EP3986638A1 - Procédé pour équilibrer un écoulement d'acier liquide dans une lingotière et système de coulée continue d'acier liquide - Google Patents

Procédé pour équilibrer un écoulement d'acier liquide dans une lingotière et système de coulée continue d'acier liquide

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EP3986638A1
EP3986638A1 EP20731891.6A EP20731891A EP3986638A1 EP 3986638 A1 EP3986638 A1 EP 3986638A1 EP 20731891 A EP20731891 A EP 20731891A EP 3986638 A1 EP3986638 A1 EP 3986638A1
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EP
European Patent Office
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mold
flow
nozzle
steel
distributor
Prior art date
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EP20731891.6A
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EP3986638C0 (fr
EP3986638B8 (fr
EP3986638B1 (fr
Inventor
Gianni Zuliani
Etienne Castiaux
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Ebds Engineering
Original Assignee
Ebds Engineering
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Publication date
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Publication of EP3986638B8 publication Critical patent/EP3986638B8/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
    • B22D11/18—Controlling or regulating processes or operations for pouring
    • B22D11/181—Controlling or regulating processes or operations for pouring responsive to molten metal level or slag level
    • B22D11/182—Controlling or regulating processes or operations for pouring responsive to molten metal level or slag level by measuring temperature
    • 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
    • B22D11/055—Cooling the moulds
    • 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
    • B22D11/22—Controlling or regulating processes or operations for cooling cast stock or mould
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D2/00—Arrangement of indicating or measuring devices, e.g. for temperature or viscosity of the fused mass
    • B22D2/006—Arrangement of indicating or measuring devices, e.g. for temperature or viscosity of the fused mass for the temperature of the molten metal

Definitions

  • the invention relates to an installation for the continuous casting of metals. More particularly, the invention relates to a method for balancing a flow of liquid steel in an ingot mold. According to another of its aspects, the invention relates to a system for continuously casting liquid steel.
  • a continuous metal casting installation for example a continuous steel casting installation, generally comprises an ingot mold into which a liquid metal is poured from a distributor or distributor for its solidification in a suitable form. It may for example be a bottomless ingot mold, in which case the metal cools to form a slab.
  • the walls of the ingot mold are contiguous or backed up by cooling devices, for example of the liquid type.
  • the ingot mold and the cooling devices are sized according to the flow speed of the metal so that the slab, when it leaves the mold, has a solidified external surface of sufficient thickness to trap the still liquid metal. located at the heart of the slab.
  • the distributor is fitted with one or more nozzles below the steel level in the ingot mold to protect the liquid metal as it flows into the ingot mold.
  • the nozzle is arranged symmetrically with respect to the mold so that the flow is as homogeneous as possible during continuous casting operations. Indeed, an unbalanced flow in the mold can have negative consequences on the quality of the slab, such as risks of breakthrough, heterogeneity of the cast steel, poor distribution of the lubricating powder, etc.
  • An object of the invention is to allow the detection of incidents disturbing the flow of liquid steel and to restore the symmetry of the flow.
  • a method for balancing a flow of liquid steel in an ingot mold in which the steel is introduced into the ingot mold from a distributor through a protective nozzle opening below the level d. 'steel in the mold, comprising the following steps:
  • steps a) to c) are repeated continuously during the casting operations.
  • the method can thus be implemented throughout the period of operation of the continuous casting plant.
  • the characteristics of the flow are obtained by an analysis of the thermal characteristics of the steel in the ingot mold.
  • the ingot mold temperature being easily measurable in a large number of positions, this contributes to making the process easy to carry out.
  • the ingot mold is of the type constituted by an assembly of metal plates backed by cooling devices configured to allow the cooling of the metal plates by the circulation of a cooling fluid, comprising an optical fiber, comprising a plurality of Bragg filters. , extending in a wall of at least one of said plates, the optical fiber extending in a direction not parallel to the casting axis of the mold.
  • the method further comprises the following steps:
  • the temperature is thus measured thanks to the optical fiber, which is reliable and easy to install in the mold.
  • it is possible to use an ingot mold as described in Belgian patent application 2018/5193 or in the Belgian patent application filed simultaneously with the present application.
  • the flow adjustment is carried out by operating a relative movement between the nozzle and the mold.
  • the relative movement between the nozzle and the mold is effected in a direction parallel to the longitudinal axis of the mold.
  • the nozzle is integral with the distributor and the relative movement between the nozzle and the mold is achieved by moving the distributor relative to the mold. For example by operating a slight movement of the distributor trolley.
  • the relative movement between the nozzle and the ingot mold is effected by angular displacement of the nozzle along the longitudinal axis of the ingot mold. It is also possible to combine the two movements (linear and angular).
  • the distributor is provided with a device for replacing the casting nozzle or for regulating the flow of steel by throttling by means of a plate moved perpendicular to the direction of the flow, it is sufficient to move such a device relative to the mold.
  • the flow adjustment is thus achieved by a simple operation to implement.
