EP0047218B1

EP0047218B1 - Procédé de contrôle et de régulation de paramètres de marche d'une machine de coulée continue de bandes entre cylindres

Info

Publication number: EP0047218B1
Application number: EP81420130A
Authority: EP
Inventors: Serge Bercovici
Original assignee: Societe de Conditionnement en Aluminium SCAL GP SA
Current assignee: Societe de Conditionnement en Aluminium SCAL GP SA
Priority date: 1980-09-01
Filing date: 1981-08-28
Publication date: 1984-02-15
Also published as: EP0047218A2; JPS5775260A; JPS617143B2; KR830007181A; MY8500860A; IN154438B; YU207981A; FR2490516A1; BR8105528A; ES8206234A1; HU188689B; GB2087100B; NO157646C; GB2087100A; NO812952L; TR21469A; AU542900B2; MX156220A; US4497360A; NO157646B

Description

La présente invention a pour objet un procédé de contrôle et de régulation de paramètres de marche d'une machine de coulée de bandes entre cylindres, destiné à optimaliser les conditions d'obtention d'un produit de bonne qualité et, notamment, d'augmenter la productivité.
L'homme de l'art connaît les machines de coulée à moule mobile du type à cylindres qui sont utilisées pour fabriquer, directement, à partir d'une masse métallique en fusion, une bande continue ayant une largeur pouvant atteindre quelques mètres et une épaisseur voisine du centimètre.
Ces machines sont constituées principalement:

- d'une part, d'un dispositif d'alimentation en métal liquide comprenant successivement dans le sens d'écoulement du métal: un four de maintien du métal à l'état liquide, une goulotte de circulation équipée d'un système réglant le niveau et le débit du métal, une busette de répartition du métal ayant à son extrémité de sortie une ouverture de section rectangulaire;
- d'autre part, un dispositif de refroidissement et de laminage comprenant deux cylindres dont les axes sont parallèles et espacés plus ou moins l'un de l'autre suivant l'épaisseur de bande désirée. Ces cylindres sont munis, à chacune de leurs extrémités, de prolongements cylindriques axiaux ou tourillons qui s'engagent par l'intermédiaire de coussinets dans des ouvertures pratiquées dans des traverses support ou empoises, équipées d'un système de serrage et solidaires de deux colonnes verticales qui forment le bâti de la machine. Ces cylindres sont équipés intérieurement d'un réseau de canaux le long desquels circule un fluide de refroidissement et sont en relation avec un moteur qui les anime d'un mouvement de rotation en sens inverse.

