Note : Les descriptions sont présentées dans la langue officielle dans laquelle elles ont été soumises.
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SYSTEME ET PROCÉDÉ DE CONTROLE DE LA COULÉE D'UN PRODUIT
Le domaine de la présente invention se rapporte à la coulée semi continue
verticale, à
refroidissement direct, et notamment la prévention des risques associés à la
coulée d'un produit
(plaque ou billette) dans un moule (ou lingotière).
La présente invention concerne plus particulièrement un système de contrôle en
continu d'une
coulée semi continue verticale, à refroidissement direct, notamment en alliage
d'aluminium, pour la
fabrication d'un ou plusieurs produits.
Les plaques de laminage et les billettes de filage sont typiquement fabriquées
par coulée dans
un moule, ou lingotière, vertical et positionné sur une table de coulée au-
dessus d'une fosse ou puits
de coulée.
Le moule est rectangulaire dans le cas des plaques ou cylindrique dans le cas
des billettes, à
extrémités ouvertes, à l'exception de l'extrémité inférieure fermée en début
de coulée par un faux-
fond qui se déplace en descendant grâce à un descenseur au cours de la coulée
de la plaque ou billette,
l'extrémité supérieure étant destinée à l'alimentation en métal.
Au démarrage du processus de coulée, le faux-fond se trouve dans sa position
la plus haute dans
le moule. La coulée débute par une étape de remplissage, consistant à verser
le métal fondu dans le
moule. Lors d'une même coulée, plusieurs moules peuvent être remplis en même
temps. Il est
important que le remplissage soit fait de manière homogène dans les moules. A
partir d'une certaine
quantité de métal versé, le métal commence à être refroidi, typiquement au
moyen d'eau, et le faux-
fond est descendu à une vitesse prédéterminée. C'est l'étape de descente.
L'utilisation d'un déflecteur
pendant l'étape de refroidissement est avantageuse pour éviter l'apparition de
fentes. Cela permet en
effet de diminuer le gradient de température au sein du métal solidifié. Le
déflecteur permet de
stopper l'écoulement d'eau de refroidissement à une certaine distance du point
de distribution en
métal fondu. Typiquement le déflecteur est une pièce en caoutchouc qui entoure
le moule. Le métal
solidifié s'extrait alors par la partie inférieure du moule et la plaque ou
billette est ainsi formée. En fin
de coulée, les produits sont extraits de la fosse ; c'est l'étape de
démoulage.
Ce type de moulage dans lequel le métal extrait du moule est refroidi
directement par impact
d'un liquide de refroidissement est connu sous le nom de coulée semi-continue,
typiquement verticale,
à refroidissement direct.
Le procédé de coulée semi-continue peut présenter certaines difficultés qu'il
faut pouvoir
maitriser. Parmi ces difficultés, on peut citer les problèmes de remplissage,
les défauts de surface, les
problèmes de pendaison, les problèmes de percée.
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Au démarrage de la coulée, il est impératif d'être capable de détecter un
problème de
remplissage et vérifier le niveau de métal dans le moule afin de pouvoir
arrêter la coulée de la manière
la plus appropriée, si possible en automatique. Dans le cas contraire, cela
constituerait un risque
important du point de vue de la sécurité par mise en contact de métal liquide
avec l'eau de
.. refroidissement du produit.
Les solutions utilisant la régulation automatique du niveau métal sont
impossibles à mettre en
oeuvre dans le cas d'une coulée en charge. Il n'y a qu'un seul capteur de
niveau pour l'ensemble des
écoulements, en général positionné dans le chenal central en entrée de
répartiteur. Il n'est donc pas
possible de différencier les écoulements.
Au démarrage du descenseur, le niveau métal est parfois plus bas que le fond
du chenal central
du répartiteur. Le capteur de niveau ne peut donc pas effectuer de mesure.
Les solutions reposant sur la détection visuelle du niveau métal dans chacun
des écoulements
sont délicates à mettre en oeuvre car elles nécessitent un traitement de
l'image enregistrée sur chaque
écoulement. Les solutions reposant sur la détection du niveau métal par un
capteur de type
.. thermocouple sont mal adaptées à une mise en oeuvre industrielle. Le
capteur devant réagir très
rapidement lorsqu'il détecte le métal liquide, il ne peut pas être gainé. Il
doit donc être changé avant
chaque nouveau démarrage car il est rapidement détérioré par le métal liquide.
Une fois la coulée commencée et que le remplissage s'effectue correctement,
durant le
processus de coulée, la couche externe du produit se solidifie et entoure une
partie du métal liquide
encore non solidifiée. Cette partie de métal liquide non solidifiée, ou aussi
appelée marais peut
s'étendre sur une distance-importante au-dessus du fond du moule. Si la couche
externe du métal
solidifiée se déchire ou perce, le métal liquide peut couler au travers de la
brèche. C'est ce qu'on
appelle le phénomène de percée de métal. Le phénomène de percée de métal est
un phénomène
potentiellement dangereux pouvant conduire à des risques d'explosion, en
particulier pour
l'aluminium et ses alliages.
