.
  • the figures 7 to 11 illustrate various anomalies detected by the control system 100 according to the present invention.
  • the abscissa axis represents the elapsed time and the ordinate axis represents the measured mass. These curves are examples of representation that the interface 22 can display.
  • figures 7 to 11 illustrate the mass gain curves for semi-continuous vertical casting, with direct cooling for the production of billets.
  • the figure 7 represents two curves of evolution of the mass of a product as a function of the time or duration of casting. Each of the curves corresponds to a different flow occurring during the same flow.
  • the solid line curve 25 corresponds to the normal evolution of the mass of a product. The mass increases during the casting time. It does not exhibit any abnormal slope break until time t1: the pouring takes place normally, without filling problem, without bonding, or hanging of the product.
  • the curve in dotted lines 26 represents an evolution of mass of product for which a hanging phenomenon has occurred from the instant tp. Curve 26 presents a significant break 27 in the slope illustrating a hanging start.
  • the significant mass reduction typically greater than approximately 50% of the normal mass, preferably 60%, for a very short period of time, typically for a duration of approximately 30 s, preferably approximately 20 seconds, testifies to a hanging phenomenon.
  • the product no longer rests on the false bottom 4, which results in a sudden reduction in weight and therefore a sudden break in slope on the mass gain curve.
  • the mass changes again 28 testifying that the product was again in contact with the false bottom.
  • the mass no longer changes on the dotted line curve 26. This corresponds to a stop of casting at the end of time t1.
  • Curve 25 also no longer evolves from time t1 because in the case of billet production with multi flows, the interruption of the metal supply interrupts the solidification process of all flows even if only one presents a hanging problem .
  • the figure 8 represents two curves of evolution of the mass of a product as a function of the time or duration of casting. Each of the curves corresponds to a different flow occurring during the same flow.
  • the solid line curve 29 corresponds to the normal evolution of the mass of a product. The mass increases during the casting time. It does not show any abnormal slope break: the pouring proceeds normally, without problem of filling, without sticking, nor hanging of the product.
  • the curve in dotted lines 30 represents a change in mass of product for which problems of surface defects are observed.
  • the curve in dotted lines 30 has stalls 31, 32, 33. These stalls are typical of punctual bonding of the metal on the mold generating surface defects.
  • each surface defect results in a modification of the friction of the product on the walls of the mold and therefore in a local variation of the mass gain curve of the product.
  • the signal processing algorithm implemented on the automaton consists in detecting the appearance of variations compared to the ideal weight gain curve and in automatically triggering a stop of the pouring on the basis of criteria combining the amplitude and the duration of these variations.
  • the ideal mass gain curve being linked to the density of the cast product, the speed of casting, the format of the cast product.
  • criteria combining the amplitude and duration of the lightening the machine is then able to distinguish a simple sticking of the product, without consequence for the rest of the casting, a real hanging or marked surface defects likely to degenerate into breakthrough.
  • the mass gain curves also make it possible to monitor the filling of the pouring: in this case, the signal processing algorithm consists in checking that after the time tc has elapsed after the start of the pouring, the average mass value calculated from the measurements made by load cells 9 for each load cell is greater than or equal to a threshold mass value Ms. Otherwise, if at least one of the mass values is less than the threshold value Ms, the automaton automatically initiates a stop of casting, in conditions of optimal safety for the personnel.
  • the values of tc and Ms depend on the product cast and the conditions of casting; they are a function in particular of the format of the cast product, the diameter of the billet or the size of the plate in particular, the density of the product and the speed of casting. These values are dimensioned so that in the event of failure to fill at least one flow, there is no risk of contacting water / liquid metal when the descender starts.
  • the figure 9 illustrates the shape of the curves of evolution of the mass of product as a function of the time measured by a load cell 9.
  • the curve in solid line 34 corresponds to a normal flow of casting. The filling begins from time t0, the mass increases steadily. At the end of a time tc corresponding to the filling control duration appropriate to the casting configuration, the mass measured by the load cell 9 is greater than the threshold mass Ms, defined for the casting configuration. There is no filling problem.
  • the curve in dotted lines 35 has a shape similar to curve 34 but at the end of time tc, the mass measured by the load cell 9 is less than the threshold mass Ms. There is a filling problem. It is then desirable to stop the casting, which is done shortly after, typically after a few seconds, preferably 1 second.
  • the figure 10 represents two curves of evolution of the mass of a product as a function of the time or duration of casting. Each of the curves corresponds to a different flow occurring during the same flow.
  • the solid line curve 36 corresponds to the normal evolution of the mass of a product. From time t 0 , corresponding to the start of filling, the mass increases according to a linear evolution. It does not show any abnormal slope break: the casting proceeds normally.
  • the curve in dotted lines 37 represents an evolution of mass of symptomatic product of a problem of centering of false bottom in the mold.
  • the curve in dotted line 37 shows an abnormal evolution of mass: between the time t o and the time t d , corresponding to the moment when the descender starts, the mass measured on the flow corresponding to the curve 37 is clearly greater than the mass expected corresponding to the mass measured on curve 36.
  • the measured mass suddenly decreases to a value close to an expected mass value, corresponding to the mass measured on curve 36. This indicates that the false bottom has returned to a centered position and no longer interacts with the walls of the mold.
  • the mass increases again linearly along the same slope as curve 36. It is desirable when such a phenomenon is recorded to check during the next casting the positioning of the false bottom.
  • the measured mass can drop to very low values when the descender starts, thus causing the automatic stop of the casting according to the principle of figure 8 , it being understood that the time t c from which the mass control is carried out with respect to a threshold value Ms is greater than the time t d of starting the descender.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Continuous Casting (AREA)

Description

  • Le domaine de la présente invention se rapporte à la coulée semi continue verticale, à refroidissement direct, et notamment la prévention des risques associés à la coulée d'un produit (plaque ou billette) dans un moule (ou lingotière).
  • La présente invention concerne plus particulièrement un système de contrôle en continu d'une coulée semi continue verticale, à refroidissement direct, notamment en alliage d'aluminium, pour la fabrication d'un ou plusieurs produits.
