EP0709152A1

EP0709152A1 - Mise en forme de produits metalliques minces entre deux cylindres

Info

Publication number: EP0709152A1
Application number: EP95402328A
Authority: EP
Inventors: Jacques Barbe; François Mazodier; Elias Sarkis; Luc Vendeville; Pierre Delassus; Jean-Marie Pelletier; Yves Grandgenevre
Original assignee: Thyssen Stahl AG; USINOR Sacilor SA
Current assignee: Thyssen Stahl AG; USINOR SA
Priority date: 1994-10-28
Filing date: 1995-10-19
Publication date: 1996-05-01
Anticipated expiration: 2015-10-19
Also published as: FI107889B; DE69515251T2; FR2726210A1; CN1077461C; US5671625A; CA2161557A1; DE69515251D1; FR2726210B1; PL311154A1; KR100394475B1; FI955098A0; CZ281095A3; TW305785B; UA35617C2; ES2144589T3; TR199501337A2; GR3033480T3; RU2139772C1; EP0709152B1; ZA958911B

Abstract

Le dispositif comporte deux cylindres (10, 11) maintenus par des paliers (13, 14) sur un châssis (16) et, pour chaque cylindre, des moyens de mesure (22) de la position de la génératrice diamétralement opposée au col entre les cylindres, en trois points ou plus situés respectivement dans un plan médian (P3) perpendiculaire aux axes et dans des plans secondaires tels que (P1, P5) parallèles au plan médian, et des moyens de mesure (23), dans le dit plan médian, de la position d'une génératrice située à 90° par rapport au col Le procédé selon l'invention utilise ces mesures pour déterminer en continu l'entrefer entre les cylindres en tenant compte des déformations en service des cylindres. Application notamment à la coulée continue entre cylindres de bandes métalliques. <IMAGE>

Description

La présente invention se situe dans le domaine de la fabrication de produits métalliques, en général de forme plate et mince, tels que des bandes en acier ou autres métaux, par mise en forme du produit lors de son passage entre deux cylindres d'axes sensiblement parallèles qui exercent un effort de compression sur le produit.
Elle s'applique plus particulièrement à la coulée continue des métaux et alliages entre deux cylindres, au cours de laquelle se produit un fort échange thermique entre le métal coulé et les cylindres énergiquement refroidis qui constituent deux parois du moule recevant le métal en fusion, et s'applique également à d'autres procédés de mise forme, par exemple le laminage.
Un des problèmes majeurs pour l'obtention d'un produit de qualité est de connaître pratiquement en permanence l'entrefer des cylindres, pour pouvoir agir sur des régulations d'épaisseur et de bombé permettant d'obtenir un produit de bonnes qualités géométriques, c'est à dire ayant une section de forme et dimension souhaitées et constantes sur la longueur du produit.
Par l'expression "entrefer des cylindres", on désignera donc par la suite non seulement la distance moyenne séparant les cylindres au niveau du col entre ceux-ci (passage le plus étroit, situé dans le plan commun aux axes des deux cylindres), mais également la forme de passage au col, qui n'est généralement pas exactement rectangulaire, soit volontairement, dans le but d'obtenir un produit ayant un léger bombé transversal, soit du fait des déformations de l'installation et des cylindres.
Ces déformations résultent des efforts exercés par le produit, qui provoquent :

un écartement des cylindres par cédage de leur cage support, ou par recul des moyens de réglage en position de leurs paliers ( ces variations d'écartement n'étant d'ailleurs pas forcément identiques des deux côtés des cylindres, ce qui conduit à une dissymétrie de l'entrefer par rapport au plan médian perpendiculaire aux axes des cylindres),
une flexion des arbres des cylindres,
ou même une flexion propre de la paroi des cylindres.