Il existe un certain nombre de solutions permettant de détecter les phénomènes
de percée. On
peut citer le brevet US 6279645 utilisant un détecteur sensible aux
radiations, positionné dans la zone
de refroidissement: en présence de métal fondu, le capteur infrarouge détecte
les modifications de
température. Le brevet EP1155762 propose un système permettant d'arrêter
l'alimentation en métal
si un phénomène de percée est détecté. L'arrêt s'opère si un élément
sacrificiel est détruit.
Il est cependant intéressant d'agir en amont du phénomène de percée et de
détecter les
phénomènes pouvant en être l'origine, en particulier les phénomènes de
pendaison, ou les défauts de
surface.
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Le phénomène de pendaison concerne la pendaison du produit qui reste
momentanément
accroché dans la lingotière et ne suit plus le mouvement du descenseur sur
lequel le produit prend
appui pendant son refroidissement. Ainsi, le produit ne repose plus sur son
support, communément
appelé faux-fond, et il se crée une distance de plus en plus importante entre
le faux-fond, relié au
mouvement du descenseur, et la semelle du produit resté accroché.
Or la survenue d'une pendaison constitue un risque important du point de vue
de la sécurité.
Cet incident est en effet susceptible de dégénérer en percée, avec épanchement
de métal liquide dans
la fosse de coulée, soit car la semelle du produit n'étant plus refroidie en
absence de contact avec le
faux-fond, elle finit par refondre en libérant du métal liquide ; soit car un
décrochage brutal du produit
solidifié déchire la zone corticale et libère du métal liquide. Le risque est
encore plus élevé dans le cas
d'une coulée en charge : du fait de la hauteur métallo statique élevée, une
percée est susceptible de
libérer une importante quantité de métal.
Il est donc très important d'être capable de détecter une pendaison le plus
tôt possible, de
manière à pouvoir la gérer de la façon la plus appropriée.
Selon l'art antérieur, la détection de pendaison lors de la coulée de plaque
avec régulation du
niveau de métal, repose sur le suivi de l'ouverture de l'actionneur : un
actionneur restant fermé trop
longtemps est un indice de pendaison. Toutefois, cette indication est parfois
ambigüe. Par ailleurs,
pour toutes les autres technologies de coulée (régulation du niveau par
busette / flotteur ou coulée
en charge), il n'est pas possible d'utiliser ce type de détection. Il y a donc
un intérêt très fort à mettre
au point un système alternatif pour la détection des pendaisons.
Il est également important de limiter les risques de pendaison en amont, en
travaillant
notamment sur les facteurs précurseurs de la pendaison. Les observations ont
permis de montrer que
la pendaison du produit coulé dans une lingotière se produit majoritairement
pendant la phase de
démarrage de la coulée. Les causes les plus fréquentes de cet incident sont
des paramètres de
démarrage mal adaptés, tels que la mauvaise gestion de la cambrure dans le cas
de plaque coulée, ou
un défaut de montage de l'outillage, tel qu'un défaut de perpendicularité du
faux-fond par rapport à
la lingotière.
Enfin, les solutions reposant sur la détection visuelle de défauts de surface
sont délicates à
mettre en oeuvre : Elles nécessitent l'installation de caméras dans
l'atmosphère particulière de la fosse
de coulée ; les caméras doivent notamment être protégées de l'humidité et des
projections
éventuelles de métal liquide. Il faut aussi prévoir un traitement des images
enregistrées sur chacun
des écoulements. Ce traitement est rendu compliqué par la présence de l'eau de
refroidissement en
surface des produits. Il est par ailleurs difficile de mettre au point des
critères permettant de
déclencher l'arrêt de la coulée avant que les défauts dégénèrent en percée. Il
est également important
de détecter très tôt des indices de dégradation sévère et prolongée de l'état
de surface des produits
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car ces défauts sont également susceptibles de dégénérer en percée. Quand ces
défauts persistent
avec un certain niveau de gravité, il peut alors être intéressant de
déclencher un arrêt de la coulée.
Ainsi, la présente invention vise à sécuriser la coulée par le contrôle et la
détection des signes
précurseurs d'une pendaison, d'un défaut de remplissage et/ou d'un défaut de
surface et à stopper la
coulée quand les risques mettant en cause la sécurité sont importants.
Il est aussi important de pouvoir vérifier les conditions de coulée concernant
le centrage du faux
fond et du déflecteur par rapport moule. En effet, un mauvais positionnement
d'un de ces éléments
peut conduire à des casses de matériel à une usure prématurée de ces éléments
ou à des difficultés
de coulée type pendaison ou défaut de surface du produit. Par exemple, un
mauvais centrage du
déflecteur par rapport moule tend à ce que lors de la descente du faux fond et
du produit ceux-ci
viennent interagir avec le déflecteur, ce qui peut alors conduire à la
dégradation du déflecteur, ou au
coincement du faux-fond ou à la détérioration de l'état de surface du produit
ou à sa pendaison. Un
mauvais centrage du faux-fond peut quant à lui conduire à son coincement dans
le moule et, par suite,
mener à une pendaison.
