EP1020240B1 - Procédé de régulation des tractions/compressions dans un laminoir multicage à chaud et système de commande correspondant - Google Patents

Procédé de régulation des tractions/compressions dans un laminoir multicage à chaud et système de commande correspondant Download PDF

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EP1020240B1
EP1020240B1 EP00400038A EP00400038A EP1020240B1 EP 1020240 B1 EP1020240 B1 EP 1020240B1 EP 00400038 A EP00400038 A EP 00400038A EP 00400038 A EP00400038 A EP 00400038A EP 1020240 B1 EP1020240 B1 EP 1020240B1
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EP
European Patent Office
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torque
frame
cage
product
speed
Prior art date
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EP00400038A
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German (de)
English (en)
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EP1020240A1 (fr
Inventor
Joseph Schwedt
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.)
Alstom SA
Original Assignee
Alstom SA
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Publication date
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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
    • 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
    • B21B37/48—Tension control; Compression control
    • B21B37/52—Tension control; Compression control by drive motor control
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B2275/00—Mill drive parameters
    • B21B2275/02—Speed
    • B21B2275/04—Roll speed
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B2275/00—Mill drive parameters
    • B21B2275/10—Motor power; motor current
    • B21B2275/12—Roll torque

Definitions

  • the invention essentially relates to a control method for a multi-layer rolling mill hot and in particular for a multi-layer rolling mill without force sensors. This process is more particularly intended to eliminate the parasitic constraints of tension / compression to which a product, such as bar, sheet or profile, is subjected metallic, during rolling.
  • ⁇ E ⁇ ( ve not - V Sn -1 ) dt
  • ⁇ E ⁇ ( ve not - V Sn -1 ) dt
  • a variation in hardness in a product, at the entrance of a cage n-1, causes a variation in section at the outlet of this cage and a variation in the downstream slip, which leads to a change in the metal flow rate at the outlet of the cage.
  • Multicage rolling mills which include means for controlling pull-ups in the different intercages by individual regulation of the rolling torque / force ratio rolling cage by cage.
  • This regulation involves the presence of sensors and in particular rolling force sensors which are expensive, difficult to install and to maintain, and which potentially constitute sources of breakdowns.
  • this solution requiring the presence of sensors, is not always applicable, in particular in the case of rolling mills with bars or beams where such sensors are rarely installed.
  • the invention therefore provides a method for estimating and regulating pull-ups / compressions in a multicage rolling mill working with metal products hot.
  • a permanent update of the estimate of the traction torque and torque rolling at zero tension is carried out for each cage and the estimation of the pulls intercages allows regulation of these at predefined levels in a rolling scheme. This makes it possible to target a rolling with intercage pulls minimum, as recommended by many rolling mill operators.
  • ⁇ C T, i corresponds, according to its sign, to the variation in tensile or compression stress for the cage of rank i among the n cages of the train, where R i and r i are the working radius and the reduction ratio for the cage of row i
  • S 0 corresponds to the sum of the variations of the measured resistive torque ( ⁇ C i ) brought back to the level of the mechanics ( ⁇ C i .r i ) and divided by the lever arm ( ⁇ C i , r i / R i ), ⁇ C i being the variation of the resisting torque Ci with respect to the reference torque memorized for the cage of row i, with ⁇
  • the invention also provides a control system for a multilayer rolling mill, working hot metal products, the cages of which are controlled by command, with programmed logic, placed under the control of at least one control unit joint supervision, characterized in that it includes material means and software for ensuring the implementation of the method as defined above.
  • the single figure shows a block diagram of a multi-layer rolling mill.
  • the rolling mill shown diagrammatically in the single figure is assumed to be a hot rolling mill for processing metal products B. It is for example a wire, profile or bar train, or even a strip or plate train.
  • This train is conventionally composed of a plurality of successive cages 1 represented by a train entry cage 1 1 and a train exit cage 1 n between which are two of the intermediate cages 1 2 and 1 i , these cages being symbolized by their respective pairs of cylinders.
  • control unit 2 such as the units 2 1 , 2 2 , 2 i and 2 n .
  • These units are themselves included in a control system where they are under the control of at least one supervision unit 3.
  • the control and supervision units are here assumed to be of programmed logic type and organized around processors with which they are associated various memories and specialized interfaces, in particular for controlling the cages and for the operation of the rolling mill by operating personnel.
  • the respective structure and functions of these constituent elements combining hardware and software means which are well known to those skilled in the art, are developed here only for the parts which have a direct relationship with the subject of the invention.
  • the object of the process according to the invention is to eliminate in a coordinated manner the parasitic stresses of traction / compression by action at level of the rolling mill cage motors, taking the torques as a reference developed by the various cages with a view to obtaining a state known as minimum traction at level of the rolled product when this product passes through each of the cages.
