EP1466675B1 - Procédé et dispositif de régulation de l'épaisseur d'un produit laminé - Google Patents

Procédé et dispositif de régulation de l'épaisseur d'un produit laminé Download PDF

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EP1466675B1
EP1466675B1 EP04300199A EP04300199A EP1466675B1 EP 1466675 B1 EP1466675 B1 EP 1466675B1 EP 04300199 A EP04300199 A EP 04300199A EP 04300199 A EP04300199 A EP 04300199A EP 1466675 B1 EP1466675 B1 EP 1466675B1
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EP
European Patent Office
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thickness
speed
stand
stands
product
Prior art date
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EP04300199A
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EP1466675A1 (fr
Inventor
Michel Abi-Karam
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Primetals Technologies France SAS
Original Assignee
VAI Clecim 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
    • B21B37/16—Control of thickness, width, diameter or other transverse dimensions
    • B21B37/18—Automatic gauge control
    • B21B37/20—Automatic gauge control in tandem mills
    • 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
    • B21B37/46—Roll speed or drive motor control
    • 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
    • B21B37/00—Control devices or methods specially adapted for metal-rolling mills or the work produced thereby
    • B21B37/58—Roll-force control; Roll-gap control

Definitions

  • the subject of the invention is a method for regulating the final thickness of a rolled product, at the outlet of a tandem rolling installation, making it possible in particular to optimize the productivity of such an installation by balancing the currents.
  • drive motors of the various cages so as to allow an increase in the general speed of rolling, without the risk of overloading one or the other of the engines.
  • the invention also covers a regulating device enabling the implementation of such a method.
  • the invention is specifically intended for the cold rolling of metal strips, for example of steel, but can generally be applied to any installation comprising several rolling stands operating in tandem for the progressive thickness reduction. a product scrolling successively between the working rolls of said cages.
  • a rolling mill comprises, in general, at least two working rolls mounted inside a support cage and defining a gap for the passage of the product to be rolled, the cage carrying means for applying an adjustable clamping force between the rolls.
  • the number of cylinders may vary according to the type of mill, for example duo, quarto, sexto or other.
  • the latter are driven in rotation about their axis by motor means which apply a driving torque, either directly on the work rolls, or indirectly, on the support rolls in a quarto assembly or on intermediate cylinders in a sexto assembly.
  • tandem rolling installations comprising at least two successive cages each performing part of the reduction in thickness. From a raw thickness, the product thus undergoes, in the first cage, a first thickness reduction and it leaves at a speed determined by the speed of rotation of the working rolls. In the second cage, it undergoes a second reduction of thickness and leaves at a higher speed to respect the law of conservation of the masses.
  • the working rolls of the second cage must therefore be rotated at a speed greater than that of the rolls of the first stand, these speeds being in the inverse ratio of the reductions made in each stand.
  • mass flow control also called "mass flow”.
  • AGC automatic gage control
  • each cage it is necessary that the rolling force and the rolling torque applied, respectively, for a certain reduction in thickness, by the clamping means and by the driving means of the working rolls, are adapted to the characteristics of the product. to roll.
  • a "rolling scheme” which determines the successive reductions in thickness assigned to each cage according to the geometric and metallurgical characteristics of the product.
  • This preset system can be in the form of multiple input tables giving the settings to be displayed for each cage according to the input parameters.
  • the operators enter in advance the characteristics of the belts to be rolled according to the planned production program and it is then sufficient to validate these data at the end of the strip head of the product under consideration in the rolling mill.
  • more advanced presetting systems can also be used with a mathematical model that calculates a reduction scheme for each band entering the tandem mill. Such a model then establishes possible reduction values for the cages and can perform certain optimizations so as to choose the rolling pattern corresponding to the best distribution of the power.
  • the most advanced models also have the possibility of recalibration by frequently recording the actual values of the rolling parameters such as the rolling forces, the torques applied by the motors and their speeds.
  • the means for rotating the rolls are electric motors having a base speed for which they give their nominal torque. Therefore, in the design of the rolling mill, a reduction in average thickness for each cage is taken into account. Since the engines are generally built to have the same basic speed, a gear reducer is often installed between the engine and the cage, the reduction ratio of which is different for each cage so as to obtain the same speed on the engine. high speed shaft of the gearbox.
  • the object of the invention is to solve such a problem, and in particular to optimize the productivity of the installation, by means of a method making it possible to improve the efficiency of the control device without excessive complication thereof.
  • the method according to the invention can, in fact, be implemented by simple and relatively inexpensive means which simply add to the regulation means usually used.
  • the invention therefore generally relates to a method for regulating the final thickness of a rolled product at the outlet of a tandem rolling plant associated with a general system for controlling the various cages determining an increase. progressive rotation of the rolls according to the gradual change in thickness from one cage to the next, and a system for regulating the reduction in thickness and the product tension in each space between two successive cages .
  • control system realizes, in real time, a dynamic equilibrium, between the different cages, of the torques applied in each cage on the work rolls, without significant disturbance of the final thickness of the product at the exit of the installation.
  • control system controls a variation of the rolling speed in at least one of the cages and consequently modifies the distribution of the reduction in thickness and the staggering of the speeds between the different cages in order to distribute substantially the same, on all motor means, the effort to be applied for driving the product at a given speed at the output of the installation with maintenance of the final thickness at a determined value.
  • the overall reduction in thickness to be made between the inlet and the outlet of the installation is distributed according to a rolling pattern, by a system of presetting.
  • the load imposed, in each cage, on the means for rotating the work rolls in order to obtain the speed determined by the rolling pattern is detected at each moment, and the thickness reduction assigned to the most loaded cage in order to dynamically balance the loads applied to the different cages.
  • the speed of rotation of the rolls of said cage is decreased with respect to the speed set by the rolling pattern.
  • this potential thickness defect is compensated by anticipation by controlling a variation in opposite direction of the speed of all the cages situated upstream of said most loaded cage, likely to reduce the thickness reduction performed. in said upstream cages, in order to carry out a load transfer on the cages placed downstream of said most heavily loaded cage.
  • the rolling speed is increased in the previous cage located immediately upstream, so to reduce the thickness of the product before its arrival in the most loaded cage.
  • Such an increase in speed in the previous cage determines a corresponding increase in speed in the cage that is the most loaded which could cause a thickness defect at the exit of the installation during a transitional period.
  • this potential thickness defect is compensated, in anticipation, by controlling an increase in the rolling speed in the cages situated further upstream of said preceding cage, so as to achieve a charge transfer on the whole cages placed upstream of the most loaded cage, increasing the reduction in thickness made in each of them.
  • the thickness variation of the product during its advance from the first to the last cage of the installation is continuously monitored in order to control a speed variation of certain cages capable of compensating for a potential thickness defect during a transitional period corresponding to the time required in advance, between two successive cages, of the variation of thickness resulting from a variation of speed of the upstream cage, in order to keep constant , at every moment, the thickness of the product at the exit of the last cage of the installation.
  • Such a method makes it possible, after performing the dynamic balancing of the loads applied on all the cages, to increase the rolling speed in one of the stands serving as a pivot cage, the control system then varying accordingly the speeds of the other cages, so as to increase the speed of the product at the exit of the installation without disturbing the final thickness and maintaining the dynamic balancing between all the cages.
  • the drive means of the cylinders are, generally, electric motors.
  • the regulation system according to the invention makes it possible to dynamically balance the currents without exceeding the rated current in each motor.
  • the invention also covers an improved control device for the implementation of the method and comprising, for this purpose, a closed loop dynamic balancing circuit, between the different cages, couples applied by the drive means of each cage for obtaining the desired final thickness and maintaining it at a substantially constant value.
  • the regulation device being associated, in a conventional manner, with a system for presetting the reduction in thickness assigned to each cage and the corresponding rolling speed
  • the dynamic balancing circuit according to the invention comprises correction means, on each cage, the speed setpoint determined by the presetting system, so as to change the distribution of the reduction in thickness between the different cages.
  • the dynamic balancing circuit includes a transient control module acting in a closed loop on the drive means of the cylinders, so as to provide, in advance, an additional correction to the speed reference during a transitional period of advancement of the product between a cage whose speed setpoint has been corrected and the next cage.
  • this transient control module is associated with a device for constantly monitoring the variation in the thickness of the product during its movement between the input and the output of the installation, which determines the instants of the beginning and the the end of the transitional period during which an additional correction is made to the speed reference of at least one of the cages.
  • FIG. 1 schematically represents a tandem rolling installation equipped with a thickness and traction regulation system according to the prior art.
  • Figure 2 schematically shows a tandem rolling plant equipped with a thickness and traction control system according to the invention.
  • Figure 3 schematically illustrates the distribution of motor currents of a tandem rolling plant according to the prior art.