La présente invention vise aussi à mettre en évidence des défauts de centrage
du faux-fond
et/ou du déflecteur et permettre ainsi une maintenance préventive pour
recentrer ces éléments ou
stopper la coulée quand les risques de pendaison sont trop importants.
A cet effet, la présente invention propose un système de contrôle du
déroulement de la
fabrication d'au moins un produit par coulée semi continue verticale, à
refroidissement direct,
notamment en alliage d'aluminium, dans un moule respectif fixe. Chaque produit
ayant un moule fixe.
Le système de contrôle comprend :
- au moins un faux-fond pour chaque moule respectif configure pour former
un fond
inférieur mobile du moule respectif fixe et pour porter le produit, pendant la
coulée.
- au moins
une cellule de pesée, sur laquelle le faux-fond respectif est disposé en
appui.
La cellule de pesée est configurée pour prendre des mesures représentatives de
la masse du produit
porté par le faux-fond respectif pendant la coulée, et
- un support de faux-fond, sur lequel la cellule de pesée est liée,
configure pour abaisser
le/chaque faux-fond par rapport au moule respectif fixe, sensiblement selon
une direction verticale,
pendant la coulée,
- Au moins une unité de traitement reliée à la/chaque cellule de pesée et
configurée
pour traiter les mesures, calculer la variation de masse du produit au cours
du temps.
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La présente invention porte aussi sur un procédé de contrôle de la fabrication
d'au moins un
produit par coulée semi-continue verticale à refroidissement direct, notamment
un alliage
d'aluminium, par un système de contrôle de l'invention dans lequel
- On coule dans le moule respectif de sorte que le produit est porté par le
faux-fond respectif.
- On prend, pendant la coulée, des mesures représentatives de la masse du
produit porté par le
faux-fond respectif à l'aide du système de contrôle.
- On traite les mesures, pendant la coulée, en calculant la variation de
masse des produits au
cours du temps à l'aide du système de contrôle.
- On arrête la coulée si une anomalie de remplissage ou de défauts de
surface et/ou de
.. pendaison est détectée.
- Si aucune anomalie n'est détectée, on continue la coulée jusqu'à
atteindre la quantité de
produit souhaitée et on procède à son démoulage.
La fabrication dudit produit par coulée semi continue verticale, à
refroidissement direct
comprend une étape de remplissage, de descente et de démoulage.
Avantageusement, le support de faux-fond comprend une platine support
s'étendant selon une
direction horizontale et configurée pour supporter la cellule de pesée. Cette
configuration permet au
faux-fond d'être supporté sur une surface horizontale de sorte à garantir une
coulée parfaitement
verticale. De préférence, le support de faux-fond comprend au moins un organe
de maintien,
sensiblement vertical lié à la platine support. L'organe de maintien sert à
lier le support de faux-fond
et la cellule de pesée. Dans un mode préféré pour la coulée de billettes,
l'organe de maintien est
positionné en partie centrale de la platine support.
Avantageusement, la cellule de pesée est liée au support de faux-fond à l'aide
de l'organe de
maintien de la platine support. La cellule de pesée comprend au moins un
peson, de préférence deux,
trois ou quatre pesons disposés régulièrement autour d'un axe parallèle à la
direction verticale. Cet
arrangement des pesons permet une prise de masse fiable et reproductible. De
préférence, les pesons
sont disposés régulièrement autour d'un axe vertical, par exemple pour une
configuration de trois
pesons ils sont disposés de sorte à définir deux à deux un angle d'environ 120
, de façon à former une
cellule de pesée isostatique.
Avantageusement, le dispositif comprend une cloche de protection servant à
protéger la cellule
de pesée. Les parois latérales de la cloche de protection permettent de
protéger les pesons de
projections éventuelles pendant la coulée. Ces projections pouvant être du
métal liquide ou de l'eau.
La cloche de protection assure aussi une protection thermique. Dans une
configuration possible de
l'invention, la partie supérieure de la cloche de protection prend appui sur
le/les pesons ; la cellule de
pesée se logeant dans la cloche de protection.
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Selon une configuration avantageuse de l'invention, la cellule de pesée
comprend au moins un
organe s'étendant selon une direction sensiblement verticale. L'organe sert à
positionner le faux-fond
par rapport à la cellule de pesée selon une direction sensiblement verticale.
L'organe peut aussi
permettre de positionner la cloche de protection par rapport à la cellule de
pesée selon une direction
sensiblement verticale. Avantageusement, l'organe est un fourreau, pouvant
recouvrir l'organe de
maintien prévu sur la platine support.
