EP0928644B1 - Procédé de pilotage d'une opération d'écrouissage en continu d'une bande métallique - Google Patents

Procédé de pilotage d'une opération d'écrouissage en continu d'une bande métallique Download PDF

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EP0928644B1
EP0928644B1 EP99400036A EP99400036A EP0928644B1 EP 0928644 B1 EP0928644 B1 EP 0928644B1 EP 99400036 A EP99400036 A EP 99400036A EP 99400036 A EP99400036 A EP 99400036A EP 0928644 B1 EP0928644 B1 EP 0928644B1
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EP
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cage
regulation
elongation
strip
stand
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EP99400036A
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EP0928644A1 (fr
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Fernand Allegro
Frédéric Bertolini
Rodolphe Devos
Régis Mieze
Philippe Reynoudt
Bruno Sparty
Michel Chauvire
Gilles Revoir
Didier Becler
Christophe Silvy-Leligois
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Sollac SA
Original Assignee
Sollac SA
Lorraine de Laminage Continu SA SOLLAC
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B37/00—Control devices or methods specially adapted for metal-rolling mills or the work produced thereby
    • B21B37/56—Elongation control
    • 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
    • B21B1/22—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 for rolling plates, strips, bands or sheets of indefinite length
    • B21B2001/228—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 for rolling plates, strips, bands or sheets of indefinite length skin pass rolling or temper rolling

Definitions

  • the invention relates to a method for controlling an operation. continuous hardening and reduction of a metal strip in a work hardening installation, comprising at least two successive cages of rolling.
  • a rolling or work hardening cage of this type of installation has two working cylinders rotating in opposite directions in the air gap which a metal strip can be reduced and / or hardened; in terms of the clamping force of these cylinders, the thickness of the metal strip is reduced and its length, on the contrary, increased.
  • the elongation rate obtained is depending on the clamping force of the cage; in the case of a “skin-pass”, the elongation rate is low, whereas in the case of a “DR” operation, it can reach around 60%.
  • the cage speed differential depends therefore the rate of elongation of the strip.
  • the invention relates to a method for adjusting these actuators according to of these measures.
  • Mode 2 is shown schematically in the block diagram of Figure 1, where 1 ', 2 and 3 respectively designate the “S-block”, the first cage and the second cage ; 4A and 4B the elongation rate measurement device.
  • the transfer function of regulation B is complex because the law of behavior linking force and elongation is not at all linear; this law of behavior is similar to the classical law of behavior linking the tensile and elongation, as shown in Figure 4.
  • regulation B is of the “band” type dead ”.
  • the invention aims to remedy these drawbacks.
  • the clamping force of this cage is adjusted so as to maintain said measured voltage within a predetermined range of values, the possible modification of the clamping force only intervening when said belt tension leaves said range; this type of setting is conventionally called “dead band regulation”.
  • the strip work hardening installation continuous metal comprises, in the direction of travel of the band B, a unwinder 7, an input S block 1 ', a first cage 2 then a second cage 3, an outlet S-block 5 and a rewinder 6.
  • the unwinder 7 and the rewinder 6 are of a conventional type and will not be not described in detail.
  • the “S” blocks 1 ', 5, composed of two support rollers strip, are used in a conventional manner to vary the tension of strip B; one of the rollers of each block is provided with non-tachometric means shown 4A, 4B adapted to accurately measure the speed of passage of band B in these blocks 1 ', 5.
  • Each cage 2, 3 has two supported working rolls each by a support cylinder; means not shown allow to varying the clamping force of the working rolls towards each other; other means not shown allow the speed of rotation to be varied working cylinders of each cage.
  • the work hardening installation also includes means (not shown) to measure the belt tension between stands 2 and 3.
  • the measurement of the elongation rate of the upstream cage 2 conventionally follows from the tachometric measurements practiced in 4A, 4B at level of block in S input 1 'and output 5, after deduction of the rate reduced elongation of the cage 3.
  • the regulation B ′ is preferably of the “dead band” type, that is to say that the clamping force is only acted on if the tension of the strip comes out of a predetermined range of values (the maximum corresponding for example to a risk of rupture, the minimum, for example, a risk of creases).
  • the gain of regulation B ' must be adapted so that the response time of this regulation is much greater than the response time responds to regulation A '.
  • the regulation operation B ′ can even be carried out "Manually" by the installation operator.
  • the purpose of this example is to compare the performance of the regulation according to the invention compared to those of a conventional art regulation previous in the case of a steel strip rolling operation carried out after annealing (called "double reduction").
  • Figure 8 illustrates these fluctuations in the classic case where pull-ups are regulated by speed and where the band elongation (or thickness) is regulated either directly by tightening the reduction cage or indirectly by traction interlining with recentering by tightening the reduction cage; there are significant fluctuations in the elongation: ⁇ 3% around the average value of 37.5%.
  • Figure 9 illustrates, facing the same disturbance, these fluctuations in the case, according to the invention, the intercage traction is regulated by the tightening of the reduction cage and where the elongation is directly regulated by the speed of the last cage; we note that the elongation remains almost constant, the fluctuations being reduced by a factor of at least 5 compared to the case previous.

