EP0709152B1 - Mise en forme de produits metalliques minces entre deux cylindres - Google Patents

Mise en forme de produits metalliques minces entre deux cylindres Download PDF

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EP0709152B1
EP0709152B1 EP95402328A EP95402328A EP0709152B1 EP 0709152 B1 EP0709152 B1 EP 0709152B1 EP 95402328 A EP95402328 A EP 95402328A EP 95402328 A EP95402328 A EP 95402328A EP 0709152 B1 EP0709152 B1 EP 0709152B1
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EP
European Patent Office
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neck
variations
value
rolls
generatrix
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP95402328A
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German (de)
English (en)
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EP0709152A1 (fr
Inventor
Jacques Barbe
François Mazodier
Elias Sarkis
Luc Vendeville
Pierre Delassus
Jean-Marie Pelletier
Yves Grandgenevre
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Thyssen Stahl AG
USINOR SA
Original Assignee
Thyssen Stahl AG
USINOR SA
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Publication date
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Priority to TW084113291A priority Critical patent/TW305785B/zh
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B1/00—Metal-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
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/06—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths into moulds with travelling walls, e.g. with rolls, plates, belts, caterpillars
    • B22D11/0622—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths into moulds with travelling walls, e.g. with rolls, plates, belts, caterpillars formed by two casting wheels
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B38/00—Methods or devices for measuring, detecting or monitoring specially adapted for metal-rolling mills, e.g. position detection, inspection of the product
    • B21B38/10—Methods or devices for measuring, detecting or monitoring specially adapted for metal-rolling mills, e.g. position detection, inspection of the product for measuring roll-gap, e.g. pass indicators
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B38/00—Methods or devices for measuring, detecting or monitoring specially adapted for metal-rolling mills, e.g. position detection, inspection of the product
    • B21B38/12—Methods or devices for measuring, detecting or monitoring specially adapted for metal-rolling mills, e.g. position detection, inspection of the product for measuring roll camber