De préférence le faux-fond comprend au moins un logement. Le logement
collabore avec une
région d'extrémité de l'organe de la cellule de pesée et/ou avec l'organe de
maintien de la platine
support afin de garantir le positionnement du faux-fond par rapport à la
cellule de pesée selon un axe
sensiblement vertical. La cellule de pesée étant liée au support de faux-fond,
cela permet aussi de
garantir que le faux-fond est bien positionné pour assurer une coulée
verticale. Le faux-fond est ainsi
maintenu selon un axe sensiblement vertical, correspondant sensiblement à
l'axe vertical de coulée à
l'aide du logement qui reçoit une région d'extrémité de l'organe de la cellule
de pesée, liée au support
de faux-fond. Dans cette configuration, le faux-fond est libre en rotation
autour de l'axe de l'organe.
Afin d'éviter l'échappement du faux-fond notamment pendant l'étape de
démoulage dans le
sens vertical, le faux-fond est avantageusement muni d'au moins un moyen de
retenue vertical. Le
moyen de retenue vertical ne doit pas lier de manière statique le faux-fond à
la cellule de pesée durant
l'étape de remplissage et de descente pendant la coulée. Ce moyen de retenue
vertical est par exemple
configure pour être engagé dans une gorge prévue sur la région d'extrémité de
l'organe de la cellule
de pesée.
De manière avantageuse, la région d'extrémité de l'organe de la cellule de
pesée présente une
hauteur inférieure à la profondeur du logement de fourreau du faux-fond.
Ainsi dans une configuration avantageuse de l'invention, la cellule de pesée
liée au support de
faux-fond du système de contrôle comprend au moins un fourreau s'étendant
selon une direction
verticale. Le fourreau est destiné à recouvrir l'organe de maintien prévu sur
la platine support du
support faux-fond. La région d'extrémité du fourreau est configurée pour
coopérer avec le logement
de fourreau du faux-fond de sorte à venir s'engager et maintenir le faux-fond
selon une direction
sensiblement verticale.
Dans une configuration de l'invention, particulièrement avantageuse pour la
coulée de billettes,
l'organe de la cellule de pesée, l'organe de maintien prévu sur la platine
support du support faux-fond
et le logement de fourreau du faux-fond se trouvent en position centrale du
système de contrôle.
Le procédé de l'invention s'applique aussi bien à des produits sous forme de
plaques ou de
billettes.
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Dans un mode de réalisation du procédé, une interface permet d'afficher la
variation de masse
des produits au cours du temps pour chaque cellule de pesée. Celle-ci peut
signaler et/ou alerter quant
à des problèmes de remplissage et/ou des défauts de surface et/ou des
problèmes de pendaison en
fonction des évolutions de masse des produits mesurées au cours du temps.
De manière préférée, dans le cas où plus d'un peson est intégré à la cellule
de pesée, l'unité de
traitement calcule la moyenne des valeurs de masse mesurée par tous les pesons
relatifs à chaque
produit. Cette moyenne est considérée comme correspondant à la masse du
produit.
Dans un autre mode de réalisation du procédé, l'interface peut être remplacée
par un automate
ou connectée à un automate.
L'automate peut interrompre de manière automatique la coulée lorsque la
variation de masse
d'au moins un produit au cours du temps est symptomatique d'un problème de
remplissage, c'est-à-
dire qu'une fois écoulée une durée tc après le démarrage de la coulée, la
masse d'au moins un produit,
c'est-à-dire la moyenne des valeurs de masse mesurée par tous les pesons
relatifs à chaque produit
est inférieure ou égale à une valeur de masse seuil Ms.
L'automate peut aussi interrompre la coulée lorsque la variation de masse d'un
produit au cours
du temps est symptomatique d'un problème de pendaison ou de défauts de
surface, sur la base de
critères combinant l'amplitude et la durée de ces variations de masse. Ces
conditions prédéterminées
comprennent une variation de masse déterminée sur un laps de temps donné.
L'interruption de la coulée se fait par l'arrêt de l'alimentation en métal
liquide, notamment en
alliage d'aluminium liquide, dans la goulotte desservant l'alliage métallique
dans au moins un
écoulement prévu sur le support du faux-fond. Le mouvement du faux-fond peut
aussi être
interrompu, par arrêt du descenseur. Une fois sécurisé, le dispositif de
coulée est rendu accessible aux
opérateurs qui peuvent intervenir sur place pour régler le problème identifié.
Ainsi, la présente invention concerne à la fois un procédé et un dispositif
permettant de mettre
sous contrôle et de sécuriser le déroulement d'une coulée verticale multi-
écoulements de plaques ou
de billettes. Elle repose sur le suivi continu de la prise de masse des
produits à l'aide de pesons
implantés sous chacun des faux-fonds permettant :
- La surveillance du remplissage de chaque écoulement
- La surveillance des états de surface de chacun des produits durant la
coulée
- La détection de pendaison.
D'autres aspects, buts et avantages de la présente invention apparaîtront
mieux à la lecture de
la description suivante d'un mode de réalisation de celle-ci, donnée à titre
d'exemple non limitatif et
faite en référence aux dessins annexés. Les figures ne respectent pas
nécessairement l'échelle de tous
les éléments représentés de sorte à améliorer leur lisibilité. Dans la suite
de la description, par souci
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de simplification, des éléments identiques, similaires ou équivalents des
différentes formes de
réalisation portent les mêmes références numériques.