  • FIG. 1 diagrammatically shows the assembly of a tandem rolling plant, comprising five mill stands identified from 1 to 5.
  • Such an installation provided, for example for cold rolling of sheets, operates in continuous, and is associated with an input traction device.
  • Each rolling mill stand for example of the quarto type, comprises two working rolls T, T 'defining an air gap for passing the product to be rolled B and bearing on two support rolls S, S' between which a rolling force is applied between clamping means such as hydraulic cylinders 11,21,31,41,51.
  • a rotating drive means such as an electric motor 12, 22, 32, 42, 52 applies, directly or indirectly, a rolling torque on at least one of the working rolls T, T '.
  • the force and the rolling torque are a function of the nature of the product to be rolled, as well as the reduction in thickness to be achieved in each cage.
  • the thickness of the product is kept constant at the exit of the cage 1.
  • a thickness gauge 13 which will ensure this function by acting on the hydraulic clamping 11. It is also possible to improve this regulation by measuring the gross thickness h o of the band B at the inlet of the installation using another thickness gauge 13 ' installed at the entrance of the cage 1 and also acting on the hydraulic clamping 11 thereof.
  • a rolling pattern established in advance allows, according to the characteristics of the product to be rolled and the possibilities of the installation, to distribute the reduction in thickness between the different cages and the staggering of the speeds which in results in order to respect the law of conservation of the masses.
  • a control system allows, from the indications given by tensiometers 15, 25, 35, 45 installed at the output, respectively, cages 1, 2, 3, 4 to act on the hydraulic clamping means. , respectively 21, 31, 41, 51 of the following stands 2, 3, 4, 5 in order to correct the reduction in thickness and, consequently, the applied torque, so as to maintain a constant traction in each space 10, 20, 30, 40 between two successive cages, without modifying the ratio between the drive speeds of the respective cylinders.
  • the tension meter 15 installed at the outlet of the cage 1 acts on the hydraulic clamping 21 of the cage 2
  • the tension meter 25 installed at the outlet of the cage 2 acts on the hydraulic clamping 31 of the cage 3 and so on. It is therefore ensured that at each instant the speed of the band at the entrance of a cage is equal to the speed of the band at the exit of the previous cage.
  • the preset system determines, according to the rolling scheme, the reduction in thickness to be performed in each cage and the corresponding motor speed to satisfy equation (1).
  • the tension meter 15 installed in the inter-cage space 10 at the outlet of the cage 1 acts on the hydraulic clamping 21 of the cage 2
  • the tension meter 25 installed in the space 20 at the outlet of the cage 2 acts on the hydraulic clamping 31 of the cage 3 and so on. Thanks to this traction control, at each instant the speed of the band at the entrance of a cage is maintained equal to the speed of the band at the exit of the previous cage.
  • the thickness regulation can be ensured, in a conventional manner, by means of a thickness gauge 53 placed at the outlet 50 of the last cage 5 and acting on the speed V5 of the motor 52 or, sometimes, the motor 42 of the cage 4.
  • Such a presetting system may consist simply of presetting tables indicating the intermediate thicknesses for each cage, but may also use a mathematical model capable of calculating the intermediate thicknesses h i * depending on the characteristics of the product to roll, from databases periodically updated by measurements on the rolling mill.
  • equation (2) only makes it possible to adjust the speeds in relative value with respect to each other.
  • the presetting system determines all the thickness instructions h i * according to the characteristics of the product to be rolled and the power available on them. rolling mill cages, with a certain degree of optimization that depends on the performance of the mathematical model used.
  • the part of the control system of a tandem mill that manages all speeds around that of a cage taken as a pivot and allows control of acceleration and deceleration ramps is commonly called the "master speed”.
  • a final control of the thickness is provided by the gauge 53 installed at the outlet of the cage 5, so as to correct the residual errors by changing the speed of the last cage of the rolling mill, or those of the last two cages.
  • the invention solves this problem by achieving, at each instant, a dynamic balancing, between all the cages, couples to be applied by the motors.
  • h i * the thickness of the band at the exit of the cage i corresponding to the set value of the reduction rate assigned to the cage i by the presetting system
  • h i the value of the actual output thickness of the cage i.
  • the idea of the invention is to reduce the rate of reduction of the overloaded cage in real time by modifying the speeds of the cages so as to change, by a device acting in a closed loop, all the values h i * without disturbing the maintaining at a constant value of the outlet thickness h 5. If we consider the example given in Figure 3, it is possible to reduce the reduction of the cage 3, increasing the output thickness h 3 *. Therefore, to maintain constant final thickness h 5 at the output 50 of the installation, it is necessary to request more reduction in the cage 4 but, precisely, it has available power. This results in a balancing of the currents by a transfer of power on the cages located downstream of the overloaded cage.
  • a decrease in the speed setpoint of the cage 3 thus causes an increase in the output thickness h 3 and, consequently, a reduction in the torque to be applied by the motor 13, which makes it possible to achieve the desired effect.
  • this potential thickness defect can be compensated by anticipating it by creating it in advance by simultaneous shifting of the stands 1 and 2, in the example chosen.
  • the thickness h 3 has increased and, when the speed of the cage 3 is simultaneously lowered by restoring the speeds of the cages 1 and 2 to their initial value, the an increased value of h 3 is maintained and the flow rate h 3 V 3 is constant at the inlet of the cage 4.
  • the thickness h 4 is thus kept constant and the outlet thickness h 5 .
  • the potential thickness defect resulting from this instantaneous variation of the speed can be compensated by anticipation so as to keep the output thickness h 5 constant, thanks to the method of the invention which makes it possible to control in real time and during the transient interval, instantaneous variations in the thickness, by means of a temporary reverse modification of the speeds of the cages situated upstream of the overloaded cage.
  • Equations (2) show that this result can be obtained by increasing the speed of the cage 2. Indeed, since the thickness h 1 at the exit of the cage 1 is kept constant by the regulation of the cage 1, a Increasing the speed of cage 2 will result in a decrease in thickness h 2 , which is the goal. This increase in the thickness reduction ratio in the cage 2 causes an increase in the power consumed by the engine 12. There is therefore a power transfer on the cages located upstream of the cage with the highest load.
  • a decrease in the speed reference V 1 * will therefore induce a decrease in thickness h 2 which is the goal. Then, when the decreased thickness h 2 reaches the cage 3, the thickness monitoring device, working in real time and in a closed loop, makes it possible to increase the speeds of the cages 1 and 2 at the same time to obtain the desired effect. without causing a variation of the thickness h 5 at the exit of the rolling installation.
  • an overload in a cage is thus avoided by increasing the speed of the preceding cage and, to compensate for the potential thickness error thus generated, an increase in speed of the cage or cages still upstream.
  • the invention thus makes it possible to transfer power from the overloaded cage to all of the upstream cages while maintaining the output thickness constant.
  • the method of the invention which operates in real time and is applied to a closed-loop installation, enables the currents of the cage drive motors to be rebalanced at any time by combining the effects of balancing on the upstream cages. with those of balancing on downstream cages, and this for all cages simultaneously.
  • the invention also covers a device for implementing the method represented by way of example in FIG. 2.
  • This representation is purely schematic since such an installation can make use not only of conventional electronic circuit technologies using elementary circuits. comparators, amplifiers, controllers, themselves including proportional, integral and differential action gain settings, but also to newer digital control technologies based on computers and microprocessors, as long as they allow to act in a closed loop, with sufficiently short response times to perform a real-time action, with respect to the other response times of the other parts of the rolling installation.
  • the level 6 of dynamic balancing includes a measurement of the currents consumed by the cage motors by means of current transformers 16, 26, 36, 46, 56.
  • the dynamic balancing system 6 also contains comparison circuits capable of selecting at each moment the most loaded cage, as well as the transfer function and the gains necessary for the conversion of the load differences into a variation of the thickness instructions. , which will be the new references of thickness h i * cages leading, in steady state, to the equilibrium of currents.
  • the circuit 6 will generate the variations necessary to control inter-cage thicknesses, using controllers with proportional gain adjustment, integral and differential, so as to reduce the reduction rates of the most loaded cages in the manner described in the process of the invention.
  • the thickness wafer 7 comprises the circuits necessary for the transformation of the inter-cage thickness variations into speed commands of the drive motors, as well as those of the management of the inter-cage thicknesses. transients and, in particular, the system for monitoring the advance of the B-band in the rolling mill.
  • the control of the transients 7 will develop the transient and anticipatory variations of cage speed that will allow the balancing of currents, without causing even transient variation of the output thickness. All of these circuits act in real time, in regulation and in a closed loop between the measurement of the differences of the currents of the motors, taken as a sort of error signal at the input of the loop, and the variations of setpoints of the speeds of the drive motors, which constitute the output signals.
  • Such a device, according to the invention, for balancing the currents of the drive motors operating in real time and in a closed loop can be adapted to any device for regulating the output thickness and is an integral part of it. this.
