EP0719607A1 - Procédé de régulation pour la coulée continue entre cylindres - Google Patents

Procédé de régulation pour la coulée continue entre cylindres Download PDF

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EP0719607A1
EP0719607A1 EP95402810A EP95402810A EP0719607A1 EP 0719607 A1 EP0719607 A1 EP 0719607A1 EP 95402810 A EP95402810 A EP 95402810A EP 95402810 A EP95402810 A EP 95402810A EP 0719607 A1 EP0719607 A1 EP 0719607A1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
force
rsf
value
measured
cylinders
Prior art date
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Granted
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EP95402810A
Other languages
German (de)
English (en)
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EP0719607B1 (fr
Inventor
Gilles Fellus
Olivier Salvado
Yves Leclercq
François Mazodier
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 Sacilor SA
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Publication date
Application filed by Thyssen Stahl AG, USINOR Sacilor SA filed Critical Thyssen Stahl AG
Publication of EP0719607A1 publication Critical patent/EP0719607A1/fr
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    • 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
    • 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
    • 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
    • B22D11/16—Controlling or regulating processes or operations
    • B22D11/20—Controlling or regulating processes or operations for removing cast stock

Definitions

  • the present invention relates to continuous casting between cylinders of thin metallic products, in particular steel.
  • the manufactured product for example a thin strip of steel a few millimeters thick
  • the manufactured product is obtained by pouring the molten metal into a casting space defined between two cylinders with parallel axes, cooled and driven in rotation in the opposite direction.
  • the metal solidifies and the solidified metal skins, driven by the rotation of the cylinders, meet at the neck between the cylinders, to form the said strip, extracted downwards.
  • the cast strip must in particular have a section corresponding, in shape and dimensions, to the desired section.
  • the air gap at the neck between the cylinders is substantially equal to the desired thickness of the strip.
  • the accuracy of the thickness is less important than its regularity over the entire length of the strip.
  • the main constraint is of course to obtain a continuous strip, and it is therefore necessary to ensure the extraction of the strip, and that this strip is sufficiently solidified during of its extraction.
  • Over-solidification of the metal upstream of the neck is not necessarily detrimental in the case of the casting of relatively malleable metals, for example aluminum, but it is unacceptable for harder metals, such as steel, because then such over-solidification leads either to the formation of a metal wedge above the neck, preventing extraction, or to a deterioration of the cylinders during the passage between them of excessively solidified metal.
  • EP-A-123 059 and EP-A-0194 628 disclose a casting method according to which, to avoid deterioration of the casting rolls in the event of over-solidification of the cast metal, action is taken on the 'spacing of the cylinders as a function of the spacing force exerted on them by the cast product, this effort being assumed to be representative of the state of solidification of the metal.
  • this method leads to longitudinal variations in the thickness of the strip obtained.
  • This method based on the fact that, if the speed increases, the solidification time of the molten metal in contact with the cylinders is reduced, and therefore the solidification is less (and vice versa), however does not allow to react quickly enough to avoid the problems of over or under solidification which can appear suddenly. Therefore, it can practically only be used in combination with the previous method of adjusting the spacing according to the spacing force.
  • a casting method is also known, according to which the position of the bearings of the cylinders is acted upon to take account of the circularity defects of the surface of the cylinders by measuring these circularity defects and in consequently correcting the position of the bearings as a function of the angle of rotation of the cylinders. This method does not, however, as will be readily understood, solve the problems associated with the state of solidification of the cast metal.
  • the invention relates to a method of regulation for continuous casting between rolls, according to which, during casting, the spacing force of the rolls is measured, and the position of the steps of at least one of the cylinders to increase or decrease the distance between said cylinders, characterized in that, in order to maintain said substantially constant force, a range of force values is predefined surrounding a desired nominal force, and the bearings are acted on more sharply when the value of the force measured is outside of said range than when it is included in said range.
  • the position of the bearings being regulated to a setpoint position, said setpoint position is fixed by a reference position value d r , determined by providing an initial setpoint value d o of position of the bearings a variable corrective value ⁇ d as a function of the difference between the measured spacing force and the nominal force, said corrective value being greater when the measured force is outside of said range than when it is included in the said range.
  • a correction defined by a function f
  • said correction leads to generating an artificial reference position value, which defines a setpoint position offset with respect to the initial setpoint position in the direction conventionally leading to compensate for a variation in the spacing force, c 'is to say in the direction of a spacing of the cylinders in response to an increase in said spacing force and vice versa.
  • this reference position value used as a setpoint for the regulation of the position of the bearings, is then far from the value of the actual measurement of the position of the bearings, this regulation will react more strongly, to move the bearings, than if the setpoint position remained the initial setpoint position.
  • the corrected signal E ′ is increasing as a function of the difference between the spacing force measured and the nominal force.
  • the greater the difference between the measured force and the nominal force the more lively the reaction.
  • the corrected signal is zero when the value of the measured force is included in the said range, and increasing as a function of the difference between the measured separation force and the nominal force when the value of the force measured is outside the said range.
  • the position regulation of the bearings acts normally to maintain the latter at the initial set position, which amounts to tolerating the variations of force without seeking to compensate by a displacement of the bearings, as long as they remain in said range.
  • the action on the position of the bearings will be all the more keen as the force measured moves away from the limits of the range.
  • the correction is reduced after a predetermined starting time.
  • an additional modulation as a function of the casting phase.
