FR2698806A1 - Automatic filling of a continuous casting mould - at start of casting before the onset of product extraction - Google Patents
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Abstract
Description
PROCEDE DE REMPLISSAGE AUTOMATIQUE D'UNE LINGOTIERE DE COULEE
CONTINUE, EN DEBUT DE COULEE, ET DISPOSITIF POUR SA
MISE EN OEWRE
La présente invention concerne la coulée continue des métaux, notamment de l'acier, et plus particulièrement un procédé de remplissage automatique de la lingotière par le métal en fusion en début de coulée, avant le démarrage de l'extraction du produit coulé, et un dispositif de coulée continue pour la mise en oeuvre du procédé.METHOD FOR AUTOMATIC FILLING OF A CASTING LINGOTIERE
CONTINUOUS, AT THE BEGINNING OF CASTING, AND DEVICE FOR ITS
GETTING STARTED
The present invention relates to the continuous casting of metals, in particular steel, and more particularly to a process for automatic filling of the mold with molten metal at the start of casting, before the start of the extraction of the cast product, and a continuous casting device for implementing the process.
Lors du commencement d'une coulée, une première étape consiste à remplir de métal en fusion la lingotière dont l'extrémité inférieure est préalablement obturée par une tête d'un mannequin. Cette étape se termine lorsque le métal atteint un niveau prédéterminé, quelques centimètres en dessous de l'extrémité supérieure de la lingotière. At the start of casting, a first step consists in filling the ingot mold with molten metal, the lower end of which is closed beforehand by a head of a mannequin. This step ends when the metal reaches a predetermined level, a few centimeters below the upper end of the mold.
A ce moment le niveau est détecté, par exemple par un capteur à induction, qui commande le démarrage de l'extraction du produit coulé en agissant sur le mannequin. At this time the level is detected, for example by an induction sensor, which controls the start of the extraction of the cast product by acting on the mannequin.
Le capteur sert ensuite à la régulation du niveau de métal en fusion, qui doit être maintenu sensiblement constant pendant la coulée, en agissant sur des moyens de réglage du débit d'alimentation de métal. Ces moyens de réglage de débit sont couramment constitués par un obturateur, tel qu'une quenouille, qui équipe le récipient contenant le métal en fusion et qui permet d'obturer plus ou moins l'orifice d'écoulement du métal. Cet orifice est relié à une busette d'alimentation dont, couramment, l'extrémité est située dans la lingotière et constamment immergée dans le métal coulé après la phase de démarrage.The sensor is then used to regulate the level of molten metal, which must be kept substantially constant during casting, by acting on means for adjusting the metal feed rate. These flow adjustment means are commonly constituted by a shutter, such as a stopper, which equips the container containing the molten metal and which makes it possible to close more or less the metal flow orifice. This orifice is connected to a feed nozzle, the end of which is commonly located in the mold and constantly submerged in the cast metal after the start-up phase.
Couramment, le débit de métal lors de la phase de remplissage est contrôlé par un opérateur qui agit directement sur l'obturateur jusqu'à ce que le métal atteigne le niveau prédéterminé, détecté par le capteur qui assure ensuite la régulation automatique de niveau. Currently, the metal flow during the filling phase is controlled by an operator who acts directly on the shutter until the metal reaches the predetermined level, detected by the sensor which then provides automatic level regulation.
Mais il ne suffit pas de simplement remplir la lingotière jusqu'à ce niveau et de commencer alors l'extraction pour assurer un bon démarrage de la coulée. En effet, il est nécessaire que le métal coulé séjourne pendant un temps suffisant dans la lingotière avant de commencer l'extraction, faute de quoi ce métal est insuffisamment solidifié en surface et des percées peuvent se produire sous la lingotière par rupture des peaux solidifiées, celles-ci n'étant plus soutenues dès leur sortie de la lingotière. But it is not enough to simply fill the mold up to this level and then start extraction to ensure a good start of the casting. Indeed, it is necessary that the cast metal remains for a sufficient time in the ingot mold before starting the extraction, otherwise this metal is insufficiently solidified on the surface and breakthroughs can occur under the ingot mold by breaking the solidified skins, these are no longer supported as soon as they exit the mold.
Inversement, si la durée du remplissage est trop longue, du fait d'un débit d'alimentation trop faible, le métal sera trop solidifié en sortie de lingotière.Conversely, if the filling time is too long, due to a too low feed rate, the metal will be too solidified at the outlet of the mold.
