Note: Descriptions are shown in the official language in which they were submitted.
5 yl~7
La présente invention concerne un procédé et un
disposi-tif de commande d'une poche de coulée répétitive sous
basse pression, L'invention s~applique tout particulièrement
aux installations de coulée de métaux à haut point de fusion
(fonte grise, fonte à graphite sphéroidal, acier) dans des
moules en sable borgnes telles que décrites dans le brevet
Canadien 1,055,675 - le 5 juin, 1979 _ Pont A Mousson, On
entend par "coulée répétitive" la coulée de quantités succes-
sives égales de liquide dans une série de moules,
Il est déjà connu, par exemple par le brevet
FR 1 488 313, de commander une poche de coulée de façon à
ramener le liquide, après chaque coulée, à un niveau préd~ter-
miné constant voisin de la sortie du tube de coulée; un tel
procéd~ est tres préférable au relachement total de la pression:
on évite des chocs thermique répétés sur le tube de coul~e;
la quantité de gaz nécessaire pour chaque coulée est réduite,
ce qui permet dlaugmenter la cadence de moulage; on évite la
formation dlune "peau" solide dans le tube de coulés et le
transfert de produits d~oxydation de cette peau dans les moules;
et lton assure une permanence des conditions d'injection du gaz
et de remplissage des moules d~une coulée à llautre, En résumé,
on obtient plus rapidement des produits meilleurs et de qualité
bien d~finie,
Pour cela, le breve-t FR 1 488 313 fait appel d'une
part à une mesure de la pression de gaz régnant dans la poche,
d~autre part à une pesée de la- poche qui permet de connaitre
son degré de remplissage,
L'invention a pour but de fournir un proc~dé et un
dispositif permettant de résoudre le même problème d'une
façon plus simple et plus précise.
A cet effet, l~invention a pour objet un procéd~ de
commande d'une poche de coulée r~péti-tiYe sous basse pression,
~. ~
dans lequel, entre deux coul~es successives, on ramène le
liquide dans le tube de coul~e à un niveau prédétermin~ constant
voisin de la sortie de ce tube, caractérisé en ce que l~on
mesure directe~ent le niveau du liquide dans le tube et la
pression de gaz moteur régnant dans la poche, et llon commande
l'admission et l~échappement du gaz moteur en fonction de ces
mesures,
-la_
~'
2. ~
Dans un premler mode de mise en oeuvre, apr~s
chaque coul~e, on ram~ne la pression r~gn2nt dans la poche
la valeur correspondant au n$veau prédéterminé mesurée
avant c e t.t e c..~o u 1 e e , puis l'on augmente la pression
en mesurant le niveau du llquide dans le tube de coulée,
jusqu'~ ce que le liquide solt remonté audit niveau
pr~détermin~. .
Dans un second mode de mise en oeuvre, après chaque
coulée, on met ~ l'échappement le gaz moteur en mesurant le
niveau du li~uide dans le tube de coul~e, et l'on interrompt
cet ~chappement lorsque le liquide est descendu audit niveau
pré~étermin~.
L~invention a ~galement pour objet un dispositif
de commande d~une poche de coul~e rap~titive sou~ basse
pression destin~e ~ contenir un llquide ~ couler et munie
d'un tube de coul~e ascendant et de clrcuits d'admlssion et
d'échappement de gaz moteur, caractérisé en ce qu'il comprend
des moyens pour mesurer le niveau du liqu$de dans le tube, un
capteur de la pression du gaæ régnant dans la poche, et des
moyens pour commander le clrcuit d'admission et le circuit
d'~chappement en fonction du niveau et de la pression mesurés.
De pr~f~rence, pour la coulée de llquides magn~ti-
quement conducteurs, notamment ~e m~taux ~ haut point de
fusion,les m~yens de mesure du niveau comprennent u~ inaucteur relie
~ un g~nérateur de courant altexnatif, dispos~ autour de la
partie sup~rieure du tube de coul~e, ~ 1 ' interieur de la poche,
et admettant comme noyau plongeur la colonne de liquide
contenue dans le tube de co~ e.