Ces déformations résultent aussi des échanges thermiques, qui provoquent un effet de bombé thermique général sur les cylindres lors de leur échauffement, et aussi des déformations locales cycliques lors de la rotation des cylindres, dues aux mises en contact et séparations successives de chaque zone du cylindre avec le produit formé, notamment, dans le cas de la coulée entre cylindres, le produit coulé qui se solidifie au contact des cylindres.
Pour connaître le plus précisément possible les formes et les dimensions de cet entrefer, il serait donc nécessaire de mesurer l'écartement au col entre les cylindres, non seulement en un point sur la largeur des cylindres, mais sur toute cette largeur, ou au moins en plusieurs points le long des deux génératrices formant le col.
Comme il n'est pas possible de faire ces mesures en cours d'opération de coulée, il est déjà connu d'utiliser des jauges d'épaisseur et de profil permettant de déterminer les formes et dimensions du produit après sa mise en forme. Outre le problème du coût de ces jauges, celles-ci ne peuvent pratiquement être placées que loin du col, et la mesure effectuée ne reflète donc la valeur de l'entrefer qu'avec un retard relativement important. En cas de dérive de cette valeur, la correction ne peut donc être effectuée que tardivement, ce qui entraîne des irrégularités sur le profil longitudinal du produit fabriqué.
L'invention a pour but de résoudre ces problèmes, et vise particulièrement à permettre une détermination rapide de l'entrefer, en continu au cours de l'opération de mise en forme du produit, de manière à pouvoir agir quasi instantanément sur les organes de réglage de la position des cylindres, ou sur les organes de contrôle d'autres paramètres de l'opération de mise en forme, pour maintenir un entrefer constant de forme et dimensions requises, par exemple sur les moyens de contrôle du "bombé" du cylindre.
Avec ces objectifs en vue, l'invention a pour objet un procédé de détermination en continu de l'entrefer au col entre deux cylindres, d'axes sensiblement parallèles, d'une installation de mise en forme à chaud d'un produit métallique mince par passage du dit produit entre les dits cylindres, caractérisé en ce qu'on mesure, dans un état initial, en l'absence du produit et à froid, la valeur de l'entrefer au centre, c'est à dire au moins dans un plan transversal médian de l'installation et, lors de la mise en forme du dit produit, et pour chaque cylindre :

on mesure les variations, par rapport à cet état initial, de la position d'au moins trois points de la surface du cylindre, sur une génératrice située à 180° par rapport au col, c'est à dire diamétralement opposée au col, ces points étant situés respectivement au moins dans le dit plan médian et dans deux plans secondaires parallèles au plan médian et situés de part et d'autre du dit plan médian,
on mesure, au moins dans le dit plan médian, la variation, par rapport à cet état initial, de la position d'un point situé sur une génératrice à 90° par rapport au col,
on détermine par un modèle de calcul ou par des courbes expérimentales, les variations de la longueur du rayon du cylindre dans les dits plans, entre le col et l'une des situations à 90° ou 180°,
à partir des dites mesures des variations de position des points du plan médian, respectivement situés à 90° et 180° par rapport au col, et de la dite variation de la longueur du rayon dans ce plan médian respectivement d'une part entre le col et la situation à 90° et d'autre part entre les situations à 90° et à 180°, on en déduit la valeur du cédage au centre et la valeur de la variation de la longueur du rayon au col par rapport à l'état initial,
et on en déduit la valeur instantanée de l'entrefer au centre à partir de la dite valeur d'entrefer au centre à froid, de la valeur du cédage au centre et de la valeur de la variation de la longueur du rayon, ainsi que le profil de l'entrefer.

Donc, grâce au procédé selon l'invention, on peut ainsi connaître avec précision et rapidité, et en continu au cours de la fabrication du produit, les dimensions et formes pratiquement exactes de l'entrefer, et donc s'assurer que ces dernières restent dans les tolérances requises, ou, s'il apparaît une dérive, la corriger quasi instantanément au moyen des divers actionneurs qui équipent classiquement une telle installation. On peut ainsi obtenir un produit de qualité et de section constante sur toute sa longueur.
Préférentiellement, on mesure également les variations de la position des points de la surface situés dans les dits plans secondaires et à 90° par rapport au col. On peut alors déterminer précisément la dissymétrie de l'entrefer, c'est-à-dire la différence d'écartement des cylindres entre leurs deux bords, à partir de la mesure des variations de position des points situés respectivement dans les dits plans secondaires et dans les dites situations à 90° et à 180°.
Préférentiellement encore, on détermine le profil thermique d'une génératrice éloignée du col, et se trouvant dans une situation où l'on mesure les variations de position d'au moins trois points de cette génératrice, à partir d'une fonction paramétrée définissant la déformation thermique en un point de la dite génératrice en fonction de la position axiale de ce point et à partir de la dite mesure des variations de la position des dits au moins trois points , et on détermine le profil thermique de la génératrice au col à partir du dit profil thermique de la génératrice éloignée du col et de la dite détermination des variations de la longueur du rayon du cylindre dans les dits plans, entre le col et la situation de la dite génératrice éloignée du col.
L'invention a aussi pour objet un dispositif de mise en forme de produits métalliques minces, tels que des bandes, comportant deux cylindres d'axes sensiblement parallèles définissant entre eux un col situé dans le plan commun de leurs axes, des moyens de support pourvus de paliers dans lesquels tourillonnent des extrémités axiales des arbres des dits cylindres, et un châssis sur lequel les moyens de support d'au moins un des cylindres sont guidés et mobiles en translation dans une direction de rapprochement ou d'éloignement des cylindres.
Selon l'invention, ce dispositif est caractérisé en ce qu'il comporte, pour chaque cylindre, des moyens de mesure de la position de la génératrice diamétralement opposée au col, en trois points situés respectivement dans un plan médian perpendiculaire aux axes et dans deux plans secondaires parallèles au plan médian et situés à proximité des bords des cylindres et des moyens de mesure, dans le dit plan médian, de la position d'une génératrice située à 90° par rapport au col.
Préférentiellement, pour pouvoir mesurer précisément la dissymétrie de l'entrefer, le dispositif comporte également des moyens de mesure de la position de la dite génératrice située à 90° du col, dans les dits plans secondaires.
Selon une variante de réalisation, les dits moyens de mesure sont des capteurs de position fixés sur les dits moyens de support des cylindres et le dispositif comporte en plus des moyens de mesure des variations d'écartement des dits paliers.
Selon une autre variante qui permet de s'affranchir de moyens de mesure de l'écartement des paliers, les dits moyens de mesure de la position de la génératrice diamétralement opposée au col sont des capteurs fixés sur le châssis.
Le dispositif comporte aussi des moyens de calcul reliés aux dits moyens de mesure pour