  • the invention is not limited to the embodiment which has just been described as a simple example and can be applied to any set of rolling stands operating in tandem and comprising at least two successive cages.
  • the invention is not limited to cold rolling and can also be applied to a tandem hot rolling mill such as the finishing train of a hot band train.
  • the AGC control system that has been described briefly can be of any type allowing control of the final thickness of the rolled product. Indeed, because the invention is based on the respect of the law of "mass flow", it would be possible to imagine variations in the operation of the thickness regulation.

Description

  • L'invention a pour objet un procédé de régulation de l'épaisseur finale d'un produit laminé, à la sortie d'une installation de laminage en tandem, permettant en particulier d'optimiser la productivité d'une telle installation en équilibrant les courants des moteurs d'entraînement des différentes cages, de façon à permettre une augmentation de la vitesse générale de laminage, sans risque de surcharge de l'un ou l'autre des moteurs. L'invention couvre également un dispositif de régulation permettant la mise en oeuvre d'un tel procédé.
  • L'invention est prévue spécialement pour le laminage à froid de bandes métalliques, par exemple en acier, mais peut s'appliquer, d'une façon générale, à toute installation comportant plusieurs cages de laminage fonctionnant en tandem pour la réduction d'épaisseur progressive d'un produit défilant successivement entre les cylindres de travail desdites cages.
  • On sait qu'un laminoir comporte, de façon générale, au moins deux cylindres de travail montés à l'intérieur d'une cage de support et définissant un entrefer de passage du produit à laminer, la cage portant des moyens d'application d'un effort de serrage réglable entre les cylindres. Le nombre de cylindres peut varier selon le type de laminoir par exemple duo, quarto, sexto ou autre.
  • Pour déterminer l'avancement du produit entre les cylindres, ces derniers sont entraînés en rotation autour de leur axe par des moyens moteurs qui appliquent un couple d'entraînement, soit directement sur les cylindres de travail, soit indirectement, sur les cylindres d'appui dans un montage quarto ou sur des cylindres intermédiaires dans un montage sexto.
  • On connaît depuis longtemps des installations de laminage dites « en tandem » comportant au moins deux cages successives réalisant chacune une partie de la réduction d'épaisseur. A partir d'une épaisseur brute, le produit subit donc, dans la première cage, une première réduction d'épaisseur et il en sort à une vitesse déterminée par la vitesse de rotation des cylindres de travail. Dans la seconde cage, il subit une seconde réduction d'épaisseur et sort à une vitesse supérieure pour respecter la loi de conservation des masses. Les cylindres de travail de la seconde cage doivent donc être entraînés en rotation à une vitesse supérieure à celle des cylindres de la première cage, ces vitesses étant dans le rapport inverse des réductions effectuées dans chaque cage.
  • D'autre part, les couples de rotation appliqués sur les cylindres de travail sont réglés de façon que chaque cage intermédiaire exerce un effort de traction sur la bande sortant de la cage précédente.
  • Il est nécessaire d'assurer une régulation, d'une part de la réduction d'épaisseur effectuée dans chacune des cages afin d'obtenir, à la sortie de l'installation, un produit ayant une épaisseur constante avec un certain degré de précision et, d'autre part, de maintenir la bande parfaitement tendue dans chaque espace dit « inter-cages » entre deux cages successives, afin d'éviter d'atteindre des niveaux de traction qui risqueraient d'entraîner une rupture de la bande.
  • Habituellement, le contrôle de l'épaisseur de la bande au cours de son passage dans les cages successives d'un laminoir tandem est assuré par le contrôle du débit masse, encore appelé « mass flow ».
  • Dans un procédé de régulation connu, utilisé habituellement pour obtenir, à la sortie de l'installation, une bande ayant une épaisseur donnée, on maintient à une valeur constante, d'une part l'épaisseur de la bande à la sortie de la première cage, et d'autre part, le rapport des vitesses entre la première et la dernière cage.
  • Les vitesses des cages intermédiaires peuvent être déduites de ces conditions car elles sont imposées par la loi de conservation des masses de métal traversant les cages du laminoir, et elles sont dans le rapport inverse des réductions que l'on attribue à chaque cage de laminage.
  • La régulation de l'épaisseur à la sortie de la première cage est généralement assurée, sur un laminoir moderne, par les moyens de serrage qui sont pilotés par une jauge d'épaisseur située en aval de cette cage. Certains systèmes plus perfectionnés comportent aussi une jauge d'épaisseur en amont de cette cage. Un tel système de régulation du laminoir tandem couramment appelé « automatic gage control » ou AGC, est décrit, par exemple, dans l'article « Dynamic Control of Tension, Thickness and Flatness for a Tandem Cold Mill » de Tirlochan S.Bilkhu, paru dans la revue AISE Steel Technology, vol 78, n°10, Octobre 2001, pages 49-54.
  • D'autre part, pour assurer la régulation des efforts de traction dans les espaces inter-cages, on agit généralement sur les moyens de serrage des cages, car il n'est pas possible de modifier le rapport des vitesses entre les cages successives sans affecter l'épaisseur de sortie. On installe pour cela, dans chaque espace inter-cages, un dispositif de mesure de traction tel qu'un rouleau tensiomètre qui agit en régulation sur le serrage de la cage située en aval. Une jauge d'épaisseur, placée à la sortie de l'installation de laminage, contrôle l'épaisseur finale en agissant sur la vitesse de la dernière ou des deux dernières cages du laminoir tandem. Un tel système de contrôle des tractions inter-cages, aussi appelé « automatic tension control » ou ATC, est décrit également dans l'article de la revue AISE Steel Technology cité plus haut.
  • Dans chaque cage, il est nécessaire que la force et le couple de laminage appliqués, respectivement, pour une certaine réduction d'épaisseur, par les moyens de serrage et par les moyens d'entraînement des cylindres de travail, soient adaptés aux caractéristiques du produit à laminer. Pour chaque type de produit, il faut donc élaborer un « schéma de laminage », qui détermine les réductions successives d'épaisseur affectées à chaque cage en fonction des caractéristiques géométriques et métallurgiques du produit.
  • Cependant, il n'est pas possible de demander aux opérateurs d'établir, de manière optimale et à chaque instant, un schéma de laminage pour chaque produit entrant dans la production annuelle du laminoir.
  • De façon connue, pour obtenir un résultat de ce type de manière automatique, on peut utiliser un système de préréglage de calcul des schémas de laminage, prenant en compte toutes les caractéristiques de l'installation telles que les puissances des moteurs d'entraînement, les intensités et les vitesses maximales des moteurs, les forces maximales possibles sur les cages de laminage, etc. Ce système de préréglage doit aussi tenir compte des caractéristiques géométriques et métallurgiques du produit à laminer et de l'interface produit/laminoir pour établir des paramètres de laminage adaptés à chaque format et nature de bande composant la production annuelle du laminoir. Ces paramètres sont, en particulier, l'épaisseur d'entrée et l'épaisseur de sortie, éventuellement la température, la dureté, ou encore la contrainte d'écoulement et la variation de cette contrainte au fur et à mesure de la réduction d'épaisseur, ainsi que le coefficient de frottement de l'interface tôle/cylindre.
  • Ce système de préréglage peut se présenter sous forme de tables à entrées multiples donnant les réglages à afficher pour chaque cage en fonction des paramètres d'entrée. Dans certains systèmes connus, les opérateurs entrent par avance les caractéristiques des bandes à laminer selon le programme de production prévu et il suffit alors de valider ces données à l'arrivée de la tête de la bande du produit considéré dans l'installation de laminage.
  • Cependant, on peut aussi utiliser des systèmes de préréglage plus perfectionnés comportant un modèle mathématique qui calcule un schéma de réduction pour chaque bande entrant dans le laminoir tandem. Un tel modèle établit alors des valeurs de réduction possibles pour les cages et peut réaliser certaines optimisations de façon à choisir le schéma de laminage correspondant à la meilleure répartition de la puissance. Les modèles les plus perfectionnés ont aussi la possibilité de se recaler en enregistrant fréquemment les valeurs réelles des paramètres de laminage tels que les forces de laminage, les couples appliqués par les moteurs et leurs vitesses.
  • Par ailleurs, il faut avoir la possibilité de faire varier la vitesse générale de l'installation de laminage afin d'accélérer ou de ralentir le produit à la sortie de l'installation. Or, la loi de conservation des masses ne permet de régler les vitesses que l'une par rapport à l'autre, en valeur relative. Dans un procédé connu, on agit donc sur la vitesse de l'une des cages, appelée cage pivot et la vitesse des autres cages est gérée par un système de contrôle de façon à conserver les rapports de vitesse correspondant à la répartition du taux de réduction entre les différentes cages.