  • a system for continuously casting liquid steel from a distributor to a continuous casting mold comprising:
  • a protective nozzle the lower end of which opens below the level of steel in the mold during the casting of the steel, the nozzle being integral with the distributor,
  • transceiver designed to send light into the optical fiber and receive light reflected and / or transmitted by the optical fiber
  • Adjustment means arranged to receive the control signal and to adjust the flow of steel in the mold as a function of the control signal.
  • the adjustment means comprise a distribution trolley.
  • the adjustment means are thus formed by simple means.
  • FIG. 1 is an overview of a continuous metal casting installation allowing the implementation of a process for balancing a flow of liquid steel in an ingot mold according to the invention
  • Figures 2a and 2b are diagrams illustrating the operation of the installation of Figure 1,
  • Figure 3 is a sectional view of the mold of the installation of Figure 1,
  • FIG. 4 is a perspective view of a plate of the mold of Figure 3
  • FIG. 5 is a longitudinal sectional view of an optical fiber contained in the wall of Figure 4,
  • FIG. 6 is a diagram explaining the operation of the optical fiber of Figure 5.
  • Figure 7 is a view on a larger scale of the installation of Figure 1 illustrating the implementation of the method to balance the flow of liquid steel in the mold.
  • FIG. 1 shows an installation for the continuous casting of metals 2. It has a conventional configuration, so that most of its constituent elements will be presented only briefly.
  • the installation 2 comprises pockets 4 containing liquid metal that it is desired to cool.
  • the pockets 4 are here two in number and are carried by a motorized arm 6.
  • This motorized arm 6 is in particular able to move the pockets 4 which are brought full into the casting zone by a transport system (for example an overhead crane. , not shown) from a filling zone where molten metal can be poured therein, for example an oven or a converter (not shown) before bringing them to the position shown in figure 1.
  • a transport system for example an overhead crane. , not shown
  • the motorized arm 6 After emptying the ladle 4 , the motorized arm 6 also makes it possible to position the empty bag in a position where the transport system can pick it up and bring it to the preparation zone where it will be reconditioned before returning to the filling zone.
  • the installation 2 comprises a distributor or distributor basin 8 located below the pockets 4. The latter have an openable bottom allowing the liquid metal to flow into the distributor 8.
  • the distributor 8 includes a flow orifice which can be closed by a stopper rod 10 which makes it possible to control the flow of liquid metal.
  • the flow opening of the distributor is extended by a protective nozzle 11 (also called submerged inlet pouring tube, SEN) to protect the liquid metal spilled.
  • the nozzle 1 1 is integral with the distributor 8.
  • the nozzle 11 opens into an upper opening of an ingot mold 12.
  • This is a bottomless mold having a casting axis which is vertical.
  • the mold 12 will be described in more detail below.
  • the installation 2 comprises cooling devices 14 positioned on an external surface of the mold 12. These are liquid-type cooling devices. For this purpose, they include conduits in which a refrigerant fluid, for example water, flows.
  • the refrigerant fluid absorbs the heat from the liquid metal in the mold 12 in order to cool and solidify it.
  • the metal solidifies in the form of a slab having a solidified outer surface 18 enclosing a liquid core 20.
  • the installation 2 comprises a roller guide 16 located downstream of the mold 12.
  • the guide 16 is used to guide the slab, an outer surface 18 of which is solidified, out of the mold 12.
  • the slab gradually solidifies as it moves in the guide 16. In other words, the further away from the mold 12, the more the solidified outer surface 18 of the slab increases in volume and the more the core. liquid of the slab decreases in volume.
  • the mold 12 is shown in more detail in Figure 3. It has here four plates 22 (the fourth not being visible due to the position of the cutting plane).
  • the plates 22 are made of copper or a copper alloy, which are materials exhibiting high thermal conductivity and therefore facilitate heat exchange between the cooling devices 14 and the mold 12.
  • the plates 22 are arranged so that the mold 12 has a generally rectangular or square cross section. However, provision could be made to arrange the plates so that the mold has a completely different shape of cross section or not. For example, a funnel-shaped top section conventionally used for thin slab casting.
  • the invention will be described in more detail on the basis of a mold arrangement as described in the application for Belgian patent 2018/5193, namely with an optical fiber housed in a channel formed in the wall of the mold. It should however be understood that according to another embodiment of the invention, the optical fiber may be housed in a groove formed on the surface of the mold and closed by a tab, as described in the Belgian patent application filed. simultaneously with the present application.
  • the plate 22 comprises in its wall at least one channel 24 extending in a direction not parallel to the casting axis of the mold 12. More precisely, the channel 24 has an angle with the casting axis of between 75 °. and 105 °. Here, channel 24 is perpendicular to the casting axis.
  • the channels 24 are here four in number.
  • a protective cover 26 is installed on the area of the plate 22 where the channels 24 open out to protect them.
  • each optical fiber 28 comprises an optical cladding 30 as well as a core 32 surrounded by the optical cladding 30.
