FR2460737A1 - Procede de commande du tiroir d'une poche de coulee a compensation automatique des erreurs provenant des fuites sur les dispositifs situes dans la zone de condition d'ambiance extreme - Google Patents

Abstract

UNE POCHE DE COULEE 13 EST EQUIPEE D'UN TIROIR 11 MANOEUVRE PAR UN VERIN 12. CE VERIN 12 EST LUI-MEME MANOEUVRE PAR UNE INSTALLATION HYDRAULIQUE QUI PREND EN COMPTE: D'UNE PART LE NIVEAU 14 DU BAIN DE FUSION DANS LA LINGOTIERE; D'AUTRE PART LA VITESSE D'ECOULEMENT A PARTIR DE LA POCHE DE COULEE. CETTE VITESSE D'ECOULEMENT DEPEND ELLE-MEME A LA FOIS D'UN COEFFICIENT DE RESISTANCE, QU'UN ENSEMBLE DE CALCUL DETERMINE A TOUT INSTANT ET MEMORISE, ET DE LA HAUTEUR HYDROSTATIQUE DANS LA POCHE DE COULEE, HAUTEUR ELLE-MEME CALCULEE DANS UN CALCULATEUR PAR INTEGRATION A PARTIR DES DEBITS DEJA ECOULES. DES DISPOSITIFS AUTOMATIQUES DE COMPENSATION PERMETTENT DE COMPENSER LES FUITES D'HUILE QUI SE PRODUISENT DANS LE VERIN 12 CHAQUE FOIS QUE CE VERIN SE TROUVE (OU DEVRAIT SE TROUVER) EN FIN DE COURSE.

Description

246073?

La présente invention se rapporte à un procédé permettant de pi-

loter le tiroir d'extraction d'un récipient pour coulées métal-

lurgiques en fonction de la modification du niveau du bain du

volume de bain de fusion qui en est coulé.

Dans le pilotage des tiroirs de coulée, en particulier de tiroirs de poche de coulée pour la coulée continue, il est important que le pilotage permette d'obtenir des débits d'écoulement le plus

constant possible, de sorte que la vitesse d'extraction du lin-

got de coulée continue reste constante. De plus il est important que les déplacements pilotés du tiroir de coulée ne provoquent

aucune perturbation du courant de coulée.

Les procédés connus de pilotage travaillent selon le prin-

cipe de la régulation proportionnelle ou sur base analogique, les déplacements du tiroir de coulée suivant en permanence les modifications du niveau du bain par exemple dans une lingotiêre

ou dans un réservoir intermédiaire.

Le désavantage du pilotage analogique réside particulièrement en ce que les vannes à action proportionnelle qui y sont nécessaires

du côté hydraulique sont souvent sujettes à incident et compli-

quées. De plus l'équilibrage du débit ainsi provoqué est très difficile, car la force magnétique des électrovannes que l'on

emploie normalement dépend directement de la différence de pres-

sion, de la viscosité du fluide et de sa température. Du fait qu'en exploitation ces paramètres se modifient constamment, l'équilibrage d'origine est abandonné et de nouvelles valeurs sont admises. Ceci conduit alors pendant l'exploitation à un pilotage des valeurs de consigne par dépassement, par valeur

supérieure ou par valeur inférieure, ce qui conduit à une agita-

tion permanente des organes actifs du processus et donc de la

coulée.

On sait par ailleurs que dans la régulation proportionnelle dite "flottante", la tenue du matériau réfractaire est très limitée

lors de la fermeture du tiroir.

L'invention a pour objet de créer un procédé du type mentionné au début o on puisse éviter les désavantages indiqués, o en particulier la quantité de bain de fusion qui s'écoule par unité de temps puisse être adaptée à une vitesse de coulée continue

constante déterminée, de façon optima, en utilisant que peu de me-

sures de valeurs réelles.

Cet objet, selon l'invention, est atteint par le moyen que l'on prévoit un pilotage pas à pas orienté sur des valeurs de consigne déterminée de l'ouverture de coulée, o les valeurs de pilotage

concernant le tiroir de coulée sont obtenues et régulées, en te-

nant compte de la valeur du niveau qui existe au-dessus des tiroirs de coulée à tout instant de la coulée ou après toute durée de la coulée, au moyen du volume de bain de fusion calculé en prenant l'intégrale en fonction du temps des ouvertures

réelles du tiroir que l'on a eu précédemment à tout instant.

La solution selon l'invention représente pour un tiroir de coulée

un pilotage simple travaillant sur la base de rythmes de régula-

tion et d'intervalles de temps de repos (base numérique), o on peut se passer de vannes à commande proportionnelle compliquées et sujettes à incidents et qui se caractérise en particulier par une adaptation précise de la quantité de bains de fusion coulée

par unité de temps à une vitesse de coulée continue constante dé-

terminée, et ceci par suite du fait que les données du stade correctif précédent du tiroir de coulée sont chaque fois reprises

en compte pour le stade correctif suivant. De plus, dans le pro-

cédé selon l'invention, du fait que l'on tient compte du niveau hydrostatique respectif dans le récipient o s'effectue la coulée métallurgique, par exemple dans la poche de coulée ainsi que du

volume de bain de fusion respectivement écoulé pendant l'inter-

valle de temps précédent, on tient compte de la modification de la

viscosité, de la température et de la différence de pression.

Le procédé selon l'invention convient particulièrement pour ce

que l'on appelle la coulée en séquence. Normalement ce mode d'ex-

ploitation signifie que la vitesse de coulée, pour des surfaces d'ouverture de coulée identiques, passe brusquement d'un minimum (dernière poche utilisée pour la coulée) à un maximum (prochaine poche à utiliser pour la coulée). Le procédé selon l'invention

permet une correction immédiate et une adaptation modifiées.