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Description

L'invention concerne un procédé de pilotage d'une opération d'écrouissage et de réduction en continu d'une bande métallique dans une installation d'écrouissage, comportant au moins deux cages successives de laminage.
On entend par opération d'écrouissage et de réduction notamment une opération dénommée « skin-pass » en langue anglaise ou une opération de laminage de deuxième réduction (appelée « DR ») ; pour ce type d'opération, on utilise généralement des installations comportant au moins deux cages successives dont une seulement, dénommée cage de réduction, réalise l'essentiel de la réduction d'épaisseur de la bande ; dans le cas d'une installation à deux cages, la cage de réduction est la cage amont ou première cage, et dans la cas d'une installation à trois cages, la cage de réduction est la deuxième cage, celle du milieu de l'installation.
Une cage de laminage ou d'écrouissage de ce type d'installation comporte deux cylindres de travail tournant en sens contraires dans l'entrefer desquels une bande métallique peut être réduite et/ou écrouie ; en fonction de la force de serrage de ces cylindres, l'épaisseur de la bande métallique est réduite et sa longueur, au contraire, augmentée.
Pour une bande métallique donnée, le taux d'allongement obtenu est fonction de la force de serrage de la cage ; dans le cas d'un « skin-pass », le taux d'allongement est faible, alors que dans le cas d'une opération « DR », il peut atteindre 60% environ.
Dans ces installations, la vitesse de rotation des cylindres de deux cages successives (dénommée « vitesse de cage » en style abrégé) doit être contrôlée avec précision de manière à maintenir entre ces cages un niveau de tension de bande suffisamment élevé pour éviter l'apparition de plis mais aussi suffisamment faible pour éviter tout risque de rupture de la bande.
Entre deux cages successives, le différentiel de vitesse de cage dépend donc du taux d'allongement de la bande.
Pour le pilotage de ces installations, on mesure donc généralement d'une part le taux d'allongement de la bande au passage dans l'installation et d'autre part la tension de la bande entre les cages, et, en fonction des valeurs mesurées, on agit sur les actionneurs suivants : la force de serrage de chaque cage et la vitesse des cylindres de chaque cage.
Pour mesurer le taux d'allongement de la bande dans une cage, on procède généralement par mesure de la vitesse de bande sortante et de la vitesse de bande rentrante, le taux d'allongement se déduisant de la différence entre ces mesures de vitesse ; un tel procédé est décrit dans le brevet britannique 794 290 où les mesures de vitesse sont effectuées à l'aide de moyens tachymétriques montés sur des rouleaux support de bande en amont et en aval de l'installation.
L'invention concerne un procédé pour régler ces actionneurs en fonction de ces mesures.
Dans le cas d'une installation ne comportant que deux cages, l'article de Yuli Shimoyama et al., intitulé « Kawaski continuous annealing line at Chiba » - IRON & STEEL ENGINEER, Vol.69, n°11, 1992, p.35-41 - décrit trois procédés de régulation à la page 37, colonne de gauche qui sont illustrés à la figure 4 de ce document :
  • régulation selon le mode 1 : le taux d'allongement est régulé par la traction intercage.
  • régulation selon le mode 2 (les références concernent la fig. 1 ci-après) :
    • régulation d'allongement par le rapport entre la vitesse du « bloc en S » 1' en amont et celle de la première cage 2 en aval ;
    • régulation (système « ATL » à bande morte) de la traction entre le « bloc en S » 1' et la première cage 2 en fonction du même rapport de vitesse et du serrage de la première cage 2.
  • régulation selon le mode 3 identique à celle du mode 2, où l'on remplace les mesures de taux d'allongement par des mesures d'épaisseur (« THG »).
Le mode 2 est schématisé au synoptique de la figure 1, où 1', 2 et 3 désignent respectivement le « bloc en S », la première cage et la deuxième cage ; 4A et 4B le dispositif de mesure de taux d'allongement.
Dans le cas d'une installation comportant trois cages, l'article de C.SILVY-LELIGOIS intitulé « Régulation d'allongement en double réduction à Sollac Basse-Indre » - REVUE de MÉTALLURGIE, Vol.89, n°12, 1992, p.1101-1109 - décrit une autre stratégie de régulation :