  • the optical fiber 28 comprises in its core 32 several Bragg filters 34.
  • the optical fiber 28 comprises at least ten Bragg filters 10 per meter, preferably at least twenty Bragg filters per meter, preferably at least thirty Bragg filters per meter, and even more so. preferred at least forty Bragg filters per meter.
  • Bragg filters 34 are filters which make it possible to reflect light over a range of wavelength centered on a predetermined value, called the reflected wavelength, adjustable by the constructor of the filter. This predetermined value is also a function in particular of the temperature at which the filter is located, so that we can write for each filter:
  • echie is the wavelength actually reflected by the filter
  • f is a known function
  • T is the temperature of the filter
  • a 0 is the wavelength reflected by the filter at a predetermined temperature, for example at temperature ambient.
  • optical fiber 28 makes it possible to use the optical fiber 28 as a temperature sensor.
  • Bragg filters 34 having distinct and chosen values of reflected wavelength A 0 are installed in optical fiber 28, for example shifted one by one by 5 nanometers.
  • a light beam exhibiting a polychromatic spectrum 35a, for example white light in the optical fiber 28, then the peaks of wavelengths represented in the spectrum of the reflected beam 35b are determined.
  • the measured value ⁇ reflected is compared with the theoretical value of the wavelength reflected at ambient temperature 0 , and the temperature T of the filter in question is calculated by means of the function f.
  • the installation of the optical fiber 28 in one of the plates 22 of the mold 12 makes it possible to measure the temperature of this plate, in particular of its wall in contact with the cast metal, in predetermined positions to follow its evolution over time.
  • the installation 2 further comprises:
  • a transceiver arranged to send light into the optical fiber 28 and receive light reflected and / or transmitted by the optical fiber 28,
  • an adjustment system designed to adjust the flow of steel in the mold 12 as a function of a control signal emitted by the processor.
  • the transceiver sends light into the optical fiber 28 and the temperature is measured. of the wall of the mold 12 by virtue of the light reflected and / or transmitted by the optical fiber 28.
  • the thermal characteristics of the steel present in the mold 12 are analyzed.
  • the measurement of these characteristics is compared with a predefined model. It may for example be measurements of these same characteristics previously carried out under normal flow conditions, that is to say when the flow is not disturbed. If the measurement does not deviate from the model by a predetermined distance, the comparison is interpreted to mean that no flow disturbance has occurred. No flow adjustment measure is therefore to be undertaken. These measuring and comparison steps are preferably continuously repeated throughout the flow.
  • the comparison is interpreted to mean that at least one disturbance has taken place and therefore the flow must be adjusted. Taking the comparison into account, the processor determines adjustment actions to be taken to balance the flow and then issues a control signal to adjustment means which allow the adjustment actions to be performed.
  • the processor detects a measurement which deviates too much from the model, it is possible to provide for the emission of an alarm signal, or even to stop the casting operations.
  • the adjustment actions may consist of moving the distributor 8 in a direction parallel to the longitudinal axis of the mold 12 using a distributor carriage 36 of the installation 2. Since the nozzle 1 1 is integral with the distributor 8, this movement allows movement of the nozzle 11 relative to the mold 12. In doing so, symmetry is restored in the flow of the liquid metal.
  • the measurement and comparison steps are then carried out again to determine whether the displacement of the nozzle 11 has had the desired effect.
  • 35a polychromatic spectrum
  • 35b spectrum of the reflected beam
  • 36c spectrum of the transmitted beam

Landscapes

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

Abstract

Ce procédé pour équilibrer un écoulement d'acier liquide dans une lingotière, dans lequel l'acier est introduit dans la lingotière (12) depuis un répartiteur au travers d'une busette de protection débouchant sous le niveau d'acier dans la lingotière, comprend les étapes suivantes : a) acquisition d'un ensemble de caractéristiques de l'écoulement dans la lingotière, b) comparaison des caractéristiques de l'écoulement acquises à l'étape précédente avec un modèle prédéfini et détermination des actions d'ajustement à prendre pour équilibrer l'écoulement, et c) ajustement de l'écoulement.

Description

Procédé pour équilibrer un écoulement d'acier liquide dans une lingotière et système de coulée continue d'acier liquide
L’invention concerne une installation de coulée continue de métaux. Plus particulièrement, l’invention concerne un procédé pour équilibrer un écoulement d'acier liquide dans une lingotière. Selon un autre de ses aspects, l'invention concerne un système de coulée continue d'acier liquide.
Une installation de coulée continue de métaux, par exemple, une installation de coulée continue d'acier, comprend généralement une lingotière dans laquelle on verse un métal liquide depuis un distributeur ou répartiteur en vue de sa solidification sous une forme adéquate. Il peut par exemple s’agir d’une lingotière sans fond, auquel cas le métal refroidit en formant une brame. Pour refroidir le métal liquide, des parois de la lingotière sont accolées ou adossées à des dispositifs de refroidissement, par exemple du type à liquide. La lingotière et les dispositifs de refroidissement sont dimensionnés en fonction de la vitesse d’écoulement du métal de sorte que la brame, lorsqu’elle sort de la lingotière, présente une surface externe solidifiée d’une épaisseur suffisamment importante pour piéger le métal encore liquide se trouvant au cœur de la brame.
