Procédé et appareil pour contrôler l'épaisseur d'une matière en feuille ou en bande
La présente invention se rapporte à la fabrication de matière en feuille ou en bande par laminage ou par étirage et concerne plus particulièrement un procédé et un appareil pour contrôler l'épaisseur de la matière en feuille ou en bande.
Dans une telle fabrication, I'épaisseur et d'autres propriétés de la matière pénétrant entre les surfaces des cylindres de laminoir ou des matrices d'étirage peuvent varier dans le sens longitudinal et dans le sens transversal de la feuille ou bande par suite du traitement précédent auquel celle-ci a été soumise. Pour contrôler l'épaisseur de la feuille ou bande sortante, il est désirable de pouvoir mesurer son épaisseur et de régler en conséquence les conditions de réduction.
Même si l'appareil de réduction est tel que des moyens soient prévus pour le réglage automatique des conditions de réduction en vue de maintenir constante l'épaisseur de la matière sortante, il est encore nécessaire de pouvoir mesurer initialement l'épaisseur pour régler les conditions en vue d'atteindre l'épaisseur désirée, les moyens automatiques pouvant ensuite subsister avec un contrôle périodique pour maintenir l'épaisseur à sa valeur désirée.
Aucun des instruments de mesure de l'épaisseur de bande laminée disponibles jusqu'ici n'a été entièrement satisfaisant. Le principal désavantage des instruments existants réside dans le fait qu'ils travaillent près de la bande et sont par conséquent facilement endommagés par un grain ou saillie (cobble). Un autre désavantage est que les instruments ne peuvent pas être placés près du jeu entre cylindres de sorte qu'il y a un retard entre le laminage de la bande et l'indication de son épaisseur.
La présente invention permet de surmonter ces inconvénients puisque la mesure de épaisseur de bande est indirecte étant dérivée d'une mesure de l'écartement initial des cylindres et de la force tendant à séparer ces cylindres. Comme tous les appareils de mesure peuvent être placés à distance du laminoir, il n'y a pas de danger de dommage provenant d'un grain et puisque les cylindres euxmêmes sont utilisés dans la mesure, il n'y a pas de retard entre le laminage de la bande et l'indication de son épaisseur. De plus, la présente invention permet de contrôler l'épaisseur moyenne à travers la bande en tous points, sur toute la longueur d'un rouleau.
Ceci constitue un avantage important puisque c'est au commencement et à la fin d'un rouleau qu'apparaissent les plus grandes variations d'épaisseur dues aux effets d'accélération et de ralentissement du laminoir.
La présente invention fournit un procédé nouveau et perfectionné pour contrôler l'épais seur de matière sortant d'un laminoir, basé sur les faits suivants découverts par la titulaire.
Pour la commodité, ces faits et la description ci-après sont exposés en se rapportant au passage d'une bande de métal entre les cylindres mais il est clair qu'ils pourraient également s'appliquer à des bandes de matière autre que du métal, à des feuilles de n'importe quelle matière ainsi qu'à l'étirage, par exemple, à travers des matrices du type comprenant des surfaces de matriçage opposées dont la séparation est réglable.
Avant de laminer la bande, le jeu, c'està-dire la distance minimum entre les cylindres, est réglé à une valeur plus faible que l'épaisseur désirée de la bande laminée. Cette distance désignée habituellement par écartement des cylindres sera désignée par la suite par SO. Dans les grands laminoirs destinés à laminer de larges bandes minces, les cylindres sont souvent forcés l'un contre l'autre par une charge préalable au lieu d'être réglés avec un jeu réel entre eux. Dans ces circonstances, la distance réelle entre les cylindres est nulle mais l'écartement des cylindres est choisi comme étant la distance dont seraient écartées les surfaces adjacentes des cylindres si elles pouvaient passer l'une à travers l'autre et cet écartement porte le signe négatif.
La valeur d'un tel calage ou écartement négatif dû à une charge préalable est déterminée par la quantité selon laquelle les vis ou autres moyens de réglage du jeu se déplacent longitudinalement après que les cylindres ont été amenés en contact.