  • the minimal traction control on a continuous train has a double interest, it allows maintain a constant minimum stress at the level of the product which improves the quality, it also makes it possible to reduce the adjustment phases of the cages and therefore to avoid downgrades of the first products. It must be performed both at product engagement in a cage only along the entire length of the product.
  • the minimum traction control at engagement is here based on the use of a torque memory device which assumes known the value of the rolling torque C L.
  • Filtering carried out on the torque reference allows phasing of the torque and speed to improve the determination of the rolling torque.
  • torque memory device An example of a torque memory device is described here in relation to the two first cages of the train shown schematically in the single figure. This device acts from of an initial situation where the motors of these two cages are speed regulated, this regulation being carried out in a conventional manner, for example using a dimmer SYCONUM type speed of the applicant.
  • a measurement of the rolling torque of the cage 1 1 is carried out just before the engagement in the cage 1 2 of a product being rolled in the cage 1 1 . There is then no traction or compression upstream or downstream of the cage 1 1 . The torque value thus determined is then stored as the initial reference value for the later rolling period.
  • the motor of the cage 11 is switched from speed regulation to torque regulation.
  • the latter regulated in speed, then acts as a pilot cage with respect to the cage 1 1 which adapts in speed so as to keep its torque equal to its reference torque.
  • Detection of the presence of a product in a cage is indicated by the presence of a signal called caged product.
  • This signal is generated in the variable speed drive of a cage, on the one hand, in the absence of speed transient, when the rolling torque instantaneous is greater than a fixed threshold value or possibly established as a function of the product to be laminated, and, on the other hand, when the instantaneous rolling torque is greater than a threshold for a determined time, while a speed transient is in Classes.
  • the synchronization thus achieved between the two cages ensures an absence of stress in the interleaving, after a transient phenomenon due to mechanical inertia. It is obtained by taking into account classically measured electrical parameters at the level of the power supplies for the cage motors. This therefore avoids the problems of implementation and stability conventionally linked to sensors, when these are present.
  • the device has a high sensitivity since variations in traction that occur downstream of a cage, result in large variations in the rolling torque at this cage.
  • the use of the torque memory device in the engagement phase is not preferably not kept in this form for the rest of the rolling operation so as to avoid any variation in torque being considered as intercage traction variation.
  • the regulated traction level generally corresponds to a level close to zero or non-traction but it can also correspond to any other level wish
  • This device is to control the flow of the train in line with each cage during the product engagement and overall acceleration phases of the train, it is intended to ensure consistency in the ratio of the speeds of rotation of two successive cages, such 1 i and 1 i + 1 , by action on that of these cages which is upstream of the other.
  • the speed ratio control device stores, as a reference value, the rotation speed ratio ( ⁇ i-1 / ⁇ i ) 0 for the cages 1 i-1 and 1 i , when the stand 1 i is switched to torque control, just before the product being rolled arrives at the entry of the stand 1 i + 1 so that this reference value can be used later, during the rolling.
  • the cage 1 i self-adapts in speed to the engagement of the product being rolled in the cage 1 i + 1 thanks to the torque regulation and it triggers a correction of the speed of the cage 1 i-1 , located upstream, worth
  • the first of the two components corresponds to the torque to be supplied by the engine of a cage in the absence of traction or compression upstream and downstream of the cage.
  • the second of these components has the effect of increasing or decreasing the torque to be supplied by the cage motor considered, as the case may be.
  • ⁇ VS 1 ⁇ VS The 0.1 - T 1.
  • R 1 r 1 ⁇ VS ⁇ VS The , 0, - T .R r + T 1.
  • R r ⁇ VS ⁇ VS The , 0, - T .R r + ⁇ T -1.
  • R r ⁇ VS not ⁇ VS L, 0, n + T not -1.
  • R not r not
  • the tensile and / or compression forces between intersections T i can be determined from the relationships defined above.
  • control system used is a fully digital system where all the intercage pulls are periodically calculated at the sampling period of the system.
  • C mem, i (n) is the stored torque of cage i at time nT
  • a characteristic of the invention is to constantly update the stored reference torque C mem, i which in fact represents the rolling torque at zero traction of the cage i as it evolves during rolling.
  • the intercage traction torques are therefore regulated and there is however no regulation at the level of the total resistant torques of the cages.
  • a defect such as a variation of hardness where a dimensional variation of product, resulting in a resistant torque step when this fault is in a cage will lead the control implementing the method according to the invention to tend to cancel the variations in tensile / compression stresses that will appear inevitably due to the changes in the section of the product leaving the cage and downstream sliding at this cage. Cascade corrections are thus made from cage to cage.

