FR2548351A1 - Procede et appareillage de mesure sans contact d'une coquille solidifiee d'une piece metallique coulee - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN PROCEDE ET UN APPAREILLAGE DE MESURE DE L'EPAISSEUR D'UNE COQUILLE SOLIDIFIEE D'UNE PIECE METALLIQUE COULEE EN COURS DE SOLIDIFICATION, PAR EXEMPLE UNE BRAME EMERGEANT DE FACON CONTINUE DE LA SORTIE D'UN MOULE D'UNE MACHINE DE COULEE CONTINUE. LA MESURE EST FAITE SANS CONTACT AVEC LA PIECE PAR APPLICATION D'UN CHAMP MAGNETIQUE ALTERNATIF A LA PIECE COULEE 1 SORTANT DU MOULE 5 ET LA GRANDEUR DE COURANTS DE FOUCAULT PRODUITS A L'INTERIEUR DE LA PIECE EST DETECTEE PAR UN ENSEMBLE DE DETECTION COMPRENANT UN NOYAU MAGNETIQUE 21, UN ENROULEMENT PRIMAIRE 22 ET UN ENROULEMENT SECONDAIRE 23, L'EPAISSEUR DE LA COQUILLE SOLIDIFIEE ETANT MESUREE EN FONCTION DES DIFFERENCES CREEES DANS LES COURANTS DE FOUCAULT EN CORRESPONDANCE AUX DIFFERENCES DE RESISTIVITE ELECTRIQUE ENTRE LA PARTIE SOLIDIFIEE 1A, 1C ET LA PARTIE NON SOLIDIFIEE 1B DE LA PIECE COULEE.

Description

La présente invention concerne un procédé de mesure du type à détection de

courants de Foucault et un appareil de mesure utilisé avec celui-ci pour mesurer en l'absence de contact l'épaisseur d'une coquille solidifiée 5 d'une pièce métallique moulée dont la partie interne n'est pas solidifiée, par exemple une brame en cours de solidification émergeant de la sortie d'un moule d'une machine de coulée continuee ou bien un bloc métallique en cours de

solidification à l'intérieur d'un moule dans un processus de 10 coulée pièce par pièce.

Lors de la coulée d'un métal, en particulier lors de la coulée continue d'acier, l'épaisseur d'une coquille solidifiée d'une brame à la sortie d'un moule d'une machine de coulée continue doit toujours être maintenue constante. 15 L'épaisseur de coquille est en relation directe avec la

vitesse de sortie de la brame du moule et elle est également en relation avec les conditions de refroidissement du moule.

Des variations d'épaisseur de la coquille solidifiée juste à la sortie du moule créent des problèmes difficiles comme la 20 production d'un renflement dans la brame dans une position située en aval de la sortie du moule ou bien la production de

défauts à l'intérieur de la brame.

Dans un procédé connu de mesure d'épaisseur de coquille du type sans contact, un champ magnétique pulsatoire 25 puissant est appliqué à une surface d'une brame coulée juste à la sortie d'un moule d'une machine de coulée continue de façon que l'effet d'induction électromagnétique crée par le champ magnétique oscillatoire produise des ondes ultrasoniques dues à la force de Lorentz dans la brame, et les ondes ultra30 soniques se propageantdans la brame sont détectées par un capteur ultrasonique utilisant un enroulement de détection dé courants de Foucault sur l'autre surface de la brame, en mesurant ainsi seulement l'épaisseur totale de la brame au moyen d'une échelle Magne ou analogue et en mesurant également 35 le temps de propagation des ondes ultrasoniques à l'intérieur de la brame pour mesurer l'épaisseur de coquille solidifiée de la brame à partir du temps de propagation en correspondance avec la différence entre la vitesse moyenne du son dans la phase solide du métal et la vitesse moyenne du son dans la

phase liquide du métal.

Les inconvénients de ce type de procédé connu peuvent être résumés comme suit: ( 1) Puisqu'on mesure l'épaisseur totale des couches solidifiées sur les côtés d'une brame coulée dans la direction de l'épaisseur, il est impossible de faire une distinction entre un cas o la couche solidifiée située d'un côté a une épaisseur plus grande que la couche solidifiée 10 située de l'autre c 8 té et un cas o les deux couches

solidifiées ont des épaisseurs égales.

( 2) Puisque la génération des ondes ultrasoniques est effectuée en appliquant un courant pulsatoire de haute tension à un enroulement d'excitation, il est nécessaire d'utiliser 15 une source de haute tension ( 15 à 30 k V) et cela pose un problème d'isolation très difficile à résoudre du point de

vue pratique.

( 3) Du fait de l'utilisation d'ondes ultrasoniques, la sensibilité de détection est faible et en conséquence il est 20 difficile d'augmenter le degré de relevage de la tête de détection par rapport à la brame coulée Incidemment, les degrés de relevage dans les systèmes maintenant utilisés en pratique sont de l'ordre de plusieurs millimètres au maximum et en particulier la brame coulée et la tête de détection entrent inévitablement en contact ou viennent buter l'une contre l'autre si les irrégularités de surface

de la brame sont grandes.

L'objet principal de la présente invention est de créer un procédé et un appareillage pour mesurer sans 30 contact l'épaisseur d'une coquille solidifiée d'une brame

coulée au repos ou en mouvement.

L'invention a également pour objet de créer un procédé et un appareillage permettant d'effectuer la mesure

désirée même si la tête de détection se trouve à une distance 35 par exemple de plus de 10 mm de la surface de brame.

L'invention a également pour objet de créer un procédé et un appareillage permettant d'effectuer la mesure désirée sans utiliser une source de courant à haute tension.