D'autres caract~ri~tlques et avantag~s de l'inventlon
ressortiront de la de~criptlon qui va suivre,. donn~e ~ titre
d'exemple non limitatif et en regard des des~in~ annexés,sur
lesquel~ :
- la Flg. 1 est une ~ue ssh~matigue d'une lnstallation
de coulée munle d~un dispositi~ de commande conforme ~ 1'
invention et regroupe deux variantes de mlse en oeuvre de 1'
lnvention ;
- les Fig. 2 et 3 repr~sentent des courbes de
S9~ ~
variation de la pression régnant ~ l~intérieur de la poche
au-dessus du niveau du m~tal liquide, en fonction du temps,
respectivement pour les deux variantes de mise en oeuvre de
l'invention repr~sentées à la Fig. 1
Suivant l~exemple de la Fig. 1, l~invention est
appliquée à une installation de coulée sous basse pression de
fonte dans une série de moules en sable borgnes tous identiques.
Cette installation, ainsi que le procédé de coulée proprement
dit, sont par exemple supposés tels que décrits dans le brevet
Canadien 1,055,675.
L'installation comprend une poche 1 destinée à con-
tenir le métal liquide 2 servant à remplir les moules 3 pré-
sentés successivement à l~extrémité supérieure libre 4 d~un
tube de coulée vertical 5 plongeant dans le métal Le métal 2
est ainsi véhiculé de la poche 1 vers les empreintes des moules ~ -
3 par le tube 5 sous l~action de la pression dlun gaz admis à
la partie supérieure de la poche 1 par un orifice dladmission
6 et s~en échappant par un orifice dléchappement 7 situ~ à peu
près au même niveau que le précédent. Les orifices 6 et 7
doivent dans tous les cas être situés au-dessus du niveau du
métal liquide dans la poche et, dans ce but, sont disposés au
voisinage de la paroi supérieure 8 de la poche 1 Le gaz
utilisé pour véhiculer le métal liquide présente de préférence
- une inertie totale vis-à-vis du métal liquide; c'est par
exemple du llazote dans le cas où le m~tal est de la ~onte à
graphite sphéroidal
La base 9 du tube de coulée 5 est disposée au
voisinage du fond la de la poche 1 de faéon à permettre de
vider celle-ci presque complètement, une garde d étant main-
tenue entre la base du tube de coulée et le fond la de la poche 1
Les traits horizontaux Nl et N2 montrent respective-
ment les niveaux minimal e-t maximal du métal dans la poche 1
--3--
~ ' `.
Le trait horizontal N, situé au voisinage de l~extremit~
sup~rieure du tube de coul~e 5, représente le niveau constant
qu~il convient de maintenir dans ce tube entre les coulées,
quel que soit le ni.veau du métal dans la poehe, variable entre
les niveaux Nl et N2.
-3a-
~,;,
4.
Un tube de cuivre lO,noy~ dans du b~ton r~fractaire
et enroul~ en spirala autour du tube 5 au volsinage du niveau N
et de part et d'autre de celui-ci,constitue un détecteur de
niveau ou inducteur 11, qui admet comme noyau plongeur le
cylindre de m~tal liquide contenu dans le tube de coulée 5. La
paroi du tube de l'inducteux, reliée ~ un générateur lla
ext~rleur ~ la poche 1, est parcourue par un courant dont la
fr~quence est de l'ordre de 4 000 Hz, et ce tube est parcouru
par un courant d'eau qul en permet le refroidissement. La
puissance du g~n~rateur lla est par exemple de 100 ~ 200 W.
Lorsqu'il est excit~, l'inducteur 11 engendre un ~ignal, comme
~n le verra plus loin.
L'organe 12 est un capteur de pression capable,
lorsqu'~l est exclt~,de fournir un ~ignal fonction de la pression
r~gnant dan~ la poche 1 au-des~us du m~tal llquide.
