EP0466570A1 - Procédé de laminage réversible - Google Patents

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EP0466570A1
EP0466570A1 EP91401892A EP91401892A EP0466570A1 EP 0466570 A1 EP0466570 A1 EP 0466570A1 EP 91401892 A EP91401892 A EP 91401892A EP 91401892 A EP91401892 A EP 91401892A EP 0466570 A1 EP0466570 A1 EP 0466570A1
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EP
European Patent Office
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pass
thickness
engagement
product
spacing
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EP91401892A
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German (de)
English (en)
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EP0466570B1 (fr
Inventor
Michel Morel
Andrzej Farnik
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Clecim SAS
Original Assignee
Clecim SAS
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Publication date
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21BROLLING OF METAL
    • B21B37/00Control devices or methods specially adapted for metal-rolling mills or the work produced thereby
    • B21B37/16Control of thickness, width, diameter or other transverse dimensions
    • B21B37/24Automatic variation of thickness according to a predetermined programme
    • B21B37/26Automatic variation of thickness according to a predetermined programme for obtaining one strip having successive lengths of different constant thickness
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21BROLLING OF METAL
    • B21B1/00Metal-rolling methods or mills for making semi-finished products of solid or profiled cross-section; Sequence of operations in milling trains; Layout of rolling-mill plant, e.g. grouping of stands; Succession of passes or of sectional pass alternations
    • B21B1/02Metal-rolling methods or mills for making semi-finished products of solid or profiled cross-section; Sequence of operations in milling trains; Layout of rolling-mill plant, e.g. grouping of stands; Succession of passes or of sectional pass alternations for rolling heavy work, e.g. ingots, slabs, blooms, or billets, in which the cross-sectional form is unimportant ; Rolling combined with forging or pressing
    • B21B1/06Metal-rolling methods or mills for making semi-finished products of solid or profiled cross-section; Sequence of operations in milling trains; Layout of rolling-mill plant, e.g. grouping of stands; Succession of passes or of sectional pass alternations for rolling heavy work, e.g. ingots, slabs, blooms, or billets, in which the cross-sectional form is unimportant ; Rolling combined with forging or pressing in a non-continuous process, e.g. triplet mill, reversing mill
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21BROLLING OF METAL
    • B21B3/00Rolling materials of special alloys so far as the composition of the alloy requires or permits special rolling methods or sequences ; Rolling of aluminium, copper, zinc or other non-ferrous metals
    • B21B2003/001Aluminium or its alloys
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21BROLLING OF METAL
    • B21B2265/00Forming parameters
    • B21B2265/12Rolling load or rolling pressure; roll force
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21BROLLING OF METAL
    • B21B2273/00Path parameters
    • B21B2273/12End of product
    • B21B2273/14Front end or leading end
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21BROLLING OF METAL
    • B21B2275/00Mill drive parameters
    • B21B2275/10Motor power; motor current

Definitions

  • the invention relates to a method of rolling a flat product in a reversible rolling mill.
  • the invention applies in particular to the hot rolling of aluminum but can also be used for other non-ferrous metals and, even, under certain conditions, for ferrous metals such as steel.
  • hot rolling can advantageously be carried out in a reversible manner in a rolling mill comprising a single cage associated with means for controlling the passage of the laminated product, alternately in one direction then in the other.
  • the rolling mill comprises, in a quarto arrangement, two working rolls associated with two support rolls. Intermediate cyclinders can also be interposed between the support cylinders and the working cylinders in a so-called sexto assembly.
  • the set of cylinders is placed between the two uprights of a rigid cage.
  • Each cylinder is carried by two chocks slidably mounted in windows provided on the two uprights of the cage and a clamping force is applied between the two support cylinders which determines the rolling of the product, for example by means of two jacks mounted on the cage and bearing, respectively, on the two chocks of a support cylinder, the other being blocked.
  • the means for controlling the passage of the product between the working rolls, alternately in one direction and then in the other, may consist, for example, of two roller tables placed on either side of the cage. Before rolling, the product is reheated in an oven placed next to the cage.
  • Such reversible rolling mills can be used, for example, as trimmers in a band train or in sheet metal from aluminum or steel.
  • the rolling is carried out from a blank such as a bloom or a slab having a significant thickness.
  • a blank such as a bloom or a slab having a significant thickness.
  • This can, for example, be 600 mm in the case of aluminum and 250 mm in the case of steel.
  • rolling is carried out by successive passes in one direction and then in the other, performing, with each pass, a reduction in thickness, the relative importance of which depends on the characteristics of the product such as the material of the metal. , its temperature and its thickness.
  • the product has, at the entry of the cage, a thickness greater than the spacing of the working rolls which therefore tend to crush it by producing a certain reduction in thickness .
  • the metal is thus applied to a circular sector of each cylinder lying between two horizontal planes corresponding to the external face of the product respectively at the inlet and at the outlet of the rolling mill.
  • the pinching of the product between the two cylinders determines its progress, at least one of the cylinders being driven in rotation. A certain pinching of the product is necessary to allow its entrainment.
  • an angle of attack A corresponding to the dihedral limited by the external face of the product and the plane tangent to the cylinder of the level where the latter comes into contact with the product.
  • the value of the angle of attack is therefore a function of the diameter of the cylinder and of the reduction in thickness produced, that is to say of the difference between the thickness of the product before it enters the rolling mill and the width of the air gap existing between the two working rolls.
  • the drive is carried out without difficulty insofar as the reduction in thickness is compatible with the torque and the force that can be exerted on the cylinders.