  • En pratique, les moyens d'entraînement en rotation des cylindres sont des moteurs électriques ayant une vitesse de base pour laquelle ils donnent leur couple nominal. De ce fait, il est tenu compte, dans la conception du train de laminoir, d'une réduction d'épaisseur moyenne pour chaque cage. Les moteurs étant, en général construits pour avoir la même vitesse de base, on installe bien souvent, entre le moteur et la cage, un réducteur de vitesse dont le rapport de réduction est différent pour chaque cage de manière à obtenir la même vitesse sur l'arbre grande vitesse du réducteur.
  • Cette conception générale du laminoir tandem avec un échelonnement des vitesses sur l'arbre grande vitesse, déterminant la vitesse de rotation des cylindres de laminage, de la première cage à la dernière, s'appelle couramment le « cône de vitesse ».
  • Or, dans la réalité de la production, le taux de réduction exact à appliquer à chaque cage pour obtenir sur le produit la réduction d'épaisseur souhaitée, ne coïncide pas exactement avec l'échelonnement des vitesses des moteurs. Il en résulte que tous les moteurs ne se trouvent pas sur le même point de fonctionnement. Si l'on veut augmenter la vitesse générale de laminage, certains moteurs vont donc atteindre leur limite d'intensité avant d'autres et empêcher ainsi de produire à la vitesse optimale de l'installation.
  • Par conséquent, dans de très nombreux cas, la vitesse maximale possible ne peut pas être atteinte et la productivité de l'installation de laminage ne correspond pas à sa capacité théorique.
  • Les systèmes de préréglage utilisés actuellement ne permettent pas de résoudre ce problème. En effet, certains paramètres de laminage importants tels que le coefficient de frottement entre la bande et les cylindres de laminage, qui dépend des états de surface et de la lubrification, ne sont accessibles aux modèles de réglage que par un calcul très indirect à partir des mesures d'intensité, de force et de vitesse. Lorsque l'on procède à un changement des cylindres de travail, le diamètre et l'état de surface des cylindres vont changer, ainsi que l'équilibre thermique du laminoir. Même si l'on utilise un modèle mathématique, celui-ci ne pourra pas trouver très rapidement le bon réglage des réductions par cage permettant d'obtenir la vitesse maximale de l'installation, donc l'optimum de sa productivité.
  • L'invention a pour objet de résoudre un tel problème, et, en particulier, d'optimiser la productivité de l'installation, grâce à un procédé permettant d'améliorer l'efficacité du dispositif de régulation sans complication excessive de celui-ci. Le procédé selon l'invention peut, en effet, être mis en oeuvre par des moyens simples et relativement peu onéreux qui s'ajoutent simplement aux moyens de régulation utilisés habituellement.
  • L'invention concerne donc, d'une façon générale, un procédé de régulation de l'épaisseur finale d'un produit laminé à la sortie d'une installation de laminage en tandem associée à un système général de contrôle des différentes cages déterminant une augmentation progressive de la vitesse de rotation des cylindres en fonction de la variation progressive d'épaisseur d'une cage à la suivante, et à un système de régulation de la réduction d'épaisseur et de la tension du produit dans chaque espace entre deux cages successives.
  • Conformément à l'invention, le système de régulation réalise, en temps réel, un équilibrage dynamique, entre les différentes cages, des couples appliqués dans chaque cage sur les cylindres de travail, sans perturbation sensible de l'épaisseur finale du produit à la sortie de l'installation.
  • De façon particulièrement avantageuse, le système de régulation commande une variation de la vitesse de laminage dans au moins l'une des cages et modifie en conséquence la répartition de la réduction d'épaisseur et l'échelonnement des vitesses entre les différentes cages afin de répartir de façon sensiblement égale, sur l'ensemble des moyens moteurs, l'effort à appliquer pour l'entraînement du produit à une vitesse donnée à la sortie de l'installation avec maintien de l'épaisseur finale à une valeur déterminée.
  • Comme habituellement, la réduction globale d'épaisseur à effectuer entre l'entrée et la sortie de l'installation est répartie selon un schéma de laminage, par un système de préréglage.
  • Selon une autre caractéristique préférentielle, on détecte à chaque instant la charge imposée, dans chaque cage, aux moyens d'entraînement en rotation des cylindres de travail pour l'obtention de la vitesse fixée par le schéma de laminage, et l'on diminue la réduction d'épaisseur affectée à la cage la plus chargée afin de réaliser un équilibrage dynamique des charges appliquées sur les différentes cages.
  • Dans un premier mode de réalisation, pour diminuer la réduction d'épaisseur affectée à la cage la plus chargée, on diminue la vitesse de rotation des cylindres de ladite cage par rapport à la vitesse fixée par le schéma de laminage.
  • Cependant, une telle diminution de la vitesse de la cage la plus chargée détermine une diminution automatique de la vitesse de la cage suivante pouvant engendrer un défaut d'épaisseur à la sortie de l'installation pendant une période transitoire d'avance du produit dans l'espace inter cages. Selon une autre caractéristique particulièrement avantageuse, ce défaut d'épaisseur potentiel est compensé par anticipation en commandant une variation en sens inverse de la vitesse de toutes les cages situées en amont de ladite cage la plus chargée, susceptible de diminuer la réduction d'épaisseur effectuée dans lesdites cages amont, afin de réaliser un transfert de charge sur les cages placées en aval de ladite cage la plus chargée.
  • Dans un autre mode de réalisation, pour diminuer la réduction d'épaisseur à réaliser dans la cage la plus chargée, on augmente la vitesse de laminage dans la cage précédente située immédiatement en amont, afin de diminuer l'épaisseur du produit avant son arrivée dans la cage la plus chargée. Une telle augmentation de vitesse dans la cage précédente détermine une augmentation correspondante de vitesse dans la cage la plus chargée qui pourrait engendrer un défaut d'épaisseur à la sortie de l'installation pendant une période transitoire. Selon l'invention, ce défaut d'épaisseur potentiel est compensé, par anticipation, en commandant une augmentation de la vitesse de laminage dans les cages situées encore en amont de ladite cage précédente, de façon à réaliser un transfert de charges sur l'ensemble des cages placées en amont de la cage la plus chargée, en augmentant la réduction d'épaisseur effectuée dans chacune de celles-ci.
  • Selon une autre caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention, on réalise un suivi permanent de la variation d'épaisseur du produit au cours de son avance de la première à la dernière cage de l'installation, afin de commander une variation de vitesse de certaines cages susceptibles de compenser un défaut d'épaisseur potentiel pendant une période transitoire correspondant au temps nécessaire à l'avance, entre deux cages successives, de la variation d'épaisseur résultant d'une variation de vitesse de la cage amont, afin de maintenir constante, à chaque instant, l'épaisseur du produit à la sortie de la dernière cage de l'installation.
  • Il est d'ailleurs possible de combiner des variations de vitesse sur les deux ensembles de cages situés respectivement en amont et en aval de la cage la plus chargée, en produisant un transfert de charge vers certaines cages desdits ensembles amont et aval, selon la charge détectée, de façon à équilibrer toutes les cages de l'installation, tout en maintenant constante l'épaisseur finale du produit à la sortie de celle-ci.
  • Un tel procédé permet, après réalisation de l'équilibrage dynamique des charges appliquées sur toutes les cages, d'augmenter la vitesse de laminage dans l'une des cages servant de cage pivot, le système de régulation faisant alors varier en conséquence les vitesses des autres cages, de façon à augmenter la vitesse du produit à la sortie de l'installation sans perturbation de l'épaisseur finale et en maintenant l'équilibrage dynamique entre toutes les cages.
  • En pratique, une telle augmentation de la vitesse générale de l'installation représente un gain pouvant aller jusqu'à 15% de la vitesse maximale obtenue sans équilibrage dynamique des couples appliqués.
  • Comme indiqué plus haut, les moyens d'entraînement des cylindres sont, généralement, des moteurs électriques. Dans ce cas, le système de régulation selon l'invention permet de réaliser un équilibrage dynamique des courants sans dépasser l'intensité nominale dans chaque moteur.
  • L'invention couvre également un dispositif de régulation perfectionné pour la mise en oeuvre du procédé et comportant, à cet effet, un circuit en boucle fermée d'équilibrage dynamique, entre les différentes cages, des couples appliqués par les moyens moteurs de chaque cage pour l'obtention de l'épaisseur finale souhaitée et le maintien de celle-ci à une valeur sensiblement constante.
  • Le dispositif de régulation étant associé, de façon classique, à un système de préréglage de la réduction d'épaisseur affectée à chaque cage et de la vitesse de laminage correspondante, le circuit d'équilibrage dynamique selon l'invention comporte des moyens de correction, sur chaque cage, de la consigne de vitesse déterminée par le système de préréglage, de façon à modifier la répartition de la réduction d'épaisseur entre les différentes cages.