Le répartiteur est équipé d’une, voire plusieurs, busette sous le niveau d’acier dans la lingotière destinée à protéger le métal liquide lors de son écoulement vers la lingotière. Généralement, la busette est disposée symétriquement par rapport à la lingotière de manière à ce que l’écoulement soit le plus homogène possible pendant les opérations de coulée continue. En effet, un écoulement non équilibré dans la lingotière peut avoir des conséquences négatives sur la qualité de la brame, telles que des risques de percée, une hétérogénéité de l’acier coulé, une mauvaise répartition de la poudre lubrifiante, etc.
Néanmoins, certains incidents peuvent perturber l’équilibre de l’écoulement de l’acier liquide depuis le répartiteur dans la lingotière. Par exemple, il peut arriver qu’une des ouïes de la busette soit érodée ou colmatée à l’alumine, que de l’acier se solidifie dans la busette, ou qu’un débris se loge dans la busette. Tous ces incidents ont pour effet de perturber la symétrie de l’écoulement et donc potentiellement de nuire à la qualité des brames produites, voire de détériorer l’installation de coulée continue. A ce jour, aucune solution n’existe pour détecter de telles situations et encore moins d’y remédier.
Un but de l’invention est de permettre la détection des incidents perturbant l’écoulement de l’acier liquide et de rétablir la symétrie de l’écoulement. A cet effet, on prévoit selon l’invention un procédé pour équilibrer un écoulement d'acier liquide dans une lingotière, dans lequel l'acier est introduit dans la lingotière depuis un répartiteur au travers d'une busette de protection débouchant sous le niveau d'acier dans la lingotière, comprenant les étapes suivantes :
a) acquisition d'un ensemble de caractéristiques de l'écoulement dans la lingotière, b) comparaison des caractéristiques de l'écoulement acquises à l'étape précédente avec un modèle prédéfini et détermination des actions d'ajustement à prendre pour équilibrer l'écoulement, et
c) ajustement de l'écoulement.
Ainsi, il est possible de déterminer si l’écoulement est perturbé grâce à la mesure de caractéristiques de l’écoulement et à la comparaison de ces mesures avec un modèle prédéfini. On permet dès lors une évaluation pratiquement instantanée de la qualité de l’écoulement. Et dans le cas où une perturbation intervient, c’est-à-dire un écart suffisamment important entre les caractéristiques mesurées et le modèle, il est possible de réagir en ajustant l’écoulement de manière à atténuer les perturbations. On améliore de la sorte significativement la qualité des brames produites.
Avantageusement, les étapes a) à c) sont répétées en continu pendant les opérations de coulée.
Le procédé peut ainsi être mis en oeuvre tout le long de la période de fonctionnement de l’installation de coulée continue.
Avantageusement, les caractéristiques de l'écoulement sont obtenues par une analyse des caractéristiques thermiques de l'acier dans la lingotière.
La température de lingotière étant aisément mesurable en un grand nombre de positions, cela contribue à rendre le procédé facile à mettre en oeuvre.
Avantageusement, la lingotière est du type constituée par un assemblage de plaques métalliques adossées à des dispositifs de refroidissement configurés pour permettre le refroidissement des plaques métalliques par la circulation d'un fluide de refroidissement, comprenant une fibre optique, comportant une pluralité de filtres de Bragg, s’étendant dans une paroi d’au moins une desdites plaques, la fibre optique s’étendant dans une direction non parallèle à l’axe de coulée de la lingotière.
Avantageusement, le procédé comprend en outre les étapes suivantes :
- mesure de la température d'au moins une paroi de la lingotière au moyen de la fibre optique, et
- ajustement de l'écoulement.
La mesure de la température se fait ainsi grâce à la fibre optique, qui est fiable et facile à mettre en place dans la lingotière. En particulier, on peut utiliser une lingotière telle que décrite dans la demande de brevet belge 2018/5193 ou dans la demande de brevet belge déposée simultanément à la présente demande.
Avantageusement, l'ajustement de l'écoulement est réalisé en opérant un mouvement relatif entre la busette et la lingotière.
De préférence, le mouvement relatif entre la busette et la lingotière est opéré suivant une direction parallèle à l'axe longitudinal de la lingotière.
Avantageusement, la busette est solidaire du répartiteur et le mouvement relatif entre la busette et la lingotière est réalisé en déplaçant le répartiteur par rapport à la lingotière. Par exemple en opérant un léger mouvement du chariot porte-répartiteur.
Suivant une variante de l'invention, le mouvement relatif entre la busette et la lingotière est opéré par décalage angulaire de la busette selon l'axe longitudinal de la lingotière. Il est également possible de combiner les deux mouvements (linéaire et angulaire).