Par ailleurs, il n'est pas possible de déterminer précisément, en début de coulée, une relation entre le débit de métal et l'ouverture de l'obturateur, ce qui fait qu'on ne peut définir une position d'obturateur assurant le remplissage pendant la durée souhaitée. Ceci est dû à plusieurs facteurs, notamment au fait que le débit ne s'établit pas instantanément régulièrement à l'ouverture de l'obturateur. Furthermore, it is not possible to determine precisely, at the start of casting, a relationship between the metal flow rate and the opening of the shutter, which means that a shutter position ensuring the filling for the desired duration. This is due to several factors, in particular the fact that the flow rate does not instantly establish itself regularly when the shutter is opened.
Par exemple, il est connu que pour éviter un figeage de métal au niveau de l'obturateur ou de la busette, lors de l'ouverture de l'obturateur, celui-ci doit être ouvert pratiquement au maximum pour permettre un débit suffisant pour entraîner les éventuels accrochages de métal et amener l'obturateur et la busette à leur température de service. For example, it is known that in order to avoid freezing of metal at the level of the shutter or of the nozzle, when the shutter is opened, the latter must be opened practically to the maximum to allow a sufficient flow rate to entrain possible metal snagging and bring the shutter and the nozzle to their operating temperature.
Ceci conduit à un débit qui serait trop important s'il était maintenu par la suite, en égard à la nécessité de ne pas remplir trop vite la lingotière. I1 est donc nécessaire de réduire rapidement ce débit dès que l'écoulement de métal est assuré. Pour cela l'opérateur commande alors la fermeture partielle de l'obturateur. Mais comme l'opérateur ne peut précisément contrôler le débit ni voir le niveau de métal en lingotière tant que ce niveau n'est pas proche de l'extrémité supérieure de la lingotière, il est conduit à agir sur l'ouverture de l'obturateur "en aveugle" en se basant essentiellement sur son expérience pour estimer le degré d'ouverture qui lui permettra d'obtenir une durée de remplissage correcte.Couramment l'opérateur fait varier périodiquement l'ouverture de manière à créer des périodes de fort débit pour éviter les figeages et/ou supprimer les accrochages éventuels, et des périodes de débit plus faible pour augmenter le temps de remplissage.This leads to a flow rate which would be too great if it were subsequently maintained, in view of the need not to fill the mold too quickly. It is therefore necessary to rapidly reduce this flow as soon as the metal flow is assured. For this, the operator then commands the partial closing of the shutter. But as the operator cannot precisely control the flow rate or see the level of metal in the ingot mold until this level is close to the upper end of the ingot mold, he is led to act on the opening of the shutter "blind" based mainly on his experience to estimate the degree of opening which will allow him to obtain a correct filling time. Currently the operator varies the opening periodically so as to create periods of high flow for avoid freezing and / or eliminate possible snagging, and periods of lower flow to increase the filling time.
Il a déjà été proposé (par le document DE 3421344) d'automatiser cette procédure en programmant les actionneurs de l'obturateur, conformément à ce qui est décrit ci-dessus, les variations périodiques d'ouverture étant maintenues jusqu'à ce que le métal soit détecté par le capteur de niveau haut qui commande alors le démarrage de l'extraction et la régulation de niveau. It has already been proposed (by document DE 3421344) to automate this procedure by programming the shutter actuators, in accordance with what is described above, the periodic opening variations being maintained until the metal is detected by the high level sensor which then controls the start of extraction and level regulation.
Toutefois une telle automatisation ne permet pas d'assurer une durée de remplissage correcte, du fait que le débit n'est pas précisément contrôlé. However, such automation does not ensure a correct filling time, because the flow is not precisely controlled.
Il a aussi été proposé dans le document EP-A-0214797 un système de régulation de remplissage basé sur l'utilisation d'un modèle théorique de base définissant une hauteur de métal souhaitée en fonction du temps passé depuis le début de l'écoulement du métal et du temps de remplissage total souhaité, le niveau réel du métal étant détecté en permanence lors de sa montée dans la lingotière et le modèle théorique étant adapté en fonction de l'écart mesuré entre le niveau théorique défini par ledit modèle et le niveau réel, l'ouverture de l'obturateur étant commandée en permanence selon le modèle théorique adapté de manière à tendre à rapprocher le niveau réel du niveau défini par le modèle théorique de base. There has also been proposed in document EP-A-0214797 a filling regulation system based on the use of a basic theoretical model defining a desired height of metal as a function of the time passed since the beginning of the flow of the metal and the desired total filling time, the actual level of the metal being permanently detected during its rise in the ingot mold and the theoretical model being adapted as a function of the difference measured between the theoretical level defined by said model and the actual level , the opening of the shutter being permanently controlled according to the adapted theoretical model so as to tend to bring the actual level closer to the level defined by the basic theoretical model.