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Description

L'invention concerne essentiellement un procédé de régulation pour laminoir multicage à chaud et notamment pour laminoir multicage dépourvu de capteurs de force. Ce procédé est plus particulièrement destiné à éliminer les contraintes parasites de traction/compression auxquelles est soumis un produit, de type barre, tôle ou profilé métallique, en cours de laminage.
Comme il est connu, les opérations de laminage conduisent inévitablement à l'apparition de variations plus ou moins importantes des grandeurs qui sont liées à la déformation du métal laminé. Ceci est notamment la conséquence du fait que les forces et couples de laminage, la température du produit laminé et les coefficients de frottement ne restent pas rigoureusement constants lors du laminage. Les imprécisions dues à la conduite du processus de laminage ne peuvent être complètement éliminées et il y a, par exemple, de petites variations des vitesses instantanées. Il y a aussi des perturbations qui sont dues à des oscillations occasionnées par des imperfections de la chaíne cinématique propre au laminoir ou encore à une usure des outils mis en oeuvre.
Les variations des grandeurs de laminage et les variations dimensionnelles du produit en entrée de laminoir contribuent à la détérioration des attributs dimensionnels du produit fini. Toutes ces perturbations ont pour conséquence le non-respect des consignes de traction imposées par le schéma de laminage pour les différentes cages d'un laminoir. Ce non-respect se traduit par la présence de contraintes de traction ou de compression dans les parties de produit alors situées dans les intercages.
L'apparition d'une traction ou d'une compression dans un produit en prise dans plusieurs cages successives d'un train continu a notamment lieu lors de l'engagement du produit dans une des cages, lorsque le préréglage en vitesse de cette cage est imparfait. Le produit présent dans un intercage donné travaille en traction, si la cage en aval tend à tirer la cage en amont; elle travaille en compression, si la cage en amont tend à pousser la cage en aval par son intermédiaire. La différence entre les vitesses d'un produit en sortie d'une cage amont Vsn-1 et en entrée de la cage aval suivante Ven donne naissance à une contrainte Δτ exprimée par la loi de Hooke, qui est telle que définie ci-dessous : Δτ = E∫(Ven -V Sn-1)dt L où Δτ est la variation de contrainte de traction ou de compression subie par le métal entre les deux cages, où L représente la distance entre ces cages et où E est le module de Young.
Lorsqu'un déséquilibre existe entre les vitesses de sortie Vsn-1 de la cage d'amont identifiée n-1 et d'entrée Ven de la cage identifiée n qui lui succède, il se produit une modification de contrainte du métal dans l'intercage et un déplacement du point de fonctionnement des deux cages vers un point d'équilibre pour lequel le débit de sortie de la cage amont est égal au débit d'entrée de la cage qui la suit. Comme il est connu cette modification se traduit par des modifications d'épaisseur du métal laminé et des variations de glissement des deux cages concernées. Un phénomène d'auto-stabilisation du processus de laminage apparaít, il se fait au détriment des tolérances dimensionnelles du produit et du profil recherché.
L'apparition d'efforts de traction ou de compression dans un produit en prise dans plusieurs cages successives, en cours de laminage, a lieu aussi lorsque le produit n'est pas totalement homogène sur toute sa longueur et lorsqu'il présente des variations de section et/ou de dureté qui sont liées, par exemple, à des variations de température.
Ainsi, une variation de dureté dans un produit, à l'entrée d'une cage n-1, provoque une variation de section en sortie de cette cage et une variation du glissement aval, ce qui conduit à une modification du débit de métal en sortie de la cage.
Pour remédier à ces inconvénients, il existe des systèmes de commande appliqués aux laminoirs multicages qui comportent des moyens destinés à contrôler les tractions dans les différents intercages par une régulation individuelle du rapport couple de laminage/force de laminage cage par cage. Cette régulation implique la présence de capteurs et notamment de capteurs de force de laminage qui sont coûteux, difficiles à installer et à maintenir, et qui constituent potentiellement des sources de pannes. De plus cette solution, nécessitant la présence de capteurs, n'est pas toujours applicable, notamment dans le cas de trains de laminage à barres ou poutrelles où de tels capteurs sont rarement installés.
L'invention propose donc un procédé d'estimation, et de régulation des tractions/compressions dans un laminoir multicage travaillant des produits métalliques à chaud.