Les circuits d'admis~ion et d'échappement du gaz moteur
utilis~ sont les suivants :
De l'orifice d'8chappement 7 de la poche 1 part un --
condult 13 qui aboutit ~ un ~chappement 14 avec intexpo~ition ~ -
d'une vanne d'~chappement pilot~e 15~ -
Du cote de l'admi3~1On, un conduit 17, dont la
partie m~diane comporte deux branches 18 e~ 19, relie 1~
ouverture 6 de la poche 1 ~ une source de presslon 20~ Sur
la branche 19 est pr~vu un roblnet d~tendeur 21, tandls que
la branche 18 comporte un r~servoix de pression 22 encadr~ en
amont par un d~tendeur r~gulateur pilot~ 23 e ,. en aval,"ar
une vanne pllot~e 24. Un organe 25 de commande est as~oclé
~ la vanne 24 ; il peut s' agir d'une commande manuelle
act~onn~e par un op~rateur, ou d'une commande automatlque
actionnée par exemple par la mi~e en place d'un m~ule 3 sur
le tube 5~ Cet organe 2S est muni d'une horloge de façon ~
ouvrlr la vanne 24 pendant un temp~ pr~d~termln~ lorsqu'il est
action~.
Dans le cas o~ l'on utili~e de l'air pour engendrer
la pressiQn servant ~ v~hiculer le m~tal 2, la source da
: pression 20 paut ~tre constitu~e par exemple par un plqua~e
sur un r~eau d'alr comprlm~ de l'installation.
r ~ .
'
' ~
5. ~ lL5~
Diff~rentés lignes de transmi~sion de signaux GU
l~gnes de commande Ll, L2~ L3, L 4 et L5 relient le cap~eur
de pression 12, l'organe de commande 25 et le d~tecteur de
niveau 11 aux vannes pilot~es 15 et ?4 et aux détendeurs
21 et 23. ces lignes peuvent être des lignes de commande
hydrauliques, pneumatlques ou ~lectriques. De façon plus
préclse :
- la llgne Ll relie le d~tecteur de niveau 11 au
ro~lnet détendeur 21 situ~ sur la branche 19 de la tubulure
d'admission 17 ;
- la llgne L2 relie le capteur de pression 12 ~ la
vanne pilotée 24 et au r~gulateur d~tendeur 23 ;
- la ligne L3 sert ~ commander la vanne pilot~e
24 ~ partir de l'organe de commande 25 ;
- la ligne L4 relie le capteur de pression 12 ~ la
vanne pilot~e 15 ~quipant la tùbulure d'8chappement 13 ; et
- la ligne LS relie le d~tecteur de niveau 11 ~ la
vanne pllot~e 15.
La Fig. 1 regroupe deux var~ante~ de fonctionnement ,
la premi~re faisant appel aux lignes Ll, L2, L3, L4 , - -~
l'autre faisant appel aux llgnes Ll, L2, L3, L5. Pour passer
d'une variante ~ l'autre, on remplace L4 par L5 ou
inversement, Alns~, suivant la varlante concern~e, la vanne
15 peut ~tre pilot~e soit par un signal ~mi5 sur la ligne L5
par le d~tecteur de niveau 11, 50it par un slgnal 8mis sur
la ligne L4 par le capteur de pression 12.
La vanne pilotee 24 e~t amen~e de la po~ition
ouverture totale ~ la position fermeture totale et lnversement
par l'oryane 25. L'ouverture ~otale.de cette vanne est r~glable
en fonction des 8i gnaux issu du capt~ur de pression 12. Alnsi,
la vann~ 24 pr~ente une double obturation : un:obturateur
permettant d'avolr la posltion ouverte ou la posltion ferm~e
et un a~ichage ou r~glage de d~blt perme~tant de r~gler 1'
orifice de pas~age lor~que la vanne est ouverte. La vanne 15
e~t du m~me type, mais le signal ~u~elle reçoi~ par la ligne
~4 ou L5 d~term~ne ~ lui s~ul l'afichage d'un d~bit et 1'
ouverture totale ~ ce d~bit de la vanne, ~endant un t~mps
pr~d~termin~ gr~ce a une horloge dont est munie ~ette vanne.
.
.
5~æ~
. ~.
Le r~gulateur d~endeur 23, en r~ponse aux signaux
re~us par la ligne L2, affiche une pression ; il s'ouvre
lorsque la pression en aval est plus faible que celle
correspondant ~ l'affichage, et se ferme lorsque la pression
aval davient e g a 1 e ~ celle correspondant ~ 1'
affichage ; il fonctionne donc comme un clapet anti-retour
tarage r~glable en pression.