  • Dans un mode de réalisation préférentiel, le circuit d'équilibrage dynamique comporte un module de contrôle des transitoires agissant en boucle fermée sur les moyens d'entraînement des cylindres, de façon à apporter, par anticipation, une correction supplémentaire à la consigne de vitesse pendant une période transitoire d'avancement du produit entre une cage dont la consigne de vitesse a été corrigée et la cage suivante.
  • De préférence, ce module de contrôle des transitoires est associé à un dispositif de suivi permanent de la variation d'épaisseur du produit au cours de son défilement entre l'entrée et la sortie de l'installation, qui détermine les instants du début et de la fin de la période transitoire pendant laquelle une correction supplémentaire est apportée à la consigne de vitesse d'au moins l'une des cages.
  • D'autres caractéristiques avantageuses apparaîtront dans la description qui va suivre d'un mode de réalisation particulier de l'invention, donné à titre d'exemple et représenté sur les dessins annexés.
  • La figure 1 représente schématiquement une installation de laminage en tandem équipée d'un système de régulation d'épaisseur et de traction selon l'art antérieur.
  • La figure 2 représente schématiquement une installation de laminage en tandem équipée d'un système de régulation d'épaisseur et de traction selon l'invention.
  • La figure 3 illustre schématiquement la répartition des courants des moteurs d'une installation de laminage en tandem selon l'art antérieur.
  • Sur la figure 1, on a représenté schématiquement l'ensemble d'une installation de laminage en tandem, comportant cinq cages de laminoir repérées de 1 à 5. Une telle installation, prévue, par exemple pour le laminage à froid de tôles, fonctionne en continu, et est associée à un dispositif de traction d'entrée.
  • Chaque cage de laminoir, par exemple de type quarto comporte deux cylindres de travail T, T' définissant un entrefer de passage du produit à laminer B et prenant appui sur deux cylindres de soutien S, S' entre lesquels est appliqué un effort de laminage par des moyens de serrage tels que des vérins hydrauliques 11,21,31,41,51.
  • Un moyen d'entraînement en rotation tel qu'un moteur électrique 12, 22, 32, 42, 52 applique, directement ou indirectement, un couple de laminage sur au moins l'un des cylindres de travail T, T'. La force et le couple de laminage sont fonctions de la nature du produit à laminer, ainsi que de la réduction d'épaisseur à réaliser dans chaque cage.
  • Habituellement, comme on l'a indiqué, l'épaisseur du produit est maintenue constante à la sortie de la cage 1. A cet effet, on peut, par exemple, installer à la sortie de cette cage une jauge d'épaisseur 13 qui assurera cette fonction par action sur le serrage hydraulique 11. On peut aussi améliorer cette régulation en mesurant l'épaisseur brute ho de la bande B à l'entrée de l'installation à l'aide d'une autre jauge d'épaisseur 13' installée à l'entrée de la cage 1 et agissant également sur le serrage hydraulique 11 de celle-ci.
  • De façon connue, un schéma de laminage établi à l'avance permet, en fonction des caractéristiques du produit à laminer et des possibilités de l'installation, de répartir la réduction d'épaisseur entre les différentes cages et l'échelonnement des vitesses qui en résulte afin de respecter la loi de conservation des masses.
  • Si l'on appelle hi l'épaisseur de la bande à la sortie d'une cage de rang i et Vi la vitesse de sortie du produit, qui correspond à la vitesse d'entraînement des cylindres de la même cage, cette loi s'écrit, en régime permanent, de la façon suivante : h 1 ⁢ V 1 = h 2 ⁢ V 2 ; h 2 ⁢ V 2 = h 3 ⁢ V 3 ; h 3 ⁢ V 3 = h 4 ⁢ V 4 ; h 4 ⁢ V 4 = h 5 ⁢ V 5
    Figure imgb0001
    dans laquelle h1 est l'épaisseur à la sortie de la cage 1, V1 la vitesse du moteur 12 de la même cage, et ainsi de suite jusqu'à la cage 5.
  • D'autre part, un système de régulation permet, à partir des indications données par des tensiomètres 15, 25, 35, 45 installés en sortie, respectivement, des cages 1, 2, 3, 4 d'agir sur les moyens de serrage hydraulique, respectivement 21, 31, 41, 51 des cages suivantes 2, 3, 4, 5 afin de corriger la réduction d'épaisseur et, par conséquent, le couple appliqué, de façon à maintenir une traction constante dans chaque espace 10, 20, 30, 40 entre deux cages successives, sans modifier le rapport entre les vitesses d'entraînement des cylindres respectifs.
  • Ainsi, dans le mode de régulation le plus courant d'un laminoir tandem, le tensiomètre 15 installé en sortie de la cage 1 agit sur le serrage hydraulique 21 de la cage 2, le tensiomètre 25 installé en sortie de la cage 2 agit sur le serrage hydraulique 31 de la cage 3 et ainsi de suite. On est donc assuré qu'à chaque instant la vitesse de la bande à l'entrée d'une cage est égale à la vitesse de la bande à la sortie de la cage précédente.
  • Pour assurer le débit métal, le système de préréglage détermine, selon le schéma de laminage, la réduction d'épaisseur à effectuer dans chaque cage et la vitesse du moteur correspondant permettant de satisfaire l'équation (1).
  • Si l'on appelle h*i la consigne d'épaisseur à la sortie de la cage de rang i et V*i la vitesse du moteur qui dépend de la vitesse générale de laminage et du ratio de vitesses à respecter, il vient : h 1 * V 1 * = h 2 * V 2 * ; h 2 * V 2 * = h 3 * V 3 * ; h 3 * V 3 * = h 4 * V 4 * ; h 4 * V 4 * = h 5 * V 5 *
    Figure imgb0002
  • Etant donné que l'épaisseur de sortie de la cage 1 est maintenue constante, on peut écrire : h 5 * = h 4 * V 4 * / V 5 * = h 3 * V 4 * / V 5 * V 3 * / V 4 * etc … = h 1 * V 1 * / V 5 * , soit :
    Figure imgb0003
     h 5 * = h 1 * V 1 * / V 5 *
    Figure imgb0004
  • Ainsi, dans le mode de régulation le plus courant d'un laminoir tandem, le tensiomètre 15 installé dans l'espace inter-cages 10 en sortie de la cage 1 agit sur le serrage hydraulique 21 de la cage 2, le tensiomètre 25 installé dans l'espace 20 en sortie de la cage 2 agit sur le serrage hydraulique 31 de la cage 3 et ainsi de suite. Grâce à cette régulation de traction, à chaque instant la vitesse de la bande à l'entrée d'une cage est maintenue égale à la vitesse de la bande à la sortie de la cage précédente.
  • Par conséquent, comme le montre la figure 1, si l'épaisseur h1 à la sortie de la cage 1 et la vitesse V1 du moteur 11 sont maintenus constants, la régulation d'épaisseur peut être assurée, de façon classique, au moyen d'une jauge d'épaisseur 53 placée à la sortie 50 de la dernière cage 5 et agissant sur la vitesse V5 du moteur 52 ou, parfois, du moteur 42 de la cage 4.
  • Comme indiqué plus haut, toutes les réductions intermédiaires sont fixées par un système de préréglage qui détermine les consignes d'épaisseurs intermédiaires hi* de chaque cage dont dépend le couple de rotation à appliquer par chacun des moyens moteurs 12, 22, 32, 42, 52.
  • Un tel système de préréglage, non représenté sur la figure, peut être constitué simplement de tables de préréglage indiquant les épaisseurs intermédiaires pour chaque cage, mais peut aussi utiliser un modèle mathématique capable de calculer les épaisseurs intermédiaires hi* en fonction des caractéristiques du produit à laminer, à partir de bases de données périodiquement remises à jour par des mesures sur le laminoir.
  • Il est aussi nécessaire de pouvoir faire varier et régler l'allure générale de l'installation de laminage de manière à accélérer ou ralentir l'ensemble du tandem. Or l'équation (2) ne permet de régler les vitesses qu'en valeur relative l'une par rapport à l'autre. De façon connue, le système de préréglage détermine toutes les consignes d'épaisseurs hi* en fonction des caractéristiques du produit à laminer et de la puissance disponible sur les cages de laminoir, avec un certain degré d'optimisation qui dépend des performances du modèle mathématique utilisé.
  • Cependant, la référence vitesse d'une cage du laminoir, encore appelée cage pivot, est laissée libre et accessible à l'opérateur qui peut la modifier afin de piloter l'ensemble des cages en vitesse, pour accélérer ou ralentir l'ensemble de l'installation.
  • La partie du système de contrôle d'un laminoir tandem qui gère l'ensemble des vitesses autour de celle d'une cage prise comme pivot et permet de commander des rampes d'accélération et de ralentissement est couramment appelé le « master vitesse ».