Selon une caractéristique de l'invention, à partir d'une situation initiale où à l'occasion du passage d'un produit par les différentes cages du train, il est mémorisé à titre de référence la valeur de couple mesurée pour chaque cage traversée par le produit, au moment où ce produit va atteindre la cage suivante en aval et alors que la cage pour laquelle la mesure est effectuée a été commutée de régulation de vitesse en régulation de couple. La dernière cage dans lequel le produit est entré agit en tant que cage pilote de vitesse vis-à-vis de toute autre cage, située en amont, pour permettre à celle-ci de conserver un couple égal à son couple de référence par une adaptation de sa vitesse.
Une réactualisation permanente de l'estimation du couple de traction et couple de laminage à traction nulle est effectuée pour chaque cage et l'estimation des tractions intercages permet une régulation de ces dernières à des niveaux prédéfinis dans un schéma de laminage. Ceci permet de viser un laminage avec des tractions intercages minimales, comme préconisé par de nombreux exploitants de laminoirs.
Selon une caractéristique de l'invention, à partir du moment où les mesures de couple de référence ont été mémorisées en tant que valeurs de référence de laminage, il est exploité une clé de répartition des contraintes de traction entre cages du train telle que: ΔCT,i = ΔCi - λ i ∑λ i S 0 Ri ri où ΔCT,i correspond, suivant son signe, à la variation de contrainte de traction ou compression pour la cage de rang i parmi les n cages du train,
où Ri et ri sont le rayon de travail et le rapport de réduction pour la cage de rang i,
où S0 correspond à la somme des variations du couple résistant mesuré (ΔCi) ramenées au niveau de la mécanique (ΔCi.ri) et divisées par le bras de levier ( ΔCi,ri / Ri ), ΔCi étant la variation du couple résistant Ci par rapport au couple de référence mémorisé pour la cage de rang i,
avec λi égal à zéro, soit si le produit S0.ΔCi est négatif, soit si le produit S0.ΔCi est positif, alors qu'il s'agit de la première cage et que la variation de couple résistant mesuré ΔC1, décalée en fonction de la vitesse sous la seconde cage, dépasse un seuil paramétrable, soit encore si le produit S0.ΔCi est positif, alors que la variation de couple résistant mesuré ΔCi-1 est supérieure à un second seuil paramétrable et que la variation de ce couple résistant mesuré ΔCi-1 décalée en fonction de la vitesse sous la cage i, avec i>1, est inférieure à un troisième seuil paramétrable;
ou λi égal à ΔCi, si le produit S0.ΔCi est positif, alors qu'il s'agit de la première cage et que la variation de couple résistant mesuré ΔCi décalée en fonction de la vitesse sous la seconde cage, est inférieure à un quatrième seuil paramétrable, ou soit encore qu'il s'agit d'une autre cage et que, soit la variation de couple résistant mesuré ΔCi-1 est inférieure à un cinquième seuil paramétrable, soit cette variation de couple ΔCi-1 décalée en fonction de la vitesse sous la cage i, avec i>1, est supérieure à un sixième seuil paramétrable.
L'invention propose aussi un système de commande pour laminoir multicage, travaillant des produits métalliques à chaud, dont les cages sont contrôlées par des unités de commande, à logique programmée, placées sous le contrôle d'au moins une unité de supervision commune, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens matériels et logiciels permettant d'assurer la mise en oeuvre du procédé tel que défini ci-dessus.
L'invention, ses caractéristiques et ses avantages sont précisés dans la description qui suit en liaison avec la figure évoquée ci-dessous.
La figure unique présente un schéma de principe d'un laminoir multicage.
Le laminoir schématisé sur la figure unique est supposé être un laminoir à chaud pour transformation de produits métalliques B. C'est par exemple un train à fil, à profilé ou barre, ou encore à bande ou plaque. Ce train est classiquement composé d'une pluralité de cages 1 successives représentées par une cage d'entrée de train 11 et une cage de sortie de train 1n entre lesquelles sont figurées deux des cages intermédiaires 12 et 1i, ces cages étant symbolisées par leurs paires de cylindres respectives.
Comme connu, les cylindres des cages sont entraínés par des moteurs électriques qui sont pilotés chacun par une unité de commande 2, telles les unités 21, 22, 2i et 2n. Ces unités sont elles-mêmes comprises dans un système de commande où elles sont sous le contrôle d'au moins une unité de supervision 3. Les unités de commande et de supervision sont ici supposés de type logique programmée et organisées autour de processeurs auxquels sont associées diverses mémoires et des interfaces spécialisées, notamment pour la commande des cages et pour l'exploitation du laminoir par le personnel exploitant. La structure et les fonctions respectives de ces éléments constitutifs combinant des moyens matériels et logiciels qui sont bien connus de l'homme de métier, ne sont développées ici que pour les parties qui ont un rapport direct avec l'objet de l'invention.