calculer les variations des positions mesurées des dites génératrices,
déterminer, par un modèle de calcul prenant en compte les paramètres de coulée et/ou à partir de données expérimentales, les variations de la longueur du rayon du cylindre dans les dits plans, entre le col et l'une des situations à 90° ou 180°,
calculer, à partir des dites variations de position et des dites variations de longueur du rayon, la valeur du cédage du cylindre au centre et la valeur de la variation de la longueur du rayon au col par rapport à l'état initial,
et en déduire la valeur instantanée de l'entrefer au centre à partir de la valeur d'entrefer au centre à froid et de la valeur du cédage au centre et de la valeur de la variation de la longueur du rayon, ainsi que le profil de l'entrefer.

D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront dans la description qui va être faîte d'un dispositif de coulée continue entre cylindres de bandes minces en acier, conforme à l'invention, et d'un procédé de détermination en continu de l'entrefer entre les cylindres de coulée.
On se reportera aux dessins annexés dans lesquels :

la figure 1 est une représentation partielle simplifiée du dispositif de coulée,
la figure 2 est une vue en demi-coupe axiale d'un cylindre équipant ce dispositif,
la figure 3 est une vue de dessus simplifiée du dispositif de l'appareil de coulée .
la figure 4 est une vue frontale du dispositif de la figure 3, en coupe selon le plan P₁ de la figure 3.