  • Les plaques de laminage et les billettes de filage sont typiquement fabriquées par coulée dans un moule, ou lingotière, vertical et positionné sur une table de coulée au-dessus d'une fosse ou puits de coulée.
  • Le moule est rectangulaire dans le cas des plaques ou cylindrique dans le cas des billettes, à extrémités ouvertes, à l'exception de l'extrémité inférieure fermée en début de coulée par un faux-fond qui se déplace en descendant grâce à un descenseur au cours de la coulée de la plaque ou billette, l'extrémité supérieure étant destinée à l'alimentation en métal.
  • Au démarrage du processus de coulée, le faux-fond se trouve dans sa position la plus haute dans le moule. La coulée débute par une étape de remplissage, consistant à verser le métal fondu dans le moule. Lors d'une même coulée, plusieurs moules peuvent être remplis en même temps. Il est important que le remplissage soit fait de manière homogène dans les moules. A partir d'une certaine quantité de métal versé, le métal commence à être refroidi, typiquement au moyen d'eau, et le faux-fond est descendu à une vitesse prédéterminée. C'est l'étape de descente. L'utilisation d'un déflecteur pendant l'étape de refroidissement est avantageuse pour éviter l'apparition de fentes. Cela permet en effet de diminuer le gradient de température au sein du métal solidifié. Le déflecteur permet de stopper l'écoulement d'eau de refroidissement à une certaine distance du point de distribution en métal fondu. Typiquement le déflecteur est une pièce en caoutchouc qui entoure le moule. Le métal solidifié s'extrait alors par la partie inférieure du moule et la plaque ou billette est ainsi formée. En fin de coulée, les produits sont extraits de la fosse ; c'est l'étape de démoulage.
  • Ce type de moulage dans lequel le métal extrait du moule est refroidi directement par impact d'un liquide de refroidissement est connu sous le nom de coulée semi-continue, typiquement verticale, à refroidissement direct.
  • Le procédé de coulée semi-continue peut présenter certaines difficultés qu'il faut pouvoir maitriser. Parmi ces difficultés, on peut citer les problèmes de remplissage, les défauts de surface, les problèmes de pendaison, les problèmes de percée.
  • Au démarrage de la coulée, il est impératif d'être capable de détecter un problème de remplissage et vérifier le niveau de métal dans le moule afin de pouvoir arrêter la coulée de la manière la plus appropriée, si possible en automatique. Dans le cas contraire, cela constituerait un risque important du point de vue de la sécurité par mise en contact de métal liquide avec l'eau de refroidissement du produit.
  • Les solutions utilisant la régulation automatique du niveau métal sont impossibles à mettre en œuvre dans le cas d'une coulée en charge. Il n'y a qu'un seul capteur de niveau pour l'ensemble des écoulements, en général positionné dans le chenal central en entrée de répartiteur. Il n'est donc pas possible de différencier les écoulements.
  • Au démarrage du descenseur, le niveau métal est parfois plus bas que le fond du chenal central du répartiteur. Le capteur de niveau ne peut donc pas effectuer de mesure.
  • Les solutions reposant sur la détection visuelle du niveau métal dans chacun des écoulements sont délicates à mettre en œuvre car elles nécessitent un traitement de l'image enregistrée sur chaque écoulement. Les solutions reposant sur la détection du niveau métal par un capteur de type thermocouple sont mal adaptées à une mise en œuvre industrielle. Le capteur devant réagir très rapidement lorsqu'il détecte le métal liquide, il ne peut pas être gainé. Il doit donc être changé avant chaque nouveau démarrage car il est rapidement détérioré par le métal liquide.
  • Une fois la coulée commencée et que le remplissage s'effectue correctement, durant le processus de coulée, la couche externe du produit se solidifie et entoure une partie du métal liquide encore non solidifiée. Cette partie de métal liquide non solidifiée, ou aussi appelée « marais » peut s'étendre sur une distance-importante au-dessus du fond du moule. Si la couche externe du métal solidifiée se déchire ou perce, le métal liquide peut couler au travers de la brèche. C'est ce qu'on appelle le phénomène de percée de métal. Le phénomène de percée de métal est un phénomène potentiellement dangereux pouvant conduire à des risques d'explosion, en particulier pour l'aluminium et ses alliages.
  • Il existe un certain nombre de solutions permettant de détecter les phénomènes de percée. On peut citer le brevet US 6279645 utilisant un détecteur sensible aux radiations, positionné dans la zone de refroidissement: en présence de métal fondu, le capteur infrarouge détecte les modifications de température. Le brevet EP1155762 propose un système permettant d'arrêter l'alimentation en métal si un phénomène de percée est détecté. L'arrêt s'opère si un élément sacrificiel est détruit.
  • Il est cependant intéressant d'agir en amont du phénomène de percée et de détecter les phénomènes pouvant en être l'origine, en particulier les phénomènes de pendaison, ou les défauts de surface.
  • Le phénomène de pendaison concerne la pendaison du produit qui reste momentanément accroché dans la lingotière et ne suit plus le mouvement du descenseur sur lequel le produit prend appui pendant son refroidissement. Ainsi, le produit ne repose plus sur son support, communément appelé faux-fond, et il se crée une distance de plus en plus importante entre le faux-fond, relié au mouvement du descenseur, et la semelle du produit resté accroché.
  • Or la survenue d'une pendaison constitue un risque important du point de vue de la sécurité. Cet incident est en effet susceptible de dégénérer en percée, avec épanchement de métal liquide dans la fosse de coulée, soit car la semelle du produit n'étant plus refroidie en absence de contact avec le faux-fond, elle finit par refondre en libérant du métal liquide ; soit car un décrochage brutal du produit solidifié déchire la zone corticale et libère du métal liquide. Le risque est encore plus élevé dans le cas d'une coulée en charge : du fait de la hauteur métallo statique élevée, une percée est susceptible de libérer une importante quantité de métal.
  • Il est donc très important d'être capable de détecter une pendaison le plus tôt possible, de manière à pouvoir la gérer de la façon la plus appropriée.