  • the friction is exerted only on the two lateral edges which come into contact respectively with the two cylinders and it is understood that the engagement cannot occur if the angle A is too important.
  • the object of the invention is to remedy all of these drawbacks as much as possible by means of a new process which makes it possible, with each pass, to achieve the optimal reduction in thickness, while avoiding shocks and refusals of engagement. .
  • the working cylinder is given, for the first start pass P1, a spacing e1 less than e2 determining an angle of attack A1 sufficiently reduced to avoid refusal of engagement and, after engagement, the spacing of the rolls is reduced to a value e2 such that the total reduction in thickness e0 - e2 remains compatible with the power and the maximum force of the rolling mill, then, for the second pass P2, the working cylinders are given a spacing e3 such that the difference e2 - e3 determines an angle of attack A2 sufficiently reduced to avoid a refusal of engagement and, after the engagement of the product, the spacing of the cylinders up to a value e4 determined so that the total reduction in thickness e1 - e4 is as large as possible while remaining compatible with the maximum power and force of the rolling mill and so on, the spacing of the working rolls being first adjusted, at the start of each pass P n , to a value e 2n-1 determining an angle of attack A
  • the thickness reduction is thus continued in two stages for each pass, as long as the thickness at the end of a pass risks determining a refusal of engagement for a reduction in the spacing of the working rolls on the next pass compatible with the rolling power and the rolling is then terminated in a normal manner.
  • the adjustment at each pass of the spacing of the cylinders will be carried out automatically by means of an automatic regulation system of the clamping force associated with a mathematical model programmed so as to calculate, at each pass, the reduction in thickness at perform in two stages, depending on the available torque, taking into account the mechanical and dimensional characteristics of the rolling mill and the product and the nature of the rolled metal.
  • the mathematical model is programmed so as to calculate, as a function of the foreseeable state of the product on each pass, taking into account the thickness reached in the previous pass and the number of passes previously carried out, the maximum reduction d possible thickness and tightening of the cylinders necessary for training without risk of refusal of engagement and that, at each pass P n , the product to be laminated having, over most of its length, a thickness e 2n-2 and, on its tail, a thickness e 2n-3 corresponding to the engagement in the previous pass P n-1 , the mathematical model determines, first of all, by taking into account the foreseeable physical and dimensional characteristics of the product during said pass P n and capacities of the rolling mill, the rolling thickness e 2n during said pass P n making it possible to obtain a maximum thickness reduction e 2n-3 - e 2n remaining compatible with the available power and the possible effort, and the spacing e 2n-1 of the cylinders allowing the introduction of the head of the strip without refusal of engagement, and the regulation system controls the introduction
  • Figure 1 shows schematically, in elevation, a quarto rolling mill.
  • Figure 2 shows the rolling process during the first pass, in two successive diagrams 2a, 2b.
  • Figure 2 shows the rolling process during the second pass, in two successive diagrams 2a, 2b.
  • Figure 4 shows the process during a pass P n .
  • Figure 5 is a flow diagram of the regulatory process.
  • FIG 1 there is shown schematically a conventional quarto type rolling mill comprising a cage 1 consisting of two spaced apart uprights 11 provided with windows 13 and between which are placed four cylinders, respectively two working cylinders 2 and 2 ′ and two cylinders d 'support 3 and 3 ′.
  • Each cylinder is carried at its ends by bearings mounted in chocks, respectively 21, 21 ′, 31, 31 ′, which slide along vertical guide faces 12 formed along the windows 13.
  • the chocks 21, 21 ′, working cylinders 2, 2 ′ are guided along the lateral faces of two hydraulic blocks 14, 14 ′, fixed on the faces 12, 12 ′, of each window 13 and in which are housed jacks making it possible to exert on the chocks 21, 21 ′, efforts of bending of the working rolls 2, 2 ′.
  • the cage is also provided with means for clamping the cylinders capable of clamping under load, for example hydraulic cylinders 4, which bear on each side on the chocks 31 of the support cylinder 3, the chocks 31 ′ of the other support cylinder 3 ′ resting on fixed stops.
  • the jacks 4 thus exert, in the vertical plane P passing through the axes of the cylinders, a clamping force which determines a bringing together of the two working cylinders 2, 2 ′.
  • the rolling technique which has been used since the beginnings of the steel industry, has been continuously improved, but particularly in recent years.
  • this technique is suitable for different working conditions, in particular the nature of the metal and the dimensions of the product to be laminated, in particular the thickness that one wishes to obtain.
  • the arrangement which we have just described is found in most rolling mills which can differ in the number and dimensions of the rolls as well as in the various ancillary devices.
  • the invention applies especially to a hot rolling mill of the reversible type used for the operation called "roughing".
  • a hot rolling mill of the reversible type used for the operation called "roughing".
  • the product 5 passes between the working rolls 2, 2 ′, alternately in one direction then in the other, that is to say with reference to FIG. 1, from left to right then from right to left and so on, the thickness reduction being carried out progressively by successive passes.
  • the cage 1 can be placed between two roller tables of the conventional type and which have therefore not been shown in the drawing.
  • the operation of the whole rolling mill and of the related devices is controlled and controlled by a regulation system 6 associated with a computer 60, which performs an automatic adjustment of the thickness of the product during rolling while taking account for all the mechanical and dimensional characteristics of the rolling mill.