Le dispositif de coulée continue représenté figure 1 comporte, de manière connue, deux cylindres 10, 11, d'axes parallèles et situés dans un plan P horizontal, refroidis intérieurement et entraînés en rotation par des moyen d'entraînement non représentés. Un tel cylindre est représenté de manière simplifiée sur le dessin de la figure 2 et comporte un arbre 12, un corps 31 lié à l'arbre, et une virole externe 32, qui constitue la surface de coulée, maintenue sur le corps par des moyens connus en soi.
Classiquement, pour obtenir une bande ayant un léger bombé transversal (nécessaire pour les traitements ultérieurs de la bande par laminage à froid), la surface externe 34 de la virole 32 doit être légèrement "en creux". C'est pourquoi le profil longitudinal (dans la direction de l'axe du cylindre) de cette surface, obtenu par usinage, est concave. Cette concavité est par ailleurs déterminée à froid de manière que subsiste, à chaud et au niveau du col, le "creux" souhaité, compte tenue que la concavité initiale tend à se réduire par l'effet de bombé thermique lors de l'échauffement de la virole.
On a représenté sur la figure 2, de manière volontairement exagérée, les formes de la surface de la virole, à froid, par la ligne pointillée 35, à chaud par le repère 34, la ligne 36 représentant une génératrice rectiligne théorique par rapport à laquelle est défini le creux, ou la dite concavité.
En revenant à la figure 1, on voit que les arbres 12 sont maintenus dans des paliers 13F, 13M, 14F, 14M, ou empoises, dans lesquels ils tourillonnent.
Les paliers 13F, 14F du cylindre 10 sont liés par des moyens de support, par exemple une traverse 15F, fixe par rapport au châssis 16 du dispositif. Les paliers 13M, 14M de l'autre cylindre 11 sont reliés de même par une traverse 15M guidée sur le châssis 16, et déplaçables sur celui-ci, la position des paliers 13M et 14M pouvant être réglée par des vérins de poussée 17, qui fournissent également la force de réaction s'opposant à l'effort d'écartement des cylindres généré par le produit coulé.
Le dispositif comporte en plus des moyens de mesure de la position de la surface 34 de chaque cylindre. Ces moyens de mesure comportent, pour chaque cylindre, un ensemble 20 de capteurs 22 destinés à mesurer la position de la surface 34 sur une génératrice de cette surface située dans le plan horizontal P, diamétralement opposée au col, et en plusieurs points le long de cette génératrice. Sur le dessin de la figure 1, on a ainsi représenté trois capteurs 22, l'un étant situé dans un plan vertical médian P₃, et mesurant la position d'un point situé sensiblement au milieu de la dite génératrice, les deux autres étant situés respectivement dans des plans verticaux secondaires P₁ et P₅, au voisinage des bords de la surface de coulée 34. Pour augmenter la précision des mesures, on peut utiliser des capteurs supplémentaires, placés dans des positions intermédiaires.
L'ensemble 20 de capteurs 22 est fixe par rapport au châssis 16. Ces capteurs sont des capteurs de type connu dans des applications de mesure par triangulation, par exemple des capteurs à rayon laser, qui peuvent apprécier de faibles variations de distance tout en étant éloignés du point dont on veut déterminer la position. Ces capteurs 22 sont disposés de manière à viser la surface du cylindre 11 à travers une fenêtre 18 aménagée à cet effet dans la traverse 15M de support du dit cylindre. De cette manière, la mesure effectuée par ces capteurs est une mesure directe de la position des points visés de la surface du cylindre 11 par rapport au châssis 16, et donc indépendante de la position des paliers 13M, 14M.
Les moyens de mesure de la position de la surface 34 comportent également un ensemble 21 de capteurs 23, situé en-dessous du cylindre 11 dans un plan vertical passant sensiblement par l'axe du cylindre, cet ensemble étant fixe par rapport aux paliers 13M, 14M, et se déplaçant donc avec ceux-ci. Les capteurs 23 sont par exemple des capteurs capacitifs ou inductifs, de mesure rapprochée. L'ensemble 21 comporte trois capteurs 23, situés respectivement dans les mêmes plans verticaux que les capteurs 22 de l'ensemble 20, qui permettent donc de mesurer en trois points la position de la génératrice de la surface 34 située à 90° du col, en aval de ce dernier par rapport au sens de rotation du cylindre.
De manière similaire, deux ensembles 24, 25 de capteurs sont disposés à proximité du deuxième cylindre 10. On notera cependant que, compte-tenu que les paliers 13F et 14F de ce cylindre sont fixes par rapport au châssis 16, les capteurs de l'ensemble 24 peuvent alors être également des capteurs de type capacitif ou inductif.
Selon une variante de réalisation, représentée aux figures 3 et 4, de tels capteurs, susceptibles d'effectuer uniquement des mesures à faible distance, peuvent également être utilisés à la place des capteurs 22, pour mesurer la position des points de la génératrice opposée au col sur le cylindre 11. Dans ce cas, ces capteurs sont fixes par rapport aux moyens de support 15M de ce cylindre, et des capteurs supplémentaires sont prévus pour mesurer la position de ces moyens de support par rapport au châssis, par exemple des capteurs 26 disposés de manière à mesurer les variations d'écartement entre les paliers des deux cylindres.
On va maintenant décrire, en relation avec les figures 3 et 4, la méthode de détermination de l'entrefer en continu au cours de la coulée, à l'aide des mesures effectuées par les capteurs prémentionnés.
Au préalable, il est rappelé que l'entrefer réel au col entre les cylindres, en cours de coulée, dépend :

de la concavité initiale, à froid, des cylindres,
de l'effet de bombé thermique et de la dilatation radiale des viroles, qui tendent à réduire cette concavité lors de l'échauffement des viroles,
du cédage de l'ensemble des organes supportant les viroles, notamment la flexion des arbres des cylindres qui tend à augmenter la distance entre les cylindres au col.

Compte-tenu que les efforts de serrage sont relativement faibles, et la virole de grand diamètre par rapport à sa largeur, on peut considérer que la virole elle-même ne fléchit pas, ou au moins que cette flexion est négligeable. Cependant, le cédage propre de la virole peut être pris en compte dans la détermination de l'entrefer en utilisant un plus grand nombre de capteurs pour chaque ensemble de capteurs.
Le cédage du châssis 16 peut également être considéré comme négligeable. Toutefois, en utilisant une disposition de capteurs telle que celle représentée aux figures 3 et 4, on s'affranchit totalement de cet éventuel cédage puisque l'on mesure les variations d'écartement entre les paliers des cylindres, le cédage du châssis n'ayant plus alors aucune influence sur les mesures.
Par ailleurs, pour connaître précisément les formes et dimensions de l'entrefer au col en cours de coulée, il suffit de connaître au niveau du col :

l'entrefer au centre, c'est-à-dire dans le plan médian de l'installation,
la dissymétrie de l'entrefer,
et le profil de la surface des viroles.