Outre sa complexité, une telle régulation nécessite de pouvoir mesurer en permanence, ou au moins en de nombreux points, le niveau réel de métal. Or ce niveau fluctue fortement d'un point à l'autre de la lingotière, surtout au début du remplissage, tant que les ouïes de la busette ne sont pas immergées. De plus il est difficile et coûteux de disposer de moyens de détection du niveau sur toute ou au moins une grande partie de la hauteur de la lingotière. In addition to its complexity, such regulation requires the ability to measure permanently, or at least at numerous points, the actual level of metal. However, this level fluctuates strongly from one point to another of the ingot mold, especially at the start of filling, as long as the gills of the nozzle are not submerged. In addition, it is difficult and costly to have level detection means over all or at least a large part of the height of the mold.
La présente invention a pour but de fournir un système de remplissage automatique de la lingotière en début de coulée, qui soit simple, aisément adaptable à moindre frais sur des installations de coulée existantes, et permette d'assurer une durée de remplissage, avant démarrage de l'extraction, la plus proche possible de la durée de consigne. The object of the present invention is to provide an automatic filling system for the ingot mold at the start of casting, which is simple, easily adaptable at low cost to existing casting installations, and makes it possible to ensure a filling duration, before starting extraction, as close as possible to the set duration.
Avec ces objectifs en vue, la présente invention a pour objet un procédé de remplissage automatique en métal en fusion d'une lingotière de coulée continue, en début de coulée avant le démarrage de l'extraction du produit coulé, selon lequel
- on détermine un temps de remplissage optimal entre le début du remplissage et le démarrage de l'extraction ;;
- dans une première phase, on commande l'ouverture de moyens de réglage du débit d'alimentation de la lingotière en métal en fusion, à une position telle que le débit moyen de métal soit supérieur à un débit théorique, calculé en fonction du temps de remplissage optimum et des dimensions de la lingotière pour atteindre un niveau prédéterminé de démarrage de l'extraction, et, lorsque le niveau de métal dans la lingotière atteint un niveau intermédiaire situé à une distance prédéterminée en dessous du niveau de démarrage de l'extraction, les moyens de réglage du débit sont fermés pour arrêter l'écoulement de métal, et
- dans une deuxième phase, les moyens de réglage du débit sont à nouveau ouverts à une position correspondant à un débit de fin de remplissage, lorsque le temps restant jusqu'au temps de remplissage optimal est égal au temps nécessaire pour que le métal s'écoulant audit débit de fin de remplissage atteigne le niveau de démarrage de l'extraction.With these objectives in view, the present invention relates to an automatic method of filling molten metal with a continuous casting mold, at the start of casting before the start of the extraction of the cast product, according to which
- an optimal filling time is determined between the start of filling and the start of extraction;
- In a first phase, the opening of means for adjusting the feed rate of the molten metal ingot mold is controlled, at a position such that the average rate of metal is greater than a theoretical rate, calculated as a function of time optimum filling and dimensions of the mold to reach a predetermined level of starting of the extraction, and, when the level of metal in the ingot mold reaches an intermediate level situated at a predetermined distance below the level of starting of the extraction the flow control means are closed to stop the flow of metal, and
- in a second phase, the flow adjustment means are again open at a position corresponding to a flow at the end of filling, when the time remaining until the optimal filling time is equal to the time necessary for the metal to flowing at the end of filling flow rate reaches the start level of the extraction.
Lors de la première phase du procédé, le débit important de métal en fusion évite le figeage de ce métal sur les moyens de réglage de débit et/ou la busette d'alimentation de la lingotière. Ces organes sont portés à leur température de fonctionnement constant, et un arrêt de l'écoulement n'est plus alors préjudiciable. Il s'ensuit que lors de la réouverture des moyens de réglage de débit, l'écoulement de métal se rétablit aisément et plus régulièrement. Le débit réel de fin de remplissage est donc mieux contrôlable, car beaucoup mieux lié à la position d'ouverture des moyens de réglage de débit. During the first phase of the process, the high flow rate of molten metal avoids the freezing of this metal on the flow control means and / or the feed nozzle of the ingot mold. These organs are brought to their constant operating temperature, and stopping the flow is no longer detrimental. It follows that when the flow control means are reopened, the metal flow is restored easily and more regularly. The actual flow at the end of filling is therefore better controllable, since it is much better linked to the open position of the flow adjustment means.