  • FIG. 1 only shows, by way of example, an installation of this type equipped with a regulation system 6, 60, making it possible to adjust the hydraulic flow rate of supply to the jack at its inlet 41 according to the indications given by a measuring device 61 which is associated with the chock 31 of the support cylinder 3 and makes it possible to measure the position of the axis of the cylinder cylinder 3, and the assembly thus constitutes a digital loop for regulating the tightening position as a function of a spacing of the cylinders displayed on the input 62 of the regulation system 6.
  • the automatic regulation system 6 is associated, in addition, with a mathematical model 63 programmed so as to adjust the clamping force applied to the support cylinders as a function of the dimensions of the product, as well as the nature and condition of the metal, to effect an optimal thickness reduction corresponding to the possibilities of the rolling mill.
  • Figure 2 schematically illustrates the rolling process during the first pass P, called start.
  • FIG. 2a to the left of Figure 2, there is shown the end 50 of product 5 which comes into contact with the working rolls 2, 2 ′.
  • the product 5 has a gross thickness e0 and the air gap, limited by the generators 20, 20 ′, of the cylinders 2, 2 ′, lying in the clamping plane, has a width e1.
  • the mathematical model 63 associated with the regulation system 6 is programmed so as to calculate, with each pass, the maximum possible reduction in thickness compatible with the available power and the possible effort, taking into account, on the one hand, the characteristics of the rolling mill which determine its working capacity and its possible deformations and, on the other hand, the physical and dimensional characteristics of the product.
  • the effort to be exerted to determine a certain reduction in thickness depends on the nature of the metal and its thickness, but also on its temperature which rises during rolling. Thanks to its self-adaptation, the mathematical model 63 will be able to predict, for each pass and according to the operations already carried out, the state of the metal and the maximum reduction in thickness possible without risk of excessive stress on the rolling mill.
  • the model 63 can therefore also provide, according to the passes, the spacing of the cylinders determining a sufficient pinch for the entrainment of the product without risk of refusal of engagement.
  • the mathematical model 63 displays on input 62 of the regulator 6, first of all, the first clamping position setpoint making it possible to guarantee good engagement of the strip, taking into account the diameter of the cylinders and, then, during the pass, the thickness setpoint making it possible to obtain the optimal reduction calculated previously.
  • the mathematical model 63 is associated with the computer 60 which has in memory all the characteristics of the rolling mill 1 which must be taken into account to determine the reduction in thickness.
  • an initialization step 1 Before starting the rolling of a determined product, in an initialization step 1, all the specific parameters of the product to be laminated, and corresponding, in particular, to the nature of the metal, are displayed on an input 64 of the mathematical model 63 the initial dimensions, the target dimensions and the temperature measured before the operation.
  • the mathematical model 63 determines, on the one hand, the maximum possible thickness reduction allowing, from the gross thickness e0, to obtain an optimal thickness e2 and, on the other hand, the spacing e1 of the cylinders which guarantees good engagement of the product 5, taking into account the gross thickness e0 and the diameters d of the cylinders 2, as well as the lubrication conditions.
  • This engagement is carried out at reduced speed with pinching of the product 5, the thickness of which is reduced to e1 between the cylinders 2, 2 ′.
  • the regulating device 6 controls the tightening of the rolls up to the spacing e2 calculated previously and then the transition to rolling speed.
  • the product On leaving the rolling mill, the product therefore has, over most of its length and up to its downstream end 54, a thickness e2, excluding the head 50 which has a greater thickness e1.
  • the first start pass P1 which, as indicated by an arrow in Figure 2, was carried out from left to right, is then completed, product 5 being on the right of cylinders 2 and 2 ′.
  • the second rolling pass P2 is then carried out according to the process indicated in FIG. 3, that is to say from right to left.
  • the mathematical model 63 first of all determines, in a step 3, the optimum thickness e4 that can be obtained, which corresponds to the maximum reduction in thickness possible compatible with the capacities of the rolling mill, taking into account since the tail of the product is thicker, the reduction to be made is equal to e1 - e4. Then, in a step 4, the mathematical model determines the spacing e3 which it is necessary to give to the cylinders to allow the introduction of the product without refusal of engagement, taking into account the thickness of the product and its temperature predictable at this time.
  • the product 5 then engages between the cylinders 2 and 2 ′, taking the thickness e3. As soon as the engagement is ensured, the regulation system 6 controls the tightening of the rolls at the spacing e4 and the transition to rolling speed.
  • the rolled product at the end of this second pass P2 therefore has a thickness e4 on most of its length 56 and a head 55 of thickness e3.
  • the process described above for the second pass P2 can therefore be repeated on each pass until the ratio between the diameter d of the working rolls which remains substantially fixed and the thickness of the product which decreases with each pass is such that, by immediately carrying out the maximum thickness reduction compatible with the rolling power, there is no risk of a refusal of engagement.
  • the target thickness is (e)
  • the thickness reached e 2n is compared with the parameter e + x and, as soon as it becomes less than this parameter, the process described above is stopped and the rolling continues normally, in a step 7, until the desired thickness (e) is obtained.
  • the invention is not limited to the details of the embodiment which has just been described by way of simple example and which could give rise to variants.