  • Selon l'art antérieur, la détection de pendaison lors de la coulée de plaque avec régulation du niveau de métal, repose sur le suivi de l'ouverture de l'actionneur : un actionneur restant fermé trop longtemps est un indice de pendaison. Toutefois, cette indication est parfois ambigüe. Par ailleurs, pour toutes les autres technologies de coulée (régulation du niveau par busette / flotteur ou coulée en charge), il n'est pas possible d'utiliser ce type de détection. Il y a donc un intérêt très fort à mettre au point un système alternatif pour la détection des pendaisons.
  • Il est également important de limiter les risques de pendaison en amont, en travaillant notamment sur les facteurs précurseurs de la pendaison. Les observations ont permis de montrer que la pendaison du produit coulé dans une lingotière se produit majoritairement pendant la phase de démarrage de la coulée. Les causes les plus fréquentes de cet incident sont des paramètres de démarrage mal adaptés, tels que la mauvaise gestion de la cambrure dans le cas de plaque coulée, ou un défaut de montage de l'outillage, tel qu'un défaut de perpendicularité du faux-fond par rapport à la lingotière.
  • Enfin, les solutions reposant sur la détection visuelle de défauts de surface sont délicates à mettre en œuvre : Elles nécessitent l'installation de caméras dans l'atmosphère particulière de la fosse de coulée ; les caméras doivent notamment être protégées de l'humidité et des projections éventuelles de métal liquide. Il faut aussi prévoir un traitement des images enregistrées sur chacun des écoulements. Ce traitement est rendu compliqué par la présence de l'eau de refroidissement en surface des produits. Il est par ailleurs difficile de mettre au point des critères permettant de déclencher l'arrêt de la coulée avant que les défauts dégénèrent en percée. Il est également important de détecter très tôt des indices de dégradation sévère et prolongée de l'état de surface des produits car ces défauts sont également susceptibles de dégénérer en percée. Quand ces défauts persistent avec un certain niveau de gravité, il peut alors être intéressant de déclencher un arrêt de la coulée.
  • Ainsi, la présente invention vise à sécuriser la coulée par le contrôle et la détection des signes précurseurs d'une pendaison, d'un défaut de remplissage et/ou d'un défaut de surface et à stopper la coulée quand les risques mettant en cause la sécurité sont importants.
  • Il est aussi important de pouvoir vérifier les conditions de coulée concernant le centrage du faux fond et du déflecteur par rapport moule. En effet, un mauvais positionnement d'un de ces éléments peut conduire à des casses de matériel à une usure prématurée de ces éléments ou à des difficultés de coulée type pendaison ou défaut de surface du produit. Par exemple, un mauvais centrage du déflecteur par rapport moule tend à ce que lors de la descente du faux fond et du produit ceux-ci viennent interagir avec le déflecteur, ce qui peut alors conduire à la dégradation du déflecteur, ou au coincement du faux-fond ou à la détérioration de l'état de surface du produit ou à sa pendaison. Un mauvais centrage du faux-fond peut quant à lui conduire à son coincement dans le moule et, par suite, mener à une pendaison.
  • La présente invention vise aussi à mettre en évidence des défauts de centrage du faux-fond et/ou du déflecteur et permettre ainsi une maintenance préventive pour recentrer ces éléments ou stopper la coulée quand les risques de pendaison sont trop importants.
  • A cet effet, la présente invention propose un système de contrôle du déroulement de la fabrication d'au moins un produit par coulée semi continue verticale, à refroidissement direct, notamment en alliage d'aluminium, dans un moule respectif fixe. Chaque produit ayant un moule fixe. Le système de contrôle comprend :
    • au moins un faux-fond pour chaque moule respectif configuré pour former un fond inférieur mobile du moule respectif fixe et pour porter le produit, pendant la coulée.
    • au moins une cellule de pesée, sur laquelle le faux-fond respectif est disposé en appui. La cellule de pesée est configurée pour prendre des mesures représentatives de la masse du produit porté par le faux-fond respectif pendant la coulée, et
    • un support de faux-fond, sur lequel la cellule de pesée est liée, configuré pour abaisser le/chaque faux-fond par rapport au moule respectif fixe, sensiblement selon une direction verticale, pendant la coulée,
    • Au moins une unité de traitement reliée à la/chaque cellule de pesée et configurée pour traiter les mesures, calculer la variation de masse du produit au cours du temps.
  • La présente invention porte aussi sur un procédé de contrôle de la fabrication d'au moins un produit par coulée semi-continue verticale à refroidissement direct, notamment un alliage d'aluminium, par un système de contrôle de l'invention dans lequel
    • On coule dans le moule respectif de sorte que le produit est porté par le faux-fond respectif.
    • On prend, pendant la coulée, des mesures représentatives de la masse du produit porté par le faux-fond respectif à l'aide du système de contrôle.
    • On traite les mesures, pendant la coulée, en calculant la variation de masse des produits au cours du temps à l'aide du système de contrôle.
    • On arrête la coulée si une anomalie de remplissage ou de défauts de surface et/ou de pendaison est détectée.
    • Si aucune anomalie n'est détectée, on continue la coulée jusqu'à atteindre la quantité de produit souhaitée et on procède à son démoulage.
  • La fabrication dudit produit par coulée semi continue verticale, à refroidissement direct comprend une étape de remplissage, de descente et de démoulage.
  • Avantageusement, le support de faux-fond comprend une platine support s'étendant selon une direction horizontale et configurée pour supporter la cellule de pesée. Cette configuration permet au faux-fond d'être supporté sur une surface horizontale de sorte à garantir une coulée parfaitement verticale. De préférence, le support de faux-fond comprend au moins un organe de maintien, sensiblement vertical lié à la platine support. L'organe de maintien sert à lier le support de faux-fond et la cellule de pesée. Dans un mode préféré pour la coulée de billettes, l'organe de maintien est positionné en partie centrale de la platine support.