D'autres caractéristiques du procédé selon l'invention se décri-

2460737.

vent comme suit - Les valeurs de consigne de pilotage sont à tout moment comparses au moins à un point de mesure donnant la valeur limite du niveau du bain et orientées sur au moins un point de mesure de telle sorte qu'un déplacement du tiroir de coulée soit toujours provo- qué lorsque le point de mesure donnant la valeur limite est dépassé. - Les valeurs de consigne de pilotage se situent à l'intérieur

d'une bande de valeur de consigne définie par deux points de me-

sure donnant la valeur limite du niveau du bain, de telle façon qu'un déplacement du tiroir de coulée soit toujours provoqué lorsque l'on sort de la bande de valeur de consigne par valeur

supérieure ou inférieure.

- En cas de dépassement du niveau du bain, par valeur supérieure ou inférieure, au-dessus ou en-dessous d'une limite extrême haute ou basse, le tiroir de coulée se déplace à vitesse plus Elevée

pour revenir à sa position de fermeture ou de pleine ouverture.

- Le déplacement correcteur respectif du tiroir de coulée est une fonction de

C

A T. v o C m Largeur de la bande de valeur de consigne AT m Intervalle de temps depuis la phase de pilotage précédente ou temps qui s'écoule pendant que le niveau du bain monte

ou descend en parcourant la bande de valeur de consigne dé-

finie par les deux points de mesure donnant la valeur limi-

te, et

v - vitesse de coulée respective.

- La vitesse de coulée respective est obtenue dans un ordinateur selon l'équation suivante * L,o + As' 7 L a Longueur du canal de décharge D m Diamètre du canal de décharge Coefficient de résistance (résistance à l'écoulement) g Accélération de la pesanteur hn - Niveau hydrostatique effectif dans le récipient, et le niveau hydrostatique hn s'obtient à partir de l'équation hn - ho - Q Ao avec ho - niveau hydrostatique maximum dans le récipient, Ao - surface de la section du récipient, et Qn quantité du bain de fusion qui s'est écoulée hors du récipient pendant l'intervalle de temps T. - Qn se calcule à partir de /1 tn Qn - f(t). dt. Aj ti o

AI - Valeur réelle de la surface de l'ouverture du tiroir.

- Le déplacement correcteur respectif se calcule à partir de bn f (.Z) T.. v o "Z" est un facteur correctif que l'on calcule en comparant au moins une partie des valeurs réelles de pilotage avec les

valeurs réelles de pilotage de la correction précédente.

- Les valeurs réelles AT - Intervalle de temps v - Vitesse de coulée Q Volume ou débit du bain de fusion A1 - Valeur réelle de la surface d'ouverture du tiroir h - Niveau hydrostatique dans le récipient sont mémorisées chaque fois dans un registre à tiroir parallèle pour comparaison avec les valeurs réelles correspondantes qui viennent immédiatement ensuite; et sont ensuite déplacées pour

le calcul du facteur correctif dans une unité de calcul.

- Les valeurs réelles de l'ouverture du tiroir sont mesurées en utilisant un vérin de référence disposé à l'écart des conditions d'ambiance extrêmes du récipient, les pertes de liquide par fuite

dans le vérin de travail étant prises en compte.

- La détermination des valeurs réelles d'ouverture du tiroir se

fait en utilisant des débitmètres correspondants auxdeux cham-

bres de travail du verin, les pertes de liquide par fuite dans

le vérin étant prises en compte.

- Pour déterminer les valeurs réelles de l'ouverture du tiroir, on mesure la pression, agissant en direction opposée à la

pression du piston, d'un élément élastique agissant sur le pis-

ton. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux

compris à la lecture de la description qui va suivre de plusieurs

exemplesde réalisation et en se référant aux dessins annexés sur lesquels la figure la figure 2 la figure 3 la figure 4 la figure 5 la figure 6 La figure I représente un pilotage compatible par rythme pour

un tiroir de poche de coulée qui travaille en utili-

sant le circuit de commande selon l'invention représente schématiquement les relations physiques représente une unité pilote préférée pour exécution du procédé selon l'invention

représente une première forme d'exécution d'un dis-

positif donnant un rétrosignal exact de la position du tiroir de coulée

représente une deuxième forme d'exécution d'un dis-

positif donnant un rétrosignal exact de la position du tiroir de coulée et

représente une troisième forme d'exécution d'un dis-

positif donnant un rétrosignal exact de la position

du tiroir de coulée.

montre la structure de base de l'ensemble de l'instal-

lation de commande pour exécution du procédé selon l'invention pour le pilotage d'un tiroir de poche de coulée 10. Le tiroir proprement dit et le manchon de coulée avec le cadre en acier peuvent prendre un mouvement de va et vient à l'aide d'un vérin hydraulique 12. Ce vérin hydraulique 12 sert donc au déplacement

du tiroir et du manchon de coulée et donc au pilotage de la sur-

face d'ouverture de coulée. La partie inférieure d'une poche de

coulée est repérée par le nombre 13.

Le bain de fusion qui se trouve dans la poche de coulée 13 est déchargé dans une lingotière ou dans un réservoir intermédiaire,

non représenté sur la figure 1. Pour piloter la surface d'ouver-

ture de coulée, on prend en compte la modification du niveau du

bain 14 de la quantité du bain déjà coulée. La valeur réelle res-

pective peut se présenter sous forme d'un signal analogique "I" ou d'un signal numérique "II". L'ensemble de pilotage C qui traite les valeurs réelles est compatible pour ces deux formes

de signaux. Il suffit d'utiliser des bornes de raccordement dif-

férentes pour l'entrée G. Si l'on utilise un émetteur de signaux

selon "I", on interpose alors un transducteur analogique-numéri-

que (non représenté) qui prévoit pour les valeurs de seuil des valeurs correspondantes à prescrire pour l'intensité, la tension, la résistance, l'induction, ou la capacité, ce qui définit les valeurs numériques d'intervention. On peut donc, pour la suite de