  • This modulation makes it possible to further increase the reactivity of the regulation during the start-up period, so as to obtain a stable regime as quickly as possible, and to reduce this reactivity once this substantially stable regime is obtained, so as to avoid that a very short duration peak of effort, occurring after the start-up period, leads to a significant variation in the spacing of the cylinders, as would be the case during the said start-up period.
  • this second modulation applies regardless of whether the force measured is in said range or outside of it.
  • the effort range may be relatively narrow during the start-up period, and then be widened.
  • the casting installation shown only partially in FIG. 1, conventionally comprises, and known per se, two cylinders 1, 2, with parallel axes, spaced from one another by a distance corresponding to l desired thickness of the cast strip.
  • the two cylinders 1, 2 are rotated in opposite directions, at the same speed. They are carried by bearings 3, 4, diagrammatically represented, of two supports 5, 6 mounted on a chassis 7.
  • the support 5, and therefore the axis of the corresponding cylinder 1, is fixed relative to the chassis 7.
  • the other support 6 is movable in translation on the chassis 7. Its position is adjustable and determined by thrust cylinders 9 acting so as to bring the supports apart or away from one another.
  • Means for measuring the force between the cylinders, such as load cells 8, are arranged between the fixed support 5 and the chassis 7. Sensors 10 make it possible to measure the position of the mobile support 6, and therefore the variations in position relative to a predetermined target position as a function of the desired thickness of the strip.
  • the molten metal is poured between the cylinders, and begins to solidify on contact with their cooled walls, forming solidified skins which are driven by the rotation of the cylinders and meet substantially at the neck 11 between the cylinders to form the solidified strip extracted downwards.
  • the metal exerts on the cylinders an RSF spacing force, measured by the load cells 8, this force being variable in particular depending on the degree of solidification of the metal.
  • the thrust cylinders 9 For example, to reduce the spacing effort RSF, one acts on the jacks 9 in the direction leading to a spacing of the cylinders and, conversely, to increase the force, one acts on the jacks in the direction of a bringing together of the cylinders.
  • This action is carried out automatically by a regulation which, according to the invention, makes it possible to obtain a substantially constant spacing force, very quickly after the start of the casting, as well as a thickness of the strip obtained also substantially constant.
  • FIG. 2 The schematic diagram of the regulating loop for the spacing force of the cylinders is illustrated in FIG. 2.
  • the difference E between the value of the spacing force RSF, measured by the load cells 8, and the effort setpoint value RSF 0 is calculated by the calculation unit 20.
  • This difference E is entered into a correction device 22 which determines a corrected value E ′ function of E, according to a relationship which will be described in more detail later.
  • the value E ' is introduced into an adjustable gain amplifier 24 which converts E' to a speed v, proportional to E, which is itself integrated into the integrator 26 to provide a corrective value ⁇ d.
  • the corrective value ⁇ d is introduced into an adder 28 which also receives an initial position setpoint value d 0 and a runout compensation value Cfr, and develops a position reference value d r .
  • the position reference value d r which serves as a reference in the regulation of the position of the bearings, is introduced into a comparator 30 which also receives the measured value d m of the position of the bearings, measured by the sensors 10, and develops a signal E p representing the difference between the actual position of the bearings and the setpoint position.
  • This signal is introduced into a conventional regulation loop 32 (PID) which supplies a signal i sv to a servovalve 34 for controlling the actuators.
  • thrust 9. The actuation of the thrust cylinders acts on the flow of the casting (symbolized by the box "process" 36) during which the value of the spreading force RSF is measured.
  • cycle time of the position regulating loop of the thrust cylinders 9 (loop shown diagrammatically by the dotted frame 36) is, for example, 2.10 -3 seconds while the overall cycle time (dotted frame 38) is for example 10.10 -3 seconds.
  • the correction f provided by the correction device 22 is shown graphically in FIG. 3, in which numerical values of E and E ′, expressed in tonnes, have been indicated only by way of example.
  • the nominal value RSF 0 of the spreading force is 6 T (6 tonnes or approximately 6000 daN), and the range of forces ⁇ RSF is 4 T.
  • the corrective value ⁇ d generated from the value E ' will increase continuously as a function of the difference between the spacing force measured RSF and the nominal force RSF 0 , but moreover increases more strongly as soon as the spacing force leaves the range ⁇ RSF. Consequently, the reactivity of the position regulation of the bearings is somewhat reduced as long as the spacing force measured remains within the said range, and increased or beyond.
  • the gain can also be adjusted as a function of the time elapsed from the start of the casting. It would then follow that the gain would have to be adjusted as a function of two parameters, time and the separation force, which can in practice complicate the implementation of the regulation.
  • E 'as a function of E could also be defined differently, for example E' being zero or substantially zero as long as the spacing force is included in said range, and increasing as a function of E outside of it. ci, as shown in dotted lines in figure 3.
  • the reference position d r would then only be corrected when the spacing force exits from said range, and any variation in force remaining in said range would not cause any displacement of the bearings of the cylinders.
  • the correction made to the reference position of the bearings is reduced after a predetermined starting time, which can be easily achieved by reducing the gain, and therefore the value ⁇ d.
  • the width of the fork can be increased.
  • the method according to the invention incorporates a run-out regulation, to take account of the circularity defects of the cylinders and compensate for them so as not to have cyclic variations thickness of the cast strip.