La connaissance de ces éléments permet d'agir en régulation sur :

l'épaisseur du produit coulé, en commandant des déplacements égaux des deux vérins de serrage 17,
la dissymétrie transversale du produit, en commandant des déplacements différenciés de ces vérins,
le profil du bombé, en agissant sur les échanges thermiques entre produit et virole, par exemple en faisant varier le refroidissement de la virole, ou la vitesse de rotation des cylindres.

Dans les explications qui vont suivre, pour déterminer, à partir des mesures effectuées par les différents capteurs, la valeur de l'entrefer au centre, la dissymétrie, et la forme du profil des surfaces des viroles, on utilisera les notations suivantes :

eo : valeur de l'entrefer initial à froid entre les génératrices théoriques 36 des viroles,
e : valeur de l'entrefer réel,
b : valeur de la flèche à froid de la génératrice de la surface 34, résultant de l'usinage de cette surface.
Δx : valeur du cédage d'un cylindre,
e_d et e_g : valeurs de la variation de l'écartement entre paliers, de chaque côté des cylindres, mesurées par les capteurs 26,
ΔR : variation de la longueur du rayon du cylindre par rapport à sa longueur à froid (due à l'effet de bombé thermique et de la dilatation radiale),
δ : variation de la longueur du rayon pendant la rotation,
L : distance entre les deux paliers d'un cylindre,
l : distance axiale de chacun des plans verticaux contenant les capteurs, par rapport à un palier,
λ : largeur de la virole,
C : valeurs des variations de position de chaque point de la virole, mesurées par les capteurs 22, 23.

Par ailleurs :

- les chiffres 1, 2, 3 accolés aux signes précédents indiquent la position angulaire où est considérée la valeur concernée : 1 indique la situation au col, 2 indique la situation à 90° par rapport au col, 3 indique la situation à 180° par rapport au col (diamétralement opposée au col),
- les chiffres indiqués en indice indiquent de manière similaire, la situation axiale : 3 correspondant à la situation dans le plan médian, 1 et 5 correspondant respectivement aux situations dans les plans secondaires, voisins des bords des viroles (on notera que les indices 2 et 4 correspondraient à des plans intermédiaires supplémentaires) .
- la lettre "F" indique que la valeur concerne le cylindre fixe 10, et la lettre "M" concerne le cylindre mobile 11.

Ainsi, par exemple :
C2₃M est la valeur, mesurée par le capteur 23, de la variation de position du point de la surface 34 de la virole du cylindre mobile 11, point situé à 90° du col et dans le plan médian.
δ23₁ est la variation de longueur du rayon, dans le plan secondaire P₁ situé au voisinage du bord de la virole, entre la situation à 90° et la situation à 180° par rapport au col.
Enfin, il est convenu d'affecter du symbole "F/M" la somme des valeurs correspondantes à une même mesure ou variation pour chaque cylindre (ainsi par exemple : C2₃F/M = C2₃F + C2₃M) et d'affecter du signe "+" toutes les valeurs qui correspondent à une augmentation de l'entrefer, et du signe "-" celles correspondant à une diminution de l'entrefer.
On notera que les valeurs de C relatives à la position à 90° (position "2") et utilisées dans les formules qui suivent sont retardées d'un temps équivalent à un quart de tour du cylindre, de manière que les variations de position prises en compte dans un même calcul soient relatives à une même génératrice, bien que les mesures de ces variations soient effectuées dans des positions angulaires différentes, ceci afin notamment de s'affranchir d'un éventuel faux rond des cylindres.