Ces deux dispositifs sont placés l'un par rapport à l'autre, de telle manière que la section de sortie de la busette soit parallèle aux axes des cylindres et située à une certaine distance du plan passant par ces axes qu'on appelle plan de sortie.
Lors du fonctionnement de la machine, le métal réparti par la busette remplit l'espace libre entre les cylindres tout au long d'un arc de cercle compris entre le plan de la section de sortie de la busette et le plan de sortie des cylindres.
Sous l'action des cylindres, le métal se refroidit, commence à se solidifier en un endroit appelé marais, en raison de la présence d'un mélange plus ou moins visqueux de cristaux et de liquide, situé à une distance du plan de la section de sortie de la busette dite généralement profondeur de marais. Puis le métal se solidifie complètement et est entraîné vers le plan de sortie des cylindres dans un espace de plus en plus restreint, où il subit un effort de laminage qui l'amène progressivement à l'épaisseur voulue au moment où il s'échappe par l'espace entre cylindres sous forme d'une bande qui est alors reprise par un enrouleur.
Cette bande est soumise, par la suite, à différents traitements mécaniques et/ou thermiques qui conduisent à des produits tels que feuille mince par exemple dont les caractéristiques mécaniques: résistance, limite élastique, allongement, dureté, etc.... seront en partie fonction de la qualité de la bande issue de la machine de coulée.
Il est donc important d'essayer de maintenir une bonne qualité du début à la fin de la coulée de la bande. Pour cela, il faut faire fonctionner la machine dans les conditions les plus favorables à l'obtention d'un tel résultat, même lorsqu'on l'utilise à sa vitesse maximum.
Une bonne qualité suppose l'absence de défauts tels que criques, fissures ou coulures de métal à la sortie des cylindres. Or, on connaît plusieurs causes d'apparition de défauts sur les bandes fabriquées à partir des machines de coulée ici concernées. Ce sont, en général, des variations de certains facteurs de marche tels que la température du métal alimentant la machine, le débit d'eau de refroidissement des cylindres, l'état de surface des cylindres lié aux conditions de lubrification, la composition du métal coulé, le niveau du métal dans la goulotte, etc....
Toute variation d'un de ces facteurs peut, suivant son ampleur, perturber le fonctionnement de la machine, c'est-à-dire entraîner en certains points de la bande une instabilité du marais qui peut atteindre le plan de sortie des cylindres. Cette instabilité locale du marais provoque l'apparition de défauts plus ou moins importants sur la bande nécessitant parfois son rebut.
Les causes de défauts sont également liées à la vitesse de coulée. En effet, on a constaté qu'au-delà de certaines vitesses, la stabilité de marche de la machine devenait plus critique et plus sensible à certains aléas, et, notamment, aux variations des facteurs de marche énumérés plus haut, ce qui se traduisait par une fréquence accrue d'apparition de défauts.
Parmi ces causes de défauts, il y a lieu de distinguer celles qui sont dues à des facteurs dont on peut détecter facilement une variation tels que: la température, le niveau de métal, le débit d'eau. Dans ces cas, il est facile de réaliser un contrôle automatique avec alarme permettant au conducteur de la machine de remédier rapidement à cette variation. Mais, lorsqu'il s'agit de facteurs tels que la composition du métal coulé ou l'état de surface des cylindres, il semble assez difficile, sinon impossible, de pouvoir détecter en continu leur variation. Alors, l'opérateur ne pourra réagir qu'à l'apparition du défaut, ce qui conduira à rebuter une partie de la bande.
Que la variation soit détectable ou non, cela nécessite de la part de l'opérateur une disponibilité permanente. Mais, le personnel de fabrication, en raison de contraintes extérieures, ne peut pas toujours réagir instantanément ou avoir l'oeil rivé sur la bande, et il en résulte parfois l'apparition d'un défaut important tel qu'une coulure qui oblige alors à stopper la machine. C'est la raison pour laquelle les machines de coulée sont souvent utilisées à des vitesses nettement inférieures à leur possibilité, de façon à éviter l'apparition de ces défauts dûs aux éventuelles variations des facteurs de marche.
C'est pour éviter ces inconvénients que la demanderesse a étudié et mis au point un procédé de contrôle et de régulation de paramétres de marche de la machine de coulée destiné à optimaliser les conditions d'obtention d'un produit de bonne qualité et, notamment, d'augmenter la productivité.
Certes, on connaît déjà par l'US-A- 3.869.891 un procédé d'optimisation de la vitesse d'une bande métallique défilant entre les cylindres d'un laminoir. Il consiste, dans le but d'obtenir une bande d'épaisseur constante, d'abord à prédéterminer et à fixer une valeur maximum et une valeur minimum d'une variable de marche du laminoir, telle que la pression des cylindres ou la tension sur la bande à l'entrée ou à la sortie de la machine, puis après une période de démarrage à maintenir la vitesse à une valeur maximum préétablie de manière que la variable de marche reste comprise entre les valeurs maximum et minimum préétablies.
Il est à noter que les valeurs de la variable de marche et la vitesse sont prédéterminées en fonction de la bande à laminer et que pour une bande donnée, la vitesse maximum du laminoir est fixée d'avance et ne pourra donc être dépassée ainsi que le montre d'ailleurs la figure 4.
La demanderesse a conçu un procédé de contrôle et de régulation dans lequel les valeurs de la vitesse et des variables de marche ne sont pas prédéterminées mais où on fixe seulement pour les variables de marche une valeur d'écart fixe à respecter et cet écart de référence est maintenu en faisant varier la vitesse. Cet écart correspond à la différence entre une moyenne de valeurs de la variable de marche pendant un moment antérieur et la valeur instantanée de sorte que les valeurs des variables de marche évoluent dans le temps sans jamais être sous la dépendance d'une valeur limite prédéterminée; les variables de marche évoluant sans cesse, la vitesse évoluera de même sans jamais être limitée par une valeur prédéterminée, et conduira donc à une productivité maximum.