Le procédé de contrôle de l'épaisseur de la bande selon l'invention dépend d'une relation découverte par la titulaire. La force de séparation des cylindres apparaissant lors de la déformation plastique de la bande, soulève ces cylindres en les séparant contre la contrainte élastique des enveloppes ou châssis de laminoir, des vis et des cylindres eux-mêmes. La bande sort ainsi avec une épaisseur plus grande que l'écartement des cylindres. Ces déformations dans le laminoir sont élastiques et obéissent par conséquent à la loi de Hooke.
I1 existe donc, pour la gamme de travail de la force de séparation F, une relation pratiquement linéaire entre l'épaisseur de bande laminée h et l'écartement des cylindres SO qui peut s'écrire comme suit
F = M (h - o) (1) où M est la constante élastique ou facteur de proportionnalité ou élasticité du laminoir. Si
F est mesuré en tonnes et h et SO en cm (inclus) alors M est en tonnes cm-l (tons in-l) et représente la charge dans le jeu entre les cylindres requise pour séparer les cylindres d'un cm (1").
L'équation (1) peut être mise sous le forme suivante
h = F/3l + S" (2)
Ainsi, la présente invention a pour objet un procédé de mesure de l'épaisseur d'une matière en feuille ou en bande sortant entre les éléments de formation d'un dispositif de réduction, notamment d'un laminoir, caractérisé en ce qu'on produit une première grandeur proportionnelle à la force de séparation engendrée entre lesdits éléments, on produit une seconde grandeur proportionnelle à l'écartement de ces éléments, le facteur de proportionnalité de la seconde grandeur étant un nombre de fois prédéterminé plus grand que le facteur de proportionnalité de la première grandeur où ledit nombre prédéterminé est égal à la constante élastique du dispositif de réduction,
et en ce qu'on ajoute les deux grandeurs ensemble pour obtenir une grandeur totale proportionnelle à l'épaisseur de ladite matière à sa sortie dudit dispositif de réduction. La grandeur totale peut être appliquée à un indicateur approprié étalonné de manière à donner une lecture directe de l'épaisseur sortante.
Si des grandeurs électriques proportionnelles à l"/j et Sv sont produites et additionnées, on obtiendra une mesure de l'épaisseur de bande.
Bien que les grandeurs soient de préférence électriques, elles pourraient être, par exemple, des pressions de fluide ou des grandeurs de mouvements mécaniques. Pour une gamme étendue de produits à laminer dans un laminoir, il peut être difficile d'obtenir une indication précise d'épaisseur de bande sur un seul indi cateur et dans une forme d'exécution préférée de l'appareil selon la présente invention, seule la différence entre l'épaisseur de la bande laminée et celle qui est désirée, est mesurée et non l'épaisseur réelle.
L'épaisseur laminée h et l'épaisseur requise h' peuvent être liées par l'équation suivante h = h' + A h. L'équation (2) devient
b h = F/M + S - h' (3) et une grandeur additionnelle proportionnelle à h' doit être soustraite des grandeurs propor tionnelles à F/, U et Sa pour obtenir une mesure de la variation de l'épaisseur de la bande à partir de la valeur désirée h'.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution de l'appareil que comprend l'invention. Cette forme d'exécution est spécialement destinée à la mesure de la différence entre une épaisseur désirée et l'épaisseur réelle de bande métallique sortant d'un laminoir.
La fig. 1 est le circuit électrique de mesure de ladite forme d'exécution.
La fig. 2 est un graphique montrant la relation entre la sortie de l'amplificateur du circuit de la fig. 1 et la valeur (Sa - h').
La fig. 3 est une coupe transversale schématique d'un laminoir à cylindres pourvu de l'appareil de mesure.
En se référant à la fig. 1, des moyens pour fournir une différence de potentiel proportionnelle à l'écartement des cylindres SO d'un laminoir comprennent une résistance Rl comportant deux contacts coulissant 10 et 11. La position du contact 10 sur la résistance est modifiée automatiquement lorsque les moyens de calage des cylindres sont réglés tandis que le contact 11 fournit un zéro réglable pour permettre aux calages négatifs d'être indiqués. La résistance Rl est excitée par une source de force électromotrice indiquée par une batterie
R, et la différence de potentiel entre les contacts 10 et 11 est proportionnelle à l'écartement SO.