la description, se référer à la forme de signal selon "II",

puisque le comportement du signal "I", derrière le transducteur analogique-numérique a le même caractère que la forme de signal Un facteur important pour un comportement stabilisé en régulation est le rétrosignal respectif de position d'un vérin 12 ou du tiroir 11, puisque - comme on va l'exposer plus en détail plus loin - la surface instantanée de coulée est introduite dans l'asservissement à la valeur de consigne. Pour ce rétrosignal

de position s'offre deux variantes qu'il faut estimer différem-

ment du point de vue de leur précision: 1) La durée de la course en fonction du diamètre de la coulée, durée qui se déduit de la puissance de la pente et du passage nominal de la vanne de commande, est mesurée avec la fréquence

provoquée Io, de sûrtcque l'on obtient, pour une course déter-

minée H ou pour une surface de section déterminée AI, un train d'impulsions déterminé I. 2) Le circuit hydraulique D contient un circuit de référence 3 comme on va expliquer plus en détail ci-dessous à l'aide de la figure 4. Au lieu du circuit référence 3 on peut prévoir également pour le rétrosignal de position, les dispositifs

selon les figures 5 et 6.

La deuxième variante représente la solution la plus exacte, le train d'impulsions étant directement couplé à la course et à la

surface d'ouverture de coulée.

Il faut considérer comme valable que: chaque positions de la course H ou chaque surface d'ouverture de coulée A1 est représen-

tée à tout instant par un train d'impulsions I; de même une sur-

face de section zAj à modifier est connue à l'avance par un train

d'impulsions zI.

Il faut maintenant expliquer plusieurs détails, les relations

physiques que le procédé selon l'invention utilise (comparer fi-

gure 2). Le schéma de la figure 2 montre la situation du proces-

sus de la coulée depuis la poche de coulée 13 dans un réservoir intermédiaire 15 puis dans une lingotière de coulée continue non représentée. Dans l'exemple représenté selon la figure 2, c'est donc le niveau du bain 14 du réservoir intermédiaire 15 qui est régulé par le tiroir de la poche de coulée 10. De la même façon ce principe peut s'appliquer à une régulation du niveau du bain

d'une lingotière de coulée continue par un tiroir de poche inter-

médiaire ou par le tiroir 10 de la poche de coulée lui-même.

Pour avoir une meilleure représentation des relations la surface d'ouverture de coulée AI du jet de coulée n'a pas été représentée de forme circulaire, mais, en représentation variante, de forme

carée ou rectangulaire. La surface d'ouverture de coulée se cal-

cule donc à partir de l'équation A1 - D2 a. b (1) La figure 2 montre la colonne de jet de coulée Q, contenant un

débit de trop plein q, si on part du fait que le débit de dé-

charge dans la lingotière de coulée continue est-

Qy-Q-q m3 (2) s Le débit de trop plein q du jet liquide est défini par a. b. v m (3) L'équation (2) définit l'intervalle de temps4 T nécessaire pour faire monter le niveau du liquide de la valeur de la cote bey = c.., (î représentent les points de mesure donnant les valeurs limites du niveau du bain, la cote c définissant ce que l'on appelle une bande de valeur de consigne à l'intérieur de laquelle doit se trouver le niveau du bain. Les valeurs de la mesure contiennent déjà toutes les valeurs des pertes de débit, du fait que l'on a obtenu le débit réel effectif de trop plein q en fonction de AT à l'aide des valeurs connues avec précision A1 - a. b m2 (4) et A2 - e. l m2 (5) On a donc pour l'intervalle de temps LT la relation suivante AT A2. c m2.m.s AA. v m2.m La surface d'ouverture instantanée de la coulée AI est connue à partir de l'information donnée par le rétrosignal pendant le dernier intervalle de temps4T (à partir du rétrosignal donnant

la position du piston).

La vitesse de coulée v est un facteur important qui varie par exemple pour une poche de 300 tonnes dans le rapport de 1/10 (depuis la poche pleine jusqu'à la poche presque vide). D'un autre c8té la surface d'ouverture AI ou même la surface de trop plein4 AI qui cause le débit de trop plein q dépend directement de cette vitesse d'écoulement v qui se modifie constamment. Il faut donc déduire ce facteur des valeurs données et le traiter

dans l'ensemble de commande C (comparer figure 3) pour le pilo-

tage du déplacement du tiroir.

On va maintenant expliquer de plus près l'unité de commande C

selon figure 1 à l'aide de la figure 3.

Un générateur de fréquence 1.1 fournit une tension constante pro-

voquée de par exemple 50 Hz. Cette fréquence est ramenée, par

une unité 1.2 couplée en aval, à une fréquence d'impulsions rec-

tangulaire plus faible et qui convient.

Dans l'unité de comptage (compteur à présélecteur formant unité fonctionnelle) 2.1 on enregistre sous forme de train d'impulsions les intervalles de temps définis par les points de mesure donnant les valeurs limites Let(. Le nombre des impulsions enregistrées correspond donc au temps qui s'écoule pendant que le niveau du bain monte ou descend au-delà de la bande de valeur de consigne définie par les deux points de mesure donnant les valeurs limites 4 et9. Le train d'impulsions enregistré est communique à l'unité de calcul 11.1. Cette unité de calcul 11.1 fonctionne d'après l'équation suivante: bn A2 c. Zn (7) a.j T. Vn

L'unité de calcul 11.1 a également reçu la première valeur carac-

téristique nécessaire AT.

Les valeurs caractéristiques A2 et c sont fournies en permanence sous forme de constantes. Ces valeurs caractéristiques constantes proviennent des actionneurs 11.12 et 11.13. A2 ici signifie la

surface de la section du rgservoir intermédiaire 15 ou de la lin-

gotière dans le cas o il n'y a pas de réservoir intermédiaire.