  • the circularity deviations of the cylinders are determined by measuring the variations in the spacing force as a function of the angle of rotation of the cylinders, this measurement being made during the first turns of the cylinders when starting the casting, and, then, the said reference position value of the bearings is modified as a function of the angle of rotation, to compensate for the said deviations in circularity.
  • the determination of the circularity deviations can be made by a computer which extracts from the curve variations in the measured spacing force, the cyclic variations, significant of circularity defects, and develops a corrective value CFr which is added to the value initial setpoint d 0 and correction ⁇ d for form the position reference value d r .
  • FIGS. 6 and 7 represent two variants of the correction f which can be used by the correction device 22.
  • the range ⁇ RSF is no longer centered on the nominal value RSF 0 , as in the case of FIG. 3, but shifted to the right, that is to say in the direction of increasing forces .
  • the reactivity of the bearing position regulation is reduced, as indicated above, only when the distance force measured RSF is greater than the set point RSF 0 .
  • the regulation acts normally, that is to say more strongly, which avoids an excessively abrupt reduction in the force, and therefore avoids reaching a value d excessively low effort. This is particularly useful when the RSF 0 setpoint is itself low, for example of the order of 2 tonnes.
  • the correction applied when the spacing force remains in the vicinity of the setpoint is similar to that represented in FIG. 3, that is to say providing a reduction in the reactivity of the regulation both that the force measured RSF remains within the predefined ⁇ RSF range.
  • a maximum value E'Max is imposed on the corrected value E ', when the force measured exceeds a certain threshold (defined by Es in FIG. 7).

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Abstract

Procédé de régulation pour la coulée continue entre cylindres, selon lequel, au cours de la coulée, on mesure l'effort d'écartement RSF des cylindres, et on agit sur la position des paliers d'au moins un des cylindres pour augmenter ou diminuer l'entraxe entre les dits cylindres, caractérisé en ce que, en vue de maintenir le dit effort sensiblement constant, on prédéfinit une fourchette de valeurs d'effort (ΔRSF) encadrant un effort nominal (RSF0) souhaité, et on agit sur la position des paliers plus vivement lorsque la valeur de l'effort mesuré est en dehors de la dite fourchette que lorsqu'elle est comprise dans la dite fourchette. Application notamment à la coulée continue entre cylindres de bandes minces en acier.

Description

  • La présente invention concerne la coulée continue entre cylindres de produits métalliques minces, notamment en acier.
  • Selon cette technique connue, le produit fabriqué, par exemple une bande mince en acier de quelques millimètres d'épaisseur, est obtenue en déversant le métal en fusion dans un espace de coulée défini entre deux cylindres d'axes parallèles, refroidis et entraînés en rotation en sens contraire. Au contact des parois froides des cylindres, le métal se solidifie et les peaux de métal solidifiées, entraînées par la rotation des cylindres, se rejoignent au niveau du col entre les cylindres, pour former la dite bande, extraite vers le bas.
  • L'exploitation du procédé de coulée entre cylindres est soumise à diverses contraintes relatives tant au produit coulé qu'à la mise en oeuvre de l'installation de coulée.
  • La bande coulée doit en particulier avoir une section correspondant, en forme et dimensions, à la section souhaitée.
  • Ceci implique que l'entrefer au col entre les cylindres, c'est-à-dire la distance entre les deux cylindres, soit sensiblement égale à l'épaisseur souhaitée de la bande. En fait, comme la bande obtenue est classiquement soumise ultérieurement à un laminage, la précision de l'épaisseur est moins importante que sa régularité sur toute la longueur de la bande. Ainsi, un écart de quelques dixièmes de millimètres sur l'épaisseur par rapport à l'épaisseur souhaitée n'est pas préjudiciable à l'obtention d'un produit fini de qualité, après laminage, alors que des variations rapides d'épaisseur selon la direction longitudinale de la bande coulée pourront se répercuter sur le produit fini, malgré le dit laminage.
  • Du point de vue de la mise en oeuvre du procédé de coulé, la contrainte principale est bien sûr d'obtenir une bande continue, et il est donc nécessaire d'assurer l'extraction de la bande, et que cette bande soit suffisamment solidifiée lors de son extraction. Une sur-solidification du métal en amont du col n'est pas forcément préjudiciable dans le cas de la coulée de métaux relativement malléables, par exemple l'aluminium, mais elle est inacceptable pour des métaux plus durs, tels que l'acier, car alors une telle sur-solidification conduit soit à la formation d'un coin de métal au-dessus du col, empêchant l'extraction, soit à une détérioration des cylindres lors du passage entre eux du métal excessivement solidifié.
  • Inversement, une solidification insuffisante conduit à des percées et à une rupture de la bande en aval du col.
  • Pour éviter ces deux causes de dysfonctionnement, il est connu de jouer sur l'écartement des cylindres, en les rapprochant en cas de solidification insuffisante, ou en les écartant en cas de sur-solidification, de manière que le fond du puits de solidification, entre les peaux de métal solidifiées au contact des parois des cylindres, soit maintenu au niveau du col.
  • Il en résulte inévitablement des variations longitudinales d'épaisseur du produit obtenu lorsque les conditions de solidification varient en cours de coulée, pour diverses raisons, notamment lors du démarrage, pendant les premiers tours des cylindres et leur mise en température de régime. Or, ces variations sont inacceptables du point de vue de la qualité de la bande coulée.