  • régulation des tractions intercages par la vitesse,
  • régulation d'allongement par le serrage de la cage 2 et par la traction entre les cages 2 et 3.
Cette stratégie est schématisée ci-après à la figure 2 qui reproduit la figure 3 de l'article cité ; sur cette figure, 1, 2 et 3 désignent respectivement la première, deuxième et troisième cage et 4A, 4B le dispositif de mesure de taux d'allongement.
Enfin, la figure 3 ci-après représente l'état de la technique dans le cas d'une installation ne comportant que deux cages 2 et 3 :
  • régulation de la traction intercage par la vitesse,
  • régulation d'allongement par le serrage et, optionnellement, la traction intercage.
Un tel synoptique de régulation est également décrit dans le document FR 2 584 631 (MITSUBISHI).
Ainsi, comme illustré sur les figures 1 à 3, pour piloter ce type d'installations d'écrouissage, on procède selon une double régulation :
  • A - régulation des vitesses de deux cages successives en fonction de la valeur de tension de la bande entre ces cages, adaptée pour éviter la rupture de bande ou l'apparition de plis.
  • B - régulation de la force de serrage de la cage de réduction en fonction de la différence entre le taux d'allongement de bande apporté par cette cage et une consigne prédéterminée de taux d'allongement.
    • La fonction de transfert de la régulation B est complexe car la loi de comportement liant la force et l'allongement n'est pas du tout linéaire; cette loi de comportement est semblable à la loi de comportement classique liant la traction et l'allongement, tel qu'illustré à la figure 4.
    Selon cette loi, au fur et à mesure que l'allongement croít à partir de zéro, la traction commence par croítre très fortement, puis décroít légèrement de manière irrégulière, avant de reprendre une légère croissance et de se stabiliser.
    Comme les actions sur la force de serrage (actionneur de la régulation B) ont une incidence sur la valeur de tension de la bande entre deux cages (mesure de la régulation A), la boucle de régulation A va interagir dans la boucle de régulation B.
    Il importe donc que le temps de réponse de la régulation A soit suffisamment rapide au regard de celui de la régulation B pour que les modifications de la force de serrage ne risquent pas de provoquer des ruptures de bande ou des plis entre deux cages successives.
    Ainsi, dans ce type de procédé, la régulation B est du type « à bande morte ».
    Un tel procédé de pilotage d'installation d'écrouissage présente de nombreux inconvénients au niveau de la régulation du taux d'allongement de bande (régulation B), parmi lesquels :
    • un temps de réponse trop long, car il doit rester supérieur à celui de la régulation A ;
    • une précision insuffisante, notamment à cause de la bande morte et de la complexité (non linéarité) de la fonction de transfert.
    L'invention a pour but de remédier à ces inconvénients.
    A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de pilotage d'une opération d'écrouissage et de réduction d'épaisseur en continu d'une bande métallique B dans lequel :
    • on fait passer la dite bande dans l'entrefer des cylindres de travail d'au moins deux cages de laminage successives, une cage amont assurant l'essentiel de ladite réduction d'épaisseur et une cage aval,
       et dans lequel, afin de régler en continu la vitesse de rotation et la force de serrage des cylindres de la cage de réduction d'épaisseur,
    • on mesure le taux d'allongement de la bande apporté par cette cage,
    • on mesure la tension de la bande en aval de cette cage,
       caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à :
    • régler la vitesse des cylindres de cette cage par rapport à celle des cylindres de la cage aval en fonction de la mesure du taux d'allongement,
    • régler la force de serrage de cette cage en fonction de la mesure de tension en aval,
    le temps de réponse pour le réglage de la force de serrage étant choisi très supérieur au temps de réponse pour le réglage de la vitesse.