  • Avantageusement, la cellule de pesée est liée au support de faux-fond à l'aide de l'organe de maintien de la platine support. La cellule de pesée comprend au moins un peson, de préférence deux, trois ou quatre pesons disposés régulièrement autour d'un axe parallèle à la direction verticale. Cet arrangement des pesons permet une prise de masse fiable et reproductible. De préférence, les pesons sont disposés régulièrement autour d'un axe vertical, par exemple pour une configuration de trois pesons ils sont disposés de sorte à définir deux à deux un angle d'environ 120°, de façon à former une cellule de pesée isostatique.
  • Avantageusement, le dispositif comprend une cloche de protection servant à protéger la cellule de pesée. Les parois latérales de la cloche de protection permettent de protéger les pesons de projections éventuelles pendant la coulée. Ces projections pouvant être du métal liquide ou de l'eau. La cloche de protection assure aussi une protection thermique. Dans une configuration possible de l'invention, la partie supérieure de la cloche de protection prend appui sur le/les pesons ; la cellule de pesée se logeant dans la cloche de protection.
  • Selon une configuration avantageuse de l'invention, la cellule de pesée comprend au moins un organe s'étendant selon une direction sensiblement verticale. L'organe sert à positionner le faux-fond par rapport à la cellule de pesée selon une direction sensiblement verticale. L'organe peut aussi permettre de positionner la cloche de protection par rapport à la cellule de pesée selon une direction sensiblement verticale. Avantageusement, l'organe est un fourreau, pouvant recouvrir l'organe de maintien prévu sur la platine support.
  • De préférence le faux-fond comprend au moins un logement. Le logement collabore avec une région d'extrémité de l'organe de la cellule de pesée et/ou avec l'organe de maintien de la platine support afin de garantir le positionnement du faux-fond par rapport à la cellule de pesée selon un axe sensiblement vertical. La cellule de pesée étant liée au support de faux-fond, cela permet aussi de garantir que le faux-fond est bien positionné pour assurer une coulée verticale. Le faux-fond est ainsi maintenu selon un axe sensiblement vertical, correspondant sensiblement à l'axe vertical de coulée à l'aide du logement qui reçoit une région d'extrémité de l'organe de la cellule de pesée, liée au support de faux-fond. Dans cette configuration, le faux-fond est libre en rotation autour de l'axe de l'organe.
  • Afin d'éviter l'échappement du faux-fond notamment pendant l'étape de démoulage dans le sens vertical, le faux-fond est avantageusement muni d'au moins un moyen de retenue vertical. Le moyen de retenue vertical ne doit pas lier de manière statique le faux-fond à la cellule de pesée durant l'étape de remplissage et de descente pendant la coulée. Ce moyen de retenue vertical est par exemple configuré pour être engagé dans une gorge prévue sur la région d'extrémité de l'organe de la cellule de pesée.
  • De manière avantageuse, la région d'extrémité de l'organe de la cellule de pesée présente une hauteur inférieure à la profondeur du logement de fourreau du faux-fond.
  • Ainsi dans une configuration avantageuse de l'invention, la cellule de pesée liée au support de faux-fond du système de contrôle comprend au moins un fourreau s'étendant selon une direction verticale. Le fourreau est destiné à recouvrir l'organe de maintien prévu sur la platine support du support faux-fond. La région d'extrémité du fourreau est configurée pour coopérer avec le logement de fourreau du faux-fond de sorte à venir s'engager et maintenir le faux-fond selon une direction sensiblement verticale.
  • Dans une configuration de l'invention, particulièrement avantageuse pour la coulée de billettes, l'organe de la cellule de pesée, l'organe de maintien prévu sur la platine support du support faux-fond et le logement de fourreau du faux-fond se trouvent en position centrale du système de contrôle.
  • Le procédé de l'invention s'applique aussi bien à des produits sous forme de plaques ou de billettes.
  • Dans un mode de réalisation du procédé, une interface permet d'afficher la variation de masse des produits au cours du temps pour chaque cellule de pesée. Celle-ci peut signaler et/ou alerter quant à des problèmes de remplissage et/ou des défauts de surface et/ou des problèmes de pendaison en fonction des évolutions de masse des produits mesurées au cours du temps.
  • De manière préférée, dans le cas où plus d'un peson est intégré à la cellule de pesée, l'unité de traitement calcule la moyenne des valeurs de masse mesurée par tous les pesons relatifs à chaque produit. Cette moyenne est considérée comme correspondant à la masse du produit.
  • Dans un autre mode de réalisation du procédé, l'interface peut être remplacée par un automate ou connectée à un automate.
  • L'automate peut interrompre de manière automatique la coulée lorsque la variation de masse d'au moins un produit au cours du temps est symptomatique d'un problème de remplissage, c'est-à-dire qu'une fois écoulée une durée tc après le démarrage de la coulée, la masse d'au moins un produit, c'est-à-dire la moyenne des valeurs de masse mesurée par tous les pesons relatifs à chaque produit est inférieure ou égale à une valeur de masse seuil Ms.
  • L'automate peut aussi interrompre la coulée lorsque la variation de masse d'un produit au cours du temps est symptomatique d'un problème de pendaison ou de défauts de surface, sur la base de critères combinant l'amplitude et la durée de ces variations de masse. Ces conditions prédéterminées comprennent une variation de masse déterminée sur un laps de temps donné.
  • L'interruption de la coulée se fait par l'arrêt de l'alimentation en métal liquide, notamment en alliage d'aluminium liquide, dans la goulotte desservant l'alliage métallique dans au moins un écoulement prévu sur le support du faux-fond. Le mouvement du faux-fond peut aussi être interrompu, par arrêt du descenseur. Une fois sécurisé, le dispositif de coulée est rendu accessible aux opérateurs qui peuvent intervenir sur place pour régler le problème identifié.
  • Ainsi, la présente invention concerne à la fois un procédé et un dispositif permettant de mettre sous contrôle et de sécuriser le déroulement d'une coulée verticale multi-écoulements de plaques ou de billettes. Elle repose sur le suivi continu de la prise de masse des produits à l'aide de pesons implantés sous chacun des faux-fonds permettant :
    • La surveillance du remplissage de chaque écoulement
    • La surveillance des états de surface de chacun des produits durant la coulée
    • La détection de pendaison.