Préférentiellement, la position de réouverture des moyens de réglage de débit est déterminée de manière que le débit de fin de remplissage soit sensiblement égal à un débit prédéterminé correspondant à la vitesse d'extraction du produit coulé après le démarrage de l'extraction. Preferably, the reopening position of the flow adjustment means is determined so that the flow at the end of filling is substantially equal to a predetermined flow corresponding to the speed of extraction of the cast product after the start of the extraction.
Ainsi, lorsque le métal atteint dans la lingotière le niveau de démarrage de l'extraction, et provoque ainsi ce démarrage, il n'y a pas de variation brusque de débit. Thus, when the metal reaches in the ingot mold the level of starting of the extraction, and thus causes this starting, there is no sudden variation of flow.
Selon une disposition particulière de l'invention, l'alimentation de la lingotière est faite par une busette du type immergée, et le niveau intermédiaire est fixé au-dessus des orifices de sortie de la busette immergée. According to a particular arrangement of the invention, the ingot mold is supplied by a nozzle of the submerged type, and the intermediate level is fixed above the outlet orifices of the submerged nozzle.
Ainsi l'arrêt de l'écoulement de la première phase du remplissage est réalisé lorsque ces orifices sont immergés dans le métal déjà coulé, ce qui évite un refroidissement de ceux-ci et, d'autre part, lors de la réouverture des moyens de réglage de débit, conduit à une alimentation de métal sous la surface libre du métal déjà coulé, et donc à moins de perturbations de l'écoulement. Thus, the flow of the first filling phase is stopped when these orifices are immersed in the already cast metal, which prevents them from cooling and, on the other hand, during the reopening of the means of flow control, leads to a metal supply under the free surface of the already poured metal, and therefore to less flow disturbances.
Selon d'autres dispositions de l'invention, qui peuvent être prises indépendamment ou en combinaison
- la détection du métal coulé au niveau intermédiaire est réalisée par une mesure de température de la paroi de la lingotière audit niveau intermédiaire
- au début de la première phase, les moyens de réglage de débit sont ouverts dans une position d'ouverture maximale, puis refermés partiellement
- pendant la première phase, les moyens de réglage de débit sont successivement ouverts et fermés partiellement
- dans le cours de la première phase, l'ouverture des moyens de réglage de débit est adaptée en fonction du niveau réel du métal dans la lingotière, mesuré en un ou plusieurs points situés à des niveaux étagés en dessous du niveau intermédiaire, et du temps écoulé depuis le début du remplissage.According to other provisions of the invention, which can be taken independently or in combination
the detection of the metal poured at the intermediate level is carried out by measuring the temperature of the wall of the mold at said intermediate level
- At the start of the first phase, the flow adjustment means are opened in a maximum open position, then partially closed
- during the first phase, the flow adjustment means are successively opened and partially closed
- in the course of the first phase, the opening of the flow adjustment means is adapted as a function of the actual level of the metal in the ingot mold, measured at one or more points located at stepped levels below the intermediate level, and time elapsed since the start of filling.
L'invention a aussi pour objet un dispositif de coulée continue comprenant une lingotière, des moyens de réglage du débit d'alimentation en métal liquide de la lingotière, des moyens de commande de la position d'ouverture desdits moyens de réglage, et des moyens de détection d'un niveau de consigne du métal coulé situés en partie supérieure de la lingotière pour commander le démarrage de moyens d'extraction du produit coulé. The invention also relates to a continuous casting device comprising an ingot mold, means for adjusting the liquid metal feed flow rate of the ingot mold, means for controlling the open position of said adjustment means, and means for detecting a set level of the cast metal located in the upper part of the ingot mold to control the start of means for extracting the cast product.
Selon l'invention, le dispositif et caractérisé en ce qu'il comprend
- des moyens de détection d'un niveau intermédiaire de métal dans la lingotière, situés en dessous des moyens de détection du niveau de consigne
- des moyens de pilotage des moyens de commande de position d'ouverture reliés aux moyens de détection de niveau intermédiaire, pour commander la fermeture des moyens de réglage de débit lorsque les moyens de détection de niveau intermédiaire détectent la présence du métal coulé, et la réouverture desdits moyens de réglage de débit dans une position de fin de remplissage après une durée déterminée à compter du début de la coulée.According to the invention, the device and characterized in that it comprises
- means for detecting an intermediate level of metal in the ingot mold, located below the means for detecting the set level
- means for controlling the opening position control means connected to the intermediate level detection means, for controlling the closing of the flow adjustment means when the intermediate level detection means detect the presence of the cast metal, and the reopening of said flow adjustment means in an end of filling position after a determined period from the start of the casting.