    De préférence, on règle la force de serrage de cette cage de manière à maintenir ladite tension mesurée dans une fourchette prédéterminée de valeurs, la modification éventuelle de la force de serrage n'intervenant que lorsque ladite tension de bande sort de ladite fourchette ; ce type de réglage est classiquement dénommé « régulation de type bande morte ».
    L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif, et en référence aux figures annexées sur lesquelles :
    • les figures 1 à 3 sont des synoptiques de régulation de l'art antérieur,
    • la figure 4 représente une loi de comportement typique de variation de la traction (N/mm2) de la bande en fonction de son allongement (%) dans une cage de réduction et/ou d'écrouissage,
    • la figure 5 représente une vue schématique en perspective d'une installation de réduction et/ou d'écrouissage à deux cages qui peut être pilotée par le procédé selon l'invention,
    • les figures 6 et 7 sont des synoptiques de régulation selon l'invention,
    • les figures 8 et 9 illustrent les performances de régulation d'installation d'écrouissage, exprimées en stabilité de la valeur d'allongement (%) en fonction du temps (secondes), dans le cas d'une régulation selon l'art antérieur (figure 8) et d'une régulation selon l'invention (figure 9).
    Sue les figures 1 à 3, 5 à 7, par convention, le défilement de la bande s'effectue de la gauche vers la droite (voir flèche de la figure 5).
    En se référant à la figure 5, l'installation d'écrouissage de bande métallique en continu comporte, dans le sens de défilement de la bande B, une dérouleuse 7, un bloc en S d'entrée 1', une première cage 2 puis une deuxième cage 3, un bloc en S de sortie 5 et une enrouleuse 6.
    La dérouleuse 7 et l'enrouleuse 6 sont d'un type classique et ne seront pas décrites en détail.
    Les blocs « en S » 1', 5, composés de deux rouleaux de support de bande, servent d'une manière classique à faire varier la tension de la bande B ; l'un des rouleaux de chaque bloc est doté de moyens tachymétriques non représentés 4A, 4B adaptés pour mesurer avec précision la vitesse de passage de la bande B dans ces blocs 1', 5.
    Chaque cage 2, 3 comporte deux cylindres de travail supportés chacun par un cylindre d'appui ; des moyens non représentés permettent de faire varier la force de serrage des cylindres de travail l'un vers l'autre ; d'autres moyens non représentés permettent de faire varier la vitesse de rotation de cylindres de travail de chaque cage.
    Enfin, l'installation d'écrouissage comporte également des moyens (non représentés) pour mesurer la tension de la bande entre les cages 2 et 3.
    On va maintenant décrire le fonctionnement de l'installation d'écrouissage selon l'invention.
    Pendant le défilement de la bande B dans l'installation (dans le sens de la flèche apposée sur la bande B entre les cages 2 et 3 - cf. figure 5), au niveau de la dernière cage, c'est à dire de la cage 3, on ne projette aucun lubrifiant sur la bande B dans l'entrefer de cette cage de manière à n'obtenir aucun allongement ou un allongement très réduit de la bande B à ce niveau ; la force de serrage de cette cage 3 est adaptée pour régler, d'une manière connue en elle-même, la planéité de la bande B en sortie de cage ; l'allongement très réduit peut être de l'ordre de 0,1 à 0,5 % et reste suffisamment stable pour ne pas perturber la régulation.
    Pendant le défilement de la bande B dans l'installation, selon l'invention, on procède alors selon la double régulation suivante :
  • A' - régulation des vitesses des cages successives amont 2 et aval 3 en fonction de la différence entre le taux d'allongement de bande apporté par la cage amont 2 et une consigne prédéterminée de taux d'allongement.
  • B' - régulation de la force de serrage de la cage amont 2 en fonction de la différence entre ladite tension mesurée entre la cage amont 2 et la cage aval 3 et une consigne prédéterminée de tension.
    • La figure 6 représente alors le synoptique de régulation correspondant :
    • régulation de la traction intercage par le serrage de la cage amont 2,
    • régulation d'allongement par la vitesse.
    Pour la régulation A', la mesure de taux d'allongement de la cage amont 2 découle classiquement des mesures tachymétriques pratiquées en 4A, 4B au niveau du bloc en S d'entrée 1' et de sortie 5, après déduction du taux d'allongement réduit de la cage 3.