  • the system has been described in the context of a quarto rolling mill, but it is applicable in the same way to a duo or a sexto or to any other type of rolling mill.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metal Rolling (AREA)
  • Control Of Metal Rolling (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)

Abstract

L'invention a pour objet un procédé de laminage d'un produit plat (5) par passes successives dans un laminoir réversible, alternativement dans un sens puis dans l'autre. Selon l'invention, le produit (5) ayant une épaisseur brute (eo) sensiblement uniforme, on donne aux cylindres (2, 2'), pour la première passe de démarrage (P1), un écartement (e1) inférieur à (eo) déterminant un angle d'attaque (A1) suffisamment réduit pour éviter un refus d'engagement et l'on diminue, au cours de cette première passe (P1), l'écartement des cylindres (2, 2') jusqu'à une valeur (e2) telle que la réduction totale d'épaisseur (e0 - e2) reste compatible avec la puissance et la force maximales du laminoir puis, pour la deuxième passe (P2), on donne aux cylindres de travail (2, 2') un écartement (e3) tel que l'angle d'attaque (A2) soit assez réduit pour éviter un refus d'engagement et l'on diminue, au cours de cette deuxième passe (P2), l'écartement des cylindres jusqu'à une valeur (e4) compatible avec la puissance et la force maximales du laminoir et ainsi de suite. L'invention s'applique spécialement au laminage de tôles métalliques. <IMAGE>

Description

  • L'invention a pour objet un procédé de laminage d'un produit plat dans un laminoir réversible. L'invention s'applique en particulier au laminage à chaud de l'aluminium mais est utilisable également pour les autres métaux non ferreux et, même, dans certaines conditions, pour des métaux ferreux tels que l'acier.
  • On sait que le laminage à chaud peut s'effectuer avantageusement de façon réversible dans un laminoir comprenant une cage unique associée à des moyens de commande du passage du produit laminer, alternativement dans un sens puis dans l'autre.
  • D'une façon générale, le laminoir comprend, dans un montage quarto, deux cylindres de travail associés à deux cylindres d'appui. Des cyclindres intermédiaires peuvent être interposés également entre les cylindres d'appui et les cylindres de travail dans un montage dit en sexto. L'ensemble des cylindres est placé entre les deux montants d'une cage rigide. Chaque cylindre est porté par deux empoises montées coulissantes dans des fenêtres ménagées sur les deux montants de la cage et l'on applique entre les deux cylindres d'appui un effort de serrage qui détermine le laminage du produit, par exemple au moyen de deux vérins montés sur la cage et prenant appui, respectivement, sur les deux empoises d'un cylindre d'appui, l'autre étant bloqué.
  • Les moyens de commande du passage du produit entre les cylindres de travail, alternativement dans un sens puis dans l'autre, peuvent être constitués, par exemple, de deux tables à rouleaux placées de part et d'autre de la cage. Avant le laminage, le produit est réchauffé dans un four placé à côté de la cage.
  • De tels laminoirs réversibles peuvent être utilisés, par exemple, comme dégrossisseurs dans un train à bande ou bien dans des tôleries d'aluminium ou d'acier.
  • Le laminage s'effectue à partir d'une pièce brute telle qu'un bloom ou une brame ayant une épaisseur importante. Celle-ci peut, par exemple, être de 600 mm dans le cas de l'aluminium et de 250 mm dans le cas de l'acier.
  • Dans ce type de laminoir, le laminage s'effectue par passes successives dans un sens puis dans l'autre en effectuant, à chaque passe, une réduction d'épaisseur dont l'importance relative dépend des caractéristiques du produit telles que la matière du métal, sa température et son épaisseur.
  • D'une façon générale, dans un processus de laminage, le produit possède, à l'entrée de la cage, une épaisseur supérieure à l'écartement des cylindres de travail qui tendent donc à l'écraser en produisant une certaine réduction d'épaisseur. Le métal est ainsi appliqué sur un secteur circulaire de chaque cylindre compris entre deux plans horizontaux correspondant à la face extérieure du produit respectivement à l'entrée et à la sortie du laminoir. Le pincement du produit entre les deux cylindres détermine son avancement, l'un au moins des cylindres étant entraîné en rotation. Un certain pincement du produit est nécessaire pour permettre son entraînement.
  • On peut définir, à l'entrée du laminoir, un angle d'attaque A correspondant au dièdre limité par la face extérieure du produit et le plan tangent au cylindre du niveau où ce dernier vient en contact avec le produit. La valeur de l'angle d'attaque est donc fonction du diamètre du cylindre et de la réduction d'épaisseur produite, c'est-à-dire de la différence entre l'épaisseur du produit avant son entrée dans le laminoir et la largeur de l'entrefer existant entre les deux cylindres de travail.
  • En cours de laminage, grâce aux frottements qui s'exercent entre les cylindres de travail et le produit sur la surface des deux secteurs cylindriques, l'entraînement s'effectue sans difficulté dans la mesure où la réduction d'épaisseur est compatible avec le couple et l'effort que l'on peut exercer sur les cylindres. En revanche, au moment de l'engagement du produit, les frottements s'exercent uniquement sur les deux bords latéraux qui viennent en contact respectivement avec les deux cylindres et l'on conçoit que l'engagement ne peut pas se produire si l'angle d'attaque A est trop important.
  • Compte tenu des conditions de lubrification, du diamètre des cylindres de travail qui doit rester assez réduit et de leur état de surface, on est donc obligé de limiter la réduction d'épaisseur produite à chaque passe pour éviter un "refus d'engagement". Généralement, la réduction d'épaisseur ainsi limitée pour des raisons géométriques est inférieure à celle que l'on aurait pu théoriquement réaliser compte tenu de la puissance de laminage disponible et il en résulte une augmentation du nombre de passes nécessaires et, par conséquent, une diminution de la productivité du laminoir.