Compte tenu de ces conventions de notation, on peut écrire les équations suivantes :
a) Pour la détermination de l'entrefer au centre e₃:
- Cédage de l'arbre d'un cylindre au centre (dans le plan médian) : Δx₃ = C3₃ - (C2₃ - δ23₃)
- Variation de rayon au col : ΔR₃ = C2₃ + δ12₃
d'où l'entrefer réel au centre :

e₃ = entrefer initial	==> eo₃
+ creux des cylindres à froid	==> +b₃F + b₃M
+ cédage des arbres (Δx₃)	==> + C3₃F-(C2₃F-δ23₃F)
	+C3₃M-(C2₃M-δ23₃M)
- ΔR₃ au col	==> - (C2₃F+δ12₃F)
	- (C2₃M+δ12₃M)

d'où :

e_{3} {= eo}_{3} {+ b}_{3} {F/M + C3}_{3} {F/M - 2.C2}_{3} {F/M + δ23}_{3} {F/M - δ12}_{3} F/M

La valeur de δ23₃-δ12₃ est faible et peut être déterminée par un modèle de calcul prenant en compte les paramètres de coulée, notamment vitesse et flux d'échange thermique, pour une virole donnée, ou des valeurs expérimentales. A noter aussi que cette valeur, d'après le modèle de calcul, ne varie pratiquement pas avec l'intensité du refroidissement de la virole.
b) : dissymétrie de l'entrefer :
Les capteurs d'extrémité situés aux voisinage des bords et à 180° permettent de connaître la dissymétrie :

e_{1} {= eo}_{1} {- b}_{1} {F/M + C3}_{1} {F/M - 2.C2}_{1} {F/M + δ23}_{1} {F/M - δ12}_{1} F/M

e_{5} {= eo}_{5} {- b}_{5} {F/M + C3}_{5} {F/M - 2.C2}_{5} {F/M + δ23}_{5} {F/M - δ12}_{5} F/M

par définition, on pose : b₁ = b₅ (symétrie du profil en creux initial), d'où :

On peut admettre que les expressions A = (δ23₁F/M - δ23₅F/M) et B = (δ12₁F/M - δ12₅F/M) sont sensiblement nulles, car les conditions sont en principe identiques de chaque côté des cylindres et il s'agit de différences de valeurs sensiblement égales.
D'autre part, eo₁ et eo₅ ont les valeurs suivantes :

eo₁ = ed - (ed-eg).l₁/L
eo₅ = ed - (ed-eg).l₅/L
d'où : ${(eo}_{1} {-eo}_{5} {) = [(ed-eg)/L].(l}_{5} {-l}_{1})$
d'où la valeur de la dissymétrie : $e_{1} {-e}_{5} {= [(ed-eg)/L].(l}_{5} {-l}_{1} {) + C3}_{1} {F/M - C3}_{5} {F/M - 2.(C2}_{1} {F/M - C2}_{5} F/M)$
c) : Profil
On peut démontrer que le profil propre de bombé thermique de la surface 34 de chaque cylindre qui s'ajoute au profil à froid est de la forme : ${Y = K(Δθ) . [2}_{.} e^{-β(λ/2)} {- e}^{-β(x)} {- e}^{-β(λ-x)}]$
β étant une constante, il y a lieu de calculer K qui est fonction du gradient de température à travers la paroi de la virole.