La valeur caractéristique a, qui représente une longueur fixe du côté de l'ouverture de la surface de coulge, est également une valeur constante déterminée (comparer figure 2) fournie par un

positionneur 3.14.

Le positionneur 3.14 définit le diamètre de la coulée de l'on

doit utiliser.

Il s'agit maintenant de définir la vitesse d'écoulement ou la vitesse de coulée v à chaque instant T et de la communiquer a l'unité de calcul 11.1 pour définir la prochaine phase suivante

de correction nécessaire. Dans ce qui suit on va maintenant ex-

pliquer comment on obtient la vitesse de coulée v: La position 3.13 représente l'information du rétrosignal IR du tiroir de coulée 10, obtenue à l'aide de dispositifs selon les figures 4 à 6 (comparer également figure 1, o l'information de rétrosignal IR est représenté schématiquement). Le rétrosignal IR

réalise une sorte de circuit de rétro-action.

Les impulsions de rétrosignal IR sont conservées à tout instant dans le compteur-décompteur 3.1. Dans la partie calculatrice

de ce compteur 3.1 on obtient, en combinaison avec la détermina-

tion 3.14 déjà effectuée du diamètre, d'après l'équation d Al d AI (8) dt

la surface instantanée d'ouverture de coulée.

Cette valeur est introduite en permanence dans l'unité de calcul 5.1 qui, d'après l'équation,tn Qn = f(t). dt. A1 (9) calcule et enregistre en permanence par valeur croissante le débit de bain de fusion Qn qui s'est écoulé de la poche de coulée 13

jusqu'à l'instant actuel n.

Avec une unité de calcul 6.1 on définit enfin, à l'instant actuel n la hauteur hydrostatique effective hn du niveau du bain dans la poche de coulée 13 comme suit hn = ho - - (10) Ao La surface de section Ao de la poche de coulée 13 est fournie par un actionneur 6.11. De même la hauteur hydrostatique maxima ho

dans la poche de coulée 13 est fournie par un actionneur 6.14.

La hauteur hydrostatique hn est introduite dans l'unité de cal-

cul 4.1 qui fournit la vitesse de coulée vn qui règne à tout instant d'après l'équation suivante Vn \ \ g (Il) + x L (1

L'équation (11) tient compte avec &et L/D des pertes d'écoule-

ment lors de la coulée.

La valeur \ est fournie par un positionneur 4.11 et la longueur L

de la coulée de la poche est fournie par un actionneur 4.12.

Le diamètre de la coulée est fournie comme facteur par l'unité de

comptage 3.1.

Enfin la vitesse d'écoulement v qui règne à tout instant actuel n

est communiquée à l'unité de comptage 11.1.

L'équation (7) peut alors devenir active, à l'exception du facteur Z qu'il faut encore expliquer. Selon l'équation (7) l'unité de calcul 11.1 fournit un train d'impulsions défini IK, nécessaire,

jusqu'à la plus prochaine phase de correction, pour la modifica-

tion de la surface de section ou la surface d'ouverture de cpulée A1 et donc pour la position du tiroir à l'instant o le niveau du

bain de la quantité de bain de fusion qui s'est déjà écoulée dé-

passe, par valeur supérieure ou par valeur inférieure, les points de mesure correspondant à la valeur limite. ou Le débit en supplément ou le débit qui manque q, qui s'en déduit,

est éliminé à la plus prochaine phase de correction.

Le train d'impulsions IK pour la phase de correction suivante est donné, sous forme de rythme de positionnement unique, à une vanne

hydraulique (position 1 du circuit hydraulique I de la figure j).

En même temps la valeur correctrice IK obtenue d'après l'équation IK -m 1 (12) IR est validée. Le rapport IK/IR est I et est pris comme tel dans le cas idéal. Dans ce cas idéal le tiroir de coulée se trouve

dans sa position correspondant à la valeur de consigne.

Sont également importants les points de mesure et;.

Les points de mesure ( et ' présentent les valeurs la plus basse et la plus haute telles que lorsqu'on les dépasse, respectivement

par valeur inférieure et par valeur supérieure, le tiroir de cou-

lée est déplacé à une vitesse élevée dans sa position de pleine ouverture ou dans sa position de fermeture. Le fait d'atteindre ces points de mesure exige donc chaque fois des phases optima de commande. Avec le dispositif de comptage 2.2 (figure 3), lorsque

l'on atteint les points de mesure Y ou J, une fréquence d'im-

pulsions fixe respectivement définie est directement transmise, sous forme de rythme de positionnement, à une vanne hydraulique de bipass (position 2 du circuit hydraulique D de la figure 1),

le tiroir Il étant alors aussitôt ouvert en grand ou fermé.

Cette partie de la commande d'ensemble peut également venir pren-

dre sa place dans la commande décrite ci-dessus par niveau du bain (R,6). Il est avantageux pour des tiroirs réfractaires que

soit défini par le circuit de calcul un minimum en ce qui con-

cerne la section d'ouverture. On peut dire par exemple qu'il ne faut pas passer en dessous d'une section d'ouverture ou d'une

surface d'ouverture de la coulée de 25 % de la surface totale.

Lorsque l'on atteint cette valeur limite par le pilotage, on peut intervenir par la mesure décrite à la suite: Un contact à valeur de seuil 3.11 dont la position est restée définie par un actionneur 3.12, est en correspondance directe

avec le compteur-décompteur 3.1.

Le contacte 3.11 libère par exemple, lorsque l'on atteint la valeur de 25 %, une fréquence fixe d'impulsion de l'unité 2.2, à la suite

de quoi le tiroir de coulée 10 est immédiatement fermé par l'in-

termédiaire de la vanne hydraulique bypass 2 (figure 1).