  • Par ailleurs, pour éviter des chocs, la vitesse de rotation des cylindres est diminuée au moment de l'introduction du produit puis accélérée, après l'engagement, pour venir à la vitesse de laminage normale. Il en résulte une augmentation brutale des charges dynamiques et du couple qui peut entraîner des échauffements et même des ruptures de mécanisme en raison des inerties.
  • L'invention a pour objet de remédier autant que possible à l'ensemble de ces inconvénients grâce à un nouveau procédé qui permet, à chaque passe, de réaliser la réduction d'épaisseur optimale, tout en évitant les chocs et les refus d'engagement.
  • Conformément à l'invention, le produit ayant une épaisseur brute e₀ sensiblement uniforme, on donne au cylindre de travail, pour la première passe de démarrage P₁, un écartement e₁ inférieur à e₂ déterminant un angle d'attaque A₁ suffisamment réduit pour éviter un refus d'engagement et, après l'engagement, on diminue l'écartement des cylindres jusqu'à une valeur e₂ telle que la réduction totale d'épaisseur e₀ - e₂ reste compatible avec la puissance et la force maximale du laminoir puis, pour la deuxième passe P₂, on donne aux cylindres de travail un écartement e₃ tel que la différence e₂ - e₃ détermine un angle d'attaque A₂ assez réduit pour éviter un refus d'engagement et, après l'engagement du produit, on diminue l'écartement des cylindres jusqu'à une valeur e₄ déterminée de façon que la réduction totale d'épaisseur e₁ - e₄ soit aussi grande que possible tout en restant compatible avec la puissance et la force maximales du laminoir et ainsi de suite, l'écartement des cylindres de travail étant d'abord réglé, au début de chaque passe Pn, à une valeur e2n-1 déterminant un angle d'attaque An suffisamment réduit pour éviter un refus d'engagement, puis diminué après l'engagement du produit jusqu'à une valeur e2n déterminant une réduction totale d'épaisseur e2n-3 - e2n optimale et restant compatible avec la puissance et la force maximales du laminoir.
  • On poursuit ainsi la réduction d'épaisseur en deux étapes pour chaque passe, tant que l'épaisseur à la fin d'une passe risque de déterminer un refus d'engagement pour une diminution de l'écartement des cylindres de travail à la passe suivante compatible avec la puissance de laminage et l'on termine ensuite le laminage de façon normale.
  • Le réglage à chaque passe de l'écartement des cylindres sera effectué automatiquement au moyen d'un système de régulation automatique de l'effort de serrage associé à un modèle mathématique programmé de façon à calculer, à chaque passe, la réduction d'épaisseur à effectuer en deux étapes, en fonction du couple disponible, compte tenu des caractéristiques mécaniques et dimensionnelles du laminoir et du produit et de la nature du métal laminé.
  • A cet effet, le modèle mathématique est programmé de façon à calculer, en fonction de l'état prévisible du produit à chaque passe, compte tenu de l'épaisseur atteinte à la passe précédente et du nombre de passes précédemment effectuées, la réduction maximale d'épaisseur possible et le resserrement des cylindres nécessaire à l'entrainement sans risque de refus d'engagement et que, à chaque passe Pn, le produit à laminer ayant, sur la plus grande partie de sa longueur, une épaisseur e2n-2 et, sur sa queue, une épaisseur e2n-3 correspondant à l'engagement dans la passe précédente Pn-1, le modèle mathématique détermine, tout d'abord, en tenant compte des caractéristiques physiques et dimensionnelles prévisibles du produit lors de ladite passe Pn et des capacités du laminoir, l'épaisseur de laminage e2n au cours de ladite passe Pn permettant d'obtenir une réduction d'épaisseur maximale e2n-3 - e2n restant compatible avec la puissance disponible et l'effort possible, et l'écartement e2n-1 des cylindres permettant l'introduction de la tête de la bande sans refus d'engagement, et le système de régulation commande l'introduction de la bande en réglant l'écartement des cylindres à la valeur d'engagement e2n-1 et, après l'engagement de la tête de la bande, commande le resserrement des cylindres à l'écartement e2n calculé et le passage à la vitesse de laminage, l'écartement e2n des rouleaux étant maintenu jusqu'à la fin de ladite passe Pn.
  • L'invention sera mieux comprise par la description suivante d'un mode de réalisation particulier donné à titre d'exemple, en se référant aux dessins annexés.
  • La Figure 1 montre schématiquement, en élévation, un laminoir quarto.
  • La Figure 2 montre le processus de laminage au cours de la première passe, en deux schémas successifs 2a, 2b.
  • La Figure 2 montre le processus de laminage au cours de la deuxième passe, en deux schémas successifs 2a, 2b.
  • La Figure 4 montre le processus au cours d'une passe Pn.
  • La Figure 5 est un organigramme du processus de régulation.
  • Sur la Figure 1, on a représenté schématiquement un laminoir classique de type quarto comprenant une cage 1 constituée de deux montants écartés 11 munis de fenêtres 13 et entre lesquels sont placés quatre cylindres, respectivement deux cylindres de travail 2 et 2′ et deux cylindres d'appui 3 et 3′. Chaque cylindre est porté à ses extrémités par des paliers montés dans des empoises, respectivement 21, 21′, 31, 31′, qui coulissent le long de faces de guidage verticales 12 ménagées le long des fenêtres 13. De façon bien connue, les empoises 21, 21′, des cylindres de travail 2, 2′, sont guidées le long des faces latérales de deux blocs hydrauliques 14, 14′, fixés sur les faces 12, 12′, de chaque fenêtre 13 et dans lesquelles sont logés des vérins permettant d'exercer sur les empoises 21, 21′, des efforts de cintrage des cylindres de travail 2, 2′.