- La figure 1 est un synoptique de mise en oeuvre du Système de contrôle.
- La figure 2 illustre le système de contrôle d'un écoulement, constitué
d'un faux-fond solidarisé
au support de faux-fond selon un mode de réalisation de l'invention.
- La figure 3 illustre le support de faux-fond selon un mode de réalisation
de l'invention.
- La figure 4 illustre la cellule de pesée selon un mode de réalisation de
l'invention
- La figure 5 illustre la cloche de protection de la cellule de pesée selon
un mode de réalisation
de l'invention.
- La figure 6 illustre le faux-fond selon un mode de réalisation de
l'invention.
- La figure 7 illustre deux courbes d'évolution de masse du produit en
fonction du temps,
montrant une évolution normale et une évolution symptomatique d'un problème de
pendaison.
- La figure 8 illustre deux courbes d'évolution de masse du produit en
fonction du temps,
montrant une évolution normale et une évolution symptomatique de défauts de
surface.
- La figure 9 illustre schématiquement deux courbes d'évolution de masse du
produit en
fonction du temps, montrant une évolution normale et une évolution
symptomatique d'un défaut de
remplissage.
- La figure 10 illustre schématiquement deux courbes d'évolution de masse
du produit en
fonction du temps, montrant une évolution normale et une évolution
symptomatique d'un mauvais
centrage du faux fond.
- La figure 11 illustre schématiquement deux courbes d'évolution de masse
du produit en
fonction du temps, montrant une évolution normale et une évolution
symptomatique d'un mauvais
centrage du déflecteur.
La figure 1 est un synoptique d'un mode de mise en oeuvre du Système de
contrôle 100. Le
Système de contrôle 100 est intégré à un métier de coulée semi continu
vertical, à refroidissement
direct 24. Il comprend un faux-fond 4 sur lequel repose un produit coulé 40
dans un moule fixe 41 et
un déflecteur 43. Le faux-fond 4 constitue au moment du démarrage de la
coulée, pendant l'étape de
remplissage, le fond du moule fixe 41. Le faux-fond 4 vient en appui sur une
cellule de pesée 3 qui est
liée au support 2 de faux-fond par l'intermédiaire d'un organe de maintien 6.
Le support 2 de faux-
fond est solidaire d'un descenseur 20 à l'aide d'un organe de liaison 42. Un
moyen de retenue vertical
18 permet de maintenir le faux-fond 4 à la cellule de pesée lors de
l'opération de démoulage, qui se
déroule en fin de coulée. La cellule de pesée 3 comprend un organe 10
permettant le positionnement
du faux-fond par rapport à la cellule de pesée et éventuellement celui d'une
cloche de protection (non
représentée). L'organe 10 peut recouvrir l'organe de maintien 6. Le faux-fond
4 est maintenu selon
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l'axe sensiblement vertical à l'aide d'un logement 17, le logement recevant
une région d'extrémité de
l'organe 10 de la cellule de pesée 3. La cellule de pesée est reliée à une
unité de traitement 21
configurée pour traiter les mesures, calculer les variations de masse du
produit coulé 40 au cours de
la coulée pour chaque peson intégré à la cellule de pesée. Le nombre de pesons
peut être égal à 1, 2
3 ou 4. La masse mesurée par chacun des pesons est remontée en continu à
l'unité de traitement 21
ce qui permet de connaître en temps réel l'évolution de la masse en fonction
du temps ou de la durée
de la coulée. En particulier, la masse mesurée de chaque produit (plaque ou
billette) est calculée en
permanence en faisant la moyenne des mesures de chacun des pesons. L'unité de
traitement 21 peut
être reliée à une interface 22 permettant d'afficher en continu l'évolution de
la masse des produits.
Cette interface 22 peut être commune à plusieurs écoulements. L'opérateur en
fonction des allures
des courbes visualisées peut décider d'interrompre la coulée. En effet, en
fonction de l'évolution de la
masse des produits, il est possible de savoir s'il se produit un problème de
remplissage (figure 9), une
pendaison (figure 7), ou si le produit va présenter un défaut de surface
(figure 8). L'unité de traitement
21 peut aussi être reliée à un automate 23. Des algorithmes de traitement
différents sont alors mis en
oeuvre par l'automate 23 pour surveiller les différentes anomalies pouvant
survenir, telles qu'un
défaut de remplissage du moule, un défaut de surface des produits en régime
permanent et des
pendaisons. Cet automate 23 permet d'interrompre la coulée de manière
automatique.
Les figures 2 à 6 représentent des vues en perspective d'un système de
contrôle 100 destiné à
la coulée de billettes. Le Système de contrôle 100 est représenté en coupe. Il
comprend un support de
faux-fond 2 sur lequel est lié une cellule de pesée 3, sur laquelle vient en
appui un faux-fond 4. Le
support 2 de faux-fond est solidaire d'un descenseur (non illustré) qui
l'entraine dans un mouvement
descendant vertical au cours de la coulée. Le faux-fond 4 est en appui sur la
cellule de pesée 3 qui est
liée au support 2 de faux-fond de sorte à suivre le mouvement de ce dernier et
pour constituer un fond
inférieur mobile d'un moule fixe (non illustré). Ce dispositif est prévu pour
chacun des écoulements.