Dans ce cas aucune autre valeur de mesure que les points de me-

sure correspondant à la valeur limitezg ne participe au pilota-

ge,

L'unité de commande décrite peut également collaborer avec d'au-

tres valeurs de mesure, par exemple a) avec les valeurs de mesures fournies par un dispositif de

pesage 7.12 de la poche de coulée 13. Dans ce cas un commu-

tateur 6.12 commute l'unité de commande C, de façon que l'on

puisse se passer des hauteurs hydrostatiques Ho et Rn four-

nies par les unités 6.14 et 6.1. Ces deux unités sont shuntées

lorsque l'on utilise les valeurs de mesure provenant d'un dis-

positif de pesage 7.12. Le poids de la poche est directement

utilisé pour déterminer la vitesse de coulée v.

b) avec la vitesse d'extraction de la coulée continue 8.13. Dans ce cas un commutateur 6.13 commute l'unité de commande C de façon que la quantité déjà écoulée Qyn soit immédiatement

utilisée pour le calcul de la hauteur hydrostatique instanta-

née hn dans la poche de coulée. On y calcule la quantité déjà écoulée Qyn par l'équation /tn Qyn../ f(t). dt. A3 (13)

ou A3 est la surface de la section du lingot de coulée conti-

nue extrait. On désigne par vy la vitesse d'extraction du

lingot de coulée continue 8.13.

Sur la figure 3 apparait encore la valeur Ge, qui représente le poids de la poche de coulée. Naturellement on pourrait aussi, et de façon semblable, travailler avec un dispositif de pesage du

réservoir intermédiaire ou même de la lingotière.

L'unité de commande décrite C (figure 3) convient aussi tout par-

ticulièrement si l'on doit saisir plusieurs vitesses d'extraction 8.13, par exemple si un même récipient intermédiaire alimente plusieurs coulées continues. Dans ce cas dans l'unité de calcul

8.1 la valeur Qyn indique le total de toutes les quantitées écou-

lées.

Dans ce qui suit on doit expliquer plus en détail le facteur cor-

rectif Z de l'équation (7). Dans le cas idéal ce facteur correc- tif est Z - 1,0. Le cas idéal se présente lorsque le tiroir de coulée a atteint, ou atteindra, sa position optima d'ouverture lors des phases de commande exécutées, en fonction des données

du processus.

Pendant le processus de vidage d'une poche de coulée au-dessus d'une installation de coulée continue, dans le déroulement du pilotage décrit précédemment, des données sont mémorisées dans

un registre à tiroir en parallèle 9.1 et ceci pour chaque acti-

vité du pilotage, donc en cas de dépassement, par valeur supé-

rieure ou par valeur inférieure, des points de mesure ou correspondant aux valeurs limites du niveau du bain. Dans ce but,

dans le registre à tiroir parallèle, on mémorise à chaque ins-

tant d'activité t1 à tn, en parallèle, les valeursaT, v, Q, AI,

h et IR. A partir des valeurs mémorisées, on obtient dans l'uni-

té de calcul 10.1 un facteur de correction que l'on introduit alors dans l'unité de calcul 11.1 pour obtenir la valeur de la

phase de correction immédiatement suivante.

De cette façon les phases de correction immédiatement suivantes

sont respectivement instruites par les phases de correction pré-

cédentes. Le calculateur 11.1 s'instruit donc de phase en phase.

L'unité autodidacte décrite présente en particulier l'avantage qu'en cas de changement de poche (coulées séquentielles), pour la nouvelle poche c'est automatiquement la valeur de départ de la poche précédente qui est prescrite, de fait que la valeur ho, non contrôlée encore avant la première mesure du niveau du bain de la nouvelle poche, correspond au moins à l'expérience de la poche précédente. Chaque nouvelle poche s'instruit donc auprès de

la poche précédente, c'est-à-dire la poche 2 a recours aux va-

leurs de la poche 1, la poche 3 aux valeurs de la poche 2, qui elle-même a déjà été instruite par la poche 1, etc. Les valeurs de la poche 5 reposent donc déjà sur l'expérience des poches respectives précédentes, qui à leur tour sont instruites l'une par

l'autre. Avant d'effectuer une coulée à partir de la première po-

che il faut naturellement introduire dans le programme, théorique-

ment les conditions de remplissage de la poche et du récipient intermédiaire.

Cette action autodidacte a également pour conséquence que le pilo-

tage de la valeur de consigne s'effectue chaque fois sensiblement plus vite. Z est donc un facteur de correction qui se calcule à

partir des valeurs d'expérience des poches précédentes.

Bien entendu on peut également introduire des corrections indi-

viduelles dans les différents étages de calcul.

Le facteur de correction varie autour de la valeur idéale 1,0.

Le débit de bain de fusion qui s'écoule à tout instant par suite

de l'ouverture de la poche de coulée dépend de la hauteur hydro-

* statique dans la poche de coulée. Selon l'invention, on calcule à tout instant, à partir des données en mémoire, quel débit de bain de fusion aurait dû s'écouler dans la phase de commande pré-

cédente eton corrige en conséquence l'ouverture des tiroirs.

L'ensemble du dispositif de commande est étalonné par deux mais au moins par un point de mesure du niveau du bain, ce à quoi peuvent s'ajouter de plus chaque fois deux points de mesure d'arrît d'urgence 3' et r. Le pilotage du tiroir se fait donc en fonction d'un petit nombre de points de mesure seulement. Ceci

simplifie en conséquence toute l'unité de commande.

Il reste encore à mentionner que sur la figure 3 les trains d'impulsions Ik et Ix correspondent respectivement à une course de correction et à une course de correction d'urgence qui doit se parcourir en une seule phase. Cette correction ne s'effectue

donc pas par une sorte de déplacement du tiroir par à coups.