  • La cage est munie, d'autre part, de moyens de serrage des cylindres capables de serrer en charge, par exemple des vérins hydrauliques 4, qui prennent appui de chaque côté sur les empoises 31 du cylindre d'appui 3, les empoises 31′ de l'autre cylindre d'appui 3′ s'appuyant sur des butées fixes. Les vérins 4 exercent ainsi, dans le plan vertical P passant par les axes des cylindres,un effort de serrage qui détermine un rapprochement des deux cylindres de travail 2, 2′.
  • La technique du laminage, qui est utilisée depuis les débuts de la sidérurgie, a été continuellement perfectionnée, mais particulièrement au cours de ces dernières années. Bien entendu, cette technique est adaptée aux différentes conditions de travail, notamment la nature du métal et les dimensions du produit à laminer, en particulier l'épaisseur que l'on souhaite obtenir. Mais la disposition que l'on vient de décrire se retrouve dans la plupart des laminoirs qui peuvent différer par le nombre et les dimensions des cylindres ainsi que par les divers dispositifs annexes.
  • Par exemple, pour assurer une bonne planéité du produit laminé en évitant des défauts qui résultent de la déformation des cylindres et d'une répartition non homogène des contraintes, on peut utiliser diverses dispositions telles que le cintrage des cylindres, déjà mentionné, ou le réglage du profil des cylindres d'appui.
  • Comme on l'a indiqué, l'invention s'applique spécialement à un laminoir à chaud du type réversible utilisé pour l'opération dite "dégrossissage". Dans un tel laminoir, le produit 5 défile entre les cylindres de travail 2, 2′, alternativement dans un sens puis dans l'autre, c'est-à-dire en se référant à la Figure 1, de gauche à droite puis de droite à gauche et ainsi de suite, la réduction d'épaisseur s'effectuant progressivement par passes successives. A cet effet, la cage 1 peut être placée entre deux tables à rouleaux de type classique et qui n'ont donc pas été représentées sur le dessin.
  • D'une façon générale, le fonctionnement de l'ensemble du laminoir et des dispositifs connexes est commandé et contrôlé par un système de régulation 6 associé à un calculateur 60, qui effectue un réglage automatique d'épaisseur du produit en cours de laminage en tenant compte de toutes les caractéristiques mécaniques et dimensionnelles du laminoir.
  • Le système de régulation 6 utilise des moyens connus et qui n'ont pas lieu d'être décrits en détail. C'est pourquoi la Figure 1 montre seulement, à titre d'exemple, une installation de ce type équipée d'un système de régulation 6, 60, permettant de régler le débit hydraulique d'alimentation du vérin à son entrée 41 en fonction des indications données par un dispositif de mesure 61 qui est associé à l'empoise 31 du cylindre d'appui 3 et permet de mesurer la position de l'axe du cylindre cylindre 3, et l'ensemble constitue ainsi une boucle numérique de régulation de position du serrage en fonction d'un écartement des cylindres affiché sur l'entrée 62 du système de régulation 6.
  • Dans le cas présent, le système 6 de régulation automatique est associé, en outre, à un modèle mathématique 63 programmé de façon à régler l'effort de serrage appliqué sur les cylindres d'appui en fonction des dimensions du produit, ainsi que de la nature et de l'état du métal, pour effectuer une réduction d'épaisseur optimale correspondant aux possibilités du laminoir.
  • La Figure 2 illustre schématiquement le processus de laminage au cours de la première passe P, dite de démarrage.
  • Bien entendu, les réductions d'épaisseur sont exagérées pour faciliter la compréhension du dessin.
  • Sur le schéma 2a, à gauche de la Figure 2, on a représenté l'extrémité 50 du produit 5 qui arrive au contact des cylindres de travail 2, 2′. Le produit 5 a une épaisseur brute e₀ et l'entrefer, limité par les génératrices 20, 20′, des cylindres 2, 2′, se trouvant dans le plan de serrage, a une largeur e₁. On a représenté également l'angle d'attaque A₁ qui correspond au dièdre compris entre chaque face latérale 51 du produit 5 et le plan tangent T au point de contact de l'arête 52 avec le cylindre 2. On voit que la valeur de l'angle d'attaque A₁ est fonction du rapport entre le diamètre d du cylindre et la flèche a qui est égale à la moitié de la réduction d'épaisseur r₁ = eo - e₁.
  • Le modèle mathématique 63 associé au système de régulation 6 est programmé de façon à calculer, à chaque passe, la réduction d'épaisseur maximale possible compatible avec la puissance disponible et l'effort possible, en tenant compte, d'une part, des caractéristiques du laminoir qui déterminent sa capacité de travail et ses déformations éventuelles et, d'autre part, des caractéristiques physiques et dimensionnelles du produit.
  • En effet, l'effort à exercer pour déterminer une certaine réduction d'épaisseur dépend de la nature du métal et de son épaisseur, mais aussi de sa température qui s'élève au cours du laminage. Grâce à son auto-adaptation, le modèle mathématique 63 pourra prévoir, pour chaque passe et en fonction des opérations déjà effectuées, l'état du métal et la réduction maximale d'épaisseur possible sans risque de sollicitation excessive du laminoir.
  • En outre, le risque de refus d'engagement dépend de l'épaisseur du métal, de son état et des conditions de lubrification. Le modèle 63 pourra donc aussi prévoir, selon les passes, l'écartement des cylindres déterminant un pincement suffisant pour l'entraînement du produit sans risque de refus d'engagement.