  • Aux problèmes indiqués ci-dessus, s'ajoutent encore notamment ceux liés au faux-rond des cylindres : la circularité parfaite des cylindres ne pouvant pas en pratique être obtenue, il en résulte que, pour une position fixe des paliers supportant les cylindres, l'écartement entre ces derniers varie cycliquement lors de leur rotation. On notera de plus que, au faux-rond initial des cylindres, à froid, se superposent les défauts de circularité générés par les déformations d'origine thermique dues aux échauffements et refroidissements cycliques de la surface des cylindres à chaque tour.
  • On connaît déjà diverses méthodes de régulation tendant à apporter une solution à l'un ou à plusieurs des problèmes évoqués précédemment.
  • Ainsi, on connaît, par exemple par EP-A-123 059 et EP-A--0194 628, un procédé de coulée selon lequel, pour éviter une détérioration des cylindres de coulée en cas de sursolidification du métal coulé, on agit sur l'écartement des cylindres en fonction de l'effort d'écartement exercé sur ceux-ci par le produit coulé, cet effort étant supposé représentatif de l'état de solidification du métal. Mais cette méthode conduit, comme on l'a vu précédemment, à des variations longitudinales d'épaisseur de la bande obtenue.
  • On connaît aussi, par les documents précités une méthode selon laquelle on fait varier la vitesse des cylindres (donc la vitesse de coulée) en fonction des variations d'écartement ou d'effort. Cette méthode, basée sur le fait que, si la vitesse augmente, le temps de solidification du métal en fusion au contact des cylindres est réduit, et donc la solidification est moindre (et inversement), ne permet cependant pas de réagir suffisamment rapidement pour éviter les problèmes de sur ou sous-solidification qui peuvent apparaître brusquement. De ce fait, elle ne peut pratiquement être utilisée qu'en combinaison avec la méthode précédente de réglage de l'écartement en fonction de l'effort d'écartement.
  • On connaît encore un procédé de coulée selon lequel on agit sur la position des paliers des cylindres pour tenir compte des défauts de circularité de la surface des cylindres en mesurant ces défauts de circularité et en corrigeant en conséquence la position des paliers en fonction de l'angle de rotation des cylindres. Cette méthode ne permet cependant pas, comme on le comprendra aisément, de résoudre les problèmes liés à l'état de solidification du métal coulé.
  • La présente invention a pour but de résoudre conjointement les problèmes évoqués ci-dessus, et vise particulièrement à permettre :
    • de couler sans risque de rupture de la bande ou de percées,
    • d'éviter l'endommagement des cylindres,
    • d'éviter ce qui est appelé "zones brillantes" sur les cylindres, qui sont le signe de fortes concentrations d'effort d'écartement, et qui reflètent une modification localisée de l'état de surface (rugosité) des cylindres, préjudiciable à la régularité ultérieure de la solidification de la première peau solidifiée,
    • et surtout, d'obtenir une bande de métal d'épaisseur la plus constante possible sur toute sa longueur, et l'obtention de cette épaisseur régulière le plus rapidement possible après le début de la coulée.
  • Avec ces objectifs en vue, l'invention a pour objet un procédé de régulation pour la coulée continue entre cylindres, selon lequel, au cours de la coulée, on mesure l'effort d'écartement des cylindres, et on agit sur la position des paliers d'au moins un des cylindres pour augmenter ou diminuer l'entraxe entre les dits cylindres, caractérisé en ce que, en vue de maintenir le dit effort sensiblement constant, on prédéfinit une fourchette de valeurs d'effort encadrant un effort nominal souhaité, et on agit sur la position des paliers plus vivement lorsque la valeur de l'effort mesuré est en dehors de la dite fourchette que lorsqu'elle est comprise dans la dite fourchette.
  • Ainsi, conformément à l'invention, on tient compte de l'importance de l'écart entre l'effort d'écartement mesuré et l'effort nominal souhaité pour agir sur la position des paliers de cylindres : tant que l'effort reste dans la fourchette prédéterminée, c'est-à-dire qu'il s'écarte relativement peu de la valeur d'effort nominal, la réaction consistant à déplacer les paliers des cylindres pour compenser cette variation d'effort sera modérée, ou même nulle, alors que si l'effort sort de la dite fourchette, la réaction sera plus vive.
  • Selon une disposition particulière de l'invention, la position des paliers étant régulée sur une position de consigne, la dite position de consigne est fixée par une valeur de position de référence dr, déterminée en apportant à une valeur do de consigne initiale de position des paliers une valeur corrective Δd variable en fonction de la différence entre l'effort d'écartement mesuré et l'effort nominal, la dite valeur corrective étant plus importante lorsque l'effort mesuré est en dehors de la dite fourchette que lorsqu'il est compris dans la dite fourchette.
  • Préférentiellement, la modulation de l'intensité de l'action corrective, en réponse à un écart entre la valeur de consigne de l'effort d'écartement et sa valeur effective mesurée, est effectuée en apportant au signal E représentatif de cet écart une correction, définie par une fonction f, telle qu'elle réduit l'intensité de ce signal lorsque l'effort mesuré est compris dans la fourchette prédéfinie, et c'est le signal ainsi corrigé E'=f(E) qui est ensuite utilisé dans la boucle de régulation pour générer la valeur corrective Δd qui est ajoutée à la valeur do de consigne initiale de position des paliers pour former la valeur de position de référence dr, utilisée à son tour comme consigne dans une boucle de régulation de type classique pour la régulation de position des paliers.