Comme on l'a déjà mentionné ci-dessus, le rétrosignal donnant

la position instantanée et exacte du piston moteur pour entrai-

nement du tiroir de la poche de coulée ou autre dispositif sem-

blable joue un r8le important pour l'exécution du procédé.

Les figures 4 à 6 représentent des dispositifs préférés pour obtenir cette position exacte du piston moteur. Comme le montre la figure 1, le vérin 12 est disposé au voisinage immédiat de la

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poche de coulée 13, il est donc exposé à des conditions d'ambiance extrêmes, en particulier à des températures élevées. La tige de piston 20 du piston moteur 22 correspondant au cylindre moteur 21 est reliée au tiroir de la poche de coulée Il pour pouvoir le manoeuvrer.

A l'écart de l'endroit o règnent les conditions extrêmes d'am-

biance, est disposé un vérin de mesure 23 dont le volume est équivalent à celui du cylindre moteur 21, étant entendu qu'il est judicieux de diminuer le diamètre du piston et de la tige de piston dans le même rapport par rapport au cylindre moteur et donc d'accroître de façon analogue la longueur de la course, ce qui permet une meilleure résolution de la course des pistons de

mesure 24 correspondant au cylindre de mesure 23.

Du fait que le cylindre de mesure 23 n'est pas directement exposé à l'exploitation brutale en acierie ou autre semblable, on peut

le concevoir d'une exécution moins coûteuse que le cylindre mo-

teur. Comme la figure 4 le représente clairement, les volumes moteurs 26, 27 des deux cylindres 21, 23 respectivement traversés par les tiges de piston 20, 25 sont directement reliés, au point du fluide, par une conduite hydraulique 28. Lorsque le piston moteur 21 se déplace vers la gauche de la figure 4, le piston de mesure 24 se déplace vers le bas et inversement. Du fait de la liaison hydraulique 28, le liquide qui refoule dans le cylindre moteur 21 influence directement la position du piston de mesure 24 dans le cylindre de mesure 23. De cette façon on a la garantie d'avoir un rétrosignal donnant la position exacte du piston moteur 22 dans le cylindre moteur 21. A l'extrémité libre ou extrémité sortant du cylindre de mesure 23 de la tige de piston 25 du piston de mesure 24 est disposé un obturateur 29 qui pénètre

dans le bloc termineur 30. Ce termineur 30 est relié à un affi-

chage électronique de position et fournit ensuite les signaux de position correspondant à la position exacte du piston moteur

22 au dispositif 3.13 de la figure 3.

Pour corriger ou compenser les quantités supplémentaires ou les

quantités perdues de liquide provenant de fuites dans le cy-

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lindre moteur 21, il est prévu un dispositif correcteur et qui comprend deux vannes de régulation de pression 31, 32. L'une de

ces vannes de régulation de pression 21 est directement comman-

dée par la pression de la pompe et est disposée dans la conduite 33 qui conduit vers la liaison hydraulique 28. Cette conduite 33

comporte encore en outre un appareil de mesure du débit de correc-

tion 34 dont les signaux donnant le flux de correction sont pris

en compte en tant que valeur correctrice permanente dans l'annon-

ce donnant la position du piston de mesure 24 ou du piston moteur 22. La vanne de régulation de pression 31 permet une compensation des pertes par fuite dans le volume moteur 26 du cylindre moteur 21. Par l'intermédiaire de la vanne de régulation de pression 21,

dans la position finale, à droite sur la figure 4, du piston mo-

teur 22, il est fourni en complément autant d'huile hydraulique

qu'il est nécessaire pour que ce piston moteur se rende obligatoi-

rement à la position synchrone de celle du piston de mesure 24.

L'autre vanne de régulation de pression 32 est disposée sur une

dérivation 36 de la liaison hydraulique 28 qui conduit au réser-

voir 35 de fluide hydraulique. Cette vanne de régulation de pression sert à évacuer les quantités supplémentaires de liquide qui se trouveraient dans le volume moteur 26 du cylindre moteur 21. Ces quantités supplémentaires de liquide qui se trouvent dans le volume moteur 26 proviennent de fuites entre le piston moteur 22 et la paroi interne du cylindre moteur 21. Les volumes moteur 37, 38, côté opposé à la tige de piston, des deux cylindres 21, 23 peuvent être reliés, par un distributeur 4/3 39, A la pompe P ou au réservoir T. Comme on l'a mentionné ci-dessus, la vanne de régulation de pression 31 est directement commandée par la pression de la pompe c'est-a-dire qu'elle est directement liée à la pompe P par la

conduite 33. Cette vanne 31 est réglée de façon à s'ouvrir lors-

que le piston de mesure 24 a atteint sur la figure 4 sa position finale supérieure. Dans la mesure o alors le piston moteur 22 n'a pas encore atteint sa position finale, atteinte sur la figure 1, il est poussé dans cette position par le fluide hydraulique supplémentaire alimenté par l'intermédiaire de la vanne 31. Les

deux pistons 22, 24 sont alors à nouveau couplés en synchronisme.

De la même façon on compense une fuite en sens inverse au moyen de la vanne de régulation de pression 32. Les deux vannes de

régulation de pression 31 et 32 garantissent donc une compensa-

tion parfaite des quantités supplémentaires ou des quantités

perdues de liquide aux positions finales des pistons 22 et 24.

Le dispositif de mesure du flux correcteur 34 ne fournit alors des signaux que si un flux correcteur apparait dans la conduite 33. Le fait qu'un flux correcteur réapparaisse toujours à nouveau ou la réaction répétée des vannes 31 et 32 constituent un signe que le cylindre moteur 21 nécessite un entretien par exemple qu'il

faut changer les garnitures d'étanchéité du piston.