Pour tenir compte d'un éventuel défaut de symétrie par rapport au plan médian, il faut au moins connaître un point de la courbe de chaque côté et donc il faut au moins trois capteurs. En faisant la moyenne des valeurs mesurées par les capteurs proches des bords, on pourra déterminer le profil du cylindre par rapport à son axe.
Dans le cas où il y a trois capteurs à 180° mais un seul capteur à 90°, il faudra prendre la valeur du bombé à 180°. S'il y a au moins 3 capteurs à 90°, on pourra prendre alors la valeur du bombé à 90° qui, étant plus près du col, aura une valeur plus proche de celle du col, et donc le profil au col sera déterminé plus précisément.
Pour connaître le profil au col à partir du profil à 90° ou 180°, il faut intégrer les variations de rayon entre le col et la position où on lit le bombé :
on a donc : ${ΔR}_{i} {= C2}_{i} {- δ12}_{i}$
d'où, si le bombé est mesuré dans la situation à 90° du col : $Y_{1} {= C2}_{3} {- C2}_{1} {+ δ12}_{3} {- δ12}_{1}$
$Y_{5} {= C2}_{3} {- C2}_{5} {+ δ12}_{3} {- δ12}_{5}$
Les valeurs de δ12₃ et δ12₁ et δ12₅, comme dit précédemment, peuvent être déterminées grâce à un modèle, soit en fonction des paramètres de coulée, soit de la différence de la valeur du bombé entre 180 et 90°, ou par des courbes ou valeurs expérimentales.
Connaissant Y₁ et Y₅, on peut alors déterminer le profil de chaque cylindre au col.
Comme on l'aura compris, le dispositif et le procédé selon l'invention permettent de déterminer avec précision et en continu l'entrefer réel entre les cylindres lors de la coulée, en définissant celui-ci par sa valeur au centre, son éventuelle dissymétrie par rapport au plan médian, et la forme de la génératrice de chaque cylindre au col.
Le ou les capteurs situés à 90° par rapport au col servent particulièrement à déterminer l'influence des variations de rayon et de profil des cylindres dues aux effets de bombé thermique, puisque dans cette situation à 90°, les déformations dues aux effets mécaniques des efforts d'écartement des cylindres sont négligeables. Il serait donc également possible d'effectuer les mesures correspondantes au-dessus des cylindres à 90° en amont du col. Toutefois, pour des raisons d'encombrement, il est plus facile de placer les capteurs en-dessous des cylindres. De plus, eu égard aux mesures de bombé thermique, une telle position est favorable, car les variations de bombé sont moindres entre le col et la situation à 90° en aval, que entre le col et une situation à 90° en amont du col, puisque entre ces deux dernières situations, l'échauffement dû à l'entrée en contact du métal en fusion avec la virole est plus brutal que le refroidissement qui suit la séparation de la bande coulée de la surface du cylindre.
Les différentes mesures indiquées ci-dessus permettent en fait de déterminer les variations de l'entrefer en service, par rapport à l'entrefer à froid, sans effort sur les cylindres, ces variations étant provoquées tant par les efforts exercés en cours de coulée que par les déformations thermiques des cylindres. Il est donc supposé que la forme du profil des cylindres à froid est connue. Pratiquement, à partir de la forme de la génératrice à chaud souhaitée pour avoir le profil d'entrefer compatible au profil travers voulu de la bande formée (cette forme étant définie par une fonction mathématique), il a été déduit l'équation de la courbe du profil à froid utilisée par la machine d'usinage du profil des cylindres, cette équation du profil à froid donnant la profondeur du profil en un point en fonction de la position axiale de ce point. Réciproquement, connaissant le profil de l'entrefer à froid par la mesure de la valeur de l'entrefer au centre et par la dite équation du profil à froid, et connaissant les variations de position et de forme telles que citées ci-avant pour chaque cylindre, il est possible de connaître le profil de l'entrefer à chaud avec une précision suffisante.
Dans ce qui précède, il a été considéré que la forme du profil d'une génératrice du cylindre était une courbe définie par une fonction mathématique, les mesures effectuées par les capteurs situés dans les trois plans P₁, P₃, P₅ permettant de définir les paramètres de cette courbe et sa position dans l'installation. On comprendra aisément que, si on dispose d'un nombre important de capteurs dans des plans parallèles à P₃, en sus des plans P₁ et P₅, c'est-à-dire répartis selon la largeur de la table du cylindre de surface 34, on pourra alors connaître directement par mesure la position de plusieurs points du profil et, donc, connaître avec précision le profil des cylindres, et donc l'entrefer, sans qu'il soit imposé de connaître la forme du profil initial.
Il va de soit que l'invention s'applique non seulement à la coulée continue, mais également, comme déjà évoqué au début, au laminage des produits plats, métalliques ou autres.

Claims

Procédé de détermination en continu de l'entrefer au col entre deux cylindres (10, 11), d'axes sensiblement parallèles, d'une installation de mise en forme à chaud d'un produit métallique mince par passage du dit produit entre les dits cylindres, caractérisé en ce que on mesure, dans un état initial, en l'absence du produit et à froid, la valeur de l'entrefer au centre (eo₃), c'est-à-dire dans un plan (P3) transversal médian de l'installation et, lors de la mise en forme du dit produit, et pour chaque cylindre :
- on mesure les variations (C3₁, C3₃, C3₅), par rapport à cet état initial, de la position d'au moins trois points de la surface du cylindre, sur une génératrice située à 180° par rapport au col, c'est-à-dire diamétralement opposée au col, ces points étant situés respectivement au moins dans le dit plan médian (P₃) et dans deux plans secondaires (P₁, P₅) parallèles au plan médian et situés de part et d'autre du dit plan médian,

- on mesure, au moins dans le dit plan médian, la variation (C2₃), par rapport à cet état initial, de la position d'un point situé sur une génératrice à 90° par rapport au col,

- on détermine par un modèle de calcul ou par des courbes expérimentales, les variations (δ12) de la longueur (R) du rayon du cylindre dans les dits plans, entre le col et l'une des situations à 90° ou 180°,

- à partir des dites mesures des variations de position des points du plan médian, respectivement situés à 90° et 180° par rapport au col, et de la dite variation de la longueur du rayon dans ce plan médian respectivement d'une part entre le col et la situation à 90° (δ12₃) et d'autre part entre les situations à 90° et à 180° (δ13₃), on en déduit la valeur (Δx3) du cédage du cylindre au centre et la valeur (ΔR₃) de la variation de la longueur du rayon au col par rapport à l'état initial,