Des moyens pour fournir une différence de potentiel proportionnelle à la force de séparation F comprennent un indicateur de force du type connu pour mesurer la charge. En bref, cet indicateur comprend quatre tensomètres à résistances connectées suivant un pont de
Wheatstone 12. Les tensomètres sont supportés par un bloc disposé dans le bâti du laminoir de sorte que la différence de potentiel produite entre les points 13 et 14 est proportionnelle à la charge F ou plus exactement à la grandeur Z (M étant une constante pour un laminoir donné), comme déjà mentionné plus haut, le facteur de proportionnalité de la grandeur représentant la force de séparation est M fois plus petit que celui représentant le calage des cylindres.
Des moyens sont également prévus pour produire une différence de potentiel proportionnelle à l'épaisseur désirée h' de la bande sortant du laminoir. Ces moyens comprennent une résistance variable R2 excitée par une batterie B, et connectée au contact zéro de la résistance R > . Bien que représentée comme étant une résistance avec un contact coulissant, pour la commodité, R2 est en fait une boîte de résistance précise. La différence de potentiel apparaissant entre le contact 1 1 et la borne 15 est proportionnelle à l'épaisseur sortante désirée h'.
On remarquera que les trois différences de potentiel proportionnelles à F111, So et h' sont reliées en série de telle manière que la différence de potentiel entre 13 et 15 soit proportionnelle à F/M + a - h' A h. Les bornes 13 et 15 sont reliées à un amplificateur 16 à courant continu stable et à impédance élevée, qui est de préférence du type à interrupteur.
La sortie de l'amplificateur est indiquée par un instrument de mesure M, du type à zéro au cen tre ; cet instrument peut être étalonné pour donner des lectures directes de A h. Un instrument de mesure M2 est branché sur les points 13 et 14 pour indiquer la force de séparation ou charge du laminoir.
A la fig. 2, le courant i de sortie de l'amplificateur est reporté en fonction de (Sa - h').
La ligne A OB est une courbe pour F/M = O, c'est-à-dire avec le laminoir à l'arrêt; cette ligne passe par l'origine O lorsque 5a - h' O et lorsque Sa = O c'est-à-dire que les cylindres sont justes en contact et que h' a été réglé à zéro. Pendant le laminage, i augmente le long de la ligne OEG du fait de la différence de potentiel proportionnel à F/M. De O à E, la relation entre i et (Sa - h') n'est pas linéaire mais au-dessus de la charge représentée par le point E, la relation est linéaire. Des courbes semblables A CG et BFG sont obtenues lorsque les cylindres sont chargés préalablement et séparés respectivement.
On remarquera que la caractéristique de sortie est linéaire lorsque la charge aux points C, E, F est dépassée mais qu'elle est déplacée de l'origine par la distance fixe OD ne dépendant que des caractéristiques du laminoir.
Puisque dans la pratique on n'utilise pas des charges inférieures à la valeur au-dessus de laquelle il existe une relation linéaire, on peut s'arranger en réglant R, de façon que la ligne CDG passe par l'origine et l'instrument indiquera ainsi les valeurs exactes de A h pour toutes les charges réelles.
La façon dont l'appareil peut être disposé dans un laminoir est représentée schématiquement à la fig. 3. Des empoises 21 et 22 sont disposées dans un bâti de laminoir 20 et portent une extrémité de cylindres 23 et 24. Le jeu entre les cylindres est réglé au moyen d'un volant à main 25 entraînant, par l'intermédiaire d'une vis sans fin 26, une vis 27 qui soulève l'empoise supérieure 21. Un indicateur de tension 28 du type connu est disposé entre la vis 27 et l'empoise 21, cet indicateur comprenant un bloc portant des tensomètres.
Un tambour 29 est fixé au sommet de la vis 27 et porte un fil de résistance 30 enroulé hélicoïdalement sur lui, le pas de l'hélice étant le même que celui de la vis 27. Le fil de résistance 30 constitue la résistance R, de la fig.
1, tandis que le contact coulissant 10 est fourni par un contact 31 venant en prise avec le fil.