Definitions

  • the present invention lies in the field of the manufacture of metal products, in general of flat and thin shape, such as steel strips or other metals, by shaping the product during passage between two cylinders of axes substantially which exert a compressive force on the product according to the preambles of claims 1 (method) and 7 (device) which are based on for example JP-A-61078537.
  • One of the major problems for obtaining a quality product is to know practically in permanently the air gap of the cylinders, to be able to act on thickness and convex regulations allowing to obtain a product of good geometric qualities, ie having a section of shape and dimension desired and constant over the length of the product.
  • air gap of cylinders we will designate thereafter not only the distance average separating the cylinders at the neck between these (narrowest passage, located in the plane common to the axes of the two cylinders), but also the form of passage to the collar, which is generally not exactly rectangular, either voluntarily, in the goal of obtaining a product with a slight bulge transverse, either due to the deformations of installation and cylinders.
  • the invention aims to solve these problems, and particularly aims to allow a determination fast air gap, continuously during the operation product shaping, so that it can act almost instantly on the regulating members of the position of the cylinders, or on the control devices other parameters of the formatting operation, for maintain a constant air gap of shape and dimensions required, for example on the means of control of the "domed" of the cylinder.
  • the profile is determined thermal of a generator distant from the neck, and finding in a situation where we measure variations position of at least three points of this generator, from a parameterized function defining the thermal deformation at a point of said generator depending on the axial position of this point and from of the said measurement of the variations of the position of the said at least three points, and we determine the profile thermal from the generator to the neck from said profile thermal generator away from the neck and said determination of variations in the length of the radius of the cylinder in the said planes, between the neck and the situation of the said generator distant from the neck.
  • the invention also relates to a device for shaping of thin metal products, such as bands, comprising two cylinders with substantially axis parallel defining between them a pass located in the common plane of their axes, support means provided bearings in which the ends turn axial of the shafts of said cylinders, and a chassis on which means for supporting at least one of the cylinders are guided and movable in translation in one direction bringing the cylinders closer or further apart.
  • this device is characterized in what it includes, for each cylinder, means of measuring the position of the generator diametrically opposite the neck, at three points respectively in a median plane perpendicular to the axes and in two secondary planes parallel to the median plane and located at proximity of the edges of the cylinders and the means of measurement, in said median plane, of the position of a generator located at 90 ° to the neck.
  • the device also includes means for measuring the position of the said generator located at 90 ° from the neck, in the said secondary plans.
  • said means are position sensors attached to the said means for supporting the cylinders and the device additionally includes means for measuring variations spacing of said bearings.
  • the so-called means for measuring the position of the generator diametrically opposite the neck are sensors attached to the chassis.
  • the continuous casting device shown in figure 1 comprises, in known manner, two cylinders 10, 11, of parallel axes and located in a horizontal plane P, internally cooled and rotated by drive not shown.
  • a cylinder is shown in simplified form in the drawing of the Figure 2 and includes a shaft 12, a body 31 linked to the shaft, and an outer ferrule 32, which constitutes the casting surface, held on the body by means known per se.
  • the surface outer 34 of ferrule 32 should be slightly "in This is why the longitudinal profile (in the direction of the cylinder axis) of this surface, obtained by machining, is concave. This concavity is by elsewhere determined cold so that subsists, warm and at the neck, the desired "hollow” counts held that the initial concavity tends to be reduced by the effect of thermal bulging during the heating of the ferrule.
  • the bearings 13F, 14F of the cylinder 10 are linked by support means, for example a fixed cross member 15F relative to the chassis 16 of the device.
  • 13M bearings, 14M of the other cylinder 11 are similarly connected by a cross member 15M guided on chassis 16, and movable on this, the position of the bearings 13M and 14M can be regulated by thrust cylinders 17, which provide also the reaction force opposing the effort spacing of the cylinders generated by the cast product.
  • the device also comprises means for measuring the position of the surface 34 of each cylinder.
  • These measuring means comprise, for each cylinder, a set 20 of sensors 22 intended to measure the position of the surface 34 on a generatrix of this surface located in the horizontal plane P, diametrically opposite the neck, and at several points along this generator.
  • three sensors 22 have thus been represented, one being located in a vertical median plane P 3 , and measuring the position of a point located substantially in the middle of said generator, the other two being located respectively in secondary vertical planes P 1 and P 5 , in the vicinity of the edges of the casting surface 34.
  • additional sensors can be used, placed in intermediate positions.
  • the set 20 of sensors 22 is fixed relative to to chassis 16.
  • These sensors are type sensors known in triangulation measurement applications, for example laser beam sensors, which can appreciate small variations in distance while being distant from the point whose position we want to determine.
  • These sensors 22 are arranged so as to target the surface of cylinder 11 through a window 18 fitted for this purpose in the cross member 15M of said support cylinder. In this way, the measurement made by these sensors is a direct measurement of the position of the points targeted from the surface of cylinder 11 relative to the chassis 16, and therefore independent of the position of the bearings 13M, 14M.
  • Means for measuring the position of the surface 34 also include a set 21 of sensors 23, located below cylinder 11 in a vertical plane passing substantially through the axis of the cylinder, this assembly being fixed relative to the bearings 13M, 14M, and is therefore moving with these.
  • the sensors 23 are by example of capacitive or inductive sensors, of measurement close together.
  • the assembly 21 includes three sensors 23, located respectively in the same vertical planes as the sensors 22 of the assembly 20, which therefore make it possible to measure at three points the position of the generator the surface 34 located at 90 ° from the neck, downstream from the latter with respect to the direction of rotation of the cylinder.
  • two sets 24, 25 of sensors are arranged near the second cylinder 10. It should be noted, however, that, given that the bearings 13F and 14F of this cylinder are fixed relative to the chassis 16, the sensors of the assembly 24 can then also be capacitive type sensors or inductive.
  • such sensors susceptible only take measurements at short distance, can also be used in place of sensors 22, to measure the position of the points of the generator opposite the neck on cylinder 11.
  • these sensors are fixed relative to the support means 15M of this cylinder, and additional sensors are provided for measuring the position of these support means relative to the chassis, for example sensors 26 arranged to measure gauge variations between the bearings of the two cylinders.
  • the ceding of the chassis 16 can also be considered negligible. However, using a arrangement of sensors such as that shown in Figures 3 and 4, we are completely free of this possible ceding since we measure the variations between the bearings of the cylinders, the ceding of the chassis then no longer having any influence on the measures.
  • C2 3 M is the value, measured by the sensor 23, of the variation in position of the point on the surface 34 of the shell of the movable cylinder 11, a point located 90 ° from the neck and in the median plane.
  • ⁇ 23 1 is the variation in length of the radius, in the secondary plane P 1 located in the vicinity of the edge of the ferrule, between the situation at 90 ° and the situation at 180 ° relative to the neck.
  • ⁇ 12 3 and ⁇ 12 1 and ⁇ 12 5 can be determined using a model, either according to the casting parameters, or by the difference in the value of the convex between 180 and 90 °, or by experimental curves or values.
  • the device and the process according to the invention make it possible to determine with precision and continuously the real air gap between cylinders during casting, defining it by its value in the center, its possible asymmetry by relation to the median plane, and the shape of the generator of each cylinder at the neck.
  • the sensor (s) located at 90 ° to the neck are particularly used to determine the influence of variations in radius and profile of cylinders due to thermal bulge effects, since in this situation 90 °, the deformations due to the mechanical effects of efforts to separate the cylinders are negligible. he would therefore also be possible to carry out the measurements above the cylinders at 90 ° upstream of the collar. However, for reasons of space, it is easier to place the sensors below the cylinders.
  • the shape of the profile of a generator of the cylinder was a curve defined by a mathematical function, the measurements carried out by the sensors located in the three planes P 1 , P 3 , P 5 making it possible to define the parameters of this curve and its position in the installation. It will be readily understood that, if there is a large number of sensors in planes parallel to P 3 , in addition to the planes P 1 and P 5 , that is to say distributed along the width of the table of the cylinder of surface 34, it will then be possible to know directly by measurement the position of several points of the profile and, therefore, to know precisely the profile of the cylinders, and therefore the air gap, without it being necessary to know the shape of the initial profile.