- et on en déduit la valeur instantanée (e₃) de l'entrefer au centre à partir de la dite valeur d'entrefer au centre à froid et de la valeur du cédage au centre et de la valeur de la variation de la longueur du rayon, ainsi que le profil de l'entrefer.
Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que on mesure également les variations de la position des points de la surface situés dans les dits plans secondaires et à 90° par rapport au col.
Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que on détermine le profil thermique d'une génératrice éloignée du col, et se trouvant dans une situation (2) où l'on mesure les variations (C2₁, C2₃, C2₅) de position d'au moins trois points de cette génératrice, à partir d'une fonction paramétrée définissant la déformation thermique (Y) en un point de la dite génératrice en fonction de la position axiale (1) de ce point et à partir de la dite mesure des variations de la position des dits au moins trois points , et on détermine le profil thermique de la génératrice au col à partir du dit profil thermique de la génératrice éloignée du col et de la dite détermination des variations (δ12) de la longueur du rayon du cylindre dans les dits plans, entre le col et la situation de la dite génératrice éloignée du col.
Procédé selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que on détermine la dissymétrie (e₁ - e₅) de l'entrefer à partir de la mesure des variations (C3₁, C3₅, C2₁, C2₅) de position des points situés respectivement dans les dits plans secondaires et dans les dites situations à 90° et à 180°.
Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que on mesure les dites variations (C3) de position des points situés à 180° par rapport à une référence fixe dans l'espace.
Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que on mesure les dites variations (C3) de position des points situés à 180° par rapport à des moyens de support (15F, 15M) respectifs des cylindres, comportant des paliers dans lesquels tourillonnent les extrémités des arbres des cylindres et on mesure les variations (e_d, e_g) d'écartement des dits paliers au niveau de chacune des dites extrémités.
Dispositif de mise en forme de produits métalliques minces, tels que des bandes, comportant deux cylindres (10, 11), d'axes sensiblement parallèles définissant entre eux un col situé dans le plan commun (P) de leurs axes, des moyens de support (15F, 15M) pourvus de paliers (13, 14) dans lesquels tourillonnent des extrémités axiales des arbres (12) des dits cylindres, et un châssis (16) sur lequel les moyens de support d'au moins un des cylindres sont guidés et mobiles en translation dans une direction de rapprochement ou d'éloignement des cylindres, caractérisé en ce qu'il comporte, pour chaque cylindre, des moyens de mesure (22) de la position de la génératrice diamétralement opposée au col, en au moins trois points situés respectivement dans un plan médian (P₃) perpendiculaire aux axes et dans deux plans secondaires (P₁, P₅) parallèles au plan médian et situés à proximité des bords des cylindres et des moyens de mesure (23), dans le dit plan médian, de la position d'une génératrice située à 90° par rapport au col.
Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comporte également des moyens de mesure (23) de la position de la dite génératrice située à 90° du col, dans les dits plans secondaires.
Dispositif selon la revendication 7 ou 8, caractérisée en ce que les dits moyens de mesure sont des capteurs de position (22) fixés sur les dits moyens de support des cylindres et en ce qu'il comporte en plus des moyens de mesure (26) des variations d'écartement des dits paliers.
Dispositif selon la revendication 7, caractérisée en ce que les dits moyens de mesure (22) de la position de la génératrice diamétralement opposée au col sont des capteurs fixés sur le châssis.
Dispositif selon l'une des revendications 7 à 10, caractérisé en ce que les dits cylindres (10, 11) sont des cylindres de coulée refroidis, destinés à être mis au contact du métal de fusion, d'une installation de coulée continue entre cylindres.
Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de calcul reliés aux dits moyens de mesure (22, 23) pour
- calculer les variations des positions mesurées des dites génératrices,

- déterminer, par un modèle de calcul prenant en compte les paramètres de coulée et/ou à partir de données expérimentales, les variations (δ12) de la longueur (R) du rayon du cylindre dans les dits plans (P₁, P₃, P₅), entre le col et l'une des situations à 90° ou 180°,

- calculer, à partir des dites variations de position et des dites variations de longueur du rayon, la valeur (Δx3) du cédage du cylindre au centre et la valeur (ΔR₃) de la variation de la longueur du rayon au col par rapport à l'état initial,

- et en déduire la valeur instantanée (e₃) de l'entrefer au centre à partir de la valeur d'entrefer au centre à froid et de la valeur du cédage au centre et de la valeur de la variation de la longueur du rayon, ainsi que le profil de l'entrefer.
Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que les dits moyens de mesure comprennent des capteurs capacitifs ou inductifs ou à rayon laser.