L'invention a en outre pour but de créer un procédé et un appareillage permettant d'effectuer des mesures

stables dans des conditions variables de la température.

L'invention a également pour but de créer un procédé et un appareillage permettant en outre de mesurer par exemple la distribution d'épaisseurs de coquille solidifiée

dans le sens de la largeur d'une brame coulée.

L'invention a en outre pour but de créer un procédé et un appareillage permettant de sélectionner une 10 plage désirée de mesure d'épaisseurs ou simultanément d'effectuer des mesures par rapport à plusieurs plages de

mesures qui sont différentes l'une de l'autre.

L'invention a également pour but de créer un procédé et un appareillage permettant d'éviter une erreur de 15 mesure due à des variations de la distance séparant la tête de détection de la brame et causées par les irrégularités de surface de la brame, les vibrations de la brame ou analogue% en particulier dans le cas d'une mesure continue de l'épaisseur

de coquille solidifiée de la brame mobile émergeant du moule 20 d'une machine de coulée continue.

Conformément à un mode de réalisation de l'invention, le procédé de mesure comprend fondamentalement les étapes consistant à: appliquer un champ magnétique alternatif à une pièce coulée métallique dont l'intérieur n'est pas solidifié détecter sans contact la grandeur de courants de Foucault produits dans la pièce coulée au moyen d'un enroulement de détection; et mesurer l'épaisseur de la coquille solidifiée de la pièce 30 coulée à partir de la grandeur des courants de Foucault et en concordance avec la différence de résistance électrique entre la partie non solidifiée et la partie solidifiée

de la pièce coulée.

Le concept fondamental de la présente invention 35 consiste en ce que, lorsqu'un certain métal à l'état liquide passe dans un état solide lors du refroidissement, c'est-àdire lorsque le métal est solidifié, la résistivité électrique du métal varie de façon discontinue et rapidement et la vitesse de variation de la résistivité en fonction de la tempéature au cours d'un refroidissement du métal depuis la température de solidification jusqu'à environ l OOOC est faible. Ainsi, si V représente la valeur de la P tension alternative appliquée à l'enroulement d'excitation qui produit le champ magnétique alternatif appliqué à la brame coulée, la tension Vs engendrée dans l'enroulement de détection servant à la détection des courants de Foucault à l'inté10 rieur de la brame coulée est définie par la relation suivante

= K V

Vs pÀ ou K désigne un coefficient de couplage, dont la valeur est déterminéme par les dimensions de l'enroulement de détection et de son noyau magnétique, par l'espacement relatif de l'enroule15 ment de détection et de la brame coulée, par la fréquence de la tensi Lon alternative appliquée à l'enroulement d'excitation, par la résistivité de la phase liquide de la brame, par la résistivité de la phase solide, par l'épaisseur de la coquille solidifiée, etc. Lorsque l'épaisseur de la coquille solidifiée est augmentée dans une zone d'épaisseur prédéterminée à partir de la surface de la brame coulée, la proportion de la partie solide dans cette zone est augmentée de sorte que la résistivité électrique de la zone dans son ensemble est réduite consi25 dérablement par comparaison à la valeur avant augmentation de l'épaisseur de coquille et cela se traduit à son tour par une

augmentation des courants de Foucault passant dans la zone.

Cela signifie un changement du coefficient de couplage dans la relation mentionnée ci-dessus de sorte que, en mesurant la grandeur V de la tension alternative engendrée dans l'enroules ment de détection, il est possible de mesurer l'épaisseur de

la coquille solidifiée de la brame placée en regard de l'enroulement de détection.

Avec le procédé de mesure correspondant à un 35 autre mode de réalisation de l'invention, l'étape de mesure sans contact de la grandeur des courants de Foucault à l'intérieur de la pièce coulée par l'enroulement de détection utilise un enroulement fictif ayant une caractéristique de température équivalente à celle de l'enroulement de détection et un coup 3 'w magnétique relativement faible avec la pièce coulée en combinaison différentielle avec l'enroulement de détection, en assurant ainsi une compensation de l'influence de la température sur le signal de détection produit par l'enroulement détecteur. Avec le procédé de mesure correspondant à encore un autre mode de réalisation de l'invention, plusieurs enroulements de détection sont disposés en ligne et une autre 10 étape est ajoutée pour la mesure de la distribution des épaisseurs de coquille solidifiée dans la direction de l'ensemble d'enroulements en correspondance aux signaux de détection fournis par les différents enroulements Dans ce cas, le procédé de sélection séquentielle des signaux de détection provenant de plusieurs enroulements de détection

au moyen d'un multiplexeur et d'une exécution répétée de l'analyse dans la direction de l'ensemble d'enroulements rentre également dans le cadre de la présente invention.

Conformément à la présente invention et d'un 20 point de vue plus pratique, un champ magnétique alternatif de basse fréquence est appliqué à une surface de la pièce coulée et la fréquence du champ magnétique alternatif de basse fréquence est prédéterminée de manière que la profondeur de pénétration des courants de Foucault engendrés à l'initérieur 25 de la pièce coulée est limitée au milieu de la partie interne de la pièce coulée, en déterminant ainsi arbitrairement la

plage de mesure au moyen d'un réglage de la fréquence.

Le champ magnétique alternatif de basse fréquence n'a pas besoin d'avoir une seule composante de basse fréquence 30 et il peut comporter une pluralité de composantes de fréquences

qui sont différentes l'une de l'autre.

Dans ce cas, il se produit dans l'enroulement de détection un signal de détection comprenant une pluralité de composantes de signal de basse fréquence correspondant chacune à une des différentes composantes de fréquence et les composantes de signal de basse fréquence sont extraites séparément en effectuant ainsi simultanément la mesure pour chacune d'une pluralité de plages de mesure qui sont différentes l'une

de l'autre ou qui se chevauchent mutuellement.