Ce procédé dans lequel on considère l'un au moins des paramètres appartenant au groupe constitué par le couple exercé sur l'un au moins des cylindres pour faire avancer la bande, l'effort exercé par la bande sur l'un au moins des tourillons, la température de la bande à la sortie des cylindres, est caractérisé en ce que l'on mesure en permanence l'écart entre la valeur instantanée du paramètre considéré et la valeur moyenne de ce même paramètre durant une période de temps immédiatement antérieure; lorsque cet écart devient négatif pour le couple et l'effort, et positif pour la température, et supérieur en valeur absolue à un écart de référence, inferieur à 10% de la valeur moyenne, la vitesse de coulée est réduite jusqu'à ce que l'écart redevienne inférieur à l'écart de référence, puis, la vitesse de coulée est augmentée tant que l'écart entre la valeur instantanée du paramètre et la valeur moyenne de ce paramètre durant une période de temps immédiatement antérieure ne dépasse pas l'écart de référence.
Ainsi, le procédé selon l'invention consiste d'abord à ne considérer que certains paramètres de marche tels que le couple exercé sur l'un au moins des cylindres pour faire avancer la bande, l'effort exercé par la bande sur l'un au moins des tourillons de chaque cylindre, la température de la bande à la sortie des cylindres. Le contrôle et la régulation peuvent être effectués sur un ou deux ou sur les trois paramètres à la fois.
L'utilisation de ces paramètres au lieu des facteurs de marche énumérés ci-dessus vient du fait que l'on a constaté que ces paramètres intégraient en quelque sorte les fluctuations de ces différents facteurs ainsi que d'autres facteurs mesurables et que leur valeur variait donc en fonction de ces facteurs. Ainsi, lorsque ces facteurs varient de telle façon que le marais devienne localement instable, le couple et l'effort diminuent de façon continue au cours du temps tandis que, au contraire, la température augmente. On a ainsi trouvé un façon originale de détecter des défauts. Il suffit pour cela de mesurer la valeur de ces paramètres et d'en suivre l'évolution.
Les moyens de mesure sont classiques: pour le couple, on peut par exemple utiliser l'intensité du courant électrique qui alimente le moteur de commande de rotation des cylindres ou se servir des indications d'une jauge de contrainte placée sur l'un des tourillons; pour l'effort exercé par la bande, on peut placer, par exemple, une jauge de déformation entre les empoises des cylindres et les vis de serrage ou mesurer la pression hydraulique du circuit de serrage; pour la température, on peut prendre par exemple une sonde thermoélectrique ou un pyromètre optique monté de façon à pouvoir balayer toute la largeur de la bande et à permettre de déterminer une valeur moyenne de la température.
Mais, la réalisation de l'invention peut se faire à l'aide de tout moyen de mesure quel qu'il soit.
Les mesures ainsi faites sont envoyées à un calculateur du type ordinateur, miniordinateur, microprocesseur ou automate programmable capable de calcules des moyennes. En effet, l'invention est caractérisée en ce que l'on mesure l'écart entre la valeur instantanée du paramètre et la valeur moyenne de ce même paramètre pendant une période de temps immédiatement antérieure. Il faut donc que l'appareil qui reçoit les informations sur les valeurs des paramètres puisse les mémoriser sur une période de temps donnée At et en calculer la moyenne. A ce moment, il doit aussi être capable de mesurer l'écart entre la valeur du paramètre à l'instant t et la valeur moyenne de ce même paramètre durant la période At qui vient de s'écouler, puis de le comparer à un écart de référence, et, suivant la valeur de cet écart, de sortir ou non un signal destiné à modifier la vitesse de coulée de la machine.
Tout écart ne sera pas pris en compte par le calculateur. En effet, on a constaté qu'en ce qui concerne le couple et l'effort, les fluctuations susceptibles de provoquer l'apparition de défauts tels que fissures, criques, coulures, etc.... s'accompagnaient d'une diminution de la valeur de ces paramètres; le calculateur n'enregistre donc, dans ce cas, que les écarts négatifs entre la valeur instantanée et la valeur moyenne; par contre, pour la température, c'est l'élévation qui annonce le défaut, et, dans ce cas, le calculateur ne retiendra que les écarts positifs.
Dans les trois cas, la comparaison se fait entre la valeur absolue de cet écart et un écart de référence qui a été déterminé préalablement et entré dans la mémoire du calculateur.
Toute valeur d'écart inférieur à l'écart de référence se traduira par l'absence de signal à la sortie du calculateur; au contraire, toute valeur supérieure aura pour conséquence un signal de réduction de la vitesse de coulée. Cette réduction peut se faire progressivement ou par palier de durée déterminée et se prolonge jusqu'à ce que l'écart redevienne inférieur à l'écart de référence. Durant toute cette phase, la valeur moyenne retenue par le calculateur est celle qui correspond à la période de temps At immédiatement antérieure à celle où l'écart est devenu supérieur à l'écart de référence.
Cet écart de référence est, en général, inférieur à 10% de la valeur moyenne du paramètre considéré, et ceci pour avoir un temps de réponse convenable.
La période de temps At est, de préférence, inférieure à dix minutes pour suivre au mieux les fluctuations du paramètre.
Dans le cas où la réduction de vitesse se fait par paliers successifs, la réduction correspondant à chaque palier est inférieure à 15% de la valeur de la vitesse à l'instant immédiatement antérieur. Chaque palier dure moins de cinq minutes.
Après une réduction de vitesse plus ou moins grande, l'écart redevient inférieur à l'écart de référence. A ce moment, le calculateur envoie un signal d'augmentation de vitesse dont la valeur est inférieure à 10% de la valeur de vitesse l'instant précédent et continue à comparer l'écart entre la valeur instantanée du paramètre et la valeur moyenne du paramètre durant une période de temps immédiatement antérieure et inférieure à cinq minutes. Cette augmentation peut également se faire progressivement ou par paliers successifs. Dans ce dernier cas, l'augmentation de la vitesse à chaque palier est inférieure à 10% de la valeur de la vitesse à un instant immédiatement antérieur, la durée du palier étant inférieure à cinq minutes. L'augmentation se poursuit tant que l'écart pour un des trois paramètres ne dépasse pas l'écart de référence.
Ainsi, la machine de coulée fonctionnera toujours à la vitesse maximum compatible avec l'absence de défauts.
On peut dire que le procédé de l'invention optimalise les conditions d'obtention d'un produit de bonne qualité, car, tout à la fois:

- il assure une production maximum,
- il évite tous les défauts de solidification apparents ou non, pouvant survenir en marche continue et ceux consécutifs aux arrêts de la machine,
- il diminue la main d'oeuvre nécessaire à la surveillance de la machine,
- il fait travailler la machine dans de meilleures conditions car elle ne s'arrête plus,
- il fournit par l'intermédiaire du calculateur, un enregistrement des paramètres de coulée qui est une sorte de fiche signalétique de la bande de coulée.

L'invention sera mieux comprise à l'aide de la figure unique représentant un type de machine et sur laquelle on peut voir une busette d'alimentation (1) par laquelle le métal liquide est admis entre les deux cylindres (2 et 2'), dont les tourillons (3 et4) sont maintenus par les empoises (5 et 6) solidaires de la colonne (7). Après refroidissement et laminage, le métal sort de la coulée sous forme d'une bande (8) qui est enroulée en (9).
Les cylindres sont animés d'un mouvement de rotation en sens inverse au moyen du moteur (10).
On détecte en (11) sur le circuit d'alimentation du moteur, l'intensité qui permet d'évaluer le couple.
Sur les circuits hydrauliques (12 et 12') disposés dans les colonnes en (7 et 7_'), sont placés deux manomètres (13 et 13') permettant d'évaluer l'effet de laminage, tandis qu'un pyromètre optique balaye en (14) la largeur de la bande pour en déterminer la température. Ces trois mesures sont transmises au calculateur (15) qui commande en (16) la vitesse du moteur en modifiant la tension du courant d'alimentation.
L'application de l'invention est illustrée par l'exemple suivant: On utilise une machine de type SCAL Jumbo 3C ainsi qu'un miniordinateur PER-KIN ELMER 1620. L'alliage coulé est le 1050 dont la composition est décrite dans «Standard for Aluminium Mill Products» publié par «Aluminium Association». L'épaisseur de la bande est de 10mm.
Le couple est mesuré par l'intermédiaire de l'intensité du moteur d'entraînement des cylindres de la machine (moteur à courant continu).
Les efforts de laminage sont mesurés par l'intermédiaire de deux manomètres mesurant la pression du circuit hydraulique sur chacune des deux colonnes.
La température de la bande, à la sortie des cylindres, est mesurée par un pyromètre optique, qui balaye la totalité de la surface de la bande.
Le programme de réduction et d'augmentation de la vitesse par le calculateur est le suivant:

- on fait varier la vitesse linéaire des cylindres toutes les deux minutes, d'une valeur de 0,01 m/mn;
- les valeurs de l'intensité des pressions hydrauliques et de la température sont enregistrées par le calculateur toutes les secondes;
- la détection des défauts se fait de la façon suivante: à chaque seconde, l'intensité du moteur d'entraînement des cylindres ainsi que les valeurs des pressions hydrauliques dans les colonnes et la température de la bande sont comparées aux valeurs moyennes calculées à partir des 120 mesures précédant l'instant considéré. Si les écarts entre les valeurs instantanées et les valeurs moyennes calculées respectivement de l'intensité de la pression sont négatifs et inférieurs en valeur absolue à un écart correspondant à 2% des valeurs moyennes, la coulée est jugée stable et la procédure d'augmentation de la vitesse décrite plus haut est poursuivie. De même, si l'écart entre la température mesurée à cet instant et la température moyenne est positif et ne dépasse pas 5°C, la coulée est jugée stable. Si au moins un des écarts sur l'intensité et la pression est négatif et dépasse en valeur absolue 2% de la valeur moyenne du paramètre correspondant et/ou si l'écart sur la température est positif et dépasse 5°C, la coulée est jugée instable.

Dans ce cas, le calculateur donne immédiatement un ordre de ralentissement de la vitesse linéaire des cylindres d'une valeur de 0,05 m/mn. Si au bout de 10 secondes, tous les écarts entre les valeurs instantanées à la fois de l'intensité du moteur des cylindres, des deux pressions et de la température de la bande et des valeurs moyennes de ces paramètres, ne sont pas redevenues inférieures aux écarts de référence, la calculateur donne un deuxième ordre de ralentissement des cylindres de 0,05 m/mn. Cette procédure est répétée jusqu'à ce que chacun des écarts soit inférieur à l'écart de référence. La coulée est alors à nouveau jugée stable et le calculateur reprend la procédure d'augmentation de la vitesse décrite plus haut.
La vitesse maximale instantanée mesurée dans ces conditions est de 1,25 m/mn, ce qui correspond à une productivité d'environ 2,02 tonnes par heure et par mètre de largeur de bande produite. Au-delà apparaissent des défauts de solidification. D'autre part, le maintien de la coulée en continu à cette vitesse est très difficile car cela exige une parfaite constance de la température du métal liquide dans la goulotte de coulée, de la lubrification des cylindres, etc.... Le processus décrit plus haut a cependant permis de maintenir en marche continue une vitesse moyenne d'environ 1,22 m/mn, soit une productivité moyenne de 1,98 tonnes par heure et par mètre de large, et cela sans aucun défaut de solidification sur la bande.
Le procédé selon l'invention trouve son application dans la coulée continue des métaux entre cylindres, dans tous les cas où on veut optimaliser les conditions d'obtention d'un produit de qualité, et, notamment, d'augmenter la productivité.

Claims

1. Procédé de contrôle et de régulation de paramètres de marche d'une machine de coulée continue de bandes entre cylindres dans lequel on considère l'un au moins des paramètres appartenant au groupe constitué par le couple exercé sur l'un au moins des cylindres pour faire avancer la bande, l'effort exercé par la bande sur l'un au moins des tourillons, la température de la bande à la sortie des cylindres, caractérisé en ce que l'on mesure en permanence l'écart entre la valeur instantanée du paramètre considéré, et la valeur moyenne de ce même paramètre durant une période de temps immédiatement antérieure; lorsque cet écart devient négatif pour le couple et l'effort, et positif pour la température et supérieur en valeur absolue à une écart de référence inférieur à 10% de la valeur moyenne, la vitesse de la coulée est réduite jusqu'à ce que l'écart redevienne inférieur à l'écart de référence; puis la vitesse de coulée est augmentée tant que l'écart entre la valeur instantanée du paramètre et la valeur moyenne de ce paramètre durant une période de temps immédiatement antérieure ne dépasse pas l'écart de référence.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la valeur moyenne du paramètre est établie sur la période de temps immédiatement antérieure à celle où l'écart est devenu supérieur audit écart de référence.

3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la période de temps immédiatement antérieure est inférieure à dix minutes.

4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la vitesse est réduite par paliers successifs.

5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la vitesse de coulée est réduite à chaque palier d'une quantité inférieure à 15% de la valeur de la vitesse à l'instant immédiatement antérieur.

6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque palier de réduction de la vitesse a une durée inférieure à 5 minutes.

7. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la vitesse est augmentée par paliers successifs.

8. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la vitesse de coulée est augmentée à chaque palier d'une quantité inférieure à 10% de la valeur de la vitesse à un instant immédiatement antérieur.

9. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque palier d'augmentation de la vitesse a une durée inférieure à 5 minutes.