Comme indiqué plus haut, le procédé selon l'invention a pour objet d'éliminer de manière coordonnée les contraintes parasites de traction/compression par action au niveau des moteurs des cages du laminoir en prenant comme référence les couples développés par les différentes cages en vue d'obtenir un état dit de traction minimale au niveau du produit laminé lors du passage de ce produit par chacune des cages.
Le contrôle de traction minimale sur un train continu à un double intérêt, il permet de maintenir une contrainte minimale constante au niveau du produit ce qui en améliore la qualité, il permet aussi de réduire les phases de réglage des cages et donc d'éviter les déclassements des premiers produits. Il doit être réalisé tant à l'engagement du produit dans une cage que sur toute la longueur du produit.
Le contrôle de traction minimale à l'engagement est ici basé sur l'utilisation d'un dispositif à mémoire de couple qui suppose connue la valeur du couple de laminage CL.
Comme il est connu, cette valeur peut être établie en exploitant la relation: J dω dt =K.Φ.I-CL-CP où I est le courant d'induit du moteur de cage, Φ est l'induction dans ce moteur ,ω la vitesse de rotation, J l'inertie ramenée à l'arbre moteur, K le coefficient de couple et Cp le couple de pertes mécaniques.
L'induction dans le moteur est reconstituée à partir de la mesure de la vitesse de rotation ω du moteur. Le couple de laminage s'écrit: CL= ωbase Max(ω,ωbase ) CN IN I - J dω dt -CP où CNet IN
représentent respectivement le couple nominal et le courant nominal du moteur.
Le calcul en temps réel du couple de laminage d'une cage peut être réalisé dans le variateur de vitesse ici supposé inclus dans l'unité de commande de cette cage. Il est alors obtenu à partir de la référence de couple Cm obtenue en sortie d'étage de vitesse et de la mesure de vitesse.
Le couple de laminage CL est alors calculé de la façon suivante : CL =CM -J. dω dt -CP
Un filtrage réalisé sur la référence de couple permet une mise en phase des signaux de couple et de vitesse afin d'améliorer la détermination du couple de laminage.
Un exemple de dispositif à mémoire de couple est décrit ici en relation avec les deux premières cages du train schématisé sur la figure unique. Ce dispositif agit à partir d'une situation initiale où les moteurs de ces deux cages sont régulés en vitesse, cette régulation étant réalisée de manière classique, par exemple à l'aide d'un variateur de vitesse de type SYCONUM de la demanderesse.
Une mesure du couple de laminage de la cage 11 est effectuée juste avant l'engagement dans la cage 12 d'un produit en cours de laminage dans la cage 11. Il n'y a alors aucune traction ou compression en amont ou en aval de la cage 11. La valeur de couple ainsi déterminée est alors mémorisée en tant que valeur de référence initiale pour la période postérieure du laminage.
Suite à cette mesure et à la mise en mémoire correspondante, le moteur de la cage 11 est commuté de régulation de vitesse en régulation de couple. Dès que le produit est engagé dans la cage 12, celle-ci, régulée en vitesse, agit alors comme cage pilote vis-à-vis de la cage 11 qui s'adapte en vitesse de manière à conserver son couple égal à son couple de référence.
La détection de la présence d'un produit dans une cage est indiquée par la présence d'un signal dit de produit en cage. Ce signal est élaboré dans le variateur de vitesse d'une cage, d'une part, en l'absence de transitoire de vitesse, lorsque le couple de laminage instantané est supérieur à une valeur de seuil fixe ou éventuellement établie en fonction du produit à laminer, et, d'autre part, lorsque le couple de laminage instantané est supérieur à un seuil depuis un temps déterminé, alors qu'un transitoire de vitesse est en cours.
La synchronisation ainsi réalisée entre les deux cages permet d'assurer une absence de contrainte dans l'intercage, après un phénomène transitoire du aux inerties mécaniques. Elle est obtenue par prise en compte de paramètres électriques classiquement mesurés au niveau des alimentations des moteurs des cages. Ceci évite donc les problèmes de mise en oeuvre et de stabilité classiquement liés aux capteurs, lorsque ceux-ci sont présents.
Le dispositif présente une grande sensibilité dans la mesure où les variations de traction qui se produisent en aval d'une cage, se traduisent par d'importantes variations du couple de laminage au niveau de cette cage.
A partir du moment où une absence de traction est obtenue dans l'intercage entre les deux premières cages, il est possible de répéter l'opération pour la troisième puis successivement pour toutes les cages suivantes du laminoir. Chaque cage devient tour à tour pilote pour les cages situées en amont, jusqu'au moment où le pilotage est pris en main par la cage suivante.