Avec le procédé de mesure correspondant à encore un autre mode de réalisation de l'invention, un champ magnétique alternatif de haute fréquence est superposé au champ magnétique alternatif de basse fréquence et est appliqué à la pièce coulée Ce champ magnétique alternatif de haute fréquence est un champ ayant une haute fréquence telle qu'elle assure la génération de courants de Foucault de haute fréquence se propageant concentriquement dans la partie superficielle 10 de la pièce coulée ou produisant l'effet de peau des courants de Foucault Ensuite les composantes du signal de basse fréquence et la composante du signal de haute fréquence sont séparément dérivées du signal de détection provenant de l'enroulement détecteur et la composante de signal de haute fréquence compense les composantes de signal de basse fréquence lors d'une erreur de mesure imputable aux irrégularités dans la surface de la pièce coulée et à une variation de la distance séparant l'enroulement détecteur de la surface de la pièce coulée Ce procédé convient particulièrement bien comme 20 procédé de mesure continu de haute précision dans des cas o

la brame coulée se déplace de façon continue.

Lorsque la présente invention est appliquée à une brame d'acier coulée classiquement d'une manière continue, la fréquence du champ magnétique alternatif de basse fréquence 25 est choisie à 1000 Hz ou moins, de préférence à 800 Hz ou moins, et la fréquence du champ magnétique alternatif de haute fréquence compensateur est choisie à 1000 Hz ou plus, de

préférence à 1600 Hz ou plus.

L'invention se rapporte également à un appareil30 lage de mesure pour la mise en oeuvre du procédé de mesure mentionné ci-dessus et, en correspondance à son mode de réalisation de principe, l'appareillage de mesure d'épaisseur de coquille solidifiée comprend: une tête de détection comportant un enroulement primaire et 35 un enroulement secondaire et placée à une distance prédéterminée de la surface d'une pièce métallique coulée comportant une partie intérieure non solidifiée en étant dirigée vers cette dernière de façon que les deux enroulements et la pièce coulée soient couplés magnétiquement entre eux; un dispositif d'excitation pour appliquer un courant alternatif à l'enroulement primaire de façon que le flux alternatif produit par leenroulement primaire pénètre dans la pièce coulée; et un circuit de détection pour détecter l'amplitude d'une tension alternative engendrée dans l'enroulement secondaire couplé magnétiquement avec la pièce coulée et pour engendrer à la sortie une valeur de mesure correspondant à l'épaisseur 10 de la coquille solidifiée de la pièce coulée en cours de solidification. Avec l'appareillage conforme à un autre mode de réalisation de l'invention, en addition à la structure de base mentionnée ci-dessus, l'enroulement secondaire comprend un enroulement de détection et un enroulement fictif et l'enroulement fictif a la même caractéristique de temperature que l'enroulement de détection et il est placé à l'intérieur de la tête de détection de façon que le couplage magnétique entre lui et la pièce coulée soit faible par comparaison à celui entre l'enroulement de détection et la piece coulée L'enroulement de détection et l'enroulement fictif sont tous deux couplés magnétiquement avec l'enroulement primaire et ils sont reliés différentiellement entre eux de manière que leurs tensions induites soient combinées avec une différence de 25 phase de W radians Dans le cas de ce mode particulier de réalisation, la tête de détection comprend un noyau magnétique en forme de H et le noyau magnétique en forme de H comporte deux branches parallèles et une seule partie centrale de liaison reliant les deux branches sensiblement au centre de 30 leurs longueurs L'enroulement primaire est bobiné sur la partie centrale de liaison et l'enroulement de détection et l'enroulement fictif sont respectivement bobinés sur les c 8 tés

de la partie centrale d'une des branches.

Dans l'appareillage correspondant à encore un 35 autre mode de réalisation de l'invention, la tête de détection comprend plusieurs enroulements secondaires disposés en ligne et elle est reliée à un multiplexeur qui assure successivement la sélection et la génération des signaux de détection des 254835 t enroulements secondaires en permettant ainsi à la tête de

détection d'effectuer une analyse automatique dans la direction de répartition des enroulements secondaires.

Le dispositif d'excitation fournit en principe un courant alternatif à une seule basse fréquence à l'enroulement primaire. Dans l'appareillage correspondant à encore un autre mode de réalisation de l'invention, le dispositif d'excitation produit un courant alternatif comportant plusieurs composantes de fréquence ayant des basses fréquences prédéterminées qui sont différentes l'une de l'autre et le circuit de détection comprend des moyens de sélection de fréquences pour séparer une pluralité de composantes de signal de basse fréquence correspondant à une des composantes de 15 fréquence à partir d'un signal de tension alternative engendré par l'enroulement secondaire, en produisant ainsi à la sortie une mesure d'épaisseur de coquille à partir de la valeur d'amplitude du signal provenant de chacun des moyens

de sélection de fréquence.

Avec l'appareillage correspondant à encore un autre mode de réalisation de l'invention, le dispositif d'excitation produit un courant alternatif de basse fréquence et un courant alternatif de haute fréquence, et le courant alternatif de haute fréquence est appliqué à l'enroulement primaire de manière qu'un champ magnétique alternatif de haute fréquence soit engendré par l'enroulement primaire tandis que le champ magnétique alternatif de haute fréquence produit des courants de Foucault de haute fréquence qui se propagent concentriquement dans la partie superficielle de la pièce coulée Egalement le circuit de détection comprend un moyen pour extraire une composante de signal de haute fréquence correspondant aux courants de Foucault de haute fréquence du signal de détection engendré par l'enroulement secondaire et des moyens réagissant à la composante de signal de haute fréquence pour la compensation des composantes de signal de basse fréquence du signal de détection lors d'une erreur de mesure imputable aux irrégularités de surface de la pièce coulée et à une variation du degré de relevage de la tête de

détection par rapport àla surface de pièce coulée.