    La régulation B' est de préférence du type « à bande morte », c'est à dire que l'on n'agit sur la force de serrage que si la tension de la bande sort d'une plage prédéterminée de valeurs (le maximum correspondant par exemple à un risque de rupture, le minimum par exemple à un risque d'apparition de plis).
    Selon l'invention, le gain de la régulation B' doit être adapté pour que le temps de réponse de cette régulation soit largement supérieur au temps de réponse la régulation A'.
    En variante, l'opération de régulation B' peut même être réalisée « manuellement » par l'opérateur de l'installation.
    Cette nouvelle configuration de la régulation de l'installation d'écrouissage apporte les avantages suivants :
    • une très grande précision du taux d'allongement de la bande : pour des taux d'allongement correspondant à une opération de « skin-pass » et généralement compris entre 0,4% et 4%, on atteint une précision de ± 0,05 %.
    • une très grande « robustesse » de régulation, car la fonction de transfert de la régulation A' est linéaire puisque ce sont des mesures de vitesse de bande qui agissent sur un actionneur de vitesse.
    • une très grande régularité dans la précision et un temps de réponse très court, ce qui permet de diminuer sensiblement le chutage de bande ; l'actionneur de vitesse étant beaucoup plus rapide que l'actionneur de serrage, pour la régulation A', on atteint un temps de réponse de 200 ms.
    Ces avantages permettent de limiter le chutage de bande en production.
    Dans le cas d'une installation de laminage et/ou d'écrouissage comportant trois cages successives 1, 2 et 3, et où la cage 2 est la cage de réduction, on peut mettre en oeuvre l'invention de la manière suivante :
    • la première cage 1 joue le rôle du « bloc en S » 1' de l'installation précédemment décrite , sa vitesse servant à régler la traction devant la deuxième cage 2 (voir figure 7) ; cette première cage ne réalise quasiment aucun allongement comme la dernière cage 3 de l'exemple précédent ; cette première cage a donc une fonction de « pinceur » de bande.
    • les deux autres cages fonctionnent comme les cages 2 et 3 de l'exemple précédent.
    La stratégie de régulation selon l'invention est illustrée dans ce cas à la figure 7 :
    • régulation de la première traction intercage par la vitesse, comme dans l'art antérieur (figure 2),
    • régulation de la deuxième traction intercage, en aval de la cage 2, par le serrage de la cage 2, qui est la cage qui applique la réduction d'épaisseur principale,
    • régulation d'allongement par la vitesse relative des cages 2 et 3.
    L'exemple suivant illustre les avantages apportés par l'invention.
    Exemple :
    Cet exemple a pour but de comparer les performances de la régulation selon l'invention par rapport à celles d'une régulation classique de l'art antérieur dans le cas d'une opération de laminage de bande d'acier effectué après recuit (appelé « double réduction »).
    Pour évaluer les performances, on mesure le taux d'allongement de la bande (%) en fonction du temps (secondes) face à une perturbation volontaire provoquée sur la cage de réduction, et on évalue les fluctuations de ce taux d'allongement ; les performances de la régulation sont d'autant meilleures que ces fluctuations sont faibles ou que le taux d'allongement est stable.
    La figure 8 illustre ces fluctuations dans le cas classique où les tractions sont régulées par la vitesse et où l'allongement (ou épaisseur) de bande est régulé soit directement par le serrage de la cage de réduction soit indirectement par la traction intercage avec recentrage par le serrage de la cage de réduction ; on constate des fluctuations importantes de l'allongement : ± 3 % autour de la valeur moyenne de 37,5 %.
    La figure 9 illustre, face à la même perturbation, ces fluctuations dans le cas où, selon l'invention, la traction intercage est régulée par le serrage de la cage de réduction et où l'allongement est régulé directement par la vitesse de la dernière cage ; on constate que l'allongement reste quasiment constant, les fluctuations étant réduites d'un facteur d'au moins 5 par rapport au cas précédent.