Le robinet d~tendeur 21 comporte d'une part un
détendeur pr~régle, d'autre part un obturateur qui s'ouvre
et se ferme suivant le signalqu'ilreçoit sur la ligne Ll.
Le détecteur de niveau ou inducteurll delivre un signal
dont l'intensit~ est fonction du niveau du m~tal dans le tube
5 : lorsque ce nlveau est inferieur au niveau N, le signal
émls par le detecteur 11 permet soit, lorsqll'il est envoyé
sur la ligne Ll, d'augmenter la pression d'adm~ssion, soit,
lorsqu'il est envoyé sur la ligne L5, d'interrompre le déhlt
d'échappement de celle-ci~ De m~me, lorsque le niv~au de m~tal
est situ~ au dessus du niveau N dans le tube de coul~e 5, le
signal émis par le détecteur 11 p~xmet soit d'~tablir un
débit d'échappement, soit d'interrompre le d~bit d'admission
de la pression.
Le fonct~onnement de l'lnstallation ainsi décrite
est le suivant :
La pres~ion P servant ~ d~placer le m~tal 2 est
divisée en deux ; P = PO + PC.
- la pression PO, ou "pr~-p~essian" ,est la pression
qu'il faut admettre ~ l'int~rieur de la poche 1 pour que 1
m~tal atteigne le niveau N dans le tube de coul~e 5. Cette
pression est variable en ~onction du niveau du metal dans
la poche 1 f niveau compris entre Nl et N2. Cett~ pression
est ~gale ~ la hauteur de la colonne de m~tal dans le tube 5,
c'est-~-dire ~ la diff~rence entre le nlveau N et le niveau
du m~tal contenu dans la poche. A titre indicatif, un bar
correspond ~ peu pr~s ~ une hauteur de 1,4 m~tre de fonte.
Compte tenu des dimensions de l'installation, on volt que
la pression PO aura une valeur comprise entre une valeur
l~g rement sup~rieure ~ la pression atmospherique (dif~rence
entre N e~ N~) et une valeur maximale de liordre de quelques
bars, la diff~rence maximale de niveaux ~tant la distance
.
-
.
`................................... 7. ~5~
séparant N de Nl. Le détendeur 21 est regl~ sur cette pré-
pression maximale ;
- la presslon PC, ~u "pression de coulée'l, est la
pression qu'il faut admettre dans la poche 1, en plus de la
pression PO, pour fal.re monter le m~tal depuis son niveau N
dans le tube de coul~e 5 jusqu'~ un nlveau permettant le
bon remplissage des empreintes du moule 3.
L'invention sa propose de malntenir ~ tout instant,
entre deux coul~es, une pression PO a l'int~rieur de la poche
1 permettant d'observer le nlveau N dans le tube 5. Comme
tous le~ moules 3 sont ldentiques, il en résulte que la pres-
sion PC est une constante quel que soit le niveau du métal
dans la poche 1. L'lnvention se pxopose ~galement d'admettre
pendant les phases de coul~e cette pression constante PC
venant 5 ~ ajouter ~ PO.
Preml~re variante : On se reportera aux Fig. 1 et 2 ,
en ne consid~xant que les lignes Ll, L2, L3, L4 et en aisant
abstraction de la ligne L5.
Pour la mise en oeuvre inltiale du dispositif
(phase AB de la Fig. ~), un premier moule 3 est dlspos~ sur
l'extr~mit~ 4 du tube de coul~e 5. La pression ~ l'in ~rieur
de la poche 1 au-dessus du niveau du métàl liquide est la
pression atmo~ph~rique. Le m~tal se trouve donc dans la poche
comme dans le tube de coul~e S au m~me niveau n. Le ~tecteur
de niveau 11 est excit~ de façon continue et émet un signal
qul résulte de l'absence de m~al ~ l'lnt~rieur du tube de
cuivre 10, c'est-~-dire de 1'absence de noyau plongeur. Le
signal ~mis est transmis par la ligne Ll au robinet d~tendeux
21, qui est directement reli~ par ].a ~ranche 19 ~ la source
de pres~ion 20, et provoque I'ouverture de cet organe. Il se
pro~ui~ donc dan~ la poche 1 une augmentation de pression,
qui a pour efe~ de faire monter le niveau du m~tal dans le
tube 5. Lorsque le niveau N e~t atteint, le slgna} ~mis par
le d~tect~ur de niveau 11 et transmis p r la ligne Ll entralne
la fermeture du roblnet d~tendeur 210 Le niveau du m~tal dans
la poche devlent N~ et celui du m~tal dans le tube 5 devient N.