  • Dans un laminoir à 5 cages on peut utiliser la cage 3 comme cage pivot. Les vitesses des autres cages sont alors calculées selon les équations (2) et il vient en supposant V3 disponible pour le réglage général de vitesse : V 4 * = H 3 * / H 4 * V 3 * ; V 5 * = h 4 * / h 5 * V 4 * = h 4 * / h 5 * h 3 * / h 4 * V 3 * = h 3 * / h 5 * V 3 *
    Figure imgb0005
     Et de même  : V 2 * = H 3 * / h 2 * V 3 * et V 1 * = h 2 * / h 1 * V 2 * = h 3 * / h 2 * h 2 * / h 1 * V 3 *
    Figure imgb0006
     soit : V 2 * = H 3 * / h 2 * V 3 * et V 1 * = h 3 * / h 1 * V 3 *
    Figure imgb0007
  • Ainsi toutes les vitesses des cages sont déterminées en fonction de celle de la cage pivot, les équations (4) donnant les vitesses de celles situées en aval de la cage pivot et les équations (5) donnant les vitesses de celles situées en amont de la cage pivot, dans le sens de défilement du produit.
  • Un contrôle final de l'épaisseur est assuré par la jauge 53 installée en sortie de la cage 5, de façon à corriger les erreurs résiduelles en modifiant la vitesse de la dernière cage de l'installation de laminage, ou celles des deux dernières cages.
  • De telles pratiques sont bien connues et donnent d'excellent résultats en terme de qualité et de régularité sur la tolérance de l'épaisseur obtenue, mais elles ne résolvent pas le problème de l'équilibrage des courants des moteurs des cages, du fait de l'imprécision sur la connaissance exacte des points de fonctionnement des moteurs et des valeurs réelle des paramètres définissant le frottement tôle/cylindre.
  • C'est ainsi que l'on se retrouve fréquemment dans la situation illustrée par la figure 3.
  • Si l'on mesure la charge imposée, dans chaque cage, aux moyens moteurs 11, 21, ....51, par exemple l'intensité du courant dans le cas de moteurs électriques, il apparaît que l'une des cages, par exemple la cage 3, est saturée en courant alors qu'il existe une réserve de puissance sur les cages situées en amont et en aval. Il n'est, cependant, pas possible d'accélérer l'installation de laminage, car cela exigerait encore plus de courant pour le moteur de la cage 3. Il n'est donc pas possible d'utiliser toute la puissance disponible et la productivité de toute l'installation est ainsi limitée.
  • L'invention permet de résoudre ce problème en réalisant, à chaque instant, un équilibrage dynamique, entre toutes les cages, des couples à appliquer par les moteurs.
  • Par convention, dans toute la suite, nous noterons hi* l'épaisseur de la bande à la sortie de la cage i correspondant à la valeur de consigne du taux de réduction affecté à la cage i par le système de préréglage, et hi la valeur de l'épaisseur réelle de sortie de la cage i.
  • L'idée de l'invention est de diminuer en temps réel le taux de réduction de la cage trop chargée en modifiant les vitesses des cages de façon à changer, par un dispositif agissant en boucle fermée, toutes les valeurs hi* sans perturber le maintien à une valeur constante de l'épaisseur de sortie h5. Si on considère l'exemple donné par la figure 3, il est possible de diminuer la réduction de la cage 3, en augmentant l'épaisseur de sortie h3*. De ce fait, pour maintenir constante l'épaisseur finale h5 à la sortie 50 de l'installation, il faut demander plus de réduction à la cage 4 mais, précisément, celle-ci a de la puissance disponible. Il en résulte donc un équilibrage des courants par un transfert de puissance sur les cages situées en aval de la cage surchargée.
  • Pour atteindre cet objectif, les équations de la régulation de « mass flow » montrent qu'il faut diminuer V3.
  • En effet, comme indiqué plus haut, l'épaisseur h1 est maintenue constante en agissant sur les moyens de serrage 11 de la cage. Si les consignes de vitesse V1* et V2* sont maintenues constantes, ou dans un rapport constant, étant donné que : h 1 * V 1 * = h 2 * V 1 ,
    Figure imgb0008
    h2 est aussi une épaisseur constante.
  • Par ailleurs, étant donné que h2* V2*= h3* V3*, si l'on diminue V3 *, l'épaisseur h3 à la sortie de la cage 3 va augmenter puisque le produit des deux est constant.
  • Une diminution de la consigne de vitesse de la cage 3 provoque donc une augmentation de l'épaisseur de sortie h3 et, par conséquent, une diminution du couple à appliquer par le moteur 13, ce qui permet d'atteindre l'effet recherché.
  • Ceci est vrai en régime permanent, c'est à dire après le temps de transfert nécessaire à la nouvelle épaisseur sortant de la cage 3, pour atteindre la cage 4. Mais dans l'intervalle de temps, si l'action sur les vitesses se limite à ce qui a été décrit, on va générer un défaut transitoire d'épaisseur. En effet dès le changement de vitesse de la cage 3, la régulation de traction entre les cages 3 et 4 va agir pour maintenir l'égalité des vitesses dans l'espace inter-cages 13. Comme l'épaisseur à l'entrée de la cage 4 n'a pas encore changé, du fait de la distance nécessaire de transfert, la loi de « mass flow » va changer l'épaisseur ho de sortie de la cage 4 et par conséquent l'épaisseur h5 à la sortie de la cage 5.
  • Or, il ne serait pas acceptable que le système d'équilibrage des courants génère des longueurs hors tolérance d'épaisseur correspondant aux distances entre cages, chaque fois qu'il est nécessaire de changer les vitesses des cages pour l'équilibrage des courants, c'est à dire en permanence puisqu'il s'agit d'un système de régulation en temps réel agissant en boucle fermée.
  • Selon une autre caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention, ce défaut potentiel d'épaisseur peut être compensé par anticipation en le créant à l'avance par un changement de vitesse simultané des cages 1 et 2, dans l'exemple choisi.
  • En effet si l'on augmente simultanément les vitesses des cages 1 et 2, h1 étant maintenue constante par la régulation de la cage 1, h2 sera aussi constante. Comme la vitesse de la cage 3 n'a pas encore changé, l'épaisseur de sortie h3 va augmenter, ce qui est le but recherché. Pendant une période transitoire, à l'aide d'un dispositif de suivi en temps réel de l'avance du produit dans l'installation, on attend que la surépaisseur h3 atteigne la cage 4 pour baisser la vitesse de la cage 3 et simultanément replacer à leurs vitesses initiales les cages 1 et 2, à l'aide de dispositifs agissant en boucle fermée.
  • Ainsi, dès le changement de vitesse simultané des cages 1 et 2, l'épaisseur h3 a augmenté et, lorsque l'on baisse simultanément la vitesse de la cage 3 en replaçant à leur valeur initiale les vitesses des cages 1 et 2, la valeur augmentée de h3 est conservée et le débit h3V3 est constant à l'entrée de la cage 4. L'épaisseur h4 est donc maintenue constante ainsi que l'épaisseur de sortie h5.
  • Il est ainsi possible d'éviter une surcharge de la cage 3 en modifiant son taux de réduction par une diminution de sa vitesse et en transférant la puissance sur les cages situées en aval. De plus, le défaut potentiel d'épaisseur résultant de cette variation instantanée de la vitesse peut être compensé par anticipation de façon à maintenir constante l'épaisseur de sortie h5, grâce au procédé de l'invention qui permet de commander en temps réel et pendant l'intervalle transitoire, des variations instantanées de l'épaisseur, au moyen d'une modification temporaire en sens inverse des vitesses des cages situées en amont de la cage surchargée.
  • Mais on peut aussi, dans une variante de l'invention, et toujours dans le cas illustré par la figure 3, diminuer le taux de réduction de la cage 3 en diminuant l'épaisseur d'entrée dans cette cage, c'est-à-dire l'épaisseur de sortie h2 de la cage 2.
  • Les équations (2) montrent que ce résultat peut être obtenu en augmentant la vitesse de la cage 2. En effet étant donné que l'épaisseur h1 à la sortie de la cage 1 est maintenue constante par la régulation de la cage 1, une augmentation de la vitesse de la cage 2 va se traduire par une diminution de l'épaisseur h2, ce qui est le but recherché. Cette augmentation du taux de réduction d'épaisseur dans la cage 2 entraîne une augmentation de la puissance consommée par le moteur 12. Il se produit donc un transfert de puissance sur les cages situées en amont de la cage la plus chargée.
  • Mais de la même façon que précédemment, il apparaît que cette action sur la cage 2 risque d'engendrer un défaut potentiel d'épaisseur pendant la période transitoire. En effet le changement de vitesse de la cage 2, avant que la nouvelle épaisseur n'arrive dans la cage 3, va se traduire par un changement de l'épaisseur en sortie de la cage 3, en raison de la régulation de la traction dans l'espace inter-cages 20. Ceci va se répercuter jusqu'à l'épaisseur de sortie toujours par le biais des régulations de traction dans les espaces inter-cages. De telles perturbations ne sont pas acceptables car elles conduiraient à dégrader les performances globales de la régulation de l'épaisseur sur l'ensemble de l'installation.