  • Comme la vitesse de déplacement des paliers est classiquement, dans une telle boucle de régulation, en proportion avec l'écart entre la position effective des paliers et la position de consigne, il s'ensuit que l'action sur la position des paliers est d'autant plus vive que la dite valeur de position de référence est éloignée de la valeur de la mesure de position réelle. Et comme la dite correction a pour effet de déplacer la position de consigne au-delà de la position de consigne initiale, et dans le sens conduisant à accroître l'écart entre position de consigne et position effective des paliers, et ceci d'autant plus que l'effort mesuré est éloigné de l'effort nominal, il s'ensuit que la réactivité de la régulation de position des paliers est accrue lorsque l'effort mesuré sort de la dite fourchette.
  • Autrement dit, la dite correction conduit à générer une valeur de position de référence artificielle, qui définit une position de consigne décalée par rapport à la position de consigne initiale dans le sens conduisant classiquement à compenser une variation de l'effort d'écartement, c'est à dire dans le sens d'un écartement des cylindres en réponse à une augmentation du dit effort d'écartement et réciproquement. Et comme cette valeur de position de référence, utilisée comme consigne pour la régulation de position des paliers, se trouve alors éloignée de la valeur de la mesure de position réelle des paliers, cette régulation va réagir plus vivement, pour déplacer les paliers, que si la position de consigne était restée la position de consigne initiale.
  • Selon un mode de réalisation particulier, le signal corrigé E' est croissant en fonction de la différence entre l'effort d'écartement mesuré et l'effort nominal. Dans ce cas, plus l'écart entre l'effort mesuré et l'effort nominal est grand, plus vive sera la réaction. Préférentiellement alors, le signal corrigé E' croît plus rapidement lorsque l'effort mesuré est en dehors de la dite fourchette que lorsqu'il est compris dans la dite fourchette. Il s'ensuit alors que non seulement la réactivité croît avec le dit écart entre effort mesuré et effort nominal, mais elle croît d'autant plus rapidement que l'écart est grand.
  • Selon un autre mode de réalisation, le signal corrigé est nul lorsque la valeur de l'effort mesuré est comprise dans la dite fourchette, et croissant en fonction de la différence entre l'effort d'écartement mesuré et l'effort nominal lorsque la valeur de l'effort mesuré est en dehors de la dite fourchette. Dans ce cas, tant que l'effort mesuré reste dans la dite fourchette, la régulation de position des paliers agit normalement pour maintenir ceux-ci à la position de consigne initiale, ce qui revient à tolérer les variations d'effort sans chercher à les compenser par un déplacement des paliers, tant qu'elles restent dans la dite fourchette. Par contre, dès que l'effort mesuré sort de cette fourchette, l'action sur la position des paliers sera d'autant plus vive que l'effort mesuré s'éloigne des bornes de la fourchette.
  • Selon une autre disposition particulière, la correction est réduite après une durée de démarrage prédéterminée. Ainsi, on ajoute à la modulation, expliquée ci-dessus, de l'intensité de l'action corrective en fonction de l'effort mesuré, une modulation supplémentaire en fonction de la phase de coulée. Cette modulation permet d'accroître encore la réactivité de la régulation pendant la période de démarrage, de manière à obtenir le plus rapidement possible un régime stable, et de réduire cette réactivité une fois ce régime sensiblement stable obtenu, de manière à éviter alors qu'un pic d'effort de très courte durée, survenant après la période de démarrage, conduise à une variation sensible d'écartement des cylindres, comme cela serait le cas lors de la dite période de démarrage. On notera que cette seconde modulation s'applique indépendamment du fait que l'effort mesuré soit dans la dite fourchette ou hors de celle-ci.
  • De manière similaire, et avec un effet sensiblement équivalent, la fourchette d'effort pourra être relativement étroite pendant la période de démarrage, et être élargie ensuite.
  • Les deux dernières disposition ci-dessus visent :
    • à assurer une très forte réactivité de la régulation pendant la phase de démarrage, pour compenser au mieux les variations brusques des paramètres de coulée survenant lors de la mise en régime de l'installation et dues à la mise en vitesse des cylindres, à leur mise en température et à leurs déformations consécutives, en privilégiant alors l'aspect continuité de la coulée, quitte à tolérer des variations d'entrefer,
    • et à réduire ensuite cette réactivité pour privilégier la constance de l'épaisseur du produit coulé, et en tolérant plus facilement d'éventuels pics d'effort sans agir (ou avec une action modérée) sur la position des paliers.
  • D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront dans la description qui va être faite à titre d'exemple d'un procédé de coulée en continue entre cylindres de bandes minces en acier.
  • On se reportera aux dessins annexés dans lesquels :
    • la figure 1 est une vue frontale schématique d'un dispositif de coulée entre cylindre de type connu en soi,
    • la figure 2 est un schéma de la boucle de régulation utilisée conformément à l'invention pour réguler l'effort d'écartement des cylindres,
    • la figure 3 est une représentation de la courbe de correction de l'effort d'écartement mesuré, utilisé dans la boucle de régulation de la figure 2,
    • les figures 4 et 5 sont des représentations graphiques montrant l'évolution en fonction du temps, au début de la coulée, de la vitesse d'extraction, de l'angle de rotation d'un point de la surface d'un cylindre, de la position des paliers du cylindre mobile, et de l'effort d'écartement des cylindres exercé par le produit coulé ;
    • les figures 6 et 7 illustrent deux variantes de la correction d'effort E' = f(E).