Dans un mode non représenté, le support 2 de faux-fond peut être commun à
plusieurs écoulements.
Ainsi, un métal liquide est déversé par une goulotte dans chacun des moules
qui confèrent au métal
en cours de refroidissement la forme du produit souhaité, ici une billette. Le
métal en cours de
solidification est alors porté par le faux-fond 4 qui s'abaisse de sorte à
permettre le remplissage du
moule et d'atteindre la longueur finale de la billette souhaitée. Les produits
fabriqués prennent des
formes variées, telles que des billettes ou des plaques notamment.
Comme illustré à la figure 1, chacun des pesons 9 de la cellule de pesée 3 est
relié à une unité
de traitement configurée pour traiter les mesures, calculer les variations de
masse au cours de la
coulée. Cette unité de traitement peut être reliée à une interface et/ou un
automate. L'interface
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permet de visualiser en continu les variations de masse et interrompre la
coulée quand des anomalies
importantes sont détectées. L'automate permet de faire cela en automatique.
La figure 3 représente une vue en perspective du support 2 de faux-fond. Le
support 2 de faux-
fond est représenté en coupe. Il comprend une platine support 5 du support
faux-fond s'étendant
selon une direction horizontale et servant de support pour accueillir la
cellule de pesée 3 (non
représentée sur la figure 3) et un carter 1 prenant appui sous la platine
support 5. La platine support 5
comprend un organe de maintien 6 central présentant une direction parallèle à
la direction verticale.
Cet organe de maintien 6 a pour objet de lier la platine support à la cellule
de pesée, d'en assurer son
positionnement et son maintien. La platine support 5 présente des orifices de
passage 7 permettant
le passage d'éléments, typiquement des câbles (non représentés) connectés à la
cellule de pesée. Ces
orifices 7 collaborent avec les passes câbles 12 de la cellule de pesée
représentés sur la figure 4.
La figure 4 représente une vue en perspective de la cellule de pesée 3. La
cellule de pesée 3 est
représentée en coupe. Elle comprend une platine support 8 horizontale de la
cellule de pesée sur
laquelle sont disposés quatre pesons 9, disposés régulièrement autour d'un axe
vertical, cet axe étant
celui de l'organe 10. L'organe 10 est un fourreau central. Dans un mode non
représenté, le nombre de
pesons peut être égal à 1, 2 ou 3. L'organe de maintien 6 de la platine
support 5 collabore avec le
fourreau central 10, via un orifice 11 central de la cellule de pesée. La
région d'extrémité du fourreau
central 10 comprend une gorge 13 s'étendant sur la circonférence extérieure du
fourreau central 10,
destinée à coopérer avec des moyens de retenue verticale telle que des vis 18
du faux-fond. La cellule
de pesée dispose de passes ¨ câbles 12 ; de manière préférée et non-
limitative, il y a autant de passe-
câbles que de pesons.
La figure 5 représente une vue en perspective de la cloche de protection 14.
La cloche de
protection 14 est représentée en coupe. Le disque supérieur 16 de la cloche de
protection 14
comprend un orifice 15 configure pour permettre un engagement autour du
fourreau 10 central de
sorte à maintenir la cloche selon un axe sensiblement vertical. Le poids de la
cloche est uniformément
réparti sur les quatre pesons 9. L'organe de maintien 6 de la platine support
5 collabore avec la cloche
de protection via un orifice 15 central de la cloche de protection 14.
La figure 6 représente une vue en perspective du faux-fond 4. Le faux-fond 4
est représenté en
coupe. Il comprend un logement 17 central qui reçoit la région d'extrémité du
fourreau 10 central qui
présente une hauteur inférieure à la profondeur dudit logement 17. Le faux-
fond 4 comprend un
alésage 19 traversant radialement le faux-fond 4, jusqu'à déboucher dans le
logement 17. L'alésage 19
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est taraudé (non représenté). Le moyen de retenue vertical utilisé est une vis
18 (non représentée à
la fig 6), conformée pour coopérer avec l'alésage 19. La vis 18 présente une
longueur telle qu'une fois
vissée dans l'alésage 19, elle puisse s'engager dans la gorge 13 du fourreau
10 central de la cellule de
pesée. La hauteur de la gorge 13 du fourreau 10 est supérieure au diamètre de
la vis 18. Cette
configuration permet ainsi de retenir le faux-fond 4 à la cellule de pesée 3
pendant l'étape de
démoulage. La distance séparant la face interne de la gorge du fourreau du
contact de la vis y
collaborant est supérieure à la course de la vis. Cela est nécessaire au bon
fonctionnement de la cellule
de pesée, de sorte à ne pas perturber ou entraver la mesure du/des pesons. Le
moyen de retenue
vertical permet d'éviter l'échappement éventuel du faux-fond (4) de son
support lors de l'extraction
par levage du produit de la coulée à la fin de celle-ci, au moment de la phase
de démoulage du produit.