Conformément à l'invention, du fait de la mesure d'une épaisseur de coquille solidifiée au moyen de l'effet d'induction électromagnétique, on obtient comme avantages que l'épaisseur d'une coquille solidifiée d'un côté d'une brame coulée au repos ou en mouvement puisse être mesurée avec absence de contact, que la distance de séparation ( le degré de relevage) entre la tête de détection et la surface de brame puisse être sélectionnée à une valeur aussi grande que 20 à 30 mm et qu'il ne soit pas nécessaire d'utiliser une source de haute tension Egalement du fait que plusieurs champs de fréquences différentes produits par des courants alternatifs de basse fréquence, sont appliqués et puisque les résultats des mesures correspondant aux composantes 15 de fréquences respectives sont combinés, le nombre des plages

de mesure est augmenté sans aucune altération de la linéarité.

En outre l'utilisation d'un champ magnétique alternatif de haute fréquence en superposition est avantageuse par le fait que la composante de signal de haute fréquence du signal de 20 détection fournit une information sur les variations des conditions surfaciques de la brame coulée et du degré de relevage et par conséquent la composante de signal de haute fréquence est utilisée pour assurer une compensation de signal de façon à annuler toute erreur de mesure imputable 25 auxdites variations, ce qui permet d'obtenir des résultats satisfaisants même lors de la mesure continue sur une brame en mouvement En outre, si plusieurs têtes de détection sont disposées en ligne et sélectionnées simultanément ou successivement par l'intermédiaire d'un multiplexeur pour effectuer des mesures, il est possible de mesurer un modèle de distribution d'épaisseurs de coquille dans la direction de répartition des têtes En outre, en répartissant les différentes têtes de détection circonférentiellement autour de la brame coulée, il est possible de mesurer des épaisseurs de coquille, un modèle de répartition desdites épaisseurs ainsi qu'une forme

de section de la brame coulée.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mis en évidence dans la suite de la

description en référence aux dessins annexés dans lesquels:

la figure 1 est un graphique donnant respectivement les résistivités électriques du fer à l'état liquide et à l'état solide, les abscisses représentant la température T (OC) et les ordonnées la résistivité p x 106 ( Q cm), la figure 2 est un graphique représentant à échelle agrandie la partie de la figure 1 autour du point de fusion < 1539-C), la figure 3 est un schéma à blocs montrant la structure de l'appareillage de base conforme à l'invention, la figure 4 a est un schéma de circuit montrant un autre exemple de la liaison d'enroulements de la tête de détection, la figure 4 b est un schéma montrant l'agencement du noyau magnétique et des enroulements de la tête de détection de la figure 4 a, la figure 5 est un graphique représentant l'épaisseur de coquille solidifiée en fonction de la caractéristique de sortie de l'appareillage de mesure conforme à l'invention, les abscisses représentant l'épaisseur réelle de coquille d (mm) et les ordonnées représentant la tension de sortie e (V) o du circuit de détection, la figure 6 est un schéma à blocs représentant un autre mode de réalisation de l'invention, la figure 7 est un schéma à blocs représentant encore un autre mode de réalisation de l'invention, la figure 8 est un schéma à blocs représentant encore un autre

mode de réalisation de i'invention.

Les figures 1 et 2 sont des graphiques donnant à titre d'exemple des variations de la résistivité électrique du fer à l'état liquide et à l'état solide La résistivité électri30 que du fer varie de façon discontinue entre l'état liquide et l'état solide, le point de fusion (M P) définissant une ligne de délimitation, et en outre la variation de résistivité électrique est faible dans la plage comprise entre le point de fusion et environ 1000 C Cette caractéristique est la même pratiquement pour tous les types d'aciers se composant principalement de fer, excepté que la résistivité électrique à l'état liquide diffère plus ou moins en fonction de la teneur

en carbone.

La figure 3 représente un mode de réalisation de principe de l'invention Sur cette figure, une brame coulée 1 est évacuée de façon continue par des rouleaux 6

de la sortie d'un moule 5 d'une machine de coulée continue.

Dans une position située juste en dessous du moule 5 est placée une tête de détection 2 qui est dirigée vers la brame 1 à une distance prédéterminée de la surface de la brame l d'un c 8 té de celle-ci La tête de détection 2 comprend un noyau 21 formé d'une matière magnétique ainsi qu'un enroulement 10 primaire 22 et un enroulement secondaire 23 qui sont bobinés sur le noyau 21 Une tension alternative d'une fréquence prédéterminée est appliquée par une excitatrice 3 à tl'enroulement primaire 22 et l'enroulement secondaire 23 est relié à la borne d'entrée d'un amplificateur 41 d'un circuit de détection 15 4 Le signal de sortie de l'amplificateur 41 est détecté par un détecteur 42 Il est à noter que la brame coulée 1 comprend une coquille solidifiée la Placée du c 8 té de la tête, une coquille solidifiée lc placée du c 8 té opposé et une partie non solidifiée lc formant la zone interne entre les deux premières. 20 Lorsque la tension alternative est appliquée à l'enroulement primaire 22 par l'excitatrice 3, un flux alternatif se propage sur un trajet magnétique fermé qui passe par le

noyau 21 et la trame coulée l par l'intermédiaire d'un intervalle Il est évident que le 4 enroulements primaire et secon25 daire 22, 23 sont incorporés dans ce trajet magnétique fermé.