  • D'autres aspects, buts et avantages de la présente invention apparaîtront mieux à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation de celle-ci, donnée à titre d'exemple non limitatif et faite en référence aux dessins annexés. Les figures ne respectent pas nécessairement l'échelle de tous les éléments représentés de sorte à améliorer leur lisibilité. Dans la suite de la description, par souci de simplification, des éléments identiques, similaires ou équivalents des différentes formes de réalisation portent les mêmes références numériques.
    • La figure 1 est un synoptique de mise en œuvre du Système de contrôle.
    • La figure 2 illustre le système de contrôle d'un écoulement, constitué d'un faux-fond solidarisé au support de faux-fond selon un mode de réalisation de l'invention.
    • La figure 3 illustre le support de faux-fond selon un mode de réalisation de l'invention.
    • La figure 4 illustre la cellule de pesée selon un mode de réalisation de l'invention
    • La figure 5 illustre la cloche de protection de la cellule de pesée selon un mode de réalisation de l'invention.
    • La figure 6 illustre le faux-fond selon un mode de réalisation de l'invention.
    • La figure 7 illustre deux courbes d'évolution de masse du produit en fonction du temps, montrant une évolution normale et une évolution symptomatique d'un problème de pendaison.
    • La figure 8 illustre deux courbes d'évolution de masse du produit en fonction du temps, montrant une évolution normale et une évolution symptomatique de défauts de surface.
    • La figure 9 illustre schématiquement deux courbes d'évolution de masse du produit en fonction du temps, montrant une évolution normale et une évolution symptomatique d'un défaut de remplissage.
    • La figure 10 illustre schématiquement deux courbes d'évolution de masse du produit en fonction du temps, montrant une évolution normale et une évolution symptomatique d'un mauvais centrage du faux fond.
    • La figure 11 illustre schématiquement deux courbes d'évolution de masse du produit en fonction du temps, montrant une évolution normale et une évolution symptomatique d'un mauvais centrage du déflecteur.
  • La figure 1 est un synoptique d'un mode de mise en œuvre du Système de contrôle 100. Le Système de contrôle 100 est intégré à un métier de coulée semi continu vertical, à refroidissement direct 24. Il comprend un faux-fond 4 sur lequel repose un produit coulé 40 dans un moule fixe 41 et un déflecteur 43. Le faux-fond 4 constitue au moment du démarrage de la coulée, pendant l'étape de remplissage, le fond du moule fixe 41. Le faux-fond 4 vient en appui sur une cellule de pesée 3 qui est liée au support 2 de faux-fond par l'intermédiaire d'un organe de maintien 6. Le support 2 de faux-fond est solidaire d'un descenseur 20 à l'aide d'un organe de liaison 42. Un moyen de retenue vertical 18 permet de maintenir le faux-fond 4 à la cellule de pesée lors de l'opération de démoulage, qui se déroule en fin de coulée. La cellule de pesée 3 comprend un organe 10 permettant le positionnement du faux-fond par rapport à la cellule de pesée et éventuellement celui d'une cloche de protection (non représentée). L'organe 10 peut recouvrir l'organe de maintien 6. Le faux-fond 4 est maintenu selon l'axe sensiblement vertical à l'aide d'un logement 17, le logement recevant une région d'extrémité de l'organe 10 de la cellule de pesée 3. La cellule de pesée est reliée à une unité de traitement 21 configurée pour traiter les mesures, calculer les variations de masse du produit coulé 40 au cours de la coulée pour chaque peson intégré à la cellule de pesée. Le nombre de pesons peut être égal à 1, 2 3 ou 4. La masse mesurée par chacun des pesons est remontée en continu à l'unité de traitement 21 ce qui permet de connaître en temps réel l'évolution de la masse en fonction du temps ou de la durée de la coulée. En particulier, la masse mesurée de chaque produit (plaque ou billette) est calculée en permanence en faisant la moyenne des mesures de chacun des pesons. L'unité de traitement 21 peut être reliée à une interface 22 permettant d'afficher en continu l'évolution de la masse des produits. Cette interface 22 peut être commune à plusieurs écoulements. L'opérateur en fonction des allures des courbes visualisées peut décider d'interrompre la coulée. En effet, en fonction de l'évolution de la masse des produits, il est possible de savoir s'il se produit un problème de remplissage (figure 9), une pendaison (figure 7), ou si le produit va présenter un défaut de surface (figure 8). L'unité de traitement 21 peut aussi être reliée à un automate 23. Des algorithmes de traitement différents sont alors mis en œuvre par l'automate 23 pour surveiller les différentes anomalies pouvant survenir, telles qu'un défaut de remplissage du moule, un défaut de surface des produits en régime permanent et des pendaisons. Cet automate 23 permet d'interrompre la coulée de manière automatique.
  • Les figures 2 à 6 représentent des vues en perspective d'un système de contrôle 100 destiné à la coulée de billettes. Le Système de contrôle 100 est représenté en coupe. Il comprend un support de faux-fond 2 sur lequel est lié une cellule de pesée 3, sur laquelle vient en appui un faux-fond 4. Le support 2 de faux-fond est solidaire d'un descenseur (non illustré) qui l'entraine dans un mouvement descendant vertical au cours de la coulée. Le faux-fond 4 est en appui sur la cellule de pesée 3 qui est liée au support 2 de faux-fond de sorte à suivre le mouvement de ce dernier et pour constituer un fond inférieur mobile d'un moule fixe (non illustré). Ce dispositif est prévu pour chacun des écoulements. Dans un mode non représenté, le support 2 de faux-fond peut être commun à plusieurs écoulements. Ainsi, un métal liquide est déversé par une goulotte dans chacun des moules qui confèrent au métal en cours de refroidissement la forme du produit souhaité, ici une billette. Le métal en cours de solidification est alors porté par le faux-fond 4 qui s'abaisse de sorte à permettre le remplissage du moule et d'atteindre la longueur finale de la billette souhaitée. Les produits fabriqués prennent des formes variées, telles que des billettes ou des plaques notamment.