  • L'installation de coulée, représentée seulement partiellement à la figure 1, comporte de manière classique, et connue en soi, deux cylindres 1, 2, d'axes parallèles, espacés l'un de l'autre d'une distance correspondant à l'épaisseur souhaitée de la bande coulée. Les deux cylindres 1, 2 sont entraînés en rotation de sens contraire, à même vitesse. Ils sont portés par des paliers 3, 4, schématiquement représentés, de deux supports 5, 6 montés sur un châssis 7. Le support 5, et donc l'axe du cylindre 1 correspondant, est fixe par rapport au châssis 7. L'autre support 6 est mobile en translation sur le châssis 7. Sa position est réglable et déterminée par des vérins de poussée 9 agissant de manière à rapprocher ou éloigner les supports l'un de l'autre. Des moyens de mesure de l'effort d'écartement des cylindres, tels que des pesons 8, sont disposés entre le support fixe 5 et le châssis 7. Des capteurs 10 permettent de mesurer la position du support mobile 6, et donc les variations de position par rapport à une position de consigne prédéterminée en fonction de l'épaisseur souhaitée de la bande.
  • Lors d'une coulée, le métal en fusion est déversé entre les cylindres, et commence à se solidifier au contact de leurs parois refroidies en formant des peaux solidifiées qui sont entraînées par la rotation des cylindres et se rejoignent sensiblement au niveau du col 11 entre les cylindres pour former la bande solidifiée extraite vers le bas. Ce faisant, le métal exerce sur les cylindres un effort d'écartement RSF, mesuré par les pesons 8, cet effort étant variable notamment en fonction du degré de solidification du métal.
  • Pour réguler cet effort, et garantir la continuité de la coulée, on agit sur les vérins de poussée 9. Ainsi, par exemple, pour réduire l'effort d'écartement RSF, on agit sur les vérins 9 dans le sens conduisant à un écartement des cylindres et, réciproquement, pour augmenter l'effort, on agit sur les vérins dans le sens d'un rapprochement des cylindres.
  • Cette action est exécutée automatiquement par une régulation qui, selon l'invention, permet d'obtenir un effort d'écartement sensiblement constant, très rapidement après le début de la coulée, ainsi qu'une épaisseur de la bande obtenue également sensiblement constante.
  • Le schéma de principe de la boucle de régulation de l'effort d'écartement des cylindres est illustré à la figure 2. Dans cette boucle de régulation, la différence E entre la valeur de l'effort d'écartement RSF, mesurée par les pesons 8, et la valeur de consigne d'effort RSF0 est calculée par l'unité de calcul 20. Cet écart E est entré dans un dispositif de correction 22 qui détermine une valeur corrigée E' fonction de E, selon une relation qui sera décrite plus en détail par la suite. La valeur E' est introduite dans un amplificateur à gain réglable 24 qui convertit E' en une vitesse v, proportionnelle à E, qui est elle-même intégrée dans l'intégrateur 26 pour fournir une valeur corrective Δd.
  • La valeur corrective Δd est introduite dans un additionneur 28 qui reçoit également une valeur de consigne de position initiale d0 et une valeur de compensation de faux-rond Cfr, et élabore une valeur de référence de position dr.
  • La valeur de référence de position dr, qui sert de consigne dans la régulation de position des paliers, est introduite dans un comparateur 30 qui reçoit également la valeur mesurée dm de la position des paliers, mesurée par les capteurs 10, et élabore un signal Ep représentant l'écart entre la position réelle des paliers et la position de consigne. Ce signal est introduit dans une boucle de régulation 32 classique (PID) qui fournit un signal isv à une servovalve 34 de pilotage des vérins de poussée 9. L'actionnement des vérins de poussée agit sur le déroulement de la coulée (symbolisé par la case "process" 36) au cours de laquelle la valeur de l'effort d'écartement RSF est mesurée.
  • On notera que le temps de cycle de la boucle de régulation de position des vérins de poussée 9 (boucle schématisée par le cadre en pointillé 36) est, par exemple, de 2.10-3 secondes alors que le temps de cycle global (cadre en pointillée 38) est par exemple de 10.10-3 secondes.
  • La correction f apportée par le dispositif de correction 22 est représentée graphiquement à la figure 3, sur laquelle on a indiqué, uniquement à titre d'exemple, des valeurs numériques de E et E', exprimées en tonnes.
  • Dans cet exemple, la valeur nominale RSF0 de l'effort d'écartement est de 6 T (6 tonnes soit environ 6000 daN), et la fourchette d'efforts ΔRSF est de 4 T. Tant que la valeur mesurée de l'effort d'écartement est comprise entre 4 et 8 T, la correction de l'écart E s'exprime par E' = 0,3 E ; lorsque l'effort d'écartement passe en-dessous de 4 T ou au-dessus de 8 T, la correction devient E' = E - 1,4 T.
  • On constate que, selon cet exemple, et en se reportant au schéma de la figure 2, la valeur corrective Δd générée à partir de la valeur E', va croître continûment en fonction de la différence entre l'effort d'écartement mesuré RSF et l'effort nominal RSF0, mais de plus croît plus fortement dès que l'effort d'écartement sort de la fourchette ΔRSF. En conséquence, la réactivité de la régulation de position des paliers est en quelque sorte amoindrie tant que l'effort d'écartement mesuré reste dans la dite fourchette, et accrue ou-delà.