Il est également envisageable d'utiliser un tel dispositif à mémoire de couple, lorsqu'il est prévu qu'un produit soit soumis à une traction ou une compression déterminée dans un intercage, en modifiant la valeur de couple CO,i mémorisée pour une cage 1i juste avant l'impact du produit dans la cage 1i+1 en lui ajoutant le couple de traction ou de compression souhaité.
CO,i devient C 0,i -T i , i +1. Ri ri où Ti,i+1 est la valeur de la traction ou compression intercage suivant qu'elle est positive ou négative et où Ri et ri sont le rayon de travail et le rapport de réduction de la cage 1i.
Il est aussi prévu de mettre en mémoire, la correction de vitesse apportée par le dispositif de mémoire de couple pour une cage, lors du laminage d'un produit, à partir de la valeur de référence initiale fixée par l'opérateur ou le schéma de laminage, de manière à corriger cette valeur de référence pour le produit suivant à laminer, si les produits sont homogènes entre eux. Ceci permet un auto-apprentissage pour les différentes cages du train à partir de corrections réalisées en phase de début de laminage.
Toutefois, l'utilisation du dispositif de mémoire de couple en phase d'engagement n'est préférablement pas conservée sous cette forme pour la suite de l'opération de laminage de manière à éviter que toute variation de couple ne soit considérée comme une variation de traction intercage.
Ainsi, toutes les cages en charge, à l'exception de la dernière qui est pilote de vitesse, sont régulées en couple, mais ce n'est pas le couple résistant qui est maintenu constant comme pendant la phase d'engagement. En effet, seule la part de couple correspondant au couple de traction de la cage est régulée. Une caractéristique de l'invention est de fournir les moyens d'estimer les différentes tractions intercages avec une bonne précision. Le niveau de traction régulé correspond généralement à un niveau proche de zéro ou de non-traction, mais il peut également correspondre à tout autre niveau souhaité
Le passage de la phase d'engagement à la phase de laminage normal se fait, pour la cage i, dès que le produit entre dans la cage i+1 et que le couple résistant de cette dernière est stable, le transitoire d'impact étant terminé.
Il est à noter que la dernière cage en charge dans un train est exploitée en tant que cage pilote de vitesse pour toute cage située en amont dans le laminoir. Toute variation de vitesse se produisant à son niveau doit donc se reporter en cascade sur toute cage placée en amont et ceci est ici réalisé par un dispositif de régulation des rapports de vitesse entre cages.
Ce dispositif a pour objet de contrôler le débit du train au droit de chaque cage pendant les phases d'engagement du produit et d'accélération globale du train, il est destiné à assurer la constance du rapport des vitesses de rotation de deux cages successives, telles 1i et 1i+1, par action sur celle de ces cages qui est en amont de l'autre.
A cet effet, le dispositif de régulation des rapports de vitesse met en mémoire, à titre de valeur de référence, le rapport de vitesses de rotation (ωi-1/ωi)0 pour les cages 1i-1 et 1i, quand la cage 1i est commutée en régulation de couple, juste avant que le produit en cours de laminage arrive à l'entrée de la cage 1i+1 afin de pouvoir exploiter ultérieurement cette valeur de référence, au cours du laminage.
La cage 1i s'auto-adapte en vitesse à l'engagement du produit en cours de laminage dans la cage 1i+1 grâce à la régulation de couple et elle déclenche une correction de la vitesse de la cage 1i-1, située en amont, d'une valeur
Figure 00070001
Toutes les cages du laminoir qui sont situées en amont se synchronisent alors successivement sous l'effet des régulations de rapport des vitesses spécifiques à chaque entraínement.
En phase de laminage normal le principe est exactement le même. La traction entre les cages i et i+1 est régulée par action sur la vitesse du moteur de la cage i et, comme précédemment, toutes les cages du laminoir en amont se synchronisent alors successivement sous l'effet des régulations de rapport des vitesses spécifiques à chaque entraínement.
L'algorithme permettant d'estimer toutes les tractions intercages découlent du raisonnement suivant :
On suppose d'abord qu'il n'y a pas de contrainte de traction ou compression dans le produit en entrée de la cage d'entrée 11 et en sortie de la cage de sortie 1n du laminoir et l'on suppose que les couples de laminage à traction nulle sont constants et que les variations de couple résistant au droit de chaque cage ne sont dues qu'aux variations des couples de traction intercage. Il est alors possible de définir les relations suivantes pour les différentes cages d'un laminoir.
Figure 00080001
où ΔCi est la variation du couple résistant par rapport au couple mémorisé pour la cage 1i, Ti étant la traction ou la compression intercage suivant son signe, Ri et ri étant le rayon de travail et le rapport de réduction pour cette cage 1i.