Il r~gne ~ l'int~leur de la poche 1 la pre~sion Po d~f1nie
ci-dessus.
. , ~ ' ' . : '
-
~L5~
, .
Le capteur 12 est alors e~cité; il émet un signal
correspondant ~ la pression P0 capt~e. Ce signal, conduit par
la ligne L2, a~iche au régulateur détendeur 23 la pression
P0 + PC et ~ la vanne pilotée 2~ un débit tel que le passage de
P0 à P0 -~ PC s~e~fectue en un temps prédéterminé tMp, dit
"temps de mont~e en pression" Cet a~fichage entrafne de la
part du régulateur détendeur 23 la déliverance dlune pression
P0 + PC au réservoir 22, réservoir qui servira de source de
pression pour l!operation de couléeO
L~installation est alors prete pour la première -
opération de coulée, qui s'ef~ectue de la manière suivante: -
L~organe de commande 25 (automatique programmé ou
manuel) commande par la ligne L3 l~ouverture complète de la
vanne 24 correspondant à lla~ichage engendré par le signal
du capteur de pression 12. Le niveau du métal dans le tube 5
s~élève et les empreintes du moule 3 se remplissent. Pendant
ce temps le niveau N2 descend. Le moule est correctement
rempli lorsqutun temps tc de maintien de la pression slest
écoulé, comme expliqué dans le brevet Canadien 1,~55,675
précitée. Au bout du temps tMp + tc, llorgane 25 ~erme la
vanne 24
Le capteur de pression 12 est alors de nouveau excité;
il capte à l~intérieur de la poche 1 une pression supérieure
la pression P0, et émet un signal sur la ligne L4. Ce signal
a un double e~fet: d~une part, il ~ait a~ficher à la vanne 15
un débit correspondant au passage de P0 + PC ~ P0 en un temps
pr~déterminé t~p dit "temps de descente en pression"; dlautre
part, il provoque llouverture totale de la vanne 15 pendant
le temps tDp Ainsi, lorsque ce temps slest écoulé, la pression
dans la poche 1 est revenue à la pression P0 initiale (point
C de la Fig. 2) La première coulée est terminée
Comme une partie du métal a été ~ournie au moule,
-8-
le niveau observé dans le tube de coulée 5 est in~érieur au
niveau N. Dans ce pre~nier mode de fonctionnement, à llissue
de la première coulée, il est donc nécessaire, avant d~aborder
la seconde coulée, dlétablir à llintérieur de la poche 1 une
pression POl supérieure à PO. L ! ohtention de POl se fait ~ -
partir de PO de la même façon que llon a obtenu PO à partir de
-
~r-~^
~,~,x
" .~, .. . .
9. ~.15~
la pression atmosphérique (P = O), c'est-~-dire au moyen de
l'inducteur 11 et du detendeur 21.
La Fig. 2 illustre bien ce fonGtisnnement en montrant
les variations de la pression P regnant dans la poche 1, en
fonction du temps t . On remarque que le temps CD de passage
de PO ~ POl est très inferieur au temps CE de remplacement
du premier moule par le second.
Deuxième variante (Fig. 1 et 3, lignes Ll, L2, L3 et
h5) : -
Cette variante permet~ apr~s la premi~re coulee,
au l~eu de relâcher la pression jusqu7~ son niveau initial PO,
de ramenex la pression directement jusqu'~ la valeur POl
correspondant e~fectivement au nlveau N dans le tube de coul~e
5. Pour cela, au lieu d'utiliser la ligne L4 delivrant le
slgnal ~mis par le capteur 12, on falt appel, pour commander
la vanne d'~chappement 15, à la llgne L5 qui delivre un
signal ~mis par le d~tecteur de nlveau 11.