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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 suivant les préambules des revendications 1 (procédé) et 7 (dispositif) qui sont basés sur par exemple JP-A-61078537.
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 connaítre 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 connaítre 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 entraíne 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 connaítre 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 apparaít 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 apparaítront dans la description qui va être faíte 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 entraínés en rotation par des moyen d'entraínement 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 connaítre précisément les formes et dimensions de l'entrefer au col en cours de coulée, il suffit de connaítre 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,
  • ed et eg : 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 :
    Figure 00140001
    d'où : e3 = eo3 + b3F/M + C33F/M - 2.C23F/M + δ233F/M - δ123F/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 connaítre la dissymétrie : e1= eo1 - b1F/M + C31F/M- 2.C21F/M + δ231F/M - δ121F/M e5 = eo5 - b5F/M + C35F/M - 2.C25F/M + δ235F/M - δ125F/M    par définition, on pose : b1 = b5 (symétrie du profil en creux initial), d'où :
    Figure 00140002
    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 : (eo1-eo5) = [(ed-eg)/L].(l5-l1)    d'où la valeur de la dissymétrie : e1-e5 = [(ed-eg)/L].(l5-l1) + C31F/M - C35F/M - 2.(C21F/M - C25F/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(Δ) . [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 connaítre 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 connaítre 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 : ΔRi = C2i - δ12i    d'où, si le bombé est mesuré dans la situation à 90° du col : Y1 = C23 - C21 + δ123 - δ121 Y5 = C23 - C25 + δ123 - δ125
    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 connaítre 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 connaítre directement par mesure la position de plusieurs points du profil et, donc, connaítre avec précision le profil des cylindres, et donc l'entrefer, sans qu'il soit imposé de connaítre 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 (13)

    1. 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.
    2. 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.
    3. 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.
    4. 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°.
    5. 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.
    6. 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 (ed, eg) d'écartement des dits paliers au niveau de chacune des dites extrémités.
    7. 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.
    8. 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.
    9. 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.
    10. 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.
    11. 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.
    12. 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.
    13. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que les dits moyens de mesure comprennent des capteurs capacitifs ou inductifs ou à rayon laser.
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