Les figures 7 à 11 illustrent différentes anomalies détectées par le système
de contrôle 100
selon la présente invention. L'axe des abscisses représente le temps écoulé et
l'axe des ordonnées
représente la masse mesurée. Ces courbes sont des exemples de représentation
que peut afficher
l'interface 22. Les figures 7 à 11 illustrent les courbes de prise de masse
pour des coulées semi
continue verticale, à refroidissement direct pour fabriquer des billettes.
La figure 7 représente deux courbes d'évolution de la masse d'un produit en
fonction du temps
ou durée de coulée. Chacune des courbes correspond à un écoulement différent
se produisant
pendant la même coulée. La courbe en trait plein 25 correspond à l'évolution
normale de la masse
d'un produit. La masse croit au cours de la durée de coulée. Elle ne présente
aucune rupture de pente
anormale jusqu'au temps t1 : la coulée se déroule normalement, sans problème
de remplissage, sans
collage, ni pendaison du produit. La courbe en trait pointillé 26 représente
une évolution de masse de
produit pour lequel un phénomène de pendaison s'est produit à partir de
l'instant tp. La courbe 26
présente une rupture 27 importante de la pente illustrant un démarrage de
pendaison. En effet
l'allègement de masse significatif, typiquement supérieur à environ 50% de la
masse normale,
préférentiellement 60%, pendant un laps de temps très court, typiquement
pendant une durée
d'environ 30s, préférentiellement environ 20 secondes, témoigne d'un phénomène
de pendaison. En
effet, en cas de pendaison, le produit ne repose plus sur le faux-fond 4, ce
qui se traduit par un brusque
allègement et donc une brutale rupture de pente sur la courbe de prise de
masse. Après la chute
brutale de la masse, on constate que la masse évolue de nouveau 28 témoignant
que le produit a été
de nouveau en contact avec le faux-fond. Cependant, au-delà du temps t1, la
masse n'évolue plus sur
la courbe en trait pointillé 26. Cela correspond à un arrêt de coulée au bout
du temps t1. La courbe 25
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n'évolue plus elle aussi à partir du temps t1 car dans le cas de fabrication
de billettes avec multi
écoulements, l'interruption de l'approvisionnement en métal interrompt le
processus de solidification
de tous les écoulements même si un seul présente un problème de pendaison.
La figure 8 représente deux courbes d'évolution de la masse d'un produit en
fonction du temps
ou durée de coulée. Chacune des courbes correspond à un écoulement différent
se produisant
pendant la même coulée. La courbe en trait plein 29 correspond à l'évolution
normale de la masse
d'un produit. La masse croit au cours de la durée de coulée. Elle ne présente
aucune rupture de pente
anormale : la coulée se déroule normalement, sans problème de remplissage,
sans collage, ni
pendaison du produit. La courbe en trait pointillé 30 représente une évolution
de masse de produit
pour lequel des problèmes de défauts de surface sont observés. La courbe en
trait pointillé 30 présente
des décrochages 31, 32, 33. Ces décrochages sont typiques de collages
ponctuels du métal sur le moule
générant des défauts de surface. En effet, chaque défaut de surface se traduit
par une modification du
frottement du produit sur les parois du moule et donc par une variation locale
de la courbe de prise
de masse du produit. L'algorithme de traitement du signal implémenté sur
l'automate consiste à
détecter l'apparition de variations par rapport à la courbe de prise de masse
idéale et à déclencher en
automatique un arrêt de la coulée sur la base de critères combinant
l'amplitude et la durée de ces
variations. La courbe de prise de masse idéale étant liée à la masse volumique
du produit coulé, la
vitesse de coulée, le format du produit coulé. Sur la base de critères
combinant amplitude et durée de
l'allègement, l'automate est alors capable de distinguer un simple collage du
produit, sans
conséquence pour la suite de la coulée, une véritable pendaison ou des défauts
de surface marqués
susceptibles de dégénérer en percée.
Les courbes de prise de masse permettent également de surveiller le
remplissage de la coulée:
dans ce cas, l'algorithme de traitement du signal consiste à vérifier qu'une
fois écoulée la durée tc
après le démarrage de la coulée, la valeur moyenne de masse calculée à partir
des mesures effectuées
par les pesons 9 pour chaque cellule de pesée est supérieure-ou égale à une
valeur de masse seuil Ms.
Dans le cas contraire, si au moins une des valeurs de masse est inférieure à
la valeur seuil Ms,
l'automate déclenche en automatique un arrêt de coulée, dans des conditions de
sécurité optimale
pour le personnel. Les valeurs de tc et Ms dépendent du produit coulé et des
conditions de coulée; ils
sont fonction en particulier du format du produit coulé, diamètre de la
billette ou dimension de la
plaque en particulier, de la masse volumique du produit et de la vitesse de
coulée. Ces valeurs sont
dimensionnées de manière à ce qu'en cas de défaut de remplissage d'au moins un
écoulement, il n'y
ait aucun risque de mise en contact eau / métal liquide au démarrage du
descenseur.