  • Pour effectuer automatiquement le réglage de l'écartement des cylindres et de l'effort de serrage au cours de chaque passe, le modèle mathématique 63 affiche sur l'entrée 62 du régulateur 6, tout d'abord, la première consigne de position de serrage permettant de garantir un bon engagement de la bande, compte tenu du diamètre des cylindres et, ensuite, au cours de la passe, la consigne d'épaisseur permettant d'obtenir la réduction optimale calculée précédemment.
  • Sur la Figure 5, on a représenté schématiquement un organigramme du processus de régulation.
  • Le modèle mathématique 63 est associé au calculateur 60 qui possède en mémoire toutes les caractéristiques du laminoir 1 dont il faut tenir compte pour déterminer la réduction d'épaisseur.
  • Avant de commencer le laminage d'un produit déterminé, dans une étape d'initialisation 1, on affiche sur une entrée 64 du modèle mathématique 63, tous les paramètres spécifiques du produit à laminer, et correspondant, notamment, à la nature du métal, les dimensions de départ, les dimensions visées et la température mesurée avant l'opération.
  • Le produit est alors introduit dans le laminoir. Dans une étape 2, le modèle mathématique 63 détermine, d'une part, la réduction d'épaisseur maximale possible permettant, à partir de l'épaisseur brute e₀, d'obtenir une épaisseur optimale e₂ et, d'autre part, l'écartement e₁ des cylindres qui garantit un bon engagement du produit 5, compte tenu de l'épaisseur brute e₀ et des diamètres d des cylindres 2, ainsi que des conditions de lubrification.
  • Cet engagement est effectué à vitesse réduite avec pincement du produit 5 dont l'épaisseur est réduite à e1 entre les cylindres 2, 2′.
  • Dès que le produit est engagé, le dispositif de régulation 6 commande le resserrement des cylindres jusqu'à l'écartement e₂ calculé précédemment puis le passage à la vitesse de laminage.
  • Le laminage se poursuit de façon normale, l'épaisseur e₂ étant régulée par le système 6. A sa sortie du laminoir, le produit présente donc, sur la plus grande partie de sa longueur et jusqu'à son extrémité aval 54, une épaisseur e₂, à l'exclusion de la tête 50 qui présente une épaisseur plus grande e₁.
  • La première passe de démarrage P1 qui, comme indiqué par une flèche sur la Figure 2, s'est effectuée de gauche droite, est alors achevée, le produit 5 se trouvant à droite des cylindres 2 et 2′.
  • On procède alors la deuxième passe de laminage P2 selon le processus indiqué sur la Figure 3, c'est-à-dire de droite à gauche.
  • La partie du produit 5 qui vient maintenant au contact des cylindres 2, 2′, est alors son extrémité 54 d'épaisseur e₂.
  • Comme précédemment, le modèle mathématique 63 détermine tout d'abord, dans une étape 3, l'épaisseur optimale e₄ que l'on peut obtenir, qui correspond à la réduction maximale d'épaisseur possible compatible avec les capacités du laminoir, en tenant compte du fait que, la queue du produit étant plus épaisse, la réduction à effectuer est égale à e₁ - e₄. Ensuite, dans une étape 4, le modèle mathématique détermine l'écartement e₃ qu'il y a lieu de donner aux cylindres pour permettre l'introduction du produit sans refus d'engagement, compte tenu de l'épaisseur du produit et de sa température prévisible à ce moment.
  • Le produit 5 s'engage alors entre les cylindres 2 et 2′ en prenant l'épaisseur e₃. Dès que l'engagement est assuré, le système de régulation 6 commande le resserrement des cylindres à l'écartement e₄ et le passage à la vitesse de laminage.
  • Le produit laminé à la fin de cette deuxième passe P₂ présente donc une épaisseur e₄ sur la plus grande partie 56 de sa longueur et une tête 55 d'épaisseur e₃.
  • On effectue ainsi, à chaque passe Pn, une réduction d'épaisseur en deux étapes.
  • Comme on l'a indiqué, on peut déterminer, par expérience, l'état prévisible du produit, notamment sa température, après un certain nombre de passes et ainsi programmer le modèle mathématique 63 pour qu'il détermine, à chaque passe Pn et en fonction de l'épaisseur e2n-2 atteinte à la passe précédente Pn-1, la réduction maximale d'épaisseur e2n-3 - e2n qu'il pourra effectuer sans dépasser la capacité du laminoir et l'écartement e2n-1 qu'il faudra donner aux cylindres pour éviter un refus d'engagement.
  • Le processus décrit précédemment pour la deuxième passe P₂ pourra donc se reproduire à chaque passe jusqu'à ce que le rapport entre le diamètre d des cylindres de travail qui reste sensiblement fixe et l'épaisseur du produit qui diminue à chaque passe soit tel que, en réalisant immédiatement la réduction d'épaisseur maximale compatible avec la puissance de laminage, on ne risque pas un refus d'engagement.
  • L'épaisseur visée étant (e), on peut définir à l'avance l'épaisseur e+x à partir de laquelle le refus d'engagement n'est plus à craindre. Ainsi, à la fin de chaque passe Pn, dans une étape 6 du processus, l'épaisseur atteinte e2n est comparée au paramètre e+x et, dès qu'elle devient inférieure à ce paramètre, le processus décrit précédemment est arrêté et le laminage se poursuit normalement, dans une étape 7, jusqu'à obtention de l'épaisseur visée (e).