En variante, dans le cas où le répartiteur est pourvu d'un dispositif de remplacement de busette de coulée ou de régulation du débit d'acier par étranglement au moyen d'une plaque déplacée perpendiculairement à la direction de l'écoulement, il est suffisant de déplacer un tel dispositif par rapport à la lingotière.
L’ajustement de l’écoulement est ainsi réalisé par une opération simple à mettre en oeuvre.
On prévoit également selon l’invention un système de coulée continue d'acier liquide d'un répartiteur vers une lingotière de coulée continue, comprenant :
- un répartiteur,
- une lingotière du type constituée par un assemblage de plaques métalliques adossées à des dispositifs de refroidissement configurés pour permettre le refroidissement des plaques métalliques par la circulation d'un fluide de refroidissement, comprenant une fibre optique, comportant une pluralité de filtres de Bragg, s’étendant dans une paroi d’au moins une desdites plaques, la fibre optique s’étendant dans une direction non parallèle à l’axe de coulée de la lingotière,
- une busette de protection dont l'extrémité inférieure débouche sous le niveau d'acier dans la lingotière pendant la coulée de l'acier, la busette étant solidaire du répartiteur,
- un émetteur-récepteur agencé pour envoyer de la lumière dans la fibre optique et recevoir de la lumière réfléchie et/ou transmise par la fibre optique,
- un processeur agencé pour :
a) transformer des données sur la lumière réfléchie et/ou transmise reçue par l’émetteur-récepteur en une information sur l'écoulement dans la lingotière,
b) comparer cette information avec un modèle prédéfini, c) déterminer les actions d'ajustement à prendre pour équilibrer l'écoulement, d) émettre un signal de commande,
- des moyens d'ajustement agencés pour recevoir le signal de commande et pour ajuster l'écoulement de l'acier dans la lingotière en fonction du signal de commande. Avantageusement, les moyens d'ajustement comprennent un chariot porte- répartiteur.
Les moyens d’ajustement sont ainsi formés par des moyens simples.
On va maintenant présenter un mode de réalisation de l’invention donné à titre d’exemple non limitatif et à l’appui des figures annexées sur lesquelles :
- la figure 1 est une vue d’ensemble d’une installation de coulée continue de métaux permettant la mise en oeuvre d’un procédé pour équilibrer un écoulement d'acier liquide dans une lingotière selon l’invention,
- les figures 2a et 2b sont des schémas illustrant le fonctionnement de l’installation de la figure 1 ,
- la figure 3 est une vue en coupe de la lingotière de l’installation de la figure 1 ,
- la figure 4 est une vue en perspective d’une plaque de la lingotière de la figure 3,
- la figure 5 est une vue en coupe longitudinale d’une fibre optique contenue dans la paroi de la figure 4,
- la figure 6 est un schéma expliquant le fonctionnement de la fibre optique de la figure 5, et
- la figure 7 est une vue à plus grande échelle de l’installation de la figure 1 illustrant la mise en oeuvre du procédé pour équilibrer l’écoulement d'acier liquide dans la lingotière.
On a représenté en figure 1 une installation de coulée continue de métaux 2. Elle a une configuration classique, si bien que la plupart de ses éléments constitutifs ne seront présentés que brièvement.
L’installation 2 comprend des poches 4 contenant du métal liquide qu’on souhaite faire refroidir. Les poches 4 sont ici au nombre de deux et sont portées par un bras motorisé 6. Ce bras motorisé 6 est notamment apte à déplacer les poches 4 qui sont amenées pleine dans la zone de coulée par un système de transport (par exemple un pont roulant, non représenté) en provenance d’une zone de remplissage où le métal fondu peut y être versé, par exemple un four ou un convertisseur (non représenté) avant de les amener à la position illustrée en figure 1. Après vidange de la poche 4, le bras motorisé 6 permet également de positionner la poche vide dans une position où le système de transport peut la reprendre et l'amener en zone de préparation où elle sera reconditionnée avant de retourner en zone de remplissage. L’installation 2 comprend un répartiteur ou bassin répartiteur 8 situé en dessous des poches 4. Ces dernières présentent un fond ouvrable permettant de faire couler le métal liquide dans le répartiteur 8.
Le répartiteur 8 comprend un orifice d’écoulement qui peut être obturé par une quenouille 10 qui permet de contrôler l’écoulement de métal liquide. L'orifice d'écoulement du répartiteur se prolonge par une busette de protection 1 1 (également appelée tube de coulée d'entrée immergée, SEN) permettant de protéger le métal liquide déversé. La busette 1 1 est solidaire du répartiteur 8.
Comme cela est plus visible sur la figure 2a et à plus grande échelle sur la figure 2b, la busette 1 1 débouche dans une ouverture supérieure d’une lingotière 12. Il s’agit ici d’une lingotière sans fond présentant un axe de coulée qui est vertical. La lingotière 12 sera décrite plus en détails plus loin.