Selon des dispositions particulières de l'invention
- le dispositif comprend des moyens de calcul pour déterminer, en fonction d'une durée totale optimale de remplissage et des dimensions de la lingotière, la position d'ouverture des moyens de réglage de débit depuis le début de la coulée et jusqu'à ce que les moyens de détection de niveau intermédiaire détectent la présence du métal coulé, et en fonction en plus de la position des moyens de détection de niveau intermédiaire, et de l'instant de début de coulée, l'instant de réouverture des moyens de réglage de débit et leur position d'ouverture de fin de remplissage
- les moyens de détection du niveau intermédiaire comportent des moyens de mesure de la température de la paroi de la lingotière
- les moyens de détection du niveau intermédiaire sont disposés pour détecter un niveau de métal liquide situé audessus des orifices de sortie d'une busette immergée
- les moyens de mesure de la température de la paroi comportent des thermocouples implantés dans les grandes faces de la lingotière
- les moyens de mesure de la température de paroi comportent des thermocouples implantés dans les petites faces de la lingotière, et des moyens de protection sont prévus pour empêcher des projections de métal sur lesdites petites faces ;;
- les moyens de protection comportent des plaques métalliques maintenues parallèlement aux petites faces, entre celles-ci et la busette, sensiblement sur toute la hauteur de la lingotière.According to specific provisions of the invention
the device comprises calculation means for determining, as a function of an optimal total filling time and of the dimensions of the ingot mold, the open position of the flow adjustment means from the start of the casting and until that the intermediate level detection means detect the presence of the cast metal, and depending in addition to the position of the intermediate level detection means, and the instant of start of casting, the instant of reopening of the adjustment means flow and their opening position at the end of filling
- the intermediate level detection means include means for measuring the temperature of the wall of the mold
- the intermediate level detection means are arranged to detect a level of liquid metal situated above the outlet orifices of a submerged nozzle
- the means for measuring the temperature of the wall include thermocouples located in the large faces of the mold
- the means for measuring the wall temperature include thermocouples located in the small faces of the mold, and protective means are provided to prevent metal splashes on said small faces;
- The protection means comprise metal plates held parallel to the small faces, between these and the nozzle, substantially over the entire height of the mold.
D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui va être faite à titre d'exemple d'un dispositif de coulée continue d'acier conforme à l'invention et du procédé de remplissage automatique de la lingotière utilisant ce dispositif. Other characteristics and advantages will emerge from the description which will be given by way of example of a continuous steel casting device according to the invention and from the process for automatic filling of the mold using this device.
On se reportera aux dessins annexées dans lesquels
- la figure 1 est une vue schématique du dispositif de coulée continue ;
- la figure 2 est une vue de la lingotière en coupe selon la ligne II-II de la figure 1
- la figure 3 est un graphique montrant l'évolution des signaux issus des détecteurs de niveaux et des signaux de commande des moyens de réglage de débit et des moyens d'extraction du produit coulé.Reference is made to the appended drawings in which
- Figure 1 is a schematic view of the continuous casting device;
- Figure 2 is a view of the mold in section along line II-II of Figure 1
- Figure 3 is a graph showing the evolution of signals from level detectors and control signals of the flow adjustment means and the means for extracting the cast product.
Le dispositif représenté à la figure 1 comprend une lingotière 1 de coulée continue, un recipient 2 contenant l'acier en fusion, tel qu'un tundish, qui porte une busette 3 de type immergée. Une telle busette se caractérise par le fait que son ou ses orifices de sortie 4 ou ouïes, sont situés en permanence en dessous de la surface libre de l'acier contenu dans la lingotière, et donc immergées dans l'acier coulé, lors du régime permanent de coulée et d'extraction du produit. The device represented in FIG. 1 comprises an ingot mold 1 for continuous casting, a container 2 containing the molten steel, such as a tundish, which carries a nozzle 3 of the submerged type. Such a nozzle is characterized by the fact that its outlet port (s) 4 or openings, are permanently located below the free surface of the steel contained in the ingot mold, and therefore immersed in the cast steel, during the regime permanent pouring and extraction of the product.