Ce contact est fixe et le fil de résistance se déplace sur celui-ci comme la vis 27 lorsqu'elle est entraînée en rotation pour modifier l'écartement des cylindres.
De nombreuses modifications de la disposition décrite ci-dessus pour l'indication de l'écartement des cylindres sont possibles. Ainsi un fil de résistance peut être employé entourant la périphérie d'un disque sur un angle d'environ 340a. Le disque est entraîné par la vis par l'intermédiaire d'engrenages de réduction. Dans le cas d'un laminoir à froid où les variations d'écartement des cylindres couvrent une petite gamme, le disque peut être fixé directement à la vis. Dans une autre disposition, la résistance est agencée de manière à être éloignée du laminoir et un contact coulissant est déplacé sur la résistance par le récepteur d'un dispositif de commande éloigné, dont le transmetteur est entraîné par la vis.
Le zéro de l'appareil peut se déplacer du fait des changements thermiques apparaissant dans le laminoir. Il ne sera pas influencé si le laminoir se chauffe uniformément mais il est possible que lorsque le laminoir se met en marche à froid, les cylindres et les fusées soient chauffés à des températures excédant celle du châssis du laminoir. Jusqu'à ce que le laminoir ait atteint un équilibre thermique, le zéro de l'appareillage doit être vérifié en réglant la résistance R, pour une valeur zéro de h' et en comprimant les cylindres l'un contre l'autre sous une charge plus grande que la valeur au-dessus de laquelle la relation est linéaire. Si l'instrument indicateur Ml n'est pas à zéro, le zéro de l'appareil doit être rétabli.
L'appareil indiquera de façon précise une moyenne à travers la bande de la différence de l'épaisseur de bande à partir de la valeur désirée h' pourvu que les cylindres ne présentent pas une flèche résiduelle appréciable pendant le laminage du fait soit de la flexion, soit d'effets thermiques ou d'usure. Dans la plupart des laminoirs, cette condition est remplie, autrement, la bande serait produite avec une épaisseur variant latéralement sur la largeur de la bande.
L'appareil peut être modifié pour donner un enregistrement permanent au moyen d'un enregistreur à traceur. Lorsque l'on enroule la bande sous forme de rouleau, un enregistrement peut être obtenu sur toute la longueur du rou leau sans risque de dégâts de la part de l'extrémité de la bande ou rupture du rouleau sous tension.
Bien que comme mentionné précédemment, l'appareil décrit n'indique que la différence moyenne dans l'épaisseur de la bande, une mesure de l'épaisseur à chaque bord peut être obtenue en mesurant l'écartement des cylindres et la force de séparation de chaque côté.
Dans un laminoir industriel, les vis doivent être soulevées occasionnellement bien au-dessus de leur parcours normal pour pouvoir changer les cylindres de travail et d'appui. L'appareil sera établi en conséquence pour permettre de tels changements importants dans l'écartement des cylindres et sera équipé de dispositifs de protection pour empêcher d'être surchargé.
L'appareil décrit utilise un circuit simple et sûr pouvant réagir très rapidement, et des variations d'épaisseur sont indiquées comme elles apparaissent puisque les cylindres eux-mêmes sont compris dans l'opération de mesure.
L'appareil dans son ensemble pouvant être disposé à distance de la matière laminée, il ne peut pas être endommagé par un grain ou saillie.
REVENDICATIONS :
I. Procédé pour contrôler l'épaisseur d'une matière en feuille ou bande sortant entre les éléments de formation d'un dispositif de réduction, caractérisé en ce que l'on produit une première grandeur proportionnelle à la force de séparation engendrée entre lesdits éléments, en ce qu'on produit une seconde grandeur proportionnelle à l'écartement desdits éléments, le facteur de proportionnalité de la seconde grandeur étant un nombre de fois prédéterminé plus grand que le facteur de proportionnalité de la première grandeur, ledit nombre prédéterminé étant égal à la constante élastique du dispositif de réduction, et en ce qu'on ajoute les deux grandeurs ensemble, ce qui donne une grandeur totale proportionnelle à l'épaisseur de ladite matière à sa sortie du dispositif de réduction.