Un débitmètre électromagnétique dans un système d'acier de refroidissement par coulée continue.

Contexte client

Une aciérie intégrée de 2,5 millions de tonnes par an dans le nord de la Chine a sélectionné l'usine d'instruments Qinwei de Xi'an pour résoudre les échecs persistants de mesure de débit dans ses circuits de coulée continue et de laminoir à chaud. L'usine exploite deux machines de coulée continue de brames produisant des brames de 200 mm et 250 mm d'épaisseur, ainsi qu'un laminoir à chaud laminant jusqu'à une épaisseur de 1,5 mm. La mesure du débit est essentielle pour plusieurs circuits d'eau : eau de refroidissement primaire pour le refroidissement du moule et des segments dans la machine de coulée, eau de pulvérisation secondaire, eau de décalaminage à 180 bars pour le train de dégrossissage et émulsion de recirculation pour la lubrification des mors de cylindres dans le train de finition.Le système d'eau de refroidissement fait circuler environ 12 000 m³ par heure

dans une boucle semi-fermée avec des tours de refroidissement et une filtration en dérivation. La qualité de l'eau est problématique : l'eau de recirculation transporte 30 à 80 mg/L de solides en suspension comprenant de fines particules d'oxyde de fer (calamine), des traces d'huile hydraulique provenant de fuites et des solides dissous résiduels concentrés par les cycles d'évaporation.Défis rencontrésInterférence de particules magnétiques :

La calamine (particules de Fe₃O₄ et Fe₂O₃) est ferromagnétique. Les anciens débitmètres électromagnétiques à insertion ont subi une dégradation du signal à mesure que les particules magnétiques s'accumulaient sur les surfaces des électrodes, formant un pont conducteur qui déformait la mesure de la tension induite. La précision s'est dégradée de ±1 % à ±5–8 % en 2–3 semaines de fonctionnement en période de production maximale.

• Usure abrasive : L'eau de décalaminage à haute vitesse (jusqu'à 8 m/s dans les tuyaux DN150) transportant des particules de calamine entraînées a érodé les rotors des débitmètres à turbine et les surfaces des paliers. Le remplacement des rotors était nécessaire tous les
• 3 à 4 mois pour un coût de 8 000 ¥ par mètre, avec 8 mètres sur la seule ligne de décalaminage.Précision de mesure Lors des opérations de coulée intermittentes, la température de l'eau de refroidissement pouvait passer de 25 °C à 80 °C en quelques minutes lorsque le débit était réduit lors des changements de poche. Les débitmètres mécaniques ont subi un grippage induit par la dilatation thermique, provoquant des lectures erratiques ou un blocage complet.
• Encrassement par émulsion : L'émulsion huile dans eau (3–5 % d'huile) dans le circuit du laminoir a enduit les plaques à orifice des débitmètres à pression différentielle, nécessitant un nettoyage deux fois par semaine. Le coût de maintenance annuel des 6 débitmètres du circuit d'émulsion dépassait
• 95 000 ¥.Conditions de travail sur siteParamètre

Eau de refroidissement du moule

Revêtement en caoutchouc dur (eau de refroidissement) :

Pour les conduites d'eau de refroidissement de grand diamètre DN400, les revêtements en caoutchouc dur offrent une excellente résistance à l'abrasion contre la calamine entraînée à une fraction du coût du PTFE. Classé pour un service continu jusqu'à 80 °C, bien dans l'enveloppe de température de l'eau de refroidissement.

• Revêtement en PTFE (émulsion) : La surface antiadhésive en PTFE empêche l'adhérence de l'émulsion d'huile et l'accumulation de dépôts carbonisés provenant des applications de laminage à chaud. L'inertie chimique garantit aucune gonflement ni dégradation due au report d'huile hydraulique.
• Électrodes en Hastelloy C-276 (tous points) : Sélectionné universellement pour l'environnement des aciéries en raison de sa résistance combinée à la piqûration par chlorures (provenant des cycles d'eau de refroidissement), à l'érosion-corrosion (provenant des flux chargés de particules) et aux interférences électrochimiques (provenant des courants de soudage errants courants dans les réseaux de mise à la terre des aciéries).
• Électrode de mise à la terre intégrée : Essentiel dans l'environnement des aciéries où les champs électromagnétiques puissants des fours à arc électrique et des stations de métallurgie en poche peuvent induire du bruit en mode commun. L'électrode de mise à la terre intégrée fournit un chemin de référence à faible impédance, atteignant des rapports signal/bruit supérieurs à 80 dB, même à moins de 50 mètres des transformateurs de fours à arc électrique en fonctionnement.
• Capteur submersible IP68 avec transmetteur distant IP67 : Les installations dans les sous-sols des machines de coulée sont sujettes à des inondations occasionnelles dues au débordement des fosses à calamine. Les capteurs classés IP68 survivent à une immersion temporaire sans dommage. Les transmetteurs distants sont montés sur des poteaux isolés des vibrations à hauteur des yeux de l'opérateur.
• Modbus RTU sur RS485 : La communication numérique élimine les problèmes de boucle de masse 4-20 mA prévalents dans les aciéries. L'interface Modbus fournit des informations en temps réel sur la conductivité et l'état de tuyau vide au PLC d'automatisation de niveau 1, permettant un ajustement automatique de la vitesse de coulée basé sur le débit réel d'eau de refroidissement.
• Emplacement d'installationLe débitmètre d'eau de refroidissement du moule DN400 a été installé sur une section horizontale à 5 mètres en aval de la sortie de la pompe d'alimentation principale en eau de refroidissement, offrant 15D de tuyau droit en amont et 8D en aval. L'orientation horizontale des électrodes (3 et 9 heures) empêche l'interférence des bulles de gaz provenant de l'air dissous libéré lors des chutes de pression. Pour la ligne de décalaminage DN150 fonctionnant à 180 bars, un corps de débitmètre en acier au carbone forgé avec un indice de bride Schedule 160 a été fourni, le transmetteur étant monté à distance à l'extérieur de l'enceinte haute pression. Des supports de tuyauterie amortissant les vibrations ont été installés à moins de 1 mètre des deux raccords à bride pour isoler le débitmètre des vibrations mécaniques induites par la pompe.

Résultats – 12 mois après installation

Métrique

Avant

Débitmètre électromagnétique Qinwei pour l'industrie sidérurgique