Des courants de Foucault sont produits dans la brame 1 par le flux alternatif la traversant et les courants de Foucault ont une grandeur correspondant à l'amplitude d'un signal de tension alternative engendré dans l'enroulement secondaire 23. 30 Le signal de tension alternative engendré dans l'enroulement secondaire 23 est amplifié par l'amplificateur 41 du circuit de détection 4 et ensuite le signal est détecté par le détecteur 42, en produisant à la sortie une valeur de mesure e

correspondant à l'amplitude du signal.

La figure 5 représente un exemple d'une caractéristique de sortie de l'appareillage de mesure conforme à l'invention Cette courbe caractéristique est obtenue en utilisant de l'acier fondu et en mesurant effectivement la relation entre l'épaisseur de coquille solidifiée et la tension de sortie e du circuit de détection 4 Dans ce cas, la mesure réelle de l'épaisseur de coquille d ( mm) a été faite sur la base des températures de formation de coquille ( solidification) mesurées par des thermocouples et les valeurs de la tension de sortie e (V) correspondant aux temperatures de solidification de la brame pour les épaisseurs respectives ont été enregistrées La fréquence utilisée a été de 400 Hz et le relevage a été de 20 mm Comme le montre la 10 figure 5, il existe une relation proportionnelle entre l'épaisseur de coquille solidifiée et la tension de sortie e O La figure 4 a est un schéma de branchement d'enroulement montrant un autre exemple de la tète de détec15 tion 2 et, dans ce cas, la tête 2 comprend un enroulement primaire 22 et un enroulement secondaire 23 comportant deux bobines 23 a et 23 b ayant la même caractéristique de température Une bobine 23 a formant une partie de la bobine secondaire 23 est une bobine de détection qui est placée dans une position plus rapprochée de la brame lttandis que la bobine 23 b est une bobine fictive placée dans une position éloignée de la brame 1 En d'autres termes, la bobine de détection 23 a présente un degré de couplage magnétique avec la brame 1 qui est plus fort que la bobine fictive 23 b La bobine de détec25 tion 23 a et la bobine fictive 23 b sont toutes deux bobinées sur un seul noyau magnétique 21 et également la bobine de détection 23 a et la bobine fictive 23 b sont reliées différentiellement entre elles de sorte que les signaux de tension alternative engendrés dans les deux bobines sont combinés 30 avec une différence de phase mutuelle de 1 T (radians) Plus spécifiquement, ce résultat peut être obtenu par exemple en enroulant la bobine détectrice 23 a et la bobine fictive 23 b dans les directions opposées et en les reliant en série l'une

avec l'autre.

La figure 4 b représente un bon exemple de la liaison permettant d'engendrer une différence entre les degrés de couplage magnétique de la brame 1 avec la bobine de détection 23 a et avec la bobine fictive 23 b Plus spécifiquement, un noyau 21 B en forme de H est utilisé comme le noyau magnétique de la tête de détection 2, ce noyau 21 B en forme de H comprenant une paire de branches parallèles 25 et 26 et une partie de liaison 24 pour relier les branches 25 et 26 dans leurs positions centrales La bobine primaire 22 est enroulée sur la partie de liaison 24 et la bobine de détection 23 a est enroulée sur une partie 25 a d'une branche 25 qui est située sur le c 8 té de la brame 1 La bobine fictive 23 b est enroulée sur une partie 25 b de la branche 25 qui est éloignée de la 10 brame Dans cet exemple, la bobine de détection 23 a est placée dans un trajet magnétique fermé suivant lequel le flux alternatif engendré par la bobine primaire 22 s'écoule autour de la brame 1 tandis que la bobine fictive 23 b est placée sur le côté extérieur du trajet magnétique fermé En conséquence, seulement une composante de signal correspondant seulement à la grandeur des courants de Foucault engendrés à l'intérieur de la brame 1 apparaît dans la tension produite dans la bobine secondaire 23 dans son ensemble et la bobine fictive 23 b remplit la fonction d'éliminer non seulement les variations dues à des changements de température mais également toutes les composantes indésirables de signal provenant de la

tension engendrée dans la bobine secondaire 23.

La figure 6 est un schéma à blocs d'un appareillage de mesure pour la mise en oeuvre d'un procédé correspon25 dant à un autre mode de réalisation de l'invention Dans ce mode de réalisation, on utilise une tête de détection 2 du

même type que celui indiqué sur la figure 3. En relation avec le mode de réalisation précédemment décrit, il est prévu

dans le nouveau mode de réalisa30 tion que des tensions alternatives de fréquences différentes ( par exemple 400, 800 et 1600 Hz) soient appliquées simultanément à une seule bobine primaire Une excitatrice 3 A comprend trois oscillateurs 33 A, 33 B et 33 C, un mélangeur 31 A pour mélanger les signaux de sortie des trois oscillateurs 35 et un amplificateur de puissance 32 A pour amplifier et transmettre le signal de sortie du mélangeur 31 A à un enroulement primaire 22 de la tête 2 Un circuit de détection 4 A comprend un amplificateur 41 A pour amplifier le signal de détection provenant de la tête 2, trois filtres à bande pass Mte 43 A, 43 B et 43 C correspondant respectivement aux fréquences d'oscillaton fli f 2 et f 3 des trois oscillateurs, trois détecteurs 42 A, 42 B et 42 C pour détecter respectivement 5 les signaux séparés par les filtres à bande passante respectifs et deux amplificateurs différentiels de compensation 44 A et 44 B. Les oscillateurs 33 A,33 B et 33 C appliquent respectivement des tensons alternatives (Vfl, Vf 2 et Vf 3) de fréquences fl, f 2 et f 3 au mélangeur 31 A de manière que la tension alternative mélangée résultante soit amplifiée en puissance par l'amplificateur de puissance 32 A et soit ensuite appliquée à l'enroulement primaire 22 de la tête de détection 2 D'une manière analogue au mode de réalisation mentionné précédemment, l'enroulement secondaire 22 engendre un signal de détection correspondant aux courants de Foucault de manière que, après que le signal a été amplifié à un niveau donné par

l'amplificateur 41 A, le signal soit décomposé en fréquences fl, f 2 et f 3 qui sont détectées par les détecteurs 42 A, 42 B 20 et 42 C en produisantlainsi des valeurs de mesure e à e 3.