Le récipient 2 comporte des moyens de réglage de débit 5, constitués par une quenouille 6 mobile verticalement coopérant avec un siège 7 pour obturer plus ou moins l'orifice 8 de vidange du récipient 2, relié à la busette 3. The container 2 comprises flow adjustment means 5, constituted by a stopper rod 6 movable vertically cooperating with a seat 7 to more or less close the orifice 8 for emptying the container 2, connected to the nozzle 3.
La quenouille 6 est reliée mécaniquement à un vérin 9 de commande, lui-même piloté par des moyens 10 de commande de la position d'ouverture de la quenouille. The stopper rod 6 is mechanically connected to a control jack 9, itself controlled by means 10 for controlling the opening position of the stopper rod.
La lingotière 1 est équipée de moyens de détection d'un niveau de consigne Nc de l'acier, tel qu'un capteur électromagnétique 11 situé à l'extrémité supérieure de la lingotière. The ingot mold 1 is equipped with means for detecting a set point level Nc of the steel, such as an electromagnetic sensor 11 located at the upper end of the ingot mold.
Le capteur 11 est relié aux moyens 10 de commande de la position d'ouverture, et, en détectant les variations de niveau réel du métal, pilote la position de la quenouille 6 pour réguler le débit de métal s'écoulant dans la busette, de manière à maintenir le métal au voisinage du niveau de consigne Nc pendant toute la coulée. The sensor 11 is connected to the means 10 for controlling the open position, and, by detecting variations in the actual level of the metal, controls the position of the stopper 6 to regulate the flow of metal flowing in the nozzle, so as to maintain the metal in the vicinity of the setpoint level Nc throughout the casting.
De plus le capteur 11 commande, par des moyens non représentés, le démarrage de l'extraction du produit coulé, en provoquant le déplacement vers le bas d'un mannequin 12 qui porte une tête de mannequin 13, introduite dans la partie inférieure de la lingotière pour obturer temporairement celle-ci avant le début de la coulée. In addition, the sensor 11 controls, by means not shown, the start of the extraction of the cast product, by causing the downward movement of a mannequin 12 which carries a mannequin head 13, introduced into the lower part of the ingot mold to temporarily close it before the start of casting.
La lingotière comporte des moyens 14 de détection d'un niveau intermédiaire Ni de métal, comportant par exemple un thermocouple 15 implanté dans une paroi de la lingotière pour mesurer la température de cette paroi au voisinage de sa surface interne. Le thermocouple 15 est implanté à un niveau tel qu'il permet de détecter une élévation de température lorsque la surface libre de métal coulé atteint le niveau intermédiaire Ni, situé au-dessus des orifices 4 de sortie de la busette. The ingot mold comprises means 14 for detecting an intermediate level Ni of metal, comprising for example a thermocouple 15 implanted in a wall of the ingot mold for measuring the temperature of this wall in the vicinity of its internal surface. The thermocouple 15 is installed at a level such that it makes it possible to detect a rise in temperature when the free surface of cast metal reaches the intermediate level Ni, located above the outlet orifices 4 of the nozzle.
A titre d'exemple, dans une lingotière de hauteur totale de 900 mm, les différents niveaux, mesurés à partir du niveau No de l'extrémité supérieure de la lingotière, sont les suivants
- niveau de consigne Nc = 75 mm
- niveau intermédiaire Ni = 250 mm
- niveau supérieur de la tête de mannequin Nw : 600 mm le capteur 11 étant situé à environ 75 mm au-dessus du niveau de consigne Nc. For example, in a mold with a total height of 900 mm, the different levels, measured from level No of the upper end of the mold, are as follows
- setpoint level Nc = 75 mm
- intermediate level Ni = 250 mm
- upper level of the mannequin head Nw: 600 mm, the sensor 11 being located approximately 75 mm above the setpoint level Nc.
Dans l'exemple représenté, le thermocouple est implanté dans les petites faces 21 de la lingotière, c'est-à-dire les parois de plus faible largeur. Des moyens de protection constitués par exemple par des plaques métalliques 20 sont placées, avant le début de la coulée, dans la lingotière, sensiblement parallèlement aux petites faces et à distance de celles-ci, pour empêcher que des projections de métal issu de la busette n'atteignent lesdites petites faces dans la zone d'implantation du thermocouple, ce qui risquerait de fausser la détection de niveau effectuée par ce thermocouple. In the example shown, the thermocouple is located in the small faces 21 of the mold, that is to say the walls of smaller width. Protective means constituted for example by metal plates 20 are placed, before the start of casting, in the mold, substantially parallel to the small faces and at a distance therefrom, to prevent projections of metal from the nozzle do not reach said small faces in the thermocouple installation area, which could distort the level detection carried out by this thermocouple.