    Claims (2)

    1. Procédé de pilotage d'une opération d'écrouissage et de réduction d'épaisseur en continu d'une bande métallique B dans lequel :
      on fait passer la dite bande dans l'entrefer des cylindres de travail d'au moins deux cages de laminage successives, une cage amont (2) assurant l'essentiel de ladite réduction d'épaisseur et une cage aval (3),
         et dans lequel, afin de régler en continu la vitesse de rotation et la force de serrage des cylindres de la cage de réduction d'épaisseur (2),
      on mesure le taux d'allongement de la bande apporté par cette cage (2),
      on mesure la tension de la bande en aval de cette cage (2),
         caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à :
      régler la vitesse des cylindres de cette cage (2) par rapport à celle des cylindres de la cage aval (3) en fonction de ladite mesure du taux d'allongement,
      régler la force de serrage de cette cage (2) en fonction de ladite mesure de tension en aval,
         le temps de réponse pour le réglage de la force de serrage étant choisi très supérieur au temps de réponse pour le réglage de la vitesse.
    2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'on règle la force de serrage de cette cage (2) de manière à maintenir ladite tension mesurée dans une fourchette prédéterminée de valeurs, la modification éventuelle de la force de serrage n'intervenant que lorsque ladite tension de bande sort de ladite fourchette.
    EP99400036A 1998-01-13 1999-01-08 Procédé de pilotage d'une opération d'écrouissage en continu d'une bande métallique Expired - Lifetime EP0928644B1 (fr)

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    FR9800214 1998-01-13
    FR9800214A FR2773505B1 (fr) 1998-01-13 1998-01-13 Procede de pilotage d'une operation d'ecrouissage en continu d'une bande metallique

    Publications (2)

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    EP0928644A1 EP0928644A1 (fr) 1999-07-14
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    EP99400036A Expired - Lifetime EP0928644B1 (fr) 1998-01-13 1999-01-08 Procédé de pilotage d'une opération d'écrouissage en continu d'une bande métallique

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    Country Link
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    EP (1) EP0928644B1 (fr)
    AT (1) ATE229849T1 (fr)
    BR (1) BR9900047A (fr)
    CA (1) CA2259110C (fr)
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