  • On notera que les expressions de E' indiquées ci-dessus sont à considérer de manière relative, du fait que la valeur E' est ensuite multipliée par le gain de l'amplificateur 24, et intégrée sur un temps de cycle, pour donner la correction Δd.
  • On notera d'ailleurs qu'un effet équivalent en ce qui concerne le calcul de Δd pourrait être obtenu en entrant directement la différence E dans l'amplificateur 24 et en faisant varier le gain de celui-ci en fonction de E, c'est-à-dire en augmentant le gain lorsque l'effort d'écartement est hors de la fourchette, par rapport au gain lorsque le dit effort est dans la fourchette.
  • Toutefois, comme on va le voir ensuite, le gain peut aussi être réglé en fonction du temps écoulé à partir du démarrage de la coulée. Il s'ensuivrait alors que le gain serait à régler en fonction de deux paramètres, le temps et l'effort d'écartement, ce qui peut en pratique compliquer la mise en oeuvre de la régulation.
  • La variation de E' en fonction de E pourrait également être définie différemment, par exemple E' étant nul ou sensiblement nul tant que l'effort d'écartement est compris dans la dite fourchette, et croissant en fonction de E en dehors de celle-ci, comme représenté en pointillé sur la figure 3.
  • Dans ce dernier cas, la position de référence dr ne serait alors corrigée que lorsque l'effort d'écartement sortirait de la dite fourchette, et toute variation d'effort restant dans la dite fourchette n'entraînerait aucun déplacement des paliers des cylindres.
  • Préférentiellement, la correction apportée à la position de référence des paliers est réduite après une durée de démarrage prédéterminée, ce qui peut être facilement réalisé en diminuant le gain, et donc la valeur Δd.
  • En complément, la largeur de la fourchette peut être augmentée. Ces deux mesures permettent d'assurer une très forte réactivité de la régulation lors du démarrage de la coulée, mais de ne pas entraîner de déplacement substantiel des paliers de cylindres lorsque des pics d'effort surviennent après la dite période de démarrage.
  • Pour illustrer les résultats obtenus grâce à l'invention, on a représenté à la figure 4 l'évolution en fonction du temps, à partir du démarrage de la coulée, de quatre paramètres :
    • le tracé 40 représente la vitesse des cylindres,
    • le tracé 50 représente la position angulaire d'un cylindre, l'intervalle entre deux pics de cette courbe correspondant à un tour de cylindre,
    • le tracé 60 représente les variations de la force d'écartement RSF, mesurée en tonnes ( échelle graduée de gauche du graphique),
    • le tracé 70 représente les variations de la position des paliers, mesurées en mm ( échelle graduée de droite).
  • Ces tracés correspondent à une coulée réalisée conformément au procédé selon l'invention, en fixant l'effort nominal à 6 tonnes et une largeur de fourchette ΔRSF de 2 tonnes pendant environ 35 secondes, élargie à 4 tonnes ensuite.
  • On constate que, après un pic important d'effort 61 au démarrage, l'effort varie encore de manière sensible au cours des premiers tours des cylindres, avec quelques excursions en dehors de la fourchette 5 - 7 tonnes. Corrélativement, on voit sur le tracé 70, pendant cette même période, les variations importantes correspondant aux déplacements des paliers du cylindre mobile pour compenser les dites variations d'effort. On constate cependant que après le premier tour des cylindres, l'effort d'écartement reste maintenu dans la dite fourchette.
  • Lorsque la fourchette est élargie à 4 - 8 T, après la période de démarrage, les variations d'effort restent faibles, et de plus, les paliers des cylindres ne se déplacent pratiquement plus, ce qui s'explique par le fait que l'effort d'écartement est maintenu dans le centre de la dite fourchette, et que ses variations, amoindries par la correction indiquée précédemment, ne produisent pratiquement aucun effet sur la régulation de position des paliers.
  • On constate donc que la mise en oeuvre du procédé selon l'invention permet d'obtenir rapidement, et de conserver par la suite un effort d'écartement, ainsi qu'un écartement des axes des cylindres, sensiblement constants.
  • Les enregistrements correspondants représentés figure 5, dans le cas où l'effort nominal a été fixé au départ à 15 tonnes et une largeur de fourchette de 4 tonnes, montrent que l'effort d'écartement se stabilise également, de même que la position des paliers, mais cette stabilisation nécessite dans ce cas un temps plus long, ce qui révèle l'intérêt de fixer au démarrage une valeur d'effort nominal la plus faible possible avec une largeur de fourchette également faible, comme dans le cas de la figure 4.
  • On notera que, en plus de la régulation décrite ci-dessus, le procédé selon l'invention intègre une régulation de faux-rond, pour tenir compte des défauts de circularité des cylindres et compenser ceux-ci afin de ne pas avoir de variations cycliques d'épaisseur de la bande coulée.
  • Pour cela, on détermine les écarts de circularité des cylindres en mesurant les variations de l'effort d'écartement en fonction de l'angle de rotation des cylindres, cette mesure étant faite pendant les premiers tours des cylindres lors du démarrage de la coulée, et, ensuite, on modifie la dite valeur de référence de position des paliers en fonction de l'angle de rotation, pour compenser les dits écarts de circularité.
  • La détermination des écarts de circularité peut être faite par un calculateur qui extrait de la courbe des variations de l'effort d'écartement mesuré, les variations cycliques, significatives de défauts de circularité, et élabore une valeur corrective CFr qui est ajoutée à la valeur de consigne initiale d0 et à la correction Δd pour former la valeur de référence de position dr.