En supposant que fl = 400 Hz, f 2 = 800 Hz et f 3 = 1600 Hz, les courants de Foucault correspondant à chacune de ces fréquences sont produits à l'intérieur de la brame coulée 1 et la profondeur de pénétration des courants de 25 Foucault correspond à la fréquence Il en résulte que les courants de Foucault d'une fréquence fl = 400 Hz atteignent la partie relativement profonde de la brame 1 et que les courants de Foucault de fréquence f 2 = 800 Hz se propagent jusque dans la partie moins profonde de la brame 1 D'autre part, du fait de la haute fréquence, les courants de Foucault

de fréquence f 3 = 1600 Hz se concentrent dans la partie superficielle de la brame 1 à cause de l'effet de peau.

En considérant les fréquences fl et f 2, les mesures effectuées avec des champs magnétiques correspondants 35 à ces basses fréquences diffèrent l'une de l'autre en ce qui concerne la plage ou la gamme de mesure et une caractéristique

de sortie ayant une excellente linéarité est obtenue dans la plage de mesure correspondant à chacune desdites fréquences.

En conséquence, si des mesures sont faites en utilisant simultanément les deux fréquences, il est possible d'effectuer des mesures d'épaisseur de coquille dans la large plage de mesure tout en obtenant une linéarité satisfaisante pour la caractéristique de sortie Dans le cas de la mesure faite pour la haute fréquence f 3, on obtient comme valeur de mesure une tension de sortie e 3 correspondant au contour superficiel de la brame 1 ou bien à sa distance d'espacement par rapport à la tête 2 à la place de l'épaisseur de la coquille solidifiée En conséquence les signaux de sortie e 1 et e 2 sont respectivement appliqués à la borne positive d'entrée des amplificateurs différents de compensation de relevage 44 A et 44 B tandis que le signal de sortie e 3 est appliqué comme signal de compensation à la borne négative 15 d'entrée de chacun de ces amplificateurs différentiels, an traitant ainsi différentiellement les signaux et en mesurant alors l'épaisseur de la coquille solidifiée pour chacune des plages de mesure avec un haut degré de précision Il est à

noter que les amplificateurs différentiels 44 A et 44 E peuvent 20 chacun être remplacés par un multiplicateur.

La figure 7 est un schéma à blocs uprésentant encore un autre mode de réalisation de l'invention En ce qui concerne le mode de réalisation représenté, il est à noter qu'un détecteur linéaire est formé par une pluralité de t 5 tes 25 de détection disposées en ligne et ayant la mème structure que

ce qui a été décrit en référence aux figures 4 a et 4 b.

Une excitatrice 33 comprend un seul oscillateur basse fréquence 33 et un amplificateur de puissance 32 B. La tension alternative de basse fréquence fournie par l'ampli30 ficateur de puissance 32 B est appliquée en commun aux enroulements primaires de plusieurs t&tes de détection 2 A, 2 B, 2 C 2 N Comme le montre la figure 4 a, l'enroulement secondaire de chaque tête de détection produit un signal de sortie représentant la différence entre la tension Ea engendrée dans l'enroulement de détection et la tension Eb engendrée dans l'enroulement fictif, o Eo = Ea Eb, et les signaux de sortie des têtes de détection sont successivement appliqués à l'amplificateur de signaux 41 par l'intermédiaire d'un multiplexeur 7 Le cadencement de cette opération est commandé par les impulsions de cadencement engendrées par un générateur de signaux de commande Le signal de sortie de l'amplificateur 41 est détecté par un détecteur 42 et il est produit sous la forme d'un signal de sortie el Le signal de sortie e 1 O correspond alors à un Isignal de sortie produit par analyse des signaux de sortie des têtes de détection 2 A,

2 B,, 2 N dans une séquence temporelle De cette manière, on peut obtenir la distribution des épaisseurs de coquille O 10 dans la direction d'alignement des têtes de détection.

La figure 8 est un schéma à blocs d'un appareillage de mesure pour la mise en oeuvre d'encore un mode

d'application du procédé conforme à l'invention.

En relation avec le mode de réalisation de la 15 figure 7, des tensions alternatives de fréquences différentes ( par exemple de 400, 800 et 1600 Hz) sont simultanément appliquées à l'enroulement primaire de chacune des têtes de détection En d'autres termes, le mode de réalisation de la figure 8 applique le procédé de mesure de fréquences multiples 20 de la figure 6 au mode de réalisation du type-détecteur linéaire représenté sur la figuré 7 et ce mode de réalisation diffère de celui de la figure 7 en ce qu'une excitatrice 3 A

est du même type que celui utilisé dans le mode de réalisation de la figure 6 et qu'un circuit de détection 4 A est également 25 du même t 1 pe que celui utilisé sur la fig 6.