Ces plaques 20 qui sont préférentiellement réalisées dans un métal de composition voisine de celle du métal coulé et s'étendent sensiblement sur toute la hauteur de la lingotière fondent dans le métal coulé au fur et à mesure de sa montée dans la lingotière. These plates 20 which are preferably made of a metal with a composition close to that of the cast metal and extend substantially over the entire height of the ingot mold melt in the cast metal as it rises in the ingot mold.
Le thermocouple peut aussi être implanté dans une grande face 22 de la lingotière, auquel cas les plaques de protection ne s'avèrent plus nécessaires puisque les orifices de sortie de la busette étant dirigées parallèlement aux grandes faces, les risques de projection de métal coulé sont pratiquement supprimés. The thermocouple can also be installed in a large face 22 of the ingot mold, in which case the protective plates are no longer necessary since the outlet orifices of the nozzle being directed parallel to the large faces, the risks of projection of cast metal are practically removed.
Les moyens 14 de détection de niveau intermédiaire sont reliés à des moyens de pilotage 16, eux-mêmes reliés aux moyens 10 de commande de position d'ouverture de la quenouille. The intermediate level detection means 14 are connected to piloting means 16, themselves connected to means 10 for controlling the opening position of the stopper rod.
Des moyens 17 de commande de début de la coulée sont reliés aux moyens 10 de commande de position d'ouverture et à des moyens de calculs 18, reliés aux moyens de pilotage 16. Means 17 for controlling the start of the casting are connected to the means 10 for controlling the open position and to calculation means 18, connected to the control means 16.
On va maintenant décrire, en relation avec la figure 3, les différentes phases du remplissage automatique de la lingotière. We will now describe, in relation to FIG. 3, the different phases of the automatic filling of the mold.
Sur cette figure 3, on a représenté, en fonction du temps
- par le tracé 31, l'évolution du signal issu du thermocouple 15
- par le tracé 32, l'évolution du signal issu du capteur 11
- par le tracé 33, la position d'ouverture de la quenouille 6, et
- par le tracé 34, la vitesse des moyens d'extraction du produit coulé.In this figure 3, there is shown, as a function of time
- by trace 31, the evolution of the signal from thermocouple 15
- by trace 32, the evolution of the signal from sensor 11
- by line 33, the opening position of the stopper rod 6, and
- By the trace 34, the speed of the means for extracting the cast product.
Préalablement au début de coulée, on entre dans les moyens de calcul 10 les données concernant les dimensions de la lingotière, les différents niveaux, la relation entre la position de la quenouille et un débit théorique de métal coulé, et la durée totale optimale de remplissage. Before the start of casting, the data concerning the dimensions of the ingot mold, the different levels, the relationship between the position of the stopper rod and a theoretical flow rate of cast metal, and the optimal total filling time are entered into the calculation means 10. .
De plus, on a entré dans ces moyens de calcul un programme de commande de la position d'ouverture, qui gère la position de la quenouille jusqu'à ce que le thermocouple détecte l'arrivée de métal coulé au niveau intermédiaire Ni. In addition, an opening position control program has been entered into these calculation means, which manages the position of the stopper rod until the thermocouple detects the arrival of metal poured at the intermediate level Ni.
Avant le début de la coulée, la quenouille est dans une position fermée, représentée par la partie 331 du tracé 33. Before the start of casting, the stopper rod is in a closed position, represented by part 331 of the plot 33.
L'opérateur commande le début de coulée, par les moyens de commande 17, et définit ainsi un instant to. The operator controls the start of casting, by the control means 17, and thus defines an instant to.
Le signal de début de coulée est envoyé aux moyens de commande de position d'ouverture 10 qui provoquent la montée de la quenouille dans une position d'ouverture 332, et au calculateur 18 qui détermine l'instant tF souhaité de fin de remplissage, à partir de la durée totale optimale de remplissage, ainsi que l'instant t01 de réouverture de la quenouille pour la fin de remplissage, en fonction d'un débit souhaité de fin de remplissage QFT des dimensions de la lingotière et de la différence de niveau entre Nc et Ni. The start of casting signal is sent to the open position control means 10 which cause the stopper rod to rise to an open position 332, and to the computer 18 which determines the desired instant tF of completion of filling, at from the optimal total filling time, as well as the time t01 of reopening of the stopper rod for the end of filling, as a function of a desired flow rate of end of filling QFT of the dimensions of the mold and of the level difference between Nc and Ni.
