EP3086889B1 - Procédé de laminage à chaud, laminoir à chaud et produit programme d'ordinateur pour la mise en oeuvre d'un tel procédé - Google Patents

Procédé de laminage à chaud, laminoir à chaud et produit programme d'ordinateur pour la mise en oeuvre d'un tel procédé Download PDF

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EP3086889B1
EP3086889B1 EP13824153.4A EP13824153A EP3086889B1 EP 3086889 B1 EP3086889 B1 EP 3086889B1 EP 13824153 A EP13824153 A EP 13824153A EP 3086889 B1 EP3086889 B1 EP 3086889B1
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EP
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rolling
regulating
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sortie
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Christian Moretto
Nicolas PETHE
Andrey COUTURIER
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ArcelorMittal SA
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Publication date
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    • B21B45/0251—Lubricating devices using liquid lubricants, e.g. for sections, for tubes for strips, sheets, or plates

Definitions

  • the invention relates to the hot rolling of metallurgical products. More specifically, it relates to a method of controlling at least one parameter of the hot rolling process.
  • the hot-rolled strip thus obtained can then be subjected to heat or mechanical treatments which will give it its final properties, or undergo a cold rolling which will further reduce its thickness before the completion of the final heat or mechanical treatments.
  • the steel strip is subjected to a specific thermal and mechanical path (reduction, temperature) which is influenced by the friction between the working rolls and the band in the gap between the rollers.
  • This path has a major influence on the quality of the band (surface appearance and metallurgical properties).
  • the regulation of the coefficient of friction is in particular ensured by the lubrication process.
  • lubrication is generally carried out at each roll stand by injecting an emulsion composed of water and a lubricating fluid, usually oil, onto the cylinder at the gap, see for example the document US Patent 3605473 .
  • THR Very High Strength, generally between 450 and 900 MPa
  • UHR Ultra High Strength, generally greater than 900 MPa
  • new formats for example band thicknesses less than 3mm.
  • these steels such as USIBOR® or Dual Phase steels are naturally harder and require the application of a greater rolling force, which reduces the capacity of the rolling mill.
  • These steels may also have a surface composition such that it has less scale which usually acts as the first lubricating element.
  • JP-A-2008264828 discloses a hot rolling method in which the working rolls are coated with a coating layer of specific composition to ensure a certain coefficient of friction value.
  • JP-A-2005146094 discloses a hot rolling method wherein slip of the strip would be avoided by using a lubricating oil of particular composition.
  • JPH-A-1156410 discloses a method in which the clamping force of the applied rolling rolls would be measured by sensor, then the amount of lubricating oil injected would be adjusted so that the measured rolling force is equal to a target value.
  • This solution aims to adjust the coefficient of friction during the process but does not take into account all the parameters on which the coefficient of friction depends, which makes it inefficient.
  • this solution involves significant risks of instabilities of the rolling process, such as. variations in speed or traction, if the amount of lubricant to be supplied to achieve the required force is important.
  • the object of the invention is therefore to provide a rolling method in which the coefficient of friction is reliably and effectively controlled during production in order to avoid rolling incidents and to obtain optimum performance.
  • the object of the invention is also preferably to provide a method reducing the instabilities of the rolling process and allowing lubrication over the entire length of the strip.
  • the invention firstly relates to a control method according to claim 1.
  • This control method may also include the features of claims 2 to 7, singly or in combination.
  • the invention also relates to a rolling method according to claim 8.
  • This rolling method may also include the features of claims 9 to 13, taken alone or in combination.
  • the invention also relates to a hot rolling mill according to claim 14.
  • This mill may also include the features of claim 15.
  • the invention also relates to a computer program product according to claim 16.
  • the figure 1 shows a metal strip B during rolling in a rolling mill comprising two cages 1, 2 in which the band B is simultaneously under the influence, for example a finishing mill for the hot rolling of the steel strips.
  • Rolling mills of this type generally have 5, 6 or 7 cages.
  • Each of the cages 1, 2 comprises, conventionally, two working rolls 1a, 1a 'and 2a, 2a' and two support rolls 1b, 1b 'and 2b, 2b'.
  • Each cage is activated by a motor torque C 1 , C 2 (not shown).
  • the distance between the two working cylinders, respectively 1a -1a 'and 2a-2a' is called the air gap S (not shown) and is adjusted by means of clamping screws 7.
  • the lubrication of the cylinders is ensured at each of the cages by an injection device 3, such as for example projection nozzles for projecting an emulsion of oil and water.
  • a speed measuring device 4 is disposed at the exit of the first cage in the running direction of the strip, this device 4 makes it possible to measure the speed of the strip at the exit of the strip.
  • v- output and v- cage speeds can be expressed in any speed unit, provided they are both expressed in that same unit. In the same way the unit in which the angular velocity ⁇ is expressed must be coherent with that of v cage .
  • a device 5 for measuring force to measure in real time the clamping force F of the working rolls is also provided at each cage.
  • These devices may for example be strain gauges installed on the cage uprights or under the clamping screws 7.
  • the measured tightening force F and the speed of the output band C output are transmitted to a processing unit 6 which can then, according to these measurements and other parameters previously recorded, send instructions by example to the lubricating emulsion injection nozzles 3 or to the clamping screws 7.
  • a processing unit 6 for implementing a first embodiment of the regulation method according to the invention is described below with reference to FIG. figure 3 .
  • the speed of the output band of the exit v-cage and the angular velocity of the work rolls ⁇ are measured in line and their values are sent to a first computer 8.
  • This first computer 8 comprises at least one internal memory on which the value of the radius R of the working rolls is stored, which makes it possible to calculate the linear speed of the working rolls v cage and then the value of the slip ratio.
  • forward FWS according to formula 1.
  • the calculated value FWS is then transmitted to a second computer 9 which also receives as input the value of the clamping force F measured in real time by the sensor 5.
  • This second computer comprises at least one internal memory on which are stored the parameters P 1 . These parameters P 1 depend on the model chosen for the calculation of the real coefficient of friction ⁇ .
  • Orowan model As an example we will describe below the use for the purposes of the invention Orowan model, but other models known to those skilled in the art may be used, such as the model of SIMS or Bland & Ford.
  • the general theory of each of these three models is described for example in E.Orowan, Proceedings of the Institute of Mechanical Engineers, June 1943, vol.150, No. 1,140-167 for the Orowan model , RB Sims, Proceedings of the Institute of Mechanical Engineers, June 1954, vo1.168, No. 1 191-200 for the Sims Model , " The Calculation of Roll and Torque Force in Cold Strip Rolling with Tensions, "DR Bland and H. Ford, Proceedings of the Institute of Mechanical Engineers, June 1948, vol.149, p.144, for the Bland & Ford model .
  • Orowan P 1 To calculate in real time the actual friction coefficient ⁇ using the model Orowan P 1 parameters are input thicknesses e input and output an output of the band, ⁇ entry input and output tractions ⁇ output of the band, these parameters being in the present example fixed at the beginning of rolling but can also be estimated or measured in real time. These parameters are illustrated in figure 2 .
  • the second computer 9 thus calculates the real coefficient of friction ⁇ given to a processor 10.
  • the computation time of real ⁇ is less than or equal to 100 ms and preferably less than or equal to 50 ms.
  • the input data processor 10 are real ⁇ , a target value of target friction coefficient ⁇ determined from graphs or modeling, depending on the steel grade of the rolled strip, the number of kilometers strips laminated on the installation in question, the wear of the rollers, the type of oil used, etc. as well as a parameter ⁇ 0 .
  • This parameter is the initial value of the process parameter ⁇ which will be used to regulate the real coefficient of friction ⁇ .
  • This parameter may be, for example, the oil injection rate Q of the lubricating oil.
  • the initial value can be determined for example using charts or by modeling.
  • the value of the actual ⁇ friction coefficient is then compared with the target value of friction coefficient ⁇ target. If the absolute value of the difference between these two values
  • the time elapsing between the measurement of the strip exit speed v output and receiving the setpoint ⁇ n is less than or equal to 500 ms and preferably less than or equal to 150 ms.
  • the figure 4 represents a control scheme according to a second embodiment of the invention.
  • the Orowan model parameters P 2 are the input thicknesses e input and output an output of the band, the input traction ⁇ input and output output ⁇ of the strip, the radius R of the rollers, these parameters being in the present example set at the beginning of rolling, but can also be estimated or measured in real time.
  • P2 also includes the milling module M of the mill stand considered. This module, generally expressed in t / mm, characterizes the elastic deformation of the cage related to the rolling force.
  • the processor calculates for example the value of rolling force F 'which should be applied to obtain the thickness e output
  • the units of these three quantities must be coherent with each other and may for example be in Newton for the forces F and F 'and in N / mm for the curing module M.
  • treatment units described above with reference to Figures 3 and 4 contain different elements such as computers or processors but one could consider a single processor for performing the various calculation operations and instructions, or any other possible configuration for calculation steps and instructions.
  • a hot rolling method according to the invention was made with a Drawn and Wall Ironed (DWI) steel strip, the lubricating oil used being a commercial standard oil.
  • DWI Drawn and Wall Ironed
  • the injection rate Q oil is zero during the rolling of the tape head. This is voluntary this test being mainly devoted to the lubrication of the tail of tape.
  • the figure 6 represents the thickness of the strip at the output of the cage e output as a function of the rolling time. There is a drop of this thickness e output after 10 seconds, this decrease corresponds to what has been explained above.
  • the modification of the injected oil flow rate Q oil causes a change in the force F applied and in this case a significant decrease in the thickness e exit of the strip at the exit of the cage. Thanks to the regulation illustrated in figure 4 a new clamping force F 'is calculated and the air gap S modified accordingly in order to obtain a thickness of output e output according to the expectations of the customer. The increase and the maintenance of the thickness e output are visible on this figure 6 .

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Description

  • L'invention concerne le laminage à chaud des produits métallurgiques. Plus précisément, elle concerne un procédé de régulation d'au moins un paramètre du procédé de laminage à chaud.
  • Dans la suite du texte on prendra l'exemple du laminage à chaud des bandes d'acier mais l'invention est applicable au laminage à chaud d'autres produits métallurgiques, notamment l'aluminium ou ses alliages.
  • Habituellement, les bandes d'acier laminées à chaud sont fabriquées selon le schéma suivant:
    • coulée continue d'une brame d'épaisseur allant de 200 à 260 mm;
    • réchauffage de la brame à une température d'environ 1100-1200°C;
    • passage de la brame dans un laminoir dégrossisseur comportant une cage réversible unique ou une pluralité de cages indépendantes (par exemple au nombre de cinq) disposées les unes à la file des autres, de manière à obtenir une bande ayant une épaisseur de 30 à 50 mm environ;
    • passage de la bande dans un laminoir finisseur comportant une pluralité de cages (par exemple au nombre de six ou sept) dans lesquelles la bande est simultanément présente, de manière à lui conférer une épaisseur de 1,5 à 10 mm environ, puis mise de la bande sous forme d'une bobine.
  • La bande laminée à chaud ainsi obtenue peut ensuite être soumise à des traitements thermiques ou mécaniques qui lui conféreront ses propriétés définitives, ou subir un laminage à froid qui réduira encore davantage son épaisseur avant l'accomplissement des ultimes traitements thermiques ou mécaniques.
  • Pendant le laminage à chaud de bandes d'acier, dans chaque cage du train finisseur, la bande d'acier est soumise à un chemin thermique et mécanique bien déterminé (réduction, température) qui est influencé par le frottement entre les rouleaux de travail et la bande dans l'entrefer entre les rouleaux. Ce chemin a une influence majeure sur la qualité de la bande (aspect de surface et propriétés métallurgiques).
  • Il est donc primordial de pouvoir contrôler et maîtriser le frottement dans l'entrefer des rouleaux (ou cylindres). Un coefficient de frottement trop élevé conduit à une consommation d'énergie trop importante, une dégradation rapide des rouleaux ainsi que des défauts de surface sur la bande. A l'inverse, un coefficient de frottement trop faible provoque des problèmes de glissement et de guidage de la bande ainsi que des problèmes d'engagement de celle-ci dans la cage.
  • La régulation du coefficient de frottement est notamment assurée par le processus de lubrification.
  • Actuellement la lubrification est généralement réalisée au niveau de chaque cage du laminoir par injection d'une émulsion composée d'eau et d'un fluide lubrifiant, habituellement de l'huile, sur le cylindre au niveau de l'entrefer, voir par exemple le document US-A-3605473 .
  • La nécessité d'avoir une lubrification performante est encore accrue avec le laminage des nouvelles nuances d'acier THR (Très Haute Résistance, généralement comprise entre 450 et 900 MPa) ou UHR (Ultra Haute Résistance, généralement supérieure à 900 MPa) et/ou des nouveaux formats, par exemple des épaisseurs de bande inférieures à 3mm. En effet ces aciers tels que l'USIBOR® ou les aciers Dual Phase sont naturellement plus durs et nécessitent l'application d'une force de laminage plus importante, ce qui réduit la capacité du laminoir. Ces aciers peuvent aussi avoir une composition de surface telle qu'elle présente moins de calamine qui agit habituellement comme premier élément de lubrification.
  • De plus dans les procédés de laminage actuels, pour éviter le risque de non engagement de la bande dans l'entrefer des cylindres lié à un coefficient de frottement trop élevé, l'injection d'émulsion lubrifiante est désactivée lors du laminage du début de la bande. De la même façon pour éviter que la bande suivante refuse de s'engager à cause de la présence d'émulsion lubrifiante sur les cylindres, l'injection d'émulsion lubrifiante est désactivée lors du laminage de la queue de la bande précédente. Ces deux portions qui sont donc laminées sans lubrifiant doivent être éliminées car n'ayant pas l'épaisseur requise, ce qui représente une perte de plusieurs mètres de bande (de 5 à 10 mètres de bande par cage) et donc une perte non négligeable en terme de perte de productivité.
  • Afin d'assurer une lubrification efficace et par conséquent réguler le coefficient de friction de sorte à éviter des incidents de laminage tels que glissements ou non engagement de la bande de nombreuses solutions ont été proposées.
  • Le document JP-A-2008264828 décrit un procédé de laminage à chaud dans lequel les cylindres de travail sont recouverts d'une couche de revêtement de composition spécifique afin de garantir une certaine valeur de coefficient de frottement.
  • Le document JP-A-2005146094 décrit un procédé de laminage à chaud dans lequel le glissement de la bande serait évité en utilisant une huile lubrifiante de composition particulière.
  • Cependant ces solutions ne permettent pas de réguler le coefficient de frottement en continu en cours de laminage. En effet, le coefficient de frottement dépend entre autres de la nature du matériau constituant la bande à laminer, de l'état des cylindres de travail (rugosité, dégradation, calamine, etc.), de la vitesse de laminage et du pourcentage de réduction à atteindre. Ainsi, l'efficacité de lubrification peut être très différente entre le début et la fin d'une campagne de laminage, et même d'un train à l'autre et d'une cage à l'autre dans le même train. Or les deux solutions proposées ne permettent pas de prendre en compte les variations de ces paramètres au cours du procédé.
  • Le document JPH-A-1156410 décrit un procédé dans lequel la force de serrage des cylindres de laminage appliquée serait mesurée par capteur, puis la quantité d'huile lubrifiante injectée serait ajustée de sorte que la force de laminage mesurée soit égale à une valeur cible.
  • Cette solution vise à ajuster le coefficient de frottement en cours de procédé mais ne prend pas en compte l'ensemble des paramètres dont dépend le coefficient de frottement, ce qui la rend peu efficace. De plus cette solution implique des risques importants d'instabilités du procédé de laminage, telles que. des variations de vitesse ou de traction, si la quantité de lubrifiant à apporter pour atteindre la force requise est importante.
  • Le but de l'invention est donc de fournir un procédé de laminage dans lequel le coefficient de frottement est régulé de façon fiable et efficace en cours de production afin d'éviter les incidents de laminage et d'obtenir un rendement optimal. Le but de l'invention est également de façon préférentielle de fournir un procédé réduisant les instabilités du procédé de laminage et permettant de lubrifier sur toute la longueur de la bande.
  • A cet effet l'invention a pour premier objet un procédé de régulation selon la revendication 1.
  • Ce procédé de régulation peut également comprendre les caractéristiques des revendications 2 à 7, prises isolément ou en combinaison.
  • L'invention a également pour objet un procédé de laminage selon la revendication 8.
  • Ce procédé de laminage peut également comprendre les caractéristiques des revendications 9 à 13, prises isolément ou en combinaison.
  • L'invention a également pour objet un laminoir à chaud selon la revendication 14.
  • Ce laminoir peut également comprendre les caractéristiques de la revendication 15.
  • L'invention a également pour objet un produit programme d'ordinateur selon la revendication 16.
  • D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre.
  • Afin d'illustrer l'invention, des essais ont été réalisés et vont être décrits à titre d'exemples non limitatifs, notamment en référence aux figures qui représentent :
    • La figure 1 représente un laminoir à deux cages équipées d'un mode de réalisation d'un dispositif de régulation selon l'invention,
    • La figure 2 représente les différentes variables utilisées dans un mode de réalisation d'un procédé de régulation selon l'invention
    • La figure 3 représente un schéma de régulation selon un premier mode de réalisation de l'invention
    • La figure 4 représente un schéma de régulation selon un second mode de réalisation de l'invention
    • La figure 5 représente le début d'injection d'huile et le couple moteur en fonction du temps lors d'un essai utilisant un procédé de régulation selon l'invention
    • La figure 6 représente l'épaisseur de la bande laminée en sortie de cage en fonction du temps lors d'un essai utilisant un procédé de régulation selon l'invention
  • La figure 1 montre une bande métallique B en cours de laminage dans un laminoir comprenant deux cages 1, 2 dans lesquelles la bande B est simultanément sous emprise, par exemple un laminoir finisseur pour le laminage à chaud des bandes d'acier. Les laminoirs de ce type comportent généralement 5, 6 ou 7 cages. Chacune des cages 1, 2 comprend, classiquement, deux cylindres de travail 1a, 1a' et 2a, 2a' et deux cylindres de soutien 1b, 1b' et 2b, 2b'. Chaque cage est activée par un couple moteur C1, C2 (non représentés). La distance entre les deux cylindres de travail, respectivement 1a -1a' et 2a-2a' se nomme l'entrefer S (non représenté) et est réglé à l'aide de vis de serrage 7.
  • La lubrification des cylindres est assurée au niveau de chacune des cages par un dispositif d'injection 3, tel que par exemple des buses de projection permettant de projeter une émulsion d'huile et d'eau.
  • Selon un mode de réalisation de l'invention, un dispositif 4 de mesure de vitesse est disposé à la sortie de la première cage dans le sens de défilement de la bande, ce dispositif 4 permet de mesurer la vitesse de la bande en sortie de la cage vsortie. Ce dispositif peut être, à titre d'exemple, un dispositif à mesure optique tel qu'un vélocimètre laser. Cette mesure de la vitesse permet de calculer en temps réel le glissement vers l'avant (FWS pour ForWard Slip ratio en anglais) à partir de la formule suivante : FWS = | v sortie − v cage | v cage
    Figure imgb0001
  • Dans laquelle :
    • vsortie est la vitesse de la bande en sortie de la cage, par exemple mesurée à l'aide du dispositif 4.
    • vcage est la vitesse linéaire des cylindres de travail calculée selon la formule suivante : v cage = ωR
      Figure imgb0002
       R étant le rayon du cylindre de travail et ω la vitesse angulaire des cylindres de travail mesurée par exemple par un générateur à Impulsion)
  • Les vitesses vsortie et vcage peuvent être exprimées en n'importe quelle unité de vitesse, sous réserve d'être exprimées toutes deux dans cette même unité. De même l'unité dans laquelle est exprimée la vitesse angulaire ω doit être cohérente avec celle de vcage.
  • Toujours selon un mode de réalisation de l'invention un dispositif 5 de mesure de force permettant de mesurer en temps réel la force de serrage F des cylindres de travail est également prévu au niveau de chaque cage. Ces dispositifs bien connus de l'homme du métier peuvent être par exemple des jauges de contraintes installées sur les montants de cage ou sous les vis de serrage 7.
  • Les données mesurées de force de serrage F et de vitesse de la bande en sortie de cage vsortie sont transmises à une unité de traitement 6 qui peut ensuite, en fonction de ces mesures et d'autres paramètres enregistrés au préalable, envoyer des consignes par exemple aux buses d'injection d'émulsion lubrifiante 3 ou aux vis de serrage 7.
  • Une unité de traitement 6 permettant de mettre en oeuvre un premier mode de réalisation du procédé de régulation selon l'invention est décrite ci-dessous en référence à la figure 3.
  • La vitesse de la bande en sortie de la cage vsortie et la vitesse angulaire des cylindres de travail ω sont mesurées en ligne et leurs valeurs sont envoyées à un premier calculateur 8. Ce premier calculateur 8 comprend au moins une mémoire interne sur laquelle est stockée la valeur du rayon R des cylindres de travail, ce qui permet de calculer la vitesse linéaire des cylindres de travail vcage et ensuite la valeur du ratio de glissement vers l'avant FWS selon la formule 1.
  • La valeur calculée FWS est ensuite transmise à un second calculateur 9 qui reçoit également en donnée d'entrée la valeur de la force de serrage F mesurée en temps réel par le capteur 5. Ce second calculateur comprend au moins une mémoire interne sur laquelle sont stockés les paramètres P1. Ces paramètres P1 dépendent du modèle choisi pour le calcul du coefficient de frottement µréel.
  • Différents modèles simplifiés peuvent être adaptés pour obtenir le calcul du coefficient de frottement µréel à partir des valeurs de ratio de glissement vers l'avant FWS et de force de serrage F. Ces modèles sont connus dans leur généralité mais pas dans leur application particulière telle que décrite dans l'invention.
  • A titre d'exemple nous allons décrire ci-après l'utilisation aux fins de l'invention du modèle d'Orowan, mais d'autres modèles connus de l'homme du métier pourront être utilisés, tel que le modèle de SIMS ou Bland & Ford. La théorie générale de chacun de ces trois modèles est décrite par exemple dans « The calculation of roll pressure in hot and cold flat rolling », E.Orowan, Proceedings of the Institute of Mechanical Engineers, June 1943, vol.150, n°1 140-167 pour le modèle d'Orowan, « The calculation of roll force and torque in hot rolling mills », R.B. Sims, Proceedings of the Institute of Mechanical Engineers, June 1954, vo1.168, n°1 191-200 pour le modèle de Sims, "The Calculation of Roll Force and Torque in Cold Strip Rolling with Tensions », D.R. Bland et H. Ford, Proceedings of the Institute of Mechanical Engineers, June 1948, vol.149, p.144, pour le modèle de Bland & Ford.
  • Pour calculer en temps réel le coefficient de frottement µréel en utilisant le modèle d'Orowan les paramètres P1 sont les épaisseurs d'entrée eentrée et de sortie esortie de la bande, les tractions d'entrée σentrée et de sortie σsortie de la bande, ces paramètres étant dans l'exemple présent fixés en début de laminage mais peuvent également être estimés ou mesurés en temps réel. Ces paramètres sont illustrés en figure 2.
  • A partir de ces données le second calculateur 9 calcule ainsi le coefficient de frottement µréel, donnée transmise à un processeur 10. Le temps de calcul de µréel est inférieur ou égal à 100ms et de préférence inférieur ou égal à 50ms.
  • Les données d'entrée de processeur 10 sont µréel, une valeur cible de coefficient de frottement µcible déterminée à partir d'abaques ou de modélisation, en fonction de la nuance d'acier de la bande laminée, du nombre de kilomètres de bandes laminées sur l'installation considérée, de l'usure des rouleaux, du type d'huile utilisée, etc..ainsi qu'un paramètre α0. Ce paramètre est la valeur initiale du paramètre de procédé α qui sera utilisé pour réguler le coefficient de friction µréel.
  • Ce paramètre peut être à titre d'exemple le débit d'injection Qhuile de l'huile lubrifiante. La valeur initiale peut être déterminée par exemple à l'aide d'abaques ou par modélisation.
  • La valeur du coefficient de frottement µréel est ensuite comparée à la valeur cible de coefficient de frottement µcible. Si la valeur absolue de la différence entre ces deux valeurs |µcible - µreel | est supérieure à une valeur prédéterminée Δ, une nouvelle valeur du paramètre αn est alors calculée puis appliquée afin que la valeur du coefficient de frottement calculée µréel soit ramenée à une valeur plus proche de la valeur cible µcible, et ce afin d'éviter un refus d'engagement et de glissement de la bande si µréel < µcible+ Δ ou une usure prématurée des cylindres de travail et des défauts de surface dans le cas contraire. On pourra par exemple réduire ou augmenter le débit d'injection Qhuile de l'huile lubrifiante. Il est préférable de garder le débit d'eau dans l'émulsion constant pour des considérations thermiques de refroidissement du cylindre et de bon fonctionnement afin de s'assurer que l'émulsion injectée couvre une grande partie du cylindre.
  • Le temps qui s'écoule entre la mesure de la vitesse de sortie de la bande vsortie et la réception de la consigne αn est inférieur ou égal à 500 ms et de préférence inférieur ou égal à 150 ms.
  • Cette succession de mesures, calculs et régulations peut ainsi être répétée jusqu'à la fin du laminage de la bande considérée et jusqu'à la fin de la campagne de laminage.
  • La figure 4 représente un schéma de régulation selon un second mode de réalisation de l'invention.
  • La différence avec le premier mode de réalisation décrit précédemment et illustré en figure 3 est que les valeurs FWS et µréel calculées respectivement par les calculateurs 8 et 9 sont transmises à un second processeur 11. Les données d'entrée de ce second processeur sont donc FWS, µréel ainsi qu'un ensemble de paramètres P2. Ces paramètres P2 dépendent du modèle choisi pour le calcul du coefficient de frottement µréel.
  • Si l'on utilise comme dans le mode de réalisation précédent le modèle d'Orowan les paramètres P2 sont les épaisseurs d'entrée eentrée et de sortie esortie de la bande, les tractions d'entrée σentrée et de sortie σsortie de la bande, le rayon R des rouleaux, ces paramètres étant dans l'exemple présent fixés en début de laminage, mais peuvent également être estimés ou mesurés en temps réel. P2 inclut aussi le module de cédage M de la cage du laminoir considérée. Ce module, généralement exprimé en t/mm, caractérise la déformation élastique de la cage liée à l'effort de laminage.
  • A partir de ces données le processeur calcule par exemple la valeur de force de laminage F' qui devrait être appliquée pour obtenir l'épaisseur esortie
  • En effet la nouvelle valeur du paramètre α peut générer des modifications sur d'autres paramètres et ainsi créer des problèmes par exemple de sous épaisseur en sortie de la cage.
  • En effet si l'on modifie le débit d'huile injecté Qhuile on modifie le coefficient de frottement µréel et par conséquent la force F appliquée par le rouleau sur la bande. Cela se traduit alors par une modification de l'épaisseur esortie de la bande en sortie de la cage, comme illustré en figure 5. On peut donc obtenir des épaisseurs en sortie de cage non conformes. Si ce problème se présente on peut alors utiliser le même modèle que celui utilisé pour calculer µréel mais en sens inverse. Dans le cas présent du modèle d'Orowan on reprend les paramètres d'entrée d'épaisseur eentrée, esortie, de traction σentrée, σsortie, de diamètre D, le coefficient de frottement cible µaimed, et le ratio de glissement calculé FWS et on obtient ainsi la force F' à appliquer sur la bande, et la variation nécessaire de l'entrefer ΔS selon la formule 3 ci-dessous et on corrige alors en conséquence les positions de vis de serrage 7 qui définissent l'entrefer. Δ ⁢ S ≡ F ′ − F M
    Figure imgb0003
     Dans laquelle :
    • F' est la valeur de la force de laminage calculée par le processeur 11.
    • F est la valeur de la force de laminage mesurée par le capteur 5.
    • M est le module de cédage de la cage considérée
  • Les unités de ces trois grandeurs doivent être cohérentes entre elles et peuvent par exemple être en Newton pour les forces F et F' et en N/mm pour le module de cédage M.
  • On pourra utiliser ce même principe de calcul par modèle inversé pour contrôler d'autres paramètres du procédé de laminage tel que les tractions amont et aval de la cage σentrée, σsortie afin d'éviter des perturbations de la vitesse de la bande en sortie de laminage.
  • Les unités de traitement décrites précédemment en référence aux figures 3 et 4 contiennent différents éléments tels que des calculateurs ou des processeurs mais on pourrait envisager un seul et même processeur permettant de réaliser les différentes opérations de calcul et consignes, ou tout autre configuration possible permettant des étapes de calcul et consignes.
    • Essai
  • Un procédé de laminage à chaud selon l'invention a été réalisé avec une bande d'acier DWI (Drawn and Wall Ironed), l'huile de lubrification utilisée étant une huile standard commerciale.
  • Les résultats sont illustrés en figures 5 et 6.
  • Comme illustré en figure 5, le débit d'injection Qhuile est nul lors du laminage de la tête de bande. Ceci est volontaire cet essai étant principalement consacré à la lubrification de la queue de bande.
  • Par contre on constate que le débit d'injection d'huile Qhuile a été régulé jusqu'à la fin du laminage de la bande, ce qui signifie que la queue de bande a également été laminée en présence de lubrifiant, ce qui n'était pas le cas dans l'art antérieur.
  • La figure 6 représente l'épaisseur de la bande en sortie de cage esortie en fonction du temps de laminage. On observe une chute de cette épaisseur esortie après 10 secondes, cette baisse correspond à ce qui a été expliqué précédemment. La modification du débit d'huile injecté Qhuile entraîne une modification de la force F appliquée et dans le cas présent une diminution importante de l'épaisseur esortie de la bande en sortie de la cage. Grâce à la régulation illustrée en figure 4 une nouvelle force de serrage F' est calculée et l'entrefer S modifié en conséquence afin d'obtenir une épaisseur de sortie esortie conforme aux attentes du client. L'augmentation et le maintien de l'épaisseur esortie sont visibles sur cette figure 6.
  • Ni glissement, ni refus d'engagement de la bande suivante ne se sont produits lors de cet essai, ce qui signifie que le coefficient de frottement a été régulé de façon fiable et efficace. De plus, la queue de bande a pu être laminée en présence de lubrifiant sans incidence sur le laminage de la bande suivante.

Claims (16)

  1. Procédé de régulation d'au moins l'un des paramètres (α) d'un procédé de laminage à chaud d'un demi-produit métallique dans au moins une cage de laminoir comprenant au moins deux cylindres de travail,
    le procédé de régulation comprenant les étapes suivantes :
    - le calcul d'un ratio de glissement vers l'avant (FWS) à l'aide de l'équation suivante : FWS = | v sortie − v cage | v cage
    Figure imgb0004
     où vsortie est la vitesse du demi-produit à la sortie de ladite cage et vcage est la vitesse linéaire des cylindres de travail ;
    - le calcul d'une estimation d'un coefficient de friction (µréel) en fonction d'une valeur mesurée de la force de serrage (F) desdits cylindres de travail dans la cage et du ratio de glissement vers l'avant (FWS) précédemment calculé ; et
    - la régulation d'au moins l'un des paramètres (α) à partir de l'estimation calculée du coefficient de friction (µréel)·
  2. Procédé de régulation selon la revendication 1, dans lequel :
    - lors de l'étape de calcul de l'estimation du coefficient de friction (µréel), une valeur cible du coefficient de friction (µcible) est prédéterminée, et le coefficient de friction (µréel) est calculé en temps réel ;
    - lors de l'étape de régulation, si |µcible - µreel | est supérieure à une valeur prédéterminée (Δ), le paramètre de procédé (α) correspondant est ajusté de telle sorte que |µcible - µreel | devienne inférieure ou égale à la valeur prédéterminée (Δ).
  3. Procédé de laminage selon la revendication 1 ou 2, dans lequel avant le calcul du ratio de glissement vers l'avant (FWS), on mesure la vitesse (vsortie) du demi-produit à la sortie de la cage est mesurée, et le temps entre ladite mesure de (vsortie) et le calcul du coefficient de friction (µréel) est inférieur ou égal à 100ms..
  4. Procédé de laminage selon la revendication 3, dans lequel le temps entre la mesure de vsortie et le calcul de µréel à est inférieur ou égal à 50ms.
  5. Procédé de laminage selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le temps entre la mesure de vsortie et la régulation de l'au moins l'un des paramètres du procédé de laminage à chaud (α) est inférieur ou égal à 500ms.
  6. Procédé de régulation selon l'une quelconque des revendications précédentes comprenant une étape de correction, ultérieure à l'étape de régulation de l'au moins un des paramètres α du procédé, qui consiste à réguler la force de serrage F en fonction des valeurs de ratio de glissement vers l'avant (FWS) et de coefficient de frottement (µréel) calculées.
  7. Procédé de régulation selon l'une quelconque des revendications précédentes comprenant une étape de correction, ultérieure à l'étape de régulation d'au moins un des paramètres α du procédé, qui consiste à réguler les tractions d'entrée (σentrée) et de sortie (σsortie) de la bande en fonction des valeurs du ratio de glissement vers l'avant (FWS) et du coefficient de frottement (µréel) calculées.
  8. Procédé de laminage à chaud d'un demi-produit métallique dans au moins une cage de laminage comprenant au moins deux cylindres de travail dans lequel au moins l'un des paramètres α du procédé est régulé à l'aide d'un procédé de régulation conforme à l'une quelconque des revendications précédentes.
  9. Procédé de laminage selon la revendication 8, dans lequel une émulsion lubrifiante composée d'huile et d'eau est injectée au niveau de l'entrefer des cylindres de travail et dans lequel l'au moins un des paramètres de procédé α est le débit d'injection de ladite huile (Qhuile).
  10. Procédé de laminage selon l'une des revendications 8 ou 9, dans lequel le demi-produit métallique laminé est une bande d'aluminium.
  11. Procédé de laminage selon l'une des revendications 8 ou 9, dans lequel le demi-produit métallique laminé est une bande d'acier.
  12. Procédé de laminage selon la revendication 11, dans lequel la bande d'acier laminée est une bande d'acier à très haute résistance ou à Ultra Haute résistance.
  13. Procédé de laminage selon la revendication 11 ou 12, dans lequel la bande d'acier laminée à une épaisseur à la fin du laminage inférieure ou égale à 3 mm.
  14. Laminoir à chaud comprenant des moyens pour la mise en oeuvre du procédé de laminage selon l'une quelconque des revendications 8 à 11.
  15. Laminoir à chaud selon la revendication 14 dans lequel la vitesse du demi-produit vsortie en sortie de la cage de laminoir est mesurée à l'aide d'un vélocimètre laser.
  16. Produit programme d'ordinateur comportant des instructions logicielles qui, lorsqu'elles sont mises en oeuvre par un ordinateur, mettent en oeuvre le procédé de régulation selon l'une quelconque des revendications 1 à 7.
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