La figure 9 illustre l'allure des courbes d'évolution de la masse de produit
en fonction du temps
mesuré par un peson 9. La courbe en trait plein 34 correspond à un déroulement
normal de coulée.
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Le remplissage débute à partir du temps tO, la masse croit de manière
régulière. Au bout d'un temps
tc correspondant à la durée de contrôle de remplissage approprié à la
configuration de coulée, la
masse mesurée par le peson 9 est supérieure à la masse seuil Ms, définie pour
la configuration de
coulée. Il n'y a pas de problème de remplissage. La courbe en trait pointillé
35 présente une allure
similaire à la courbe 34 mais au bout du temps tc , la masse mesurée par le
peson 9 est inférieure à la
masse seuil Ms. Il y a un problème de remplissage. Il est alors souhaitable de
stopper la coulée, qui est
fait peu de temps après, typiquement au bout de quelques secondes,
préférentiellement 1 seconde.
La figure 10 représente deux courbes d'évolution de la masse d'un produit en
fonction du temps
ou durée de coulée. Chacune des courbes correspond à un écoulement différent
se produisant
pendant la même coulée. La courbe en trait plein 36 correspond à l'évolution
normale de la masse
d'un produit. A partir du temps to, correspondant au début du remplissage, la
masse croit selon une
évolution linéaire. Elle ne présente aucune rupture de pente anormale : la
coulée se déroule
normalement. La courbe en trait pointillé 37 représente une évolution de masse
de produit
symptomatique d'un problème de centrage de faux-fond dans le moule. La courbe
en trait pointillé 37
présente une évolution de masse anormale : entre le temps t0 et le temps td,
correspondant au
moment où le descenseur démarre, la masse mesurée sur l'écoulement
correspondant à la courbe 37
est nettement supérieure à la masse attendue correspondant à la masse mesurée
sur la courbe 36. Au
moment du démarrage du descenseur, la masse mesurée diminue brusquement
jusqu'à une valeur
voisine d'une valeur de masse attendue, correspondant à la masse mesurée sur
la courbe 36. Cela
indique que le faux-fond a repris une position centrée et n'interagit plus
avec les parois du moule. La
masse augmente de nouveau de façon linéaire selon la même pente que la courbe
36.1Iest souhaitable
lorsqu'un tel phénomène est enregistré de vérifier lors de la prochaine coulée
le positionnement du
faux fond. Quand le décentrage du faux-fond est trop important, la masse
mesurée peut chuter vers
des valeurs très faibles au moment où le descenseur démarre, entrainant alors
l'arrêt automatique de
la coulée selon le principe de la figure 8, étant entendu que le temps t. à
partir duquel se fait le contrôle
de masse par rapport à une valeur seuil Ms est supérieur au temps td de
démarrage du descenseur.
La figure 11 représente deux courbes d'évolution de la masse d'un produit en
fonction du temps
ou durée de coulée. Chacune des courbes correspond à un écoulement différent
se produisant
pendant la même coulée. La courbe en trait plein 38 correspond à l'évolution
normale de la masse
d'un produit. A partir du temps to, correspondant au début du remplissage, la
masse croit selon une
évolution linéaire. Elle ne présente aucune rupture de pente anormale. La
courbe en trait pointillé 39
représente une évolution de masse de produit symptomatique d'un problème de
centrage de
déflecteur dans le moule. En effet, en fonction de la vitesse de coulée et de
la géométrie du dispositif
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de coulée, en particulier la distance entre le déflecteur et la position du
faux fond en début de coulée,
, le faux fond, après que le descenseur démarre, passe entre les parois du
déflecteur entre le temps t1
et t2. La courbe 38 ne présente pas de perturbations de la masse au moment du
passage du faux fond
entre le déflecteur, tandis que la courbe 39 montre des perturbations ou
décrochages 39a avec des
baisses de masses alternées. En fonction de l'amplitude de ces perturbations,
il sera souhaitable
d'arrêter ou non automatiquement la coulée. Si la coulée n'est pas arrêtée, il
est souhaitable de vérifier
lors de la prochaine coulée, le positionnement du déflecteur. Ainsi le Système
de contrôle 100 selon
l'invention est capable de détecter et de différencier sans ambigüité cinq
situations :
- le cas d'un défaut de remplissage sur au moins un écoulement
- le cas d'une coulée avec pendaison franche sur au moins un écoulement
- le cas de collage ou d'amorce de pendaison générant uniquement des
défauts de surface sur
au moins un écoulement.
- Le mauvais centrage du faux-fond
- Le mauvais centrage du déflecteur
Il va de soi que l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation
décrits ci-dessus à titre
d'exemples mais qu'elle comprend tous les équivalents techniques et les
variantes des moyens décrits
ainsi que leurs combinaisons.