Entre le termineur 30 et l'entrée 3.13 pour l'information de rétrosignal du tiroir de poche de coulée Il (figure 3) est prévu un compteur électronique qui traite les signaux de sortie du termineur 30. Lors du déplacement de l'obturateur 29 le long

d'une voie de référence 40, des signaux périodiques sont pro-

duits. Dans le compteur de ces signaux périodiques sont traités de façon telle qu'au passage d'un signal provenant du termineur , il apparaît chaque fois une impulsion de comptage ou une impulsion de décomptage. Le comptage de ces impulsions - et ceci du point de vue signe positif ou négatif, en partant d'un point de référence que l'on peut fixer d'une façon quelconque - permet

alors de déterminer la valeur du déplacement respectif de l'ob-

turateur qui correspond à un train d'impulsions déterminé IR.

Les impulsions ainsi comptées IR sont alors introduites, comme références de position de la tige de piston 20 du piston moteur 22 et donc du tiroir de la poche de coulée qui leur est lié, dans

l'unité centrale de commande C selon figure 3, pour y être ana-

lysées, selon description précédente, en vue du pilotage pour

atteindre une valeur de consigne déterminée.

Le dispositif selon figure 4 présente en particulier l'avantage qu'il n'y a pas besoin d'émetteur de signaux sensible dans la zone des conditions d'ambiance extrêmes. Malgré les fuites qui se produisent dans le cylindre moteur 21, on peut déterminer avec précision la position du piston moteur 22 et donc du tiroir de

poche de coulée 11.

La figure 5 représente une autre forme d'exécution d'un disposi-

tif permettant de déterminer la position exacte du piston moteur du cylindre moteur 12. Dans une station hydraulique centrale, avant la sortie 41, 42 des deux conduites hydrauliques conduisant

au cylindre de travail non représenté sur la figure 2, est res-

pectivement incorporé un débitmètre à turbine 43, 44. Par l'in-

termédiaire des amplificateurs d'impulsion 45, 46, ces débit-

mètres donnent à un circuit d'entrée de liaison logique d'un mi-

croprocesseur 47 une fréquence de rythme reproduisant analogique-

ment le débit. De plus les entrées EA sont reliées logiquement aux signaux de commande EB provenant du microprocesseur 47 et

donnant le sens de travail du cylindre moteur.

Les signaux logiques sont directement prîtés dans une unité de calcul fonctionnel et communiqués comme rétrosignal sous forme

d'un train d'impulsions IR à l'unité centrale de commande (po-

sition 3.13 de la figure 3). Ce processus est permanent et n'a

pas lieu seulement à certains intervalles de temps ou sur ordre.

On prend en compte les pertes de liquide par fuite et on les

traite dans l'unité de calcul fonctionnel.

La figure 6 représente une autre forme préférée d'exécution d'un dispositif pour le rétrosignal de la position exacte du piston moteur. Le nombre 48 repère ici le cylindre moteur du vérin 12 dont le piston 49 est en liaison, par l'intermédiaire d'une tige de piston 50, avec un organe de positionnement par exemple le tiroir de la poche de coulée. Le piston peut être sollicité d'un c8té

par l'intermédiaire d'une conduite hydraulique 51 et peut se dé-

placer versla droite en agissant contre l'action d'un ressort pneumatique 54 constitué sous forme d'un réservoir bulle 53, par l'intermédiaire des volumes, remplis de fluide 52 et 57. Le rappel du piston 42 à sa position de départ, position gauche sur

la figure 6, se fait sous l'action de l'expension du gaz,précé-

demment comprimé, du coussin pneumatique 54 ou du réservoir bulle 53, lorsque le volume moteur, rempli de fluide sous pression, du cylindre 48 est relié à un réservoir. Le coussin pneumatique 54

constitue un élément élastique qui s'oppose à la pression du pis-

ton lorsque celui-ci est soumis au fluide moteur ou au fluide sous pression. Le coussin pneumatique peut également être remplacé par un ressort

disposé dans le cylindre 48. Il est également possible de rempla-

cer le réservoir bulle 53 par un réservoir à soufflets.

La contrepression que l'élément élastique, c'est-à-dire le cous-

sin pneumatique 54 de la figure 6, exerce sur le piston 49,

est déterminée par un manomètre 55 qui permet de mesurer la pres-

sion du fluide moteur ou du fluide sous pression pour toute po-

sition du piston 49 dans le cylindre. La pression mesurée corres-

pond à tout moment à la contrepression d'élément élastique et, pour une caractéristique d'élasticité ou du ressort définie, correspond à une position définie du piston 49 dans le cylindre 48. Les valeurs ainsi mesurées de la pression sont exploitées pour le pilotage automatique pour atteindre une position donnée du piston. L'analyse des valeurs mesurées de la pression, ainsi que leur exploitation pour le pilotage pour atteindre une valeur

de consigne se font dans l'unité de commande C selon figure 3.

Comme représenté sur la figure 6, en plus du pilotage automati-

que on peut encore avoir une commande manuelle. Cette commande

manuelle se fait manoeuvrant un contact 56 qui permet d'interrom-

pre le pilotage automatique sur valeur de consigne.

Les signaux de sortie provenant de l'analyse de la pression et de l'unité de commande C avec calculateurs fonctionnels servent à l'asservissement du dispositif de régulation hydraulique 57 qui est en relation hydraulique avec une pompe hydraulique 58 et un réservoir 59 d'une part e- t le volume de fluide sous pression

60 du cylindre moteur 48 d'autre part.

Les avantages du "dispositif à réaction" décrits sont évidents. On

n'a besoin que d'une seule conduite hydraulique 51 reliée au cy-

lindre moteur 48. En cas de défaillance de cette conduite les

éléments élastiques opèrent aussitôt un déplacement du piston mo-

teur 49 vers la gauche, la position finale à gauche du piston 49 correspondant de préférence à la position de fermeture du tiroir de la poche de coulée relié au piston 49 ou a la tige de piston 50. Avec ce dispositif il n'y a pas besoin d'émetteur locale de signaux. Le dispositif représenté sur la figure 6 peut se combiner avec celui représenté sur la figure 3. Les dispositifs décrits pour fournir le rétrosignal donnant la position du piston moteur, qui est en liaison positive avec le tiroir de la poche de coulée, travaillent de façon extrêmement précise. On obtient de cette façon un comportement extrêmement

stabilisé de l'ensemble du pilotage tendant à respecteur la va-

leur de consigne.