Dès la commande de début de coulée, la position de la quenouille est commandée par le programme prédéterminé qui après l'ouverture en position maximale commande la fermeture partielle puis une série d'oscillations 334 entre une position de fermeture et d'ouverture partielle, destinées à éviter un figeage du métal coulé sur la quenouille ou son siège ou dans la busette. L'amplitude et la fréquence de ces oscillations sont par ailleurs déterminées de manière à assurer du débit moyen de métal pendant cette période, supérieur à un débit constant calculé qui serait nécessaire pour remplir la lingotière pendant la durée totale optimale de remplissage. As soon as the start of casting command is given, the position of the stopper rod is controlled by the predetermined program which, after opening in the maximum position, controls the partial closing and then a series of oscillations 334 between a closed and partial open position, intended to avoid freezing of the metal poured on the stopper rod or its seat or in the nozzle. The amplitude and frequency of these oscillations are also determined so as to ensure an average flow rate of metal during this period, greater than a calculated constant flow rate which would be necessary to fill the ingot mold during the optimal total filling time.
Pendant cette période on observe une lente montée du signal 31 du thermocouple qui correspond à un échauffement progressif de la paroi de la lingotière. Lorsque le métal arrive à hauteur du thermocouple 15, le signal augmente brusquement en 311, et provoque la fermeture de la quenouille en 335, et donc l'arrêt de l'écoulement de métal. During this period, a slow rise in the signal 31 from the thermocouple is observed, which corresponds to a gradual heating of the wall of the ingot mold. When the metal reaches the thermocouple 15, the signal suddenly increases at 311, and causes the stopper at 335 to close, and therefore stop the flow of metal.
A l'instant t01, le calculateur 18 provoque la réouverture 336 de la quenouille, dans une position 337 préalablement calculée en fonction du débit de fin de remplissage QF
Le remplissage se poursuit alors, et le métal atteint la zone de détection du capteur 11, comme représenté au point 321 du tracé 32.At time t01, the computer 18 causes the stopper 336 to reopen, in a position 337 previously calculated as a function of the end of filling flow rate QF
The filling then continues, and the metal reaches the detection zone of the sensor 11, as shown in point 321 of the plot 32.
Lorsque ce capteur 11 indique que le métal a atteint le niveau de consigne Nc, il commande le démarrage de l'extraction (tracé 34) et prend le relai de l'automatisme de remplissage pour assurer la régulation de niveau en régime de coulée et d'extraction. When this sensor 11 indicates that the metal has reached the setpoint level Nc, it controls the start of extraction (trace 34) and takes over from the filling automation to ensure level regulation in pouring regime and d 'extraction.
Préférentiellement le débit de fin de remplissage QF est choisi voisin du débit souhaité pour le régime permanent de coulée et d'extraction, lequel est déterminé en fonction de la vitesse d'extraction du produit coulé. Preferably, the end of filling flow rate QF is chosen to be close to the desired flow rate for the permanent casting and extraction regime, which is determined as a function of the speed of extraction of the cast product.
La position correspondante d'ouverture de la quenouille est déterminée par le calculateur à partir d'une loi expérimentale en fonction de l'ouverture de la quenouille et en prenant éventuellement en compte d'autres paramètres tels que la nature du métal coulé, sa hauteur dans le récipient 2, sa température, etc... The corresponding opening position of the stopper rod is determined by the computer from an experimental law as a function of the opening of the stopper rod and possibly taking into account other parameters such as the nature of the cast metal, its height. in container 2, its temperature, etc.
En variante, le programme générant la suite d'oscillations de la première phase de remplissage peut être remplacé par une régulation en fonction du niveau de métal mesuré en un ou plusieurs points situés à des niveaux étagés en dessous du niveau intermédiaire, et du temps écoulé depuis le début du remplissage. A cette fin on pourra utiliser d'autres thermocouples implantés dans la paroi de la lingotière, en dessous du thermocouple 15. As a variant, the program generating the series of oscillations of the first filling phase can be replaced by regulation as a function of the level of metal measured at one or more points located at stepped levels below the intermediate level, and of the time elapsed. since the start of filling. To this end, it is possible to use other thermocouples implanted in the wall of the mold, below the thermocouple 15.
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| FR2698806B1 (en) | 1995-01-06 |
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