Le ~onctlonnement, pour la phase finale de la premiare
coul~e, est alors le sulvant : le d8tecteur de niveau 11 est
excité de fagon continue ~ l'explration du temps tMp ~ t~ ;
la pr~sence du noyau plongeur sur toute la hauteur de 1'
inducteur lui fait emettre un signal qui agit sur la vanne
pilotee lS de la m~me fa~on que le signal envoy~ sur la ligne
L4 dans la preml~re ~ariante. Le niveau dans le tube de ~oul~e
5 descend et,lorsqu'il atteint le niveau No le signal ~mis
par le d~tecteur de niveau 11 ~st tel qu'il entra~ne la
fermeture de la vanne pilot~e di~chappement 15. On obtient
donc lci directement le niveau N sans qu'il soit besoin de
faire entre chaque coulee le r~ajustement de PO ~ POl. On
remarque que le temp~ de descente en pres~lon ~'est pas
exactement ~gal au temps préd~ermln~ tDp~ m~is est l~g~rement
inf~rieur puisque POl ~ PO~ Cependan~, la dlff~rance entre
deux temps est négligeable en pratique.
L'invention prevoit une troisi~me varlante qui n'
est pas lllu~tr~e : si l'on co~sid~re que la di~rence
POI - PO, PO2 POl, etc.., est th~oriquement une constante
de l'ins~allation, on peut directemen~ u~ er ae param~tre
de base pour falre le r~ajustement de PO entre deux ~oul~e~,
': :
~ '
.
lQ.
uniquement par le calcul des pressions et débits ~ af~icher
pour chaque coul~e aux divers organes l5, 23 et 24 et par la
programmation correspondante de ceux-ci. Dans cette variante,
le détecteur de niveau 11 et le capteur de pression 12
servent uniquement ~ la mise en oeuvre initiale de l'installa-
tion, et ~ventuellement ~ r~allser un réajustement dans le
cas où les variations reelles de la différence entre deux
valeurs de PO successives seralent sensibles.
Grace ~ l'invention, on obtient une tres bonne
reproductlbilit~ des conditions de remplissage des moules,
et par suite une grande homo~éneité de la qualité des pi~ces
moul~es.
Il est ~ noter que le champ d'lnduction créé par
l'lnducteur ll permet un réchauffage de l'extr~mité supérieure
du tube de coul~e 5, qui a tendance ~ se refxoidir en raison
de la proximit~ de l'air ambiant et du fait que la fonte
liquide récup~r~e apr~s chaque coulée est plus froide que
la fonte contenue dans la poche proprement dite.
De plus, on peut utillser le d~tecteur 12 pour
signaler quand la pression PO atteint la valeur correspondant
au niveau Nl, c~est-~-dire qu'il convlent de remplir la poche
en métal. Le d~tecteur 12 peut ~galement servir ~ signaler
une mont~e en pression anormalement lente, ou des variatlons
excessives de pression lors des paliers th~ori~ue~, ce qui
25 permet de déceler des anomalie~ t~lles que la présence de
fissures dans le tube S ou de fuite~ dans la poche. Cecl
est important dans le cas d'installations hautement. -~
automatis~es .
Il est clair que l'invention n'est pas limit~e ~ -
la coul~e de fon~e en moules de ~able borgnes, mai~ qu'elle
peut s'appllquer ~ n'lmporte quelle coul~e r~p~titive utilisant
u~ gaz moteur et une poche de grand volume. C pendant, lorsque
le liquide ~ couler n'est pas magn~tlquement conducteur, il
faut avolr recours, pour la mesure ou la détectlon du niveau
de ce liquide, ~ d'autres moyens qu'un tnducteur, par exemple
un dispositif ~ rayons ~ .
Dans toute la description qul prec~de, o~ n'a pas
décrit en détalls l~s divers automatl~mes de l'installatlon,
car, ~ partir des fonctions remplies par les divers organes,
le sp~cialiste peut sans difficulté réaliser les cixcuits,
électriques ou autxes, nécessaires.
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