  • Comme illustré à la figure 1, chacun des pesons 9 de la cellule de pesée 3 est relié à une unité de traitement configurée pour traiter les mesures, calculer les variations de masse au cours de la coulée. Cette unité de traitement peut être reliée à une interface et/ou un automate. L'interface permet de visualiser en continu les variations de masse et interrompre la coulée quand des anomalies importantes sont détectées. L'automate permet de faire cela en automatique.
  • La figure 3 représente une vue en perspective du support 2 de faux-fond. Le support 2 de faux-fond est représenté en coupe. Il comprend une platine support 5 du support faux-fond s'étendant selon une direction horizontale et servant de support pour accueillir la cellule de pesée 3 (non représentée sur la figure 3) et un carter 1 prenant appui sous la platine support 5. La platine support 5 comprend un organe de maintien 6 central présentant une direction parallèle à la direction verticale. Cet organe de maintien 6 a pour objet de lier la platine support à la cellule de pesée, d'en assurer son positionnement et son maintien. La platine support 5 présente des orifices de passage 7 permettant le passage d'éléments, typiquement des câbles (non représentés) connectés à la cellule de pesée. Ces orifices 7 collaborent avec les passes câbles 12 de la cellule de pesée représentés sur la figure 4.
  • La figure 4 représente une vue en perspective de la cellule de pesée 3. La cellule de pesée 3 est représentée en coupe. Elle comprend une platine support 8 horizontale de la cellule de pesée sur laquelle sont disposés quatre pesons 9, disposés régulièrement autour d'un axe vertical, cet axe étant celui de l'organe 10. L'organe 10 est un fourreau central. Dans un mode non représenté, le nombre de pesons peut être égal à 1, 2 ou 3. L'organe de maintien 6 de la platine support 5 collabore avec le fourreau central 10, via un orifice 11 central de la cellule de pesée. La région d'extrémité du fourreau central 10 comprend une gorge 13 s'étendant sur la circonférence extérieure du fourreau central 10, destinée à coopérer avec des moyens de retenue verticale telle que des vis 18 du faux-fond. La cellule de pesée dispose de passes - câbles 12 ; de manière préférée et non-limitative, il y a autant de passe-câbles que de pesons.
  • La figure 5 représente une vue en perspective de la cloche de protection 14. La cloche de protection 14 est représentée en coupe. Le disque supérieur 16 de la cloche de protection 14 comprend un orifice 15 configuré pour permettre un engagement autour du fourreau 10 central de sorte à maintenir la cloche selon un axe sensiblement vertical. Le poids de la cloche est uniformément réparti sur les quatre pesons 9. L'organe de maintien 6 de la platine support 5 collabore avec la cloche de protection via un orifice 15 central de la cloche de protection 14.
  • La figure 6 représente une vue en perspective du faux-fond 4. Le faux-fond 4 est représenté en coupe. Il comprend un logement 17 central qui reçoit la région d'extrémité du fourreau 10 central qui présente une hauteur inférieure à la profondeur dudit logement 17. Le faux-fond 4 comprend un alésage 19 traversant radialement le faux-fond 4, jusqu'à déboucher dans le logement 17. L'alésage 19 est taraudé (non représenté). Le moyen de retenue vertical utilisé est une vis 18 (non représentée à la fig 6), conformée pour coopérer avec l'alésage 19. La vis 18 présente une longueur telle qu'une fois vissée dans l'alésage 19, elle puisse s'engager dans la gorge 13 du fourreau 10 central de la cellule de pesée. La hauteur de la gorge 13 du fourreau 10 est supérieure au diamètre de la vis 18. Cette configuration permet ainsi de retenir le faux-fond 4 à la cellule de pesée 3 pendant l'étape de démoulage. La distance séparant la face interne de la gorge du fourreau du contact de la vis y collaborant est supérieure à la course de la vis. Cela est nécessaire au bon fonctionnement de la cellule de pesée, de sorte à ne pas perturber ou entraver la mesure du/des pesons. Le moyen de retenue vertical permet d'éviter l'échappement éventuel du faux-fond (4) de son support lors de l'extraction par levage du produit de la coulée à la fin de celle-ci, au moment de la phase de démoulage du produit.
  • Les figures 7 à 11 illustrent différentes anomalies détectées par le système de contrôle 100 selon la présente invention. L'axe des abscisses représente le temps écoulé et l'axe des ordonnées représente la masse mesurée. Ces courbes sont des exemples de représentation que peut afficher l'interface 22. Les figures 7 à 11 illustrent les courbes de prise de masse pour des coulées semi continue verticale, à refroidissement direct pour fabriquer des billettes.
  • La figure 7 représente deux courbes d'évolution de la masse d'un produit en fonction du temps ou durée de coulée. Chacune des courbes correspond à un écoulement différent se produisant pendant la même coulée. La courbe en trait plein 25 correspond à l'évolution normale de la masse d'un produit. La masse croit au cours de la durée de coulée. Elle ne présente aucune rupture de pente anormale jusqu'au temps t1 : la coulée se déroule normalement, sans problème de remplissage, sans collage, ni pendaison du produit. La courbe en trait pointillé 26 représente une évolution de masse de produit pour lequel un phénomène de pendaison s'est produit à partir de l'instant tp. La courbe 26 présente une rupture 27 importante de la pente illustrant un démarrage de pendaison. En effet l'allègement de masse significatif, typiquement supérieur à environ 50% de la masse normale, préférentiellement 60%, pendant un laps de temps très court, typiquement pendant une durée d'environ 30s, préférentiellement environ 20 secondes, témoigne d'un phénomène de pendaison. En effet, en cas de pendaison, le produit ne repose plus sur le faux-fond 4, ce qui se traduit par un brusque allègement et donc une brutale rupture de pente sur la courbe de prise de masse. Après la chute brutale de la masse, on constate que la masse évolue de nouveau 28 témoignant que le produit a été de nouveau en contact avec le faux-fond. Cependant, au-delà du temps t1, la masse n'évolue plus sur la courbe en trait pointillé 26. Cela correspond à un arrêt de coulée au bout du temps t1. La courbe 25 n'évolue plus elle aussi à partir du temps t1 car dans le cas de fabrication de billettes avec multi écoulements, l'interruption de l'approvisionnement en métal interrompt le processus de solidification de tous les écoulements même si un seul présente un problème de pendaison.