Ces relations permettent d'établir l'équation suivante:
Figure 00080002
Le couple de laminage pour une cage, tel qu'indirectement mesuré à partir du couple moteur de cette cage, est constitué de deux composantes qui correspondent respectivement au couple de laminage à traction nulle et au couple de traction ou de compression. Il peut être exprimé par l'équation: CL = CL,O +(Tentré e-Tsortie ) R r où CL est le couple de laminage ramené au moteur de cage, où CL,O est le couple de laminage à traction nulle ramené au moteur et où Tentrée et Tsortie sont respectivement la traction ou la compression intercage en entrée et en sortie de la cage considérée.
La première des deux composantes correspond au couple à fournir par le moteur d'une cage en l'absence de traction ou de compression en amont et en aval de la cage. La seconde de ces composantes a pour effet d'augmenter ou de diminuer le couple à fournir par le moteur de la cage considérée, suivant le cas.
Lorsque aux variations des contraintes de traction ou compression intercages s'ajoutent des variations de dureté ou de température du produit en cours de laminage ou encore des écarts dimensionnels au niveau de ce produit, les relations précédemment définies deviennent : ΔC 1=ΔCL ,0,1 - T 1. R 1 r 1 ΔC=ΔCL ,0, - T .R r + T 1. R r ΔC = ΔCL ,0, - T .R r +ΔT -1. R r ΔCn =ΔCL,0,n    + T n-1. Rn rn
Ces relations conduisent à l'équation°: ΔC r R    ΔC    r R    S mesuré ΔCi décalée en fonction de la vitesse sous la seconde cage dépasse un seuil paramétrable, soit encore si le produit S0.ΔCi est positif, alors que la variation de couple résistant mesuré ΔCi-1 est supérieure à un second seuil paramétrable et que cette variation de couple résistant mesuré ΔCi-1 décalée en fonction de la vitesse sous la cage i, avec i>1, est inférieure à un troisième seuil paramétrable;
- λi est égal à ΔCi, si le produit S0.ΔCi est positif, alors qu'il s'agit de la première cage et que la variation de couple résistant mesuré ΔCi décalée en fonction de la vitesse sous la seconde cage est inférieure à un quatrième seuil paramétrable, ou soit encore qu'il s'agit d'une autre cage et que, soit la variation de couple résistant mesuré ΔCi-1 est inférieure à un cinquième seuil paramétrable, soit cette variation de couple ΔCi-1 décalée en fonction de la vitesse sous la cage i, avec i>1, est supérieure à un sixième seuil paramétrable.
La clé de répartition au niveau des cages d'un laminoir multicage peut donc être écrite sous la forme suivante dans le cas des variations de couple de laminage à traction nulle ΔCL,0,i:
Figure 00100001
d'où β= 1 / Σλ i
Cette forme convient bien, quels que soient les niveaux de couple des cages.
La clé de répartition au niveau des cages d'un laminoir multicage dans le cas des variations liées aux contraintes de traction ΔC T,i est telle que : ΔCT,i = ΔCi - λ i Σλ i S 0 Ri ri et l'on a toujours Σ Ri ri ΔCT,i =0
Il est donc possible d'estimer les parts respectives des tractions amont et aval dans le couple total de traction du moteur d'une cage pour chacune des cages en partant de la cage de sortie 1n du laminoir et en remontant cage par cage vers la cage d'entrée 11.
Cette estimation s'établit alors au moyen des relations suivantes :
Figure 00100002
Les efforts de traction et/ou de compression intercages Ti peuvent être déterminés à partir des relations précédemment définies.
Le système de commande utilisé est un système entièrement numérique où toutes les tractions intercages sont périodiquement calculées à la période d'échantillonnage du système.
Ainsi à l'instant t=n.T ou T est la période d'échantillonnage et où n est l'indice de l'échantillon, on peut écrire :
Figure 00110001
où Cmem,o,i représente le couple de référence mémorisé à l'instant t=0 équivalent au couple de laminage à traction nulle à l'engagement de la cage i.
Cmem,i(n) est le couple mémorisé de la cage i à l'instant n.T.
ΔCL,o,i(j) représente la variation de couple de laminage à traction nulle de la cage i à l'instant t=j.T par rapport à l'instant précédent (j-1).T.
ΔCi(n) qui est la variation du couple de laminage de la cage i par rapport au couple mémorisé à l'instant précédent s'écrit alors : ΔCi(n) = ΔCL,o,i(n) + ΔCT,i(n) = Ci(n)-Cmem,i(n-1) où Ci(n) est le couple de laminage de la cage i à l'instant n.T.