L’installation 2 comprend des dispositifs de refroidissement 14 positionnés sur une surface externe de la lingotière 12. Il s’agit de dispositifs de refroidissement du type à liquide. Ils comprennent à cet effet des conduits dans lequel s’écoule un fluide réfrigérant, par exemple de l’eau. Le fluide réfrigérant absorbe la chaleur du métal liquide se trouvant dans la lingotière 12 afin de le faire refroidir et solidifier. Ici, le métal se solidifie sous la forme d’une brame présentant une surface externe solidifiée 18 enclavant un noyau liquide 20.
L’installation 2 comprend un guide à rouleaux 16 se trouvant en aval de la lingotière 12. Le guide 16 permet de guider la brame, dont une surface externe 18 est solidifiée, hors de la lingotière 12. Comme cela est visible sur la figure 2a, la brame se solidifie progressivement à mesure qu’elle se déplace dans le guide 16. En d’autres termes, plus on s’éloigne de la lingotière 12, plus la surface externe solidifiée 18 de la brame augmente en volume et plus le noyau liquide 20 de la brame diminue en volume.
On a représenté la lingotière 12 plus en détails sur la figure 3. Elle présente ici quatre plaques 22 (la quatrième n’étant pas visible du fait de la position du plan de coupe). Les plaques 22 sont réalisées en cuivre ou en alliage de cuivre, qui sont des matériaux présentant une grande conductivité thermique et facilitent donc les échanges de chaleur entre les dispositifs de refroidissement 14 et la lingotière 12. Les plaques 22 sont agencées de sorte que la lingotière 12 présente une section droite globalement rectangulaire ou carrée. On pourrait toutefois prévoir d’agencer les plaques de sorte que la lingotière présente une toute autre forme de section droite ou non. Par exemple, une section supérieure en forme d'entonnoir conventionnellement utilisée pour la coulée en brame mince.
Dans ce qui suit, pour des raisons de concision, l'invention sera décrite plus en détail sur base d'un arrangement de lingotière tel que décrit dans la demande de brevet belge 2018/5193, à savoir avec une fibre optique logée dans un canal formé dans la paroi de la lingotière. Il doit toutefois être compris que selon un autre mode de réalisation de l'invention, la fibre optique peut-être logée dans une gorge formée à la surface de la lingotière et fermée par une languette, telle que décrit dans la demande de brevet belge déposée simultanément à la présente demande.
Une des plaques 22 de la lingotière 12 est représentée à plus grande échelle sur la figure 4, sur laquelle l’axe de coulée correspond à la direction verticale. La plaque 22 comporte dans sa paroi au moins un canal 24 s’étendant dans une direction non parallèle à l’axe de coulée de la lingotière 12. Plus précisément, le canal 24 présente un angle avec l’axe de coulée compris entre 75° et 105°. Ici, le canal 24 est perpendiculaire à l’axe de coulée. Les canaux 24 sont ici au nombre de quatre. Un capot de protection 26 est installé sur la zone de la plaque 22 où les canaux 24 débouchent pour les protéger.
Une fibre optique 28 est logée dans chacun des canaux 24. En référence aux figures 5 et 6, chaque fibre optique 28 comprend une gaine optique 30 ainsi qu’une âme 32 entourée par la gaine optique 30. La fibre optique 28 comprend dans son âme 32 plusieurs filtres de Bragg 34. La fibre optique 28 comporte au moins dix filtres de Bragg 10 par mètre, de préférence au moins vingt filtres de Bragg par mètre, de manière préférée au moins trente filtres de Bragg par mètre, et de manière encore plus préférée au moins quarante filtres de Bragg par mètre. A titre de variante de réalisation, on pourrait prévoir que la lingotière ne contienne qu’une seule fibre optique. Dans ce qui suit, on considérera que l’installation 2 ne comporte qu’une fibre optique pour faciliter sa description.
Le fonctionnement de la fibre optique 28 est illustré en figure 6. Les filtres de Bragg 34 sont des filtres qui permettent de réfléchir la lumière sur une plage de longueur d’onde centrée sur une valeur prédéterminée, dite longueur d’onde réfléchie, réglable par le constructeur du filtre. Cette valeur prédéterminée est par ailleurs une fonction notamment de la température à laquelle se situe le filtre, de sorte qu’on peut écrire pour chaque filtre :
Aréfléchie = f ( Lq, T )
où Aréf|échie est la longueur d’onde effectivement réfléchie par le filtre, f est une fonction connue, T est la température du filtre et A0 la longueur d’onde réfléchie par le filtre à une température prédéterminée, par exemple à température ambiante.