  • Il faut donc compenser l'action faite sur la cage 2 dans la période transitoire. Selon l'invention, ce défaut potentiel va être compensé par anticipation, pendant la période transitoire, en commandant une variation de la vitesse de la cage 1. En effet l'épaisseur h1 est constante grâce à la régulation de la cage 1 et, par ailleurs, la régulation de « mass flow » nous donne : h 1 * V 1 * = h 2 * V 2 * 2 .
    Figure imgb0009
  • Une diminution de la consigne de vitesse V1* va donc induire une diminution de l'épaisseur h2 ce qui est le but recherché. Ensuite, quand l'épaisseur diminuée h2 atteint la cage 3 le dispositif de suivi de l'épaisseur, travaillant en temps réel et en boucle fermée permet d'augmenter en même temps les vitesses des cages 1 et 2 pour obtenir l'effet recherché sans provoquer de variation de l'épaisseur h5 à la sortie de l'installation de laminage.
  • D'une façon générale, dans cette variante de l'invention, on évite donc une surcharge dans une cage en augmentant la vitesse de la cage précédente et, pour compenser le défaut potentiel d'épaisseur ainsi engendré, on commande une augmentation de vitesse de la ou des cages situées encore en amont.
  • L'invention permet ainsi de réaliser un transfert de puissance de la cage surchargée sur l'ensemble des cages situées en amont, tout en maintenant constante l'épaisseur de sortie.
  • Cependant, en pratique, il ne serait pas facile d'isoler un cas particulier comme celui de la figure 3 et de distinguer deux façons différentes de diminuer une surcharge détectée sur une cage. Le procédé de l'invention, qui fonctionne en temps réel et est appliqué à une installation conçue en boucle fermée, permet de rééquilibrer à chaque instant les courants des moteurs d'entraînement des cages en combinant les effets d'un équilibrage sur les cages amont avec ceux d'un équilibrage sur les cages aval, et ceci pour toutes les cages simultanément. Ainsi on aura en permanence des courants équilibrés dans tous les moteurs d'entraînement des cages du laminoir et, lors du laminage d'un produit déterminé, selon le schéma de laminage déterminé par le système de préréglage, s'il reste de la puissance disponible sur les moteurs, on pourra augmenter la vitesse générale de l'installation et augmenter de la même valeur sa productivité.
  • L'invention couvre également un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé représenté à titre d'exemple sur la figure 2. Cette représentation est purement schématique car une telle installation peut faire appel, non seulement aux technologies classiques des circuits électroniques utilisant des circuits élémentaires de comparateurs, amplificateurs, contrôleurs, comportant eux-mêmes des réglages de gains d'action proportionnelle, intégrale et différentielle, mais aussi aux technologies plus récentes de contrôle numérique à base de calculateurs et de microprocesseurs, dés lors qu'elles permettent d'agir en boucle fermée, avec des temps de réponse suffisamment courts pour exécuter une action en temps réel, vis à vis des autres temps de réponse des autres parties de l'installation de laminage.
  • Dans une installation selon l'invention on trouve un niveau 6 d'équilibrage dynamique des courants en boucle fermée, et un niveau 7 de contrôle des transitoires que l'on peut appeler « tranche épaisseur ».
  • Le niveau 6 d'équilibrage dynamique comporte une mesure des courants consommés par les moteurs des cages à l'aide de transformateurs d'intensité 16, 26, 36 46, 56.
  • Le système d'équilibrage dynamique 6 contient aussi des circuits de comparaison capables de sélectionner à chaque instant la cage la plus chargée, ainsi que la fonction de transfert et les gains nécessaires à la conversion des différences de charge en une variation des consignes d'épaisseur, qui seront les nouvelles références d' épaisseur hi* des cages conduisant, en régime permanent, à l'équilibre des courants.
  • Le circuit 6 va générer les variations nécessaires au contrôle des épaisseurs inter-cages, à l'aide de contrôleurs à réglage de gain proportionnel, intégral et différentiel, de façon à réduire les taux de réduction des cages les plus chargées de la manière décrite dans le procédé de l'invention.
  • La tranche épaisseur 7 comporte les circuits nécessaires à la transformation des variations des épaisseurs inter-cages en consignes de vitesse des moteurs d'entraînement, ainsi que ceux de la gestion des transitoires et, notamment, le système de suivi de l'avance de la bande B dans l'installation de laminage.
  • Compte tenu du suivi du produit et des variations des consignes élaborées par le circuit d'équilibrage dynamique 6, le contrôle des transitoires 7 va élaborer les variations transitoires et anticipatives de vitesse des cages qui vont permettre de réaliser l'équilibrage des courants, sans provoquer de variation même transitoire de l'épaisseur de sortie. L'ensemble de ces circuits agit en temps réel, en régulation et en boucle fermée entre la mesure des différences des courants des moteurs, prises en quelque sorte comme signal d'erreur à l'entrée de la boucle, et les variations de consignes des vitesses des moteurs d'entraînement, qui en constituent les signaux de sortie.
  • Un tel dispositif, selon l'invention, d'équilibrage des courants des moteurs d'entraînement fonctionnant en temps réel et en boucle fermée, peut s'adapter à tout dispositif de régulation de l'épaisseur de sortie et fait partie intégrante de celui-ci.
  • Bien entendu l'invention ne se limite pas au mode de réalisation qui vient d'être décrit à titre de simple exemple et peut s'appliquer à tout ensemble de cages de laminage fonctionnant en tandem et comprenant au moins deux cages successives.
  • D'autre part, l'invention ne se limite pas au laminage à froid et peut aussi bien s'appliquer à un laminoir tandem à chaud comme par exemple le train finisseur d'un train à bandes à chaud.
  • Le système de régulation AGC qui a été décrit succinctement peut être de tout type permettant un contrôle de l'épaisseur finale du produit laminé. En effet, du fait que l'invention repose sur le respect de la loi de « mass flow », il serait possible d'imaginer des variantes dans le fonctionnement de la régulation d'épaisseur.
  • De même la mise en oeuvre peut être faite de différentes façons sans sortir du cadre de l'invention, en particulier selon un mode de traitement numérique et vectoriel assez récent, habituellement dénommé « régulation multivariable ».
  • Les signes de référence insérés après les caractéristiques techniques mentionnées dans les revendications, ont pour seul but de facilité la compréhension de ces dernières et n'en limitent aucunement la portée.

Claims (19)

  1. Procédé de régulation de régulation de l'épaisseur finale d'un produit laminé (B) à la sortie d'une installation de laminoir comportant au moins deux cages de laminage (1-5) fonctionnant en tandem et déterminant chacune une partie de la réduction globale d'épaisseur à réaliser, par passage du produit entre deux cylindres de travail (T, T'), chaque cage étant associée à des moyens (11-51) d'application d'un effort réglable de serrage entre les cylindres de travail et à des moyens moteurs (12-52) d'application, sur les cylindres de travail, d'un couple d'entraînement en rotation à une vitesse réglable, l'installation étant associée à un système général de contrôle des vitesses des différentes cages déterminant une augmentation progressive de la vitesse de rotation des cylindres en fonction de la variation progressive d'épaisseur d'une cage à la suivante, et à un dispositif de régulation de la réduction d'épaisseur et de la tension du produit (B) dans chaque espace 10, 20, 30, 40 entre deux cages successives, caractérisé par le fait que le dispositif de régulation réalise, en temps réel, un équilibrage dynamique, entre les différentes cages (1-5), des couples appliqués, dans chaque cage, sur les cylindres de travail (T, T'), sans perturbation sensible de l'épaisseur finale h5 du produit (B) à la sortie de l'installation.
  2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le dispositif de régulation commande une variation de la vitesse de laminage dans au moins l'une des cages (3) et modifie en conséquence la répartition de la réduction d'épaisseur et l'échelonnement des vitesses entre les différentes cages (1-5) afin de répartir de façon sensiblement égale sur l'ensemble des moyens moteurs (12-52) l'effort à appliquer pour l'entraînement du produit (3) à une vitesse donnée à la sortie de l'installation avec maintien de l'épaisseur finale h5 à une valeur déterminée.
  3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, dans lequel la réduction globale d'épaisseur (h0-h5) à effectuer entre l'entrée et la sortie de l'installation est répartie, selon un schéma de laminage, par un système de préréglage déterminant la réduction d'épaisseur à effectuer par chaque cage (1-5) et l'échelonnement corrélatif des vitesses (V1-V5) de rotation des cylindres de travail, caractérisé par le fait que l'on détecte à chaque instant la charge imposée, dans chaque cage (1-5), aux moyens (12-52) d'entraînement en rotation des cylindres de travail pour l'obtention de la vitesse fixée par le schéma de laminage et que l'on diminue la réduction d'épaisseur affectée à la cage la plus chargée (3) afin de réaliser un équilibrage dynamique des charges appliquées sur les différentes cages.