  • La figure 8 représente deux courbes d'évolution de la masse d'un produit en fonction du temps ou durée de coulée. Chacune des courbes correspond à un écoulement différent se produisant pendant la même coulée. La courbe en trait plein 29 correspond à l'évolution normale de la masse d'un produit. La masse croit au cours de la durée de coulée. Elle ne présente aucune rupture de pente anormale : la coulée se déroule normalement, sans problème de remplissage, sans collage, ni pendaison du produit. La courbe en trait pointillé 30 représente une évolution de masse de produit pour lequel des problèmes de défauts de surface sont observés. La courbe en trait pointillé 30 présente des décrochages 31, 32, 33. Ces décrochages sont typiques de collages ponctuels du métal sur le moule générant des défauts de surface. En effet, chaque défaut de surface se traduit par une modification du frottement du produit sur les parois du moule et donc par une variation locale de la courbe de prise de masse du produit. L'algorithme de traitement du signal implémenté sur l'automate consiste à détecter l'apparition de variations par rapport à la courbe de prise de masse idéale et à déclencher en automatique un arrêt de la coulée sur la base de critères combinant l'amplitude et la durée de ces variations. La courbe de prise de masse idéale étant liée à la masse volumique du produit coulé, la vitesse de coulée, le format du produit coulé. Sur la base de critères combinant amplitude et durée de l'allègement, l'automate est alors capable de distinguer un simple collage du produit, sans conséquence pour la suite de la coulée, une véritable pendaison ou des défauts de surface marqués susceptibles de dégénérer en percée.
  • Les courbes de prise de masse permettent également de surveiller le remplissage de la coulée: dans ce cas, l'algorithme de traitement du signal consiste à vérifier qu'une fois écoulée la durée tc après le démarrage de la coulée, la valeur moyenne de masse calculée à partir des mesures effectuées par les pesons 9 pour chaque cellule de pesée est supérieure ou égale à une valeur de masse seuil Ms. Dans le cas contraire, si au moins une des valeurs de masse est inférieure à la valeur seuil Ms, l'automate déclenche en automatique un arrêt de coulée, dans des conditions de sécurité optimale pour le personnel. Les valeurs de tc et Ms dépendent du produit coulé et des conditions de coulée; ils sont fonction en particulier du format du produit coulé, diamètre de la billette ou dimension de la plaque en particulier, de la masse volumique du produit et de la vitesse de coulée. Ces valeurs sont dimensionnées de manière à ce qu'en cas de défaut de remplissage d'au moins un écoulement, il n'y ait aucun risque de mise en contact eau / métal liquide au démarrage du descenseur.
  • La figure 9 illustre l'allure des courbes d'évolution de la masse de produit en fonction du temps mesuré par un peson 9. La courbe en trait plein 34 correspond à un déroulement normal de coulée. Le remplissage débute à partir du temps t0, la masse croit de manière régulière. Au bout d'un temps tc correspondant à la durée de contrôle de remplissage approprié à la configuration de coulée, la masse mesurée par le peson 9 est supérieure à la masse seuil Ms, définie pour la configuration de coulée. Il n'y a pas de problème de remplissage. La courbe en trait pointillé 35 présente une allure similaire à la courbe 34 mais au bout du temps tc, la masse mesurée par le peson 9 est inférieure à la masse seuil Ms. Il y a un problème de remplissage. Il est alors souhaitable de stopper la coulée, qui est fait peu de temps après, typiquement au bout de quelques secondes, préférentiellement 1 seconde.
  • La figure 10 représente deux courbes d'évolution de la masse d'un produit en fonction du temps ou durée de coulée. Chacune des courbes correspond à un écoulement différent se produisant pendant la même coulée. La courbe en trait plein 36 correspond à l'évolution normale de la masse d'un produit. A partir du temps t0, correspondant au début du remplissage, la masse croit selon une évolution linéaire. Elle ne présente aucune rupture de pente anormale : la coulée se déroule normalement. La courbe en trait pointillé 37 représente une évolution de masse de produit symptomatique d'un problème de centrage de faux-fond dans le moule. La courbe en trait pointillé 37 présente une évolution de masse anormale : entre le temps to et le temps td, correspondant au moment où le descenseur démarre, la masse mesurée sur l'écoulement correspondant à la courbe 37 est nettement supérieure à la masse attendue correspondant à la masse mesurée sur la courbe 36. Au moment du démarrage du descenseur, la masse mesurée diminue brusquement jusqu'à une valeur voisine d'une valeur de masse attendue, correspondant à la masse mesurée sur la courbe 36. Cela indique que le faux-fond a repris une position centrée et n'interagit plus avec les parois du moule. La masse augmente de nouveau de façon linéaire selon la même pente que la courbe 36. Il est souhaitable lorsqu'un tel phénomène est enregistré de vérifier lors de la prochaine coulée le positionnement du faux fond. Quand le décentrage du faux-fond est trop important, la masse mesurée peut chuter vers des valeurs très faibles au moment où le descenseur démarre, entrainant alors l'arrêt automatique de la coulée selon le principe de la figure 8, étant entendu que le temps tc à partir duquel se fait le contrôle de masse par rapport à une valeur seuil Ms est supérieur au temps td de démarrage du descenseur.