Ces deux propriétés permettent d’utiliser la fibre optique 28 en tant que capteur de température. Dans un premier temps, on installe dans la fibre optique 28 des filtres de Bragg 34 ayant des valeurs de longueur d’onde réfléchie A0 distinctes et choisies, par exemple décalée une à une de 5 nanomètres. On envoie ensuite un faisceau lumineux présentant un spectre polychromatique 35a, par exemple de la lumière blanche, dans la fibre optique 28 puis on détermine les pics de longueurs d’onde représentées dans le spectre du faisceau réfléchi 35b. A chaque pic, on compare la valeur mesurée ^réfléchie et la valeur théorique de la longueur d’onde réfléchie à température ambiante l0, et on calcule la température T du filtre en question grâce à la fonction f. De manière alternative, il est aussi possible d’effectuer ces étapes sur la base des creux dans le spectre du faisceau transmis 35c si la configuration du canal 24 dans lequel est logée la fibre optique 28 le permet.
Ainsi, l’installation de la fibre optique 28 dans une des plaques 22 de la lingotière 12 permet de mesurer la température de cette plaque, notamment de sa paroi en contact avec le métal coulé, en des positions prédéterminées suivre son évolution dans le temps. Afin d’obtenir un nombre suffisant de points de mesure, il est préféré de placer au moins une fibre optique 28 dans deux plaques 22 en vis-à-vis, voire dans chacune des quatre plaques 22 de la lingotière 12.
Aux fins de l’équilibrage de l’écoulement de l’acier liquide dans la lingotière 12, l’installation 2 comprend en outre :
- un émetteur-récepteur agencé pour envoyer de la lumière dans la fibre optique 28 et recevoir de la lumière réfléchie et/ou transmise par la fibre optique 28,
- un processeur agencé pour :
a) transformer des données sur la lumière réfléchie et/ou transmise reçue par l’émetteur-récepteur en une information sur l'écoulement dans la lingotière;
b) comparer cette information avec un modèle prédéfini,
c) déterminer les actions d'ajustement à prendre pour équilibrer l'écoulement; d) émettre un signal de commande vers un système d'ajustement, et
- un système d'ajustement agencé pour ajuster l'écoulement de l'acier dans la lingotière 12 en fonction d'un signal de commande émis par le processeur.
Le fonctionnement de ces éléments va être décrit dans ce qui suit.
A tout moment lors de l’écoulement, on effectue des mesures d’un ensemble de caractéristiques de l’écoulement dans la lingotière 12. En particulier, l’émetteur- récepteur envoie de la lumière dans la fibre optique 28 et on mesure la température de la paroi de la lingotière 12 grâce à la lumière réfléchie et/ou transmise par la fibre optique 28. Mais de manière plus générale, on analyse des caractéristiques thermiques de l'acier présent dans la lingotière 12.
On compare ensuite, à l’aide du processeur, la mesure de ces caractéristiques avec un modèle prédéfini. Il peut par exemple s’agir de mesures de ces mêmes caractéristiques préalablement réalisées dans des conditions normales d’écoulement, c’est-à-dire lorsque l’écoulement n’est pas perturbé. Si la mesure ne s’écarte pas du modèle d’une distance prédéterminée, on interprète la comparaison comme signifiant qu’aucune perturbation de l’écoulement n’a eu lieu. Aucune mesure d’ajustement de l’écoulement n’est donc à entreprendre. On répète de préférence en continu ces étapes de mesure et de comparaison tout au long de l’écoulement.
Dans le cas contraire, on interprète la comparaison comme signifiant qu’au moins une perturbation a eu lieu et qu’il faut donc ajuster l’écoulement. En tenant compte de la comparaison, le processeur détermine des actions d’ajustement à prendre pour équilibrer l’écoulement puis émet un signal de commande vers des moyens d’ajustement qui permettent la réalisation des actions d’ajustement.
Dans le cas où le processeur détecte une mesure qui s'écarte trop du modèle, on peut prévoir l'émission d'un signal d'alarme, voire même l'arrêt des opérations de coulée.
Les actions d’ajustement peuvent consister en le déplacement du répartiteur 8 suivant une direction parallèle à l'axe longitudinal de la lingotière 12 à l’aide d’un chariot porte-répartiteur 36 de l’installation 2. Etant donné que la busette 1 1 est solidaire du répartiteur 8, ce déplacement permet un mouvement de la busette 1 1 par rapport à la lingotière 12. Ce faisant, on rétablit une symétrie dans l’écoulement du métal liquide.
On réalise alors de nouveau les étapes de mesure et de comparaison pour déterminer si le déplacement de la busette 1 1 a eu l’effet escompté. On peut prévoir de continuer ce déplacement tant que l’écart entre la mesure et le modèle reste supérieur à la distance prédéterminée. Une fois que cette distance devient inférieure à la distance prédéterminée, on désactive le chariot porte-répartiteur de sorte qu’on arrête le déplacement de la busette 1 1. Cependant, on continue d’effectuer les opérations de mesure et de comparaison afin de détecter un éventuel nouvel incident.
L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation présentés et d'autres modes de réalisation apparaîtront clairement à l'homme du métier.