  4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé par le fait que, pour diminuer la réduction d'épaisseur affectée à la cage la plus chargée, on diminue la vitesse de rotation des cylindres de ladite cage par rapport à la vitesse fixée par le schéma de laminage.
  5. Procédé selon la revendication 4, dans lequel la diminution de la vitesse de la cage (3) la plus chargée détermine une diminution automatique de la vitesse de la cage suivante (4) pouvant engendrer un défaut d'épaisseur à la sortie de l'installation pendant une période transitoire d'avance du produit dans l'espace inter-cages, caractérisé par le fait que ce défaut d'épaisseur potentiel est compensé par anticipation en commandant une variation en sens inverse de la vitesse de toutes les cages (1, 2) situées en amont de ladite cage la plus chargée (3), susceptible de diminuer la réduction d'épaisseur effectuée dans lesdites cages amont (1, 2), afin de réaliser un transfert de charge sur les cages placées (4, 5) en aval de ladite cage (3) la plus chargée.
  6. Procédé selon la revendication 3, caractérisé par le fait que pour diminuer la réduction d'épaisseur à réaliser par la cage la plus chargée (3), on augmente la vitesse de laminage dans la cage précédente (2) située immédiatement en amont, afin de diminuer l'épaisseur du produit (B) avant son arrivée dans la cage la plus chargée (3).
  7. Procédé selon la revendication 6, dans lequel l'augmentation de vitesse dans la cage précédente (2) détermine une augmentation automatique de vitesse dans la cage la plus chargée (3) pouvant engendrer un défaut d'épaisseur à la sortie de l'installation pendant une période transitoire d'avance du produit de la cage précédente (2) à la cage la plus chargée (3), caractérisé par le fait que ce défaut d'épaisseur potentiel est compensé par anticipation en commandant une augmentation de la vitesse de laminage dans au moins une cage (1) située encore en amont de ladite cage précédente (2), de façon à réaliser un transfert de charge sur l'ensemble des cages (1, 2) placées en amont de la cage la plus chargée (3), en augmentant la réduction d'épaisseur effectuée dans chacune de celles-ci.
  8. Procédé selon l'une des revendications 5 et 7, caractérisé par le fait que l'on réalise un suivi permanent de la variation d'épaisseur du produit au cours de son avance de la première (1) à la dernière cage (5) de l'installation, afin de commander une variation de vitesse de certaines cages susceptible de compenser une défaut d'épaisseur potentiel pendant une période transitoire correspondant au temps nécessaire à l'avance entre deux cages successives, respectivement amont et aval, de la variation d'épaisseur résultant d'une variation de vitesse de la cage amont, de façon à maintenir constante, à chaque instant, l'épaisseur (h5) du produit à la sortie de la dernière cage (5) de l'installation.
  9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé par le fait que après détection de la cage (3) la plus chargée, on combine des variations de vitesse sur les deux ensembles de cages situées respectivement en amont (1, 2) et en aval (4, 5) de la cage la plus chargée (3) en produisant un transfert de charge vers certaines cages desdits ensembles amont (1, 2) et aval (4, 5) selon la charge détectée, de façon à équilibrer les charges sur toutes les cages (1-5) de l'installation, tout en maintenant constante l'épaisseur (h5) finale du produit (B) à la sortie de celle-ci.
  10. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que, après réalisation de l'équilibrage dynamique des charges appliquées sur toutes les cages (1-5), la vitesse de laminage dans l'une des cages est augmentée et le système de régulation fait varier en conséquence les vitesses des autres cages de façon à augmenter la vitesse du produit (B) à la sortie de l'installation sans perturbation de l'épaisseur finale et en maintenant l'équilibrage dynamique entre toutes les cages.
  11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que l'augmentation de la vitesse générale de l'installation représente un grain pouvant aller jusqu'à 15 % de la vitesse maximale obtenue sans l'équilibrage dynamique des couples appliqués.
  12. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les moyens d'entraînement des cylindres sont des moteurs électriques (12, 22, 32, 42, 52), caractérisé par le fait que le système de régulation réalise un équilibrage dynamique des courants, sans dépasser une intensité nominale dans chaque moteur.
  13. Dispositif de régulation de l'épaisseur finale (h5) d'un produit laminé (B) dans une installation de laminage en tandem comportant au moins deux cages de laminage (1-5) écartées l'une de l'autre, et déterminant chacune une partie de la réduction d'épaisseur, chaque cage comportant au moins deux cylindres de travail (T, T') définissant un entrefer de passage du produit (B), des moyens (11-51) d'application d'un effort réglable de serrage entre lesdits cylindres de travail et des moyens moteurs (12-52) d'entraînement en rotation desdits cylindres à une vitesse réglable, l'installation étant associée à un système général de contrôle des vitesses des différentes cages déterminant une augmentation progressive de la vitesse de rotation des cylindres en fonction de la variation progressive d'épaisseur d'une cage (i) à la suivante (i+1), et à un dispositif de régulation de la réduction d'épaisseur et de la tension du produit dans chaque espace (10-50) entre deux cages successives (1-5),
    caractérisé par le fait que le dispositif de régulation comporte un circuit (6, 7) en boucle fermée d'équilibrage dynamique, entre les différentes cages (1-5), des couples appliqués par les moyens moteurs (12-52) de chaque cage pour l'obtention de l'épaisseur finale souhaitée (h5) et le maintien de celle-ci à une valeur sensiblement constante.
  14. Dispositif selon la revendication 13, de régulation de l'épaisseur finale (h5) du produit laminé (B) à la sortie d'une installation de laminage dans laquelle le système général de contrôle des vitesses est associé à un système de préréglage de la réduction d'épaisseur affectée à chaque cage, déterminant, pour chaque cage (1-5), une consigne de vitesse (V1*-V5*) à appliquer aux moyens moteurs (12-52) pour réaliser une augmentation progressive de vitesse correspondant à la variation d'épaisseur d'une cage à la suivante, caractérisé par le fait que le circuit (6, 7) d'équilibrage dynamique comporte des moyens de correction, sur chaque cage, de la consigne de vitesse (V1*-V5*) déterminée par le système de préréglage de façon à modifier la répartition de la réduction d'épaisseur entre les différentes cages (1-5).
  15. Dispositif de régulation selon la revendication 14, caractérisé par le fait que le circuit d'équilibrage dynamique comporte un module (7) de contrôle des transitoires agissant en boucle fermée sur les moyens (12-52) d'entraînement des cylindres, de façon à apporter par anticipation, une correction supplémentaire à la consigne de vitesse (Vi*) pendant une période transitoire d'avancement du produit (B) entre une cage (i) dont la consigne de vitesse (V3*)a été corrigée et la cage suivante (i+1).
  16. Dispositif de régulation selon la revendication 15, caractérisé par le fait que le module (7) de contrôle des transitoires est associé à des moyens de suivi permanent de la variation d'épaisseur du produit (B) au cours de son défilement entre l'entrée et la sortie de l'installation, qui déterminent les instants du début et de la fin de la période transitoire pendant laquelle une correction supplémentaire est apportée à la consigne de vitesse (Vi*) d'au moins l'une des cages (i).
  17. Dispositif de régulation selon la revendication 16 caractérisé en ce que le circuit (6) d'équilibrage dynamique des courants des moteurs et le module (7) de contrôle des transitoires sont conçus avec un étage final de sortie pour le contrôle des variations des vitesses comportant un régulateur à contrôle proportionnel, intégral et différentiel.
  18. Installation de laminage comportant au moins deux cages (1-5) fonctionnant en Tandem, équipées de moyens de serrage réglables (11-51) des cylindres de laminage et de moyens électriques (12-52) d'entraînement en rotation desdits cylindres de laminage et comportant des moyens de régulation de l'épaisseur de sortie du produit (B) et des tractions entre les cages un système de préréglage du taux de réduction d'épaisseur de chaque cage et un système général de contrôle des vitesses de l'ensemble des cages (1-5) de laminage, caractérisé en ce qu'elle comporte un dispositif (6, 7) selon l'une des revendications 13 à 17, de régulation de l'épaisseur finale du produit laminé par équilibrage des courants des moteurs d'entraînement des cages.
  19. Installation de laminage selon la revendication 18, caractérisée en ce que le dispositif de régulation de l'épaisseur finale (6, 7) comporte des moyens de correction de la consigne de vitesse (V1*-V5*) d'au moins l'un des moteurs d'entraînement (12-52), établie par le système de préréglage.
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