Toutes les caractéristiques décrites dans ce descriptif consti-

tuent, prises isolément ou en combinaison, l'objet de revendi-

cation selon l'invention, pour autant qu'elles n'appartiennent

pas déjà à l'état actuel de la technique.

Bien entendu diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux dispositifs qui viennent d'être décrits

uniquement à titre d'exemple non limitatifs sans sortir du ca-

dre de l'invention.

Claims (10)

Revendications

1. Procédé permettant de piloter le tiroir d'extraction d'un ré-

cipient pour coulées métallurgiques en fonction de la modifi-

cation du niveau du bain du volume du bain de fusion qui en est coulé, caractérisé par un pilotage pas à pas orienté sur une valeur de consigne déterminée de l'ouverture de coulée, o les valeurs de pilotage concernant le tiroir de coulée sont obtenues et régulées, en tenant compte de la valeur du

niveau qui existe au-dessus des tiroirs de coulée à tout ins-

tant de la coulée ou après toute durée de la coulée, au

moyen du volume de bain de fusion calculé en prenant l'inté-

grale en fonction du temps des ouvertures réelles du tiroir

que l'on a euqprécédemment à tout instant.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les valeurs de consigne de pilotage sont à tout moment comparées au moins à un point de mesure donnant la valeur limite du niveau du bain et orientées sur au moins un point de mesure de telle sorte qu'un déplacement du tiroir de coulée soit

toujours provoqué lorsque le point de mesure donnant la va-

leur limite est dépassé.

3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou

2, caractérisé en ce que les valeurs de consigne de pilota-

ge se situent à l'intérieur d'une bande de valeur de consi-

gne définie par deux points de mesure donnant la valeur limite du niveau du bain, de telle façon qu'un déplacement du tiroir de coulée soit toujours provoqué lorsque l'on sort de la bande de valeur de consigne par valeur supérieure ou inférieure.

4. Procédé selon l'une quelconque des revendications I à 3,

caractérisé en ce qu'en cas de dépassement du niveau du bain, par valeur supérieure ou inférieure, au-dessus ou en-dessous d'une limite extrême haute ou basse, le tiroir de coulée se déplace à vitesse plus élevée pour revenir à sa position de

fermeture ou de pleine ouverture.

5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 3 ou 4,

caractérisé en ce que le déplacement correcteur respectif du tiroir de coulée est une fonction de C T. v o C - Largeur de la bande de valeur de consigne

AT-= Intervalle de temps depuis la phase de pilotage précéden-

te ou temps qui s'écoule pendant que le niveau du bain

monte ou descend en parcourant la bande de valeur de con-

signe définie par les deux points de mesure donnant la valeur limite, et

v w vitesse de coulée respective.

6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que la vitesse de coulée respective est obtenue dans un ordinateur selon l'équation suivante v; 2g hn v L o L - Longueur du canal de décharge D w Diamètre du canal de décharge - Coefficient de résistance (résistance à l'écoulement) g Accélération de la pesanteur hn - Niveau hydrostatique effectif dans le récipient, et le niveau hydrostatique hn s'obtient à partir de l'équation Qn

hn ho -

Ao avec ho - niveau hydrostatique maximum dans le récipient, Ao = surface de la section du récipient, et Qn - quantité du bain de fusion qui s'est écoulée hors du récipient pendant l'intervalle de tempsà T.

7. Procédé selon l'une quelconque des revendications là 6, carac-

térisé en ce que Qn se calcule à partir de tn Qn= f f(t). dt. Aj t] o

AI - Valeur réelle de la surface de l'ouverture du tiroir.

8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, carac-

térisé en ce que le déplacement correcteur respectif se calcule à partir de c bn * f ( _Z) AT. v o "Z" est un facteur correctif que l'on calcule en comparant au moins une partie des valeurs réelles de pilotage avec les

valeurs réelles de pilotage de la correction précédente.

9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que les valeurs réelles AT- Intervalle de temps v w Vitesse de coulée Q - Volume ou débit du bain de fusion AI - Valeur réelle de la surface d'ouverture du tiroir h a Niveau hydrostatique dans le récipient sont mémorisées chaque fois dans un registre à tiroir parallèle pour comparaison avec les valeurs réelles correspondantes qui viennent immédiatement ensuite; et sont ensuite déplacées pour

le calcul du facteur correctif dans une unité de calcul.

10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, o le

tiroir de coulée est piloté par un vérin de travail hydrauli-

que, caractérisé en ce que les valeurs réelles de l'ouverture

du tiroir sont mesurées en utilisant un vérin de référence dis-

posé a l'écart des conditions d'ambiance extrêmes du récipient, les pertes de liquide par fuite dans le vérin de travail

étant prises en compte.

Il. Procédé selon l'une quelconque des revendications I à 9, o le

tiroir decoulée est piloté par un vérinsollicité des deux c8tés, caractérisé en ce que la détermination des valeurs réelles d'ouverture du tiroir se fait en utilisant des débitmétres

correspondants aux deux chambres de travail du verin, les per-

tes de liquide par fuite dans le vérin éEant prises en compte.

12, Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, o le

tiroir de coulée est piloté par un vérin, caractérisé en ce que pour déterminer les valeurs réelles de l'ouverture du tiroir,

on mesure la pression, agissant en direction opposée a la pres-

sion du piston, d'un élémenut élastique agissant sur le piston.