Les oscillateurs 33 A, 33 B et 33 C appliquent respectivement des tensions alternatives Vfil Vf 2 et Vf 3 de fréquences fl, f 2 et f 3 au mélangeur 31 A de façon que la tension combinée résultante soit amplifiée en puissance par 30 l'amplificateur de puissance 32 A et soit ensuite fournie en commun aux enroulements primaires respectifs des têtes de détection 2 A, 2 B,, 2 N De la même manière que dans le mode de réalisation de la fig 7, le signal de différence apparaissant à la sortie (Eo =Ea-Eb) est produit par l'enroule35 ment secondaire de chacune de têtes et les signaux de sortie sont successivement appliqués à l'amplificateur 41 A par l'intermédiaire du multiplexeur 7 Ensuite, après que le signal a été amplifié jusqu'à un niveau donné par l'amplificateur de signaux 41 A, le signal est décomposé en fréquences fi, f 2 et f 3 par les filtres à bande passante 43 A, 43 B et 43 C, la détection étant faite respectivement par les détecteurs 42 A,42 B et 42 C. Il en résulte que le détecteur 42 A produit successivement à sa sortie un signal de mesure ell correspondant à la fréquence fi pour chacune des têtes de détection 2 A, 2 B,, 2 N dans une séquence temporelle et que le détecteur 42 B produit d'une façon analogue et successivement 10 à sa sortie un signal de mesure e 12 correspondant à la fréquence f 2 pour chacune des têtes de détection 2 A, 2 B,, 2 N dans une séquence temporelle De façon analogue, le détecteur 42 C produit successivement à sa sortie un signal

de mesure e 13 correspondant à la fréquence f 3 pour chacune des 15 têtes de détection 2 A, 28, 2 N dans une séquence temporelle.

Les signaux de sortie ell, e 12 et e 13 sont synchronisés entre eux. Les amplificateurs différentiels 44 A et 44 B sont du même type de compensation de relevage que dans le mode 20 de réalisation de la fig 6 et leurs signaux résultant de sortie e 14 et e 15 correspondent respectivement à celui qui est obtenu par compensation du signal de sortie ell par le signal de sortie e 13 et à celui obtenu par compensation du signal

de sortie e 12 par le signal de sortie e 13.

Claims (15)

REVENDICATIONS

1 Procédé de mesure d'épaisseur de coquille solidifiée, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à: appliquer un champ magnétique alternatif à une pièce coulée métallique ( 1) comportant une partie interne non solidifiée (lc); détecter la grandeur de courants de Foucault produits à l'intérieur de la pièce coulée en opérant sans contact au 10 moyen d'un enroulement de détection ( 23 A); et mesurer l'épaisseur d'une coquille solidifiée (la, lb) de ladite pièce coulée à partir de la grandeur desdits courants

de Foucault en relation avec la différence de résistivité électrique entre une partie fondue non solidifiée et une 15 partie solidifiée de ladite pièce coulée.

2 Procédé de mesure selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un enroulement fictif ( 23 b), ayant une caractéristique de température équivalente à celle de l'enroulement de détection ( 23 a) et un couplage magnétique relative20 ment faible avec ladite pièce coulée ( 1), est combiné différentiellement avec ledit enroulement de détection en compensant ainsi en température un signal de détection provenant

dudit enroulement de détection.

3 Procédé de mesure selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit enroulement de détection ( 23 a) comprend une pluralité de bobines de détection disposées en ligne de façon qu'une distribution des épaisseurs de coquilles solidifiées dans la direction de répartition desdites bobines de détection soit mesurée en concordance avec une pluralité 30 de signaux de détection provenant de ladite pluralité de

bobines de détection.

4 Procédé de mesure selon la revendication 3, caractérisé en ce que les signaux de détection provenant de ladite pluralité de bobines de détection sont séquentielle35 ment sélectionnés par un multiplexeur ( 7) en vue de l'exécution

répétée d'une analyse par rapport à ladite direction de distribution desdites bobines.

Procédé de mesure selon la revendication 1, caract 4 risé en ce qu'un champ magnétique alternatif de basse fréquence est appliqué à une surface de ladite pièce coulée ( 1) et en ce que la fréquence dudit champ magnétique alternaS tif de basse fréquence est prédéterminée de telle sorte que la profondeur de pénétration de courants de Foucault produits à l'intérieur de ladite pièce coulée { 1) se situe à mi-distance à l'intérieur de ladite pièce coulée afin qu'une plage de

mesure soit déterminée par ladite fréquence.

6 Procédé de mesure selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un champ magnétique alternatif de basse fréquence comprenant plusieurs composantes de fréquences différentes est appliqué à une surface de ladite pièce coulée ( 1) de manière que plusieurs composantes de signal de basse 15 fréquence correspondant chacune à une desdites composantes de fréquence soient séparées d'un signal de détection provenant dudit enroulement de détecti 4 on an produisant ainsi simultanément une mesure pour chacune d'une pluralité de

différentes plages de mesure.

7 Procédé de mesure selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que la ou les fréquences dudit champ magnétique alternatif de basse fréquence sont de 1000 Hz ou

moins, de préférence de 800 Hz ou moins.

8 Procédé de mesure selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce qu'un champ magnétique alternatif de haute fréquence pour produire des courants de Foucault de haute fréquence s'écoulant seulement dans une partie superficielle de ladite pièce coulée ( 1) est superposé audit champ magnétique alternatif de basse fréquence et est appliqué à ladite pièce 30 coulée de façon que la ou lesdites composantes du signal de basse fréquence et une composante d'un signal de haute fréquence soient séparées d'un signal de détection provenant dudit enroulement de détection et que chacune desdites composantes de signal de basse fréquence soit compensée par ladite 35 composante de signal de haute fréquence lors d'une erreur de mesure due à des irrégularités dans la surface de la pièce

coulée et à une variation du degré de relevage dudit enroulement de détection à partir de ladite surface de pièce coulée.

9 Procédé de mesure selon la revendication 8, caractérisé en ce que la fréquence dudit champ magnétique alternatif de haute fréquence est de 1000 Hz ou plus, de

préférence de 1600 Hz ou plus.