  • On constate que, à chaque passe Pn, la réduction totale d'épaisseur e2n-3 - e2n est supérieure à celle que l'on devait respecter auparavant pour éviter un refus d'engagement. Le nombre total de passes sera ainsi sensiblement diminué.
  • Bien entendu, l'invention ne se limite pas aux détails du mode de réalisation qui vient d'être décrit à titre de simple exemple et qui pourrait donner lieu à des variantes. En particulier, on a décrit le système dans le cadre d'un laminoir quarto, mais il est applicable de la même façon à un duo ou à un sexto ou à tout autre type de laminoir.
  • De même, d'autres systèmes de régulation pourraient être imaginés pour déterminer le nombre minimal de passes de laminage compatible avec la puissance du laminoir.
  • Les signes de référence, insérés après les caractéristiques techniques mentionnées dans les revendications, ont pour seul but de faciliter la compréhension de ces dernières et n'en limitent aucunement la portée.

Claims (4)

  1. Procédé de laminage d'un produit plat (5) dans un laminoir réversible comprenant au moins deux cylindres de travail (2, 2′), à axes parallèles superposés suivant un plan de serrage P à l'intérieur d'une cage (1), des moyens de commande du passage du produit entre les cylindres (2, 2′), dans un sens puis dans l'autre, et ainsi de suite alternativement, par passes successives et des moyens (4) (6) de réglage automatique de la position de serrage des cylindres pendant le laminage du produit (5), caractérisé par le fait que, le produit (5) ayant une épaisseur brute (e₀) sensiblement uniforme, on donne au cylindre de travail, pour la première passe de démarrage (P₁), un écartement (e₁) inférieur à (e₂) déterminant un angle d'attaque (A₁) suffisamment réduit pour éviter un refus d'engagement et, après l'engagement, on diminue l'écartement des cylindres jusqu'à une valeur (e₂) telle que la réduction totale d'épaisseur (e₀ - e₂) reste compatible avec la puissance et la force maximale du laminoir puis, pour la deuxième passe (P₂), on donne aux cylindres de travail un écartement (e₃) tel que la différence (e₂ - e₃) détermine un angle d'attaque (A₂) assez réduit pour éviter un refus d'engagement et, après l'engagement du produit, on diminue l'écartement des cylindres jusqu'à une valeur (e₄) déterminée de façon que la réduction totale d'épaisseur (e₁ - e₄) soit aussi grande que possible tout en restant compatible avec la puissance et la force maximale du laminoir et ainsi de suite, l'écartement des cylindres de travail étant d'abord réglé, au début de chaque passe (Pn), à une valeur (e2n-1) déterminant un angle d'attaque (An) suffisamment réduit pour éviter un refus d'engagement, puis, après l'engagement du produit diminué jusqu'à une valeur (e2n) déterminant une réduction totale d'épaisseur (e2n-3 - e2n) optimale et restant compatible avec la puissance et la force maximales du laminoir.
  2. Procédé de laminage selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'on poursuit ainsi la réduction d'épaisseur en deux étapes pour chaque passe jusqu'à ce que l'épaisseur (e2n) atteinte à la fin d'une passe (Pn) ne risque plus de déterminer un refus d'engagement pour une diminution de l'écartement des cylindres de travail à la passe suivante (Pn+1) compatible avec la puissance et la force maximales du laminoir et que l'on termine ensuite le laminage de façon normale.
  3. Procédé de laminage selon l'une des revendications 1 et 2 caractérisé par le fait que l'on règle à chaque passe l'écartement des cylindres (2, 2′) au moyen d'un système (6, 60) de régulation automatique de l'effort de serrage associé à un modèle mathématique (63) programmé de façon à calculer, à chaque passe, la réduction d'épaisseur à effectuer en deux étapes, en fonction de l'effort et de la puissance de laminage possibles et compte tenu des caractéristiques mécaniques et dimensionnelles du laminoir et du produit et de la nature du métal laminé.
  4. Procédé de laminage selon la revendication 3, caractérisé par le fait que le modèle mathématique (63) est programmé de façon à calculer, en fonction de l'état prévisible du produit à chaque passe, compte tenu des épaisseurs atteintes à la passe précédente et du nombre de passes précédemment effectuées, la réduction maximale d'épaisseur possible et le resserrement des cylindres nécessaire à l'entraînement sans risque de refus d'engagement et que, à chaque passe (Pn), le produit à laminer ayant, sur la plus grande partie de sa longueur, une épaisseur (e2n-2) et, sur sa queue, une épaisseur (e2n-3) correspondant à l'engagement dans la passe précédente (Pn-1), le modèle mathématique (63) détermine tout d'abord, en tenant compte des caractéristiques Physiques et dimensionnelles prévisibles du produit lors de ladite passe (Pn) et des capacités du laminoir, l'épaisseur de laminage (e2n) au cours de ladite passe (Pn) permettant d'obtenir une réduction d'épaisseur maximale (e2n-3 - e2n) compatible avec la puissance disponible et l'effort possible, et l'écartement (e2n-1) des cylindres permettant l'introduction de la tête de la bande sans refus d'engagement, puis le système de régulation (6) commande l'introduction de la bande (5) en réglant l'écartement des cylindres à la valeur d'engagement (e2n-1) et, après l'engagement de la tête de la bande, commande le resserrement des cylindres à l'écartement (e2n) calculé et le passage à la vitesse de laminage, l'épaisseur (e2n) de la bande étant maintenue jusqu'à la fin de la passe (Pn).
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