  • La figure 11 représente deux courbes d'évolution de la masse d'un produit en fonction du temps ou durée de coulée. Chacune des courbes correspond à un écoulement différent se produisant pendant la même coulée. La courbe en trait plein 38 correspond à l'évolution normale de la masse d'un produit. A partir du temps t0, correspondant au début du remplissage, la masse croit selon une évolution linéaire. Elle ne présente aucune rupture de pente anormale. La courbe en trait pointillé 39 représente une évolution de masse de produit symptomatique d'un problème de centrage de déflecteur dans le moule. En effet, en fonction de la vitesse de coulée et de la géométrie du dispositif de coulée, en particulier la distance entre le déflecteur et la position du faux fond en début de coulée, , le faux fond, après que le descenseur démarre, passe entre les parois du déflecteur entre le temps t1 et t2. La courbe 38 ne présente pas de perturbations de la masse au moment du passage du faux fond entre le déflecteur, tandis que la courbe 39 montre des perturbations ou décrochages 39a avec des baisses de masses alternées. En fonction de l'amplitude de ces perturbations, il sera souhaitable d'arrêter ou non automatiquement la coulée. Si la coulée n'est pas arrêtée, il est souhaitable de vérifier lors de la prochaine coulée, le positionnement du déflecteur. Ainsi le Système de contrôle 100 selon l'invention est capable de détecter et de différencier sans ambigüité cinq situations :
    • le cas d'un défaut de remplissage sur au moins un écoulement
    • le cas d'une coulée avec pendaison franche sur au moins un écoulement
    • le cas de collage ou d'amorce de pendaison générant uniquement des défauts de surface sur au moins un écoulement.
    • Le mauvais centrage du faux-fond
    • Le mauvais centrage du déflecteur
  • Il va de soi que l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits ci-dessus à titre d'exemples mais qu'elle comprend tous les équivalents techniques et les variantes des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons.

Claims (12)

  1. Système de contrôle (100) du déroulement de la fabrication d'au moins un produit par coulée semi continue verticale, à refroidissement direct, notamment en alliage d'aluminium, dans un moule respectif fixe (41), ledit système de contrôle (100) comprenant :
    - Au moins un faux-fond respectif (4) configuré pour former un fond inférieur mobile du moule respectif fixe et pour porter le produit pendant la coulée,
    - au moins une cellule de pesée (3), sur laquelle le faux-fond respectif (4) est disposé en appui, la cellule de pesée (3) étant configurée pour prendre des mesures représentatives de la masse du produit porté par le faux-fond respectif (4) pendant la coulée, et
    - un support (2) de faux-fond, sur lequel la cellule de pesée (3) est liée, configuré pour abaisser le/chaque faux-fond (4) par rapport au moule respectif fixe (41), sensiblement selon une direction verticale, pendant la coulée,
    - Au moins une unité de traitement (21) reliée à la/chaque cellule de pesée (3), et configurée pour traiter les mesures, calculer la variation de masse du produit au cours du temps.
  2. Système de contrôle (100) selon la revendication 1, dans lequel la cellule de pesée (3) est liée au support faux-fond (2) à l'aide d'au moins un organe de maintien (6) préférentiellement prévu sur une platine support (5) du support (2) de faux-fond .
  3. Système de contrôle (100) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le faux-fond respectif (4) est maintenu selon l'axe sensiblement vertical à l'aide d'au moins un logement (17), le logement recevant une région d'extrémité d'au moins un organe (10) de la cellule de pesée (3).
  4. Système de contrôle (100) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le faux-fond respectif (4) comprend au moins un moyen de retenue verticale (18), de préférence configuré pour être engagé dans une gorge (13) prévue sur la région d'extrémité de l'organe (10) de la cellule de pesée (3).
  5. Système de contrôle (100) selon l'une quelconque des revendications 3 à 4 dans lequel la région d'extrémité de l'organe (10) de la cellule de pesée présente une hauteur inférieure à la profondeur du logement (17) du faux-fond (4).
  6. Système de contrôle (100) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel l'organe (10) de la cellule de pesée (3) est un fourreau s'étendant selon une direction verticale et étant destiné à recouvrir l'organe de maintien (6) prévu sur une platine support (5) et dont la région d'extrémité du fourreau vient s'engager dans le logement (17) du faux-fond respectif (4).
  7. Système de contrôle (100) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 comprenant une cloche de protection (14), dans laquelle la cellule de pesée (3) est logée.
  8. Système de contrôle (100) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 destiné à la fabrication de billettes, dans le lequel l'organe (10) de la cellule de pesée, l'organe de maintien (6) prévu sur la platine support (5) du support faux-fond respectif (4) et le logement (17) du faux-fond (4) se trouvent en position centrale du système de contrôle.
  9. Procédé de contrôle de la fabrication d'au moins un produit par coulée semi-continue verticale à refroidissement direct par un système de contrôle (100) selon les revendications 1 à 8 dans lequel :
    - On coule dans le moule (41) respectif de sorte que le produit est porté par le faux-fond respectif (4),
    - On prend, pendant la coulée, des mesures représentatives de la masse du produit porté par le faux-fond respectif (4) à l'aide du système de contrôle (100),
    - On traite les mesures, pendant la coulée, en calculant la variation de masse des produits au cours du temps à l'aide du système de contrôle (100),
    - On arrête la coulée si une anomalie de remplissage ou de défauts de surface et/ou de pendaison est détectée,
    - Si aucune anomalie n'est détectée, on continue la coulée jusqu'à atteindre la quantité de produit souhaitée et on procède à son démoulage.
  10. Procédé de coulée selon la revendication 9 caractérisé en ce que le produit est une billette ou une plaque.
  11. Procédé de coulée selon les revendications 9 ou 10 caractérisé en ce qu'une interface (22) permette d'afficher la variation de masse des produits au cours du temps pour chaque cellule de pesée (3) et/ou signale des problème de remplissage et/ou des défauts de surface et/ou des problèmes de pendaison et/ou un problème de centrage du déflecteur et/ou un problème de centrage du faux-fond en fonction des évolutions de masse des produits au cours du temps.
  12. Procédé de coulée selon l'un quelconque des revendications 9 à 11 caractérisé en ce qu'un automate (23) interrompt la coulée lorsque la variation de masse d'au moins un produit au cours du temps est symptomatique d'un problème de remplissage, c'est-à-dire qu'une fois écoulée une durée tc après le démarrage de la coulée, la masse d'au moins un produit est inférieure ou égale à une valeur de masse seuil Ms et/ou lorsque la variation de masse d'au moins un produit au cours du temps est symptomatique d'un problème de pendaison ou de défaut de surface sur la base de conditions prédéterminées combinant l'amplitude et la durée de cette variation de masse.
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