10 Procédé de mesure selon une quelconque des

revendications 1 à 9, caractérisé en ce que ladite pièce

coulée ( 1) est une brame coulée de façon continue et émergeant en cours de solidification de la sortie d'un moule d'une

machine de coulée continue.

1 l 11 Appareillage pour mesurer l'épaisseur d'une coquille solidifiée d'une pièce coulée, caractérisé en ce qu'il comprend: un ensemble de têtes de détection ( 2; 2 A, 2 B 2 N) comprenant un enroulement primaire ( 22) et au moins un enroulement 15 secondaire ( 23) et positionné de façon à être dirigé vers ladite pièce coulée métallique ( 1) comportant une partie intérieure non solidifiée (lc) en étant placé à une distance prédéterminée d'une surface de la pièce et avec couplage magnétique desdits enroulements et de ladite pièce coulée, 20 un moyen d'excitation ( 3; 3 A; 3 B) pour appliquer un courant alternatif audit enroulement primaire ( 22) de manière qu'un flux alternatif engendré par l'enroulement primaire passe au travers de ladite pièce coulée ( 1); et un circuit de détection ( 4;

4 A) pour détecter la valeur 25 d'amplitude d'une tension alternative engendrée dans l'enroulement secondaire couplé magnétiquement avec ladite pièce coulée pour produire à la sortie un signal de mesure

(el, e 2 ' e 3, e 4, e 5; e 10; ell, e 12, e 13, e 14, e 15) correspondant à l'épaisseur d'une coquille solidifiée de ladite 30 pièce coulée en cours de solidification.

12 Appareillage de mesure selon la revendication 11, caractérisé en ce que ledit enroulement secondaire ( 23) comprend une bobine de détection ( 23 a) et une bobine fictive ( 23 b), ladite bobine fictive ( 23 b) ayant la même caractéristique 35 de température que ladite bobine de détection ( 23 a) et étant disposée à l'intérieur dudit ensemble de têtes de détection d'une manière telle que ladite bobine fictive ait un degré de couplage magnétique avec la pièce coulée qui soit plus petit que celui de ladite bobine de détection, en ce que chacune desdites bobine de détection et bobine fictive est couplée magnétiquement avec ledit enroulement primaire et en ce que ladite bobine de détection et ladite bobine fictive sont reliées différentiellement l'une avec l'autre de manière que des tensions engendrées dans celles-ci soient combinées avec

une différence de phase de Trradians.

13 Appareillage de mesure selon la revendication 12, caractérisé en ce que ledit ensemble de têtes de détection 10 comprend un noyau magnétique ( 21 B) en forme de H, en ce que ledit noyau magnétique en forme de H comprend deux branches parallèles ( 25, 26) et une partie centrale de liaison ( 24) reliant lesdites branches essentiellement dans les parties centrales de leurs longueurs, en ce que ledit enroulement primaire est bobiné sur ladite partie centrale de liaison ( 24) et en ce que ladite bobine de détection ( 23 d) est bobinée sur un côté de la partie centrale d'une desdites branches tandis que la bobine fictive ( 23 b) est bobinée sur l'autre c 8 té

de la partie centrale de ladite branche.

14 Appareillage de mesure selon la revendication 11, caractérisé en ce que ledit ensemble de têtes de détection comprend une pluralité d'enroulements secondaires disposés en ligne et reliés à une multiplexeur ( 7) pour assurer séquentiellement une sélection et une distribution de signaux de 25 détection à partir desdits enroulements secondaires de manière que ledit ensemble de têtes de détection soit automatiquement analysé dans la direction de répartition desdits

enroulements secondaires.

Appareillage de mesure selon la revendication 11, caractérisé en ce que ledit moyen d'excitation ( 3; 3 A; 3 B) produit un courant alternatif d'une seule basse fréquence prédéterminée. 16 Appareillage de mesure selon la revendication 11, caractérisé en ce que ledit moyen d'excitation ( 3; 3 A; 3 B) 35 produit un courant alternatif comprenant une pluralité de composantes de fréquence ayant chacune une basse fréquence différente prédéterminée et en ce que ledit circuit de détection ( 4; 4 A) comprend une pluralité de moyens de sélection de fréquence chacun adapté pour séparer d'un signal de tension alternative provenant dudit enroulement secondaire l'une d'une pluralité de composantes de signal de basse fréquence correspondant à une desdites composantes de fréquence, de façon à produire à la sortie un signal de mesure d'épaisseur de coquille à partir de la valeur d'amplitude d'un signal provenant de chacun desdits moyens de sélection de fréquence 17 Appareillage de mesure selon la revendication ou 16, caractérisé en ce que ledit moyen d'excitation 10 ( 3; 3 A; 3 83) produit ledit courant alternatif de basse fréquence et un courant alternatif de haute fréquence, en ce que ledit courant alternatif de haute fréquence est appliqué audit enroulement primaire de manière qu'un champ magnétique alternatif de haute fréquence soit engendré par cet enroule15 ment primaire de manière à produire des courants de Foucault de haute fréquence s'écoulant concentriquement dans une partie superficielle de ladite pièce coulée ( 1), et en ce que ledit circuit de détection ( 4;

4 A) comprend en outre un moyen pour extraire une composante de signal de haute fréquence corres20 pondant auxdits courants de Foucault de haute fréquence d'un signal de détection provenant dudit enroulement secondaire et un moyen de compensation de chaque composante de signal de basse fréquence dudit signal de détection par ladite composante de signal de haute fréquence lors d'une erreur de 25 mesure due à des irrégularités dans la surface de ladite pièce coulée ( 1) et à une variation du degré de relevage dudit ensemble de têtes de détection par rapport à ladite

surface de pièce coulée.