Les couples Cmem,i et les variations de couple ΔCi sont calculés à chaque instant d'échantillonnage comme indiqué ci-dessus.
Le calcul des variations de couple ΔCL,o,i et ΔCT,i se fait alors conformément à l'algorithme décrit précédemment en utilisant la clé de répartition.
Il est fondamental de noter qu'une caractéristique de l'invention est de réactualiser en permanence le couple de référence mémorisé Cmem,i qui représente en fait le couple de laminage à traction nulle de la cage i tel qu'il évolue en cours de laminage.
Les couples de traction intercages sont donc régulés et il n'y a par contre pas de régulation au niveau des couples résistants totaux des cages. Un défaut, telle une variation de dureté où une variation dimensionnelle de produit, se traduisant par un échelon de couple résistant lorsque ce défaut est dans une cage conduira le système de commande mettant en oeuvre le procédé selon l'invention à tendre à annuler les variations de contraintes de traction/compression intercages qui apparaítront immanquablement en raison des modifications de la section du produit en sortie de cage et du glissement aval au niveau de cette cage. Des corrections en cascade sont ainsi réalisées de cage à cage.

Claims (3)

  1. Procédé de régulation des tractions/compressions dans un laminoir multicage travaillant des produits métalliques à chaud caractérisé en ce qu'à partir d'une situation initiale où à l'occasion du passage d'un produit par les différentes cages du train, il est mémorisé à titre de référence la valeur de couple mesurée pour chaque cage traversée par le produit au moment où ce produit va atteindre la cage suivante en aval, et alors que la cage pour laquelle la mesure est effectuée a été commutée de régulation de vitesse en régulation de couple et en ce que la dernière cage dans laquelle le produit est entré agit en tant que cage pilote de vitesse vis-à-vis de toute autre cage, située en amont, pour permettre à celle-ci de conserver un couple égal à son couple de référence par une adaptation de sa vitesse.
  2. Procédé de régulation, selon la revendication 1, dans lequel à partir du moment où les mesures de couple de référence ont été mémorisées en tant que valeurs de référence de laminage, il est exploité une clé de répartition des contraintes de traction entre cages du train telle que: ΔC T,i = ΔC i - λ i Σλ i S 0 Ri ri où ΔCT,i correspond, suivant son signe, à la variation de contrainte de traction ou compression pour la cage de rang i parmi les n cages du train,
    où Ri et ri sont le rayon de travail et le rapport de réduction pour la cage de rang i,
    où S0 correspond à la somme des variations du couple résistant mesuré (ΔCi) ramenées au niveau de la mécanique (ΔCi.ri) et divisées par le bras de levier ( ΔC.r / R), ΔCi étant la variation du couple résistant Ci par rapport au couple de référence mémorisé pour la cage de rang i,
    avec λi égal à zéro, soit si le produit S0.ΔCi est négatif, soit si le produit S0.ΔCi est positif, alors qu'il s'agit de la première cage et que la variation de couple résistant mesuré ΔCi, décalée en fonction de la vitesse sous la seconde cage, dépasse un seuil paramétrable, soit encore si le produit S0.ΔCi est positif, alors que la variation de couple résistant mesuré ΔCi-1 est supérieure à un second seuil paramétrable et que cette variation de couple résistant mesuré ΔCi-1 décalée en fonction de la vitesse sous la cage i, avec i>1, est inférieure à un troisième seuil paramétrable;
    ou λi égal à ΔCi, si le produit S0.ΔCi est positif, alors qu'il s'agit de la première cage et que la variation de couple résistant mesuré ΔCi, décalée en fonction de la vitesse sous la seconde cage, est inférieure à un quatrième seuil paramétrable, ou soit encore qu'il s'agit d'une autre cage et que, soit la variation de couple résistant mesuré ΔCi-1 est inférieure à un cinquième seuil paramétrable, soit cette variation de couple ΔCi-1 décalée en fonction de la vitesse sous la cage i, avec i>1, est supérieure à un sixième seuil paramétrable.
  3. Système de commande pour laminoir multicage, travaillant des produits métalliques à chaud, dont les cages sont contrôlées par des unités de commande, à logique programmée, placées sous le contrôle d'au moins une unité de supervision commune, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens matériels et logiciels permettant:
    de mesurer la valeur de couple pour chaque cage traversée par un produit au moment où ce produit va atteindre la cage suivante en aval ;
    de commuter de régulation de vitesse en régulation de couple une cage traversée par ledit produit lorsque ce dernier va atteindre la cage suivante en aval ;
    d'activer en tant que cage pilote de vitesse vis-à-vis de toute autre cage, située en amont, la dernière cage dans lequel le produit est alors entré.
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