  • Les dessins des figures 6 et 7 représentent deux variantes de la correction f qui peuvent être utilisées par le dispositif de correction 22.
  • Dans la variante représentée figure 6, la fourchette ΔRSF n'est plus centrée sur la valeur nominale RSF0, comme dans le cas de la figure 3, mais décalée vers la droite, c'est-à-dire dans le sens des efforts croissants. Avec une telle correction, la réactivité de la régulation de position des paliers est amoindrie, comme indiqué précédemment, seulement lorsque l'effort d'écartement mesuré RSF est supérieur à la consigne RSF0. Par contre, si l'effort mesuré est inférieur à la consigne, la régulation agit normalement, c'est-à-dire plus vivement, ce qui évite une diminution trop brutale de l'effort, et évite donc d'atteindre une valeur d'effort excessivement faible. Ceci est particulièrement utile lorsque la valeur de consigne RSF0 est elle-même faible, par exemple de l'ordre de 2 tonnes.
  • Dans la variante représentée figure 7, la correction appliquée lorsque l'effort d'écartement reste au voisinage de la valeur de consigne est similaire à celle représentée figure 3, c'est-à-dire fournissant un amoindrissement de la réactivité de la régulation tant que l'effort mesuré RSF reste dans la fourchette ΔRSF prédéfinie. Par contre, une valeur maximale E'Max est imposée à la valeur corrigée E', lorsque l'effort mesuré dépasse un certain seuil (défini par Es sur la figure 7). Ainsi, tout en conservant une forte réactivité de la régulation lorsque l'effort mesuré sort de la fourchette ΔRSF, on évite un écartement excessif des cylindres en réponse à un pic d'effort très élevé mais très bref, et donc on assure un retour plus rapide des cylindres dans leur position normale dès que le pic d'effort est passé.
  • Bien évidemment, ces deux dernières variantes de correction pourront être combinées.

Claims (11)

  1. Procédé de régulation pour la coulée continue entre cylindres, selon lequel, au cours de la coulée, on mesure l'effort (RSF) d'écartement des cylindres, et on agit sur la position des paliers d'au moins un des cylindres pour augmenter ou diminuer l'entraxe entre les dits cylindres, caractérisé en ce que, en vue de maintenir le dit effort sensiblement constant, on prédéfinit une fourchette de valeurs d'effort (Δ RSF) encadrant un effort nominal (RSF0) souhaité, et on agit sur la position des paliers plus vivement lorsque la valeur de l'effort mesuré est en dehors de la dite fourchette que lorsqu'elle est comprise dans la dite fourchette.
  2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, la position des paliers étant régulée sur une position de consigne, la dite position de consigne est fixée par une valeur de position de référence (dr), déterminée en apportant à une valeur (do) de consigne initiale de position des paliers une valeur corrective (Δd) variable en fonction de la différence entre l'effort d'écartement mesuré (RSF) et l'effort nominal (RSF0), la dite correction (Δd) étant plus importante lorsque la valeur de l'effort mesuré est en dehors de la dite fourchette que lorsqu'elle est comprise dans la dite fourchette.
  3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la valeur corrective (Δd) est calculée à partir d'un signal corrigé (E') obtenu en apportant une correction définie par une fonction (f) à la différence (E) entre l'effort d'écartement mesuré (RSF) et l'effort nominal (RSF0) .
  4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le signal corrigé (E') est croissant en fonction de la différence entre l'effort d'écartement mesuré (RSF) et l'effort nominal (RSF0).
  5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que le signal corrigé (E') croît plus rapidement lorsque la valeur de l'effort mesuré (RSF) est en dehors de la dite fourchette (ΔRSF) que lorsqu'elle est comprise dans la dite fourchette.
  6. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le signal corrigé (E') est nul lorsque la valeur de l'effort mesuré (RSF) est comprise dans la dite fourchette (ΔRSF), et croissant en fonction de la différence entre l'effort d'écartement mesuré et l'effort nominal lorsque la valeur de l'effort mesuré est en dehors de la dite fourchette.
  7. Procédé selon l'une des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que la dite fourchette (ΔRSF) est décalée par rapport à l'effort nominal (RSF0) dans le sens des efforts croissants.
  8. Procédé selon l'une des revendications 5 à 7, caractérisé en ce qu'une valeur maximale (E'Max) est imposée à la valeur corrigée (E') lorsque la valeur de l'effort mesuré (RSF) dépasse un seuil prédéfini (Es).
  9. Procédé selon l'une des revendications 2 à 8, caractérisé en ce que la dite correction (Δd) est réduite après une durée de démarrage prédéterminée.
  10. Procédé selon l'une des revendications 2 à 9, caractérisé en ce que la dite fourchette d'effort (ΔRSF) est élargie après une durée de démarrage prédéterminée.
  11. Procédé selon l'une des revendications 2 à 10, caractérisé en ce que on détermine des écarts de circularité des cylindres en mesurant les variations de l'effort d'écartement (RSF) en fonction de l'angle de rotation des cylindres, cette mesure étant faite pendant les premiers tours des cylindres lors du démarrage de la coulée, et, ensuite, on modifie la dite valeur de référence (dr) de position des paliers en fonction de l'angle de rotation, pour compenser les dits écarts de circularité.
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