Nomenclature
2 : installation (de coulée continue de métaux)
4 : poche
6 : bras motorisé
8 : répartiteur
10 : quenouille
1 1 : busette de protection
12 : lingotière 14 : dispositifs de refroidissement 16 : guide
18 : surface externe solidifiée 20 : noyau liquide
22 : plaque
24 : canal
26 : capot de protection
28 : fibre optique
30 : gaine optique
32 : âme
34 : filtre de Bragg
35a : spectre polychromatique 35b : spectre du faisceau réfléchi 36c : spectre du faisceau transmis 36 : chariot porte-répartiteur

Claims

Revendications
1. Procédé pour équilibrer un écoulement d'acier liquide dans une lingotière (12), dans lequel l'acier est introduit dans la lingotière (12) depuis un répartiteur (8) au travers d'une busette de protection (1 1 ) débouchant sous le niveau d'acier dans la lingotière (12), comprenant les étapes suivantes :
a) acquisition d'un ensemble de caractéristiques de l'écoulement dans la lingotière
(12),
b) comparaison des caractéristiques de l'écoulement acquises à l'étape précédente avec un modèle prédéfini et détermination des actions d'ajustement à prendre pour équilibrer l'écoulement, et
c) ajustement de l'écoulement.
2. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel les étapes a) à c) sont répétées en continu pendant les opérations de coulée.
3. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les caractéristiques de l'écoulement sont obtenues par une analyse des caractéristiques thermiques de l'acier dans la lingotière (12).
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la lingotière (12) est du type constituée par un assemblage de plaques métalliques (22) adossées à des dispositifs de refroidissement (14) configurés pour permettre le refroidissement des plaques métalliques (22) par la circulation d'un fluide de refroidissement, comprenant une fibre optique (28), comportant une pluralité de filtres de Bragg (34), s’étendant dans une paroi d’au moins une desdites plaques (22), la fibre optique (28) s’étendant dans une direction non parallèle à l’axe de coulée de la lingotière (12).
5. Procédé suivant la revendication précédente, comprenant en outre les étapes suivantes :
- mesure de la température d'au moins une paroi de la lingotière (12) au moyen de la fibre optique (28), et
- ajustement de l'écoulement.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel l'ajustement de l'écoulement est réalisé en opérant un mouvement relatif entre la busette (1 1 ) et la lingotière (12).
7. Procédé selon la revendication 6 dans lequel le mouvement relatif entre la busette (1 1 ) et la lingotière (12) est opéré suivant une direction parallèle à l'axe longitudinal de la lingotière (12). 8. Procédé selon la revendication 6 dans lequel le mouvement relatif entre la busette
(1 1 ) et la lingotière (12) est opéré par décalage angulaire de la busette selon l'axe longitudinal de la lingotière (12).
9. Procédé selon la revendication 6 dans lequel le mouvement relatif entre la busette (1 1 ) et la lingotière (12) est opéré à la fois suivant une direction parallèle à l'axe longitudinal de la lingotière (12) et par décalage angulaire de la busette selon l'axe longitudinal de la lingotière (12).
10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 5 à 9, dans lequel la busette (1 1 ) est solidaire du répartiteur (8) et le mouvement relatif entre la busette (1 1 ) et la lingotière (12) est réalisé en déplaçant le répartiteur (8) par rapport à la lingotière
(12).
1 1 . Système de coulée continue d'acier liquide d'un répartiteur vers une lingotière de coulée continue, comprenant :
- un répartiteur (8),
- une lingotière (12) du type constituée par un assemblage de plaques métalliques
(22) adossées à des dispositifs de refroidissement (14) configurés pour permettre le refroidissement des plaques métalliques (22) par la circulation d'un fluide de refroidissement, comprenant une fibre optique (28), comportant une pluralité de filtres de Bragg (34), s’étendant dans une paroi d’au moins une desdites plaques (22), la fibre optique (28) s’étendant dans une direction non parallèle à l’axe de coulée de la lingotière (12),
- une busette de protection (1 1 ) dont l'extrémité inférieure débouche sous le niveau d'acier dans la lingotière (12) pendant la coulée de l'acier, la busette (1 1 ) étant solidaire du répartiteur (8),
- un émetteur-récepteur agencé pour envoyer de la lumière dans la fibre optique
(28) et recevoir de la lumière réfléchie et/ou transmise par la fibre optique (28),
- un processeur agencé pour :
a) transformer des données sur la lumière réfléchie et/ou transmise reçue par l’émetteur-récepteur en une information sur l'écoulement dans la lingotière (12), b) comparer cette information avec un modèle prédéfini,
c) déterminer les actions d'ajustement à prendre pour équilibrer l'écoulement, d) émettre un signal de commande,
- des moyens d'ajustement (36) agencés pour recevoir le signal de commande et pour ajuster l'écoulement de l'acier dans la lingotière (12) en fonction du signal de commande.
12. Système selon la revendication précédente, dans lequel les moyens d'ajustement (36) comprennent un chariot porte-répartiteur.
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