EP3241916A1

EP3241916A1 - Real-time monitoring of the heating of a workpiece by a metallurgical furnace or a heat-treatment furnace

Info

Publication number: EP3241916A1
Application number: EP16167875.0A
Authority: EP
Inventors: Jean-Christophe Mitais
Original assignee: Cockerill Maintenance and Ingenierie SA
Current assignee: Cockerill Maintenance and Ingenierie SA
Priority date: 2016-05-02
Filing date: 2016-05-02
Publication date: 2017-11-08

Abstract

Un procédé, un four et un logiciel pour le chauffage contrôlé d'une pièce comprenant : l'obtention d'un plan de chauffage définissant une évolution désirée d'un ou plusieurs indicateurs de la température de la pièce au cours du chauffage dans le four ; la mise à disposition de la pièce à chauffer au four ; la modélisation numérique tridimensionnelle du chauffage de la pièce, en temps réel et simultanée au chauffage de la pièce, la modélisation numérique utilisant des paramètres de chauffage du four ainsi qu'un modèle tridimensionnel de la pièce à chauffer et comprenant la prédiction des un ou plusieurs indicateurs de la température de ladite pièce pour le prochain instant de référence ; la comparaison des un ou plusieurs indicateurs de la température de la pièce dudit plan de chauffage aux un ou plusieurs indicateurs de la température de la pièce prédits par la modélisation numérique pour le prochain instant de référence ; et suite à chaque comparaison, l'adaptation, si nécessaire, des paramètres de chauffage du four en fonction du résultat de la comparaison afin de diminuer un écart entre les un ou plusieurs indicateurs de la température de la pièce du plan de chauffage et les un ou plusieurs indicateurs de la température de la pièce prédits par la modélisation numérique pour le prochain instant de référence.A method, an oven and a software for controlled heating of a room comprising: obtaining a heating plan defining a desired evolution of one or more indicators of the room temperature during heating in the oven; the provision of the part to be heated in the oven; three-dimensional numerical modeling of room heating, in real time and simultaneous with room heating, numerical modeling using furnace heating parameters as well as a three-dimensional model of the room to be heated and including the prediction of one or more indicators of the temperature of said room for the next reference time; comparing one or more room temperature indicators of said heating plane with one or more room temperature indicators predicted by the numerical modeling for the next reference time; and following each comparison, the adaptation, if necessary, of the furnace heating parameters according to the result of the comparison in order to reduce a difference between the one or more indicators of the room temperature of the heating plane and the one or several room temperature indicators predicted by numerical modeling for the next reference time.

Description

Domaine TechniqueTechnical area

De manière générale, l'invention concerne le chauffage contrôlé d'une pièce par un four sidérurgique ou un four de traitement thermique, p.ex. un four de réchauffage. Le contrôle est fait par une modélisation numérique, simultanée et en temps réel, du chauffage de la pièce.In general, the invention relates to the controlled heating of a room by a steel furnace or a heat treatment furnace, eg a reheating furnace. The control is done by a numerical modeling, simultaneous and in real time, of the heating of the room.

Arrière-plan technologiqueTechnological background

Le brevet US 3,868,094 décrit un procédé de contrôle du chauffage pour un four métallurgique ayant une zone supérieure et une zone inférieure. Le procédé comprend la mesure, dans un seul endroit, de la température de surface d'une pièce qui passe à travers le four. Le signal de mesure est transmis simultanément aux contrôleurs des zones supérieure et inférieure. Les contrôleurs émettent des signaux aux brûleurs du four pour maintenir les températures de consigne supérieure et inférieure souhaitées.The patent US 3,868,094 discloses a heating control method for a metallurgical furnace having an upper zone and a lower zone. The method includes measuring, in one place, the surface temperature of a part that passes through the oven. The measurement signal is transmitted simultaneously to the upper and lower zone controllers. The controllers emit signals to the oven burners to maintain the desired upper and lower set temperatures.

Le procédé décrit souffre du fait qu'il faut mesurer la température de la pièce à l'intérieur du four. Comme l'explique le document US 3,868,094 , la position de la sonde doit être judicieusement choisie pour qu'elle ne soit pas dans le chemin des pièces et pour qu'elle ne soit pas endommagée en cas d'empilement de pièces dans le four. Un autre inconvénient du procédé connu réside dans le fait que la sonde ne renseigne que la température de la surface inférieure de la pièce à chauffer. La température de la surface supérieure est supposée être déductible de la température de la surface inférieure par application d'une fonction simple. Cette supposition est toutefois simpliste, car les réglages des zones inférieure et supérieure peuvent affecter le rapport entre les deux températures de surface. Il y a aujourd'hui un besoin dans l'industrie de pallier ces inconvénients et de mettre à disposition un procédé de chauffage mieux adapté.The process described suffers from the fact that the temperature of the part inside the furnace must be measured. As explained in the document US 3,868,094 , the position of the probe must be carefully chosen so that it is not in the path of the parts and so that it is not damaged in case of stacking of parts in the oven. Another disadvantage of the known method lies in the fact that the probe only informs the temperature of the lower surface of the part to be heated. The temperature of the upper surface is assumed to be deductible from the temperature of the lower surface by application of a simple function. This assumption is simplistic, however, as the lower and upper zone settings can affect the ratio of the two surface temperatures. There is today a need in the industry to overcome these disadvantages and to provide a more suitable heating method.

Description générale de l'inventionGeneral description of the invention

Un premier aspect de la présente invention se rapporte à un procédé de chauffage contrôlé d'une pièce, par exemple d'un demi-produit sidérurgique, comme p.ex. une brame, un bloom, une billette, un lingot, un rond, une ébauche, ou autre, par un four sidérurgique ou un four de traitement thermique comprenant :

l'obtention d'un plan de chauffage définissant une évolution désirée d'un ou plusieurs indicateurs de la température de la pièce au cours du chauffage dans le four ;
la mise à disposition de la pièce à chauffer au four ;
le suivi thermique par le biais d'une modélisation numérique tridimensionnelle du chauffage de la pièce, en temps réel et simultanée au chauffage de la pièce, la modélisation numérique utilisant des paramètres de chauffage actuels (c.-à-d. d'application au moment de la modélisation) du four, un modèle tridimensionnel de la pièce à chauffer, préférablement un modèle du four, et comprenant la prédiction d'un ou plusieurs indicateurs de la température de la pièce pour le prochain instant de référence;
la comparaison des un ou plusieurs indicateurs de la température de la pièce dudit plan de chauffage aux un ou plusieurs indicateurs de la température de la pièce prédits par la modélisation numérique pour le prochain instant de référence; et
suite à chaque comparaison, l'adaptation, si nécessaire, des paramètres de chauffage du four en fonction du résultat de la comparaison afin de diminuer un écart entre les un ou plusieurs indicateurs de la température de la pièce du plan de chauffage et les un ou plusieurs indicateurs de la température de la pièce prédits par la modélisation numérique pour le prochain instant de référence.

A first aspect of the present invention relates to a method for controlled heating of a workpiece, for example a steel semi-finished product, such as a slab, a bloom, a billet, an ingot, a round, a blank, or other, by a steel furnace or a heat treatment furnace comprising:

obtaining a heating plan defining a desired evolution of one or more indicators of the room temperature during heating in the oven;
the provision of the part to be heated in the oven;
thermal tracking through three-dimensional numerical modeling of room heating, in real time and simultaneous with room heating, numerical modeling using current heating parameters (ie, application to the moment of modeling) of the furnace, a three-dimensional model of the part to be heated, preferably a model of the furnace, and comprising the prediction of one or more room temperature indicators for the next reference time;
comparing one or more room temperature indicators of said heating plane with one or more room temperature indicators predicted by the numerical modeling for the next reference time; and
following each comparison, the adaptation, if necessary, of the furnace heating parameters according to the result of the comparison in order to reduce a difference between the one or more indicators of the temperature of the room of the heating plane and the one or several room temperature indicators predicted by numerical modeling for the next reference time.

La pièce à chauffer peut, par exemple, avoir une forme de plaque, de brame, d'une pièce carrée ou autre. La pièce à chauffer peut être en métal, en ce compris toutes les nuances d'acier, depuis les qualités les plus courantes jusqu'aux aciers de haute résistance mécanique de pointe, y compris les aciers inoxydables et les aciers au silicium.The part to be heated may, for example, have a plate, slab, square or other shape. The part to be heated can be metal, including all grades of steel, from the most common grades to high strength steels, including stainless steels and silicon steels.

Les paramètres de chauffage du four peuvent comprendre, entre autres, la puissance, la température et/ou des réglages des actuateurs, les réglages contrôlant, par exemple, le débit de combustible du four et/ou la vitesse de la pièce dans le four.The furnace heating parameters can include, among others, the power, temperature and / or actuator settings, the settings controlling, for example, the furnace fuel flow rate and / or the speed of the furnace room.

Les indicateurs de la température de la pièce sont reliés directement ou indirectement à la température de la pièce. Ils sont généralement représentatifs de la température de la pièce à chauffer. Des indicateurs de la température directement reliés à la température peuvent être, par exemple, la température moyenne de la pièce, un profil de température de la pièce, ou encore une cartographie tridimensionnelle de la température de la pièce. Des indicateurs de température indirectement reliés à la température comprennent, par exemple, la chaleur latente de la pièce, l'entropie, l'enthalpie, etc.Indicators of room temperature are directly or indirectly related to the room temperature. They are generally representative of the temperature of the room to be heated. Temperature indicators directly related to the temperature can be, for example, the average temperature of the room, a temperature profile of the room, or a three-dimensional map of the room temperature. Temperature indicators indirectly related to temperature include, for example, the latent heat of the room, entropy, enthalpy, etc.

L'obtention du plan de chauffage peut se faire par une simulation numérique prenant en compte la valeur des un ou plusieurs indicateurs de la température de la pièce à l'entrée du four, la valeur désirée des un ou plusieurs indicateurs de la température de la pièce à la sortie du four, un modèle tridimensionnel pour la pièce à chauffer, optionnellement un modèle du four. La simulation numérique détermine alors le plan de chauffage comprenant l'évolution des un ou plusieurs indicateurs de la température de la pièce au cours du chauffage et optionnellement les paramètres de chauffage du four nécessaires à la réalisation de cette évolution.Obtaining the heating plan can be done by a numerical simulation taking into account the value of one or more indicators of the room temperature at the entrance of the oven, the desired value of the one or more indicators of the temperature of the oven. room at the exit of the oven, a three-dimensional model for the room to be heated, optionally a model of the oven. The numerical simulation then determines the heating plan including the evolution of one or more indicators of the room temperature during heating and optionally the furnace heating parameters necessary to achieve this evolution.

L'obtention du plan de chauffage peut se faire autrement, par exemple, le plan de chauffage par la lecture de un ou plusieurs fichiers de données comprenant l'évolution des un ou plusieurs indicateurs de la température de la pièce lors de son chauffage ainsi que les paramètres de chauffage du four nécessaires pour la réalisation de cette évolution. Il sera apprécié que le plan de chauffage n'a pas besoin d'être établi à l'endroit du four sidérurgique ou du four de traitement thermique, mais peut être élaboré ailleurs (p.ex. dans un centre de calcul).Obtaining the heating plan can be done differently, for example, the heating plan by reading one or more data files comprising the evolution of one or more indicators of the temperature of the room during its heating and furnace heating parameters necessary for the realization of this evolution. It will be appreciated that the heating plan need not be established at the location of the steel furnace or the heat treatment furnace, but may be developed elsewhere (eg in a computer center).

Optionnellement, le plan de chauffage définit une évolution des un ou plusieurs indicateurs de la température et des paramètres de chauffage du four qui minimisent la consommation d'énergie.Optionally, the heating plan defines an evolution of the one or more indicators of the temperature and oven heating parameters that minimize energy consumption.

Préférablement, les un ou plusieurs indicateurs de la température définis dans le plan de chauffage sont des valeurs de consigne pour les un ou plusieurs indicateurs de la température ajustés au cours du chauffage dans le four. Autrement dit, une boucle de réglage agira sur les paramètres du four de sorte à ce que les valeurs pour les un ou plusieurs indicateurs de la température actuels correspondent aux valeurs de consigne pour les un ou plusieurs indicateurs de la température.Preferably, the one or more temperature indicators defined in the heating plane are set values for the one or more temperature indicators adjusted during heating in the oven. In other words, a The adjustment loop will act on the oven parameters so that the values for the current one or more temperature indicators correspond to the set values for one or more temperature indicators.

La modélisation numérique qui se fait simultanément au chauffage de la pièce opère en « temps réel », ce qui signifie que la modélisation numérique est conçue de sorte à fournir les informations sur les un ou plusieurs indicateurs de la température dans le respect de contraintes strictes de temps. En particulier, la conception de la modélisation numérique est faite de sorte à ce que les valeurs prédites des un ou plusieurs indicateurs de la température soient mises à jour plusieurs fois avant le prochain instant de référence, de façon pouvoir adapter les paramètres de chauffage du four. En d'autres mots, le temps pour obtenir les un ou plusieurs indicateurs de la température par la modélisation numérique est bien inférieur au temps entre deux instants de référence. Dans le contexte du présent document, le terme « instant de référence » désigne un instant pendant le procédé du chauffage (début et fin inclus) auquel il est souhaité avoir une concordance entre les un ou plusieurs indicateurs selon le plan de chauffage et les un ou plusieurs indicateurs prédits par la modélisation. Les instants de référence peuvent comprendre, notamment, la fin du chauffage, des instants auxquels la pièce à chauffer transite d'une zone du four dans un autre, ou d'autres instants. Les instants de référence peuvent être choisis en fonction du matériel existant, p.ex. en fonction des automates de régulation de bas niveau.The numerical modeling that is done simultaneously with room heating operates in "real time", which means that numerical modeling is designed to provide information on one or more temperature indicators within the strict constraints of time. In particular, the design of the numerical modeling is done in such a way that the predicted values of the one or more temperature indicators are updated several times before the next reference time, so as to be able to adapt the oven heating parameters. . In other words, the time to obtain one or more temperature indicators by numerical modeling is much less than the time between two reference times. In the context of this document, the term "reference time" refers to a time during the heating process (beginning and end included) to which it is desired to have a match between the one or more indicators according to the heating plane and the one or several indicators predicted by modeling. The reference instants may include, in particular, the end of the heating, moments to which the piece to be heated passes from one area of the oven to another, or other times. The reference times can be chosen according to the existing equipment, eg according to the low-level control PLCs.

La modélisation numérique tridimensionnelle nécessite une discrétisation de l'espace. Les « pixels tridimensionnels » résultant sont appelés des « voxels ». Les voxels sont préférablement de volume inférieur à 1 cm³.Three-dimensional numerical modeling requires discretization of space. The resulting "three-dimensional pixels" are called "voxels". The voxels are preferably of less than 1 cm ³ volume.

La modélisation numérique est, préférablement, conçue de sorte à pouvoir être réalisée sur un ou plusieurs processeurs graphiques comprenant, chacun, au moins 1024 noyaux de calculs, préférablement, au moins 2048 noyaux de calculs, encore plus préférablement au moins 4096 noyaux de calculs.The numerical modeling is preferably designed so that it can be performed on one or more graphics processors each comprising at least 1024 computational nuclei, preferably at least 2048 computational nuclei, still more preferably at least 4096 computational nuclei.

L'écart entre les un ou plusieurs indicateurs de la température du plan de chauffage et un ou plusieurs indicateurs actuels de la température de la pièce est calculé dans l'espace des paramètres, formé par les un ou plusieurs indicateurs de la température de la pièce, selon une métrique. Cette dernière peut être définie de telle façon à affecter un poids à chaque indicateur de la température lors du calcul de l'écart. Par exemple, la température moyenne de la pièce peut avoir un poids deux fois plus important que celui associé à son profil de température lors du calcul de l'écart.The difference between the one or more temperature indicators of the heating plane and one or more current indicators of the room temperature is calculated in the parameter space, formed by the one or more room temperature indicators. , according to a metric. The latter can be defined in such a way as to assign a weight to each temperature indicator when calculating the difference. For example, the average temperature of the room can have a weight twice as large as that associated with its temperature profile when calculating the difference.

Une fois l'écart calculé, la nécessité de l'adaptation peut être déterminée en fonction d'un seuil de tolérance. Si l'écart est inférieur au seuil de tolérance, aucune adaptation n'est faite. Si l'écart est supérieur au seuil de tolérance, l'adaptation des paramètres de chauffage du four est faite afin de réduire cet écart aux instants de référence ultérieurs.Once the deviation is calculated, the need for adaptation can be determined according to a tolerance threshold. If the deviation is below the tolerance threshold, no adaptation is made. If the deviation is greater than the tolerance threshold, the adaptation of the furnace heating parameters is made in order to reduce this difference at the subsequent reference instants.

Plusieurs pièces à chauffer peuvent être présentes dans le four en même temps. Chacune de ces pièces peut posséder un plan de chauffage. Optionnellement, afin que le plan de chauffage de chaque pièce soit le plus réaliste possible, le plan de chauffage de la pièce considérée tient compte des une ou plusieurs autres pièces également présentes dans le four durant le chauffage de la pièce.Several pieces to be heated may be present in the oven at the same time. Each of these rooms can have a heating plan. Optionally, so that the heating plan of each room is as realistic as possible, the heating plan of the room considered takes into account one or more other parts also present in the oven during the heating of the room.

Malgré cela, il est probable qu'il soit impossible de satisfaire simultanément chaque plan de chauffage des pièces présentes dans le four. Selon le type de pièce à chauffer, le respect du plan de chauffage est plus ou moins critique. En conséquence, le procédé comprend préférablement l'affectation d'une priorité aux pièces, qui en cas d'incompatibilités de plans de chauffage définit quel plan de chauffage est prioritaire par rapport aux autres.Despite this, it is likely that it is impossible to simultaneously satisfy each plan for heating the parts present in the oven. Depending on the type of room to be heated, compliance with the heating plan is more or less critical. Accordingly, the method preferably includes assigning a priority to parts, which in case of incompatibilities of heating plans defines which heating plane has priority over others.

Cette priorité peut être attribuée à chaque pièce à chauffer soit par un utilisateur, soit automatiquement sur base de certains critères. Un de ces critères pourrait être, par exemple, la composition chimique d'une pièce dont il est connu que la température ne peut pas dépasser une certaine valeur ou la masse d'une pièce.This priority can be attributed to each part to be heated by a user, or automatically based on certain criteria. One of these criteria could be, for example, the chemical composition of a part of which it is known that the temperature can not exceed a certain value or the mass of a part.

L'adaptation des paramètres de chauffage se fait, le cas échéant dans le respect de la priorité affectée à chacune des pièces. Dans le cas où les pièces peuvent être « prioritaires » ou « non-prioritaires », la pièce prioritaire verra son plan de chauffage respecté alors que le plan de chauffage des pièces non prioritaires ne sera pas forcément respecté. L'adaptation des paramètres de chauffage du four pour les pièces non prioritaires est faite de façon à ne pas faire dévier le chauffage de chaque pièce prioritaire de son plan de chauffage.The adaptation of the heating parameters is done, if necessary in the respect of the priority assigned to each of the rooms. In the case where the rooms can be "priority" or "non-priority", the priority room will have its heating plan respected while the heating plan for non-priority rooms will not necessarily be respected. The adaptation of the furnace heating parameters for non-priority rooms is done in such a way as not to deflect the heating of each priority room from its heating plane.

Optionnellement, un système de priorité à plusieurs niveaux de priorité (plus que deux) peut être implémenté. L'adaptation des paramètres de chauffage du four se fera alors en cascade à partir des pièces les plus prioritaires vers les pièces les moins prioritaires. L'adaptation des paramètres de chauffage du four pour pièces moins prioritaires veillera à ne pas faire dévier le chauffage de chaque pièce plus prioritaire de son plan de chauffage.Optionally, a priority system with several priority levels (more than two) can be implemented. The adaptation of the furnace heating parameters will then be cascaded from the highest priority rooms to the least priority. Adjusting the furnace heating parameters for lower priority rooms will ensure that the heating of each priority room is not deviated from the heating plane.

Dans un mode de réalisation préféré, le four sidérurgique ou le four de traitement thermique est un four continu, p.ex. un four à glissière, à longeron tubulaire, à sole mobile, à sole tournante, etc. Le four est, de préférence, subdivisé en plusieurs zones de contrôle, les instants de référence étant, par exemple, les instants auxquels la pièce passe d'une zone à l'autre.In a preferred embodiment, the steel furnace or heat treatment furnace is a continuous furnace, eg a slider, tubular spar, movable hearth, rotary hearth furnace, etc. The oven is preferably subdivided into several control zones, the reference times being, for example, the moments at which the room passes from one zone to another.

Un second aspect de la présente invention se rapporte à un logiciel pour contrôler le chauffage d'une pièce par un four sidérurgique ou un four de traitement thermique. Un tel logiciel comprend des instructions, stockées sur un support informatique, qui, lorsqu'elles sont exécutées par un matériel informatique, font en sorte que le matériel informatique mette en oeuvre le procédé comprenant :

l'obtention d'un plan de chauffage définissant une évolution désirée d'un ou plusieurs indicateurs de la température de ladite pièce au cours du chauffage dans le four ;
la modélisation numérique tridimensionnelle du chauffage de la pièce, en temps réel et simultanée au chauffage de la pièce, la modélisation numérique utilisant des paramètres de chauffage actuels du four et un modèle tridimensionnel de la pièce à chauffer et comprenant la prédiction d'un ou plusieurs indicateurs de la température de la pièce pour le prochain instant de référence ;
la comparaison des un ou plusieurs indicateurs de la température de la pièce du plan de chauffage aux un ou plusieurs indicateurs de la température de la pièce prédits par la modélisation numérique pour le prochain instant de référence ;
suite à chaque comparaison, l'adaptation, si nécessaire, des paramètres de chauffage du four en fonction du résultat de la comparaison afin de diminuer un écart entre les un ou plusieurs indicateurs de la température de la pièce du plan de chauffage et les un ou plusieurs indicateurs de la température de la pièce prédits par la modélisation numérique pour le prochain instant de référence ; et
la communication des nouveaux paramètres de chauffage à un centre de contrôle du four.

A second aspect of the present invention relates to software for controlling the heating of a part by a steel furnace or a heat treatment furnace. Such software includes instructions, stored on a computer medium, which, when executed by computer hardware, cause the computer hardware to implement the method comprising:

obtaining a heating plan defining a desired evolution of one or more indicators of the temperature of said room during heating in the oven;
three-dimensional numerical modeling of room heating, in real time and simultaneous with room heating, numerical modeling using current furnace heating parameters and a three-dimensional model of the room to be heated and including the prediction of one or more room temperature indicators for the next reference time;
comparing one or more indicators of the room temperature of the heating plane with one or more room temperature indicators predicted by the numerical modeling for the next reference time;
following each comparison, the adaptation, if necessary, of the furnace heating parameters according to the result of the comparison in order to reduce a difference between the one or more indicators of the temperature of the room of the heating plane and the one or several room temperature indicators predicted by numerical modeling for the next reference time; and
the communication of the new heating parameters to a control center of the oven.

Le logiciel est préférablement conçu pour être exécuté en parallèle sur un matériel informatique comprenant plusieurs noyaux de calculs. Le matériel informatique peut être composé de un ou plusieurs processeurs comprenant préférablement, chacun, au moins 1024 noyaux de calculs, plus préférablement, au moins 2048 noyaux de calculs, encore plus préférablement au moins 4096 noyaux de calculs. Le matériel informatique comprend préférablement un ou plusieurs processeurs graphiques.The software is preferably designed to run in parallel on computer hardware comprising multiple compute cores. The computer hardware may be composed of one or more processors preferably comprising, each, at least 1024 computational nuclei, more preferably at least 2048 computational nuclei, still more preferably at least 4096 computational nuclei. The computer hardware preferably includes one or more graphics processors.

Le logiciel peut comprendre, en plus, des instructions, qui, lorsqu'elles sont exécutées par un matériel informatique, font en sorte que le matériel informatique mette en oeuvre la détermination du type de maillage à utiliser (par exemple un maillage carré, triangulaire ou hexagonal) en fonction de la géométrie de la pièce à chauffer. De plus, le logiciel peut être conçu de sorte à déterminer le volume de voxels utilisés par la modélisation numérique du chauffage de la pièce afin qu'une erreur relative de chaque indicateur de température de ladite simulation numérique soit inférieure à 5%, préférablement inférieure à 1 %, plus préférablement inférieure à 0.5%.The software may further include instructions which, when executed by computer hardware, cause the computer hardware to implement the determination of the type of mesh to be used (for example a square, triangular or hexagonal) depending on the geometry of the part to be heated. In addition, the software may be designed to determine the volume of voxels used in the numerical modeling of the room heater so that a relative error of each temperature indicator of said numerical simulation is less than 5%, preferably less than 1%, more preferably less than 0.5%.

L'erreur relative pour un certain type de maillage m et un certain volume V de voxels d'un indicateur de température f_v;m ( r ) peut être calculée par comparaison avec une modélisation numérique du même indicateur de température f_v';m ( r ) pour un maillage de même type m le plus fin possible (V' tend vers 0) : ${ER}_{f} (V; Vʹ) = \frac{{\int |f_{V; m} (\vec{r}) - f_{Vʹ; m} (\vec{r})|}^{2} w (\vec{r}) d (\vec{r})}{{\int |f_{Vʹ; m} (\vec{r})|}^{2} w (\vec{r}) d (\vec{r})},$

où l'intégration se fait sur tout le domaine de la simulation numérique et w(r) est un facteur de pondération dépendant de la position.The relative error for a certain type of mesh m and a certain volume V of voxels of a temperature indicator f _{v; m} ( r ) can be calculated by comparison with a numerical modeling of the same temperature indicator f _{v '; m} ( r ) for a mesh of the same type m the finest possible (V 'tends to 0):

{ER}_{f} (V; V') = \frac{{\int |f_{V; m} (\vec{r}) - f_{V'; m} (\vec{r})|}^{2} w (\vec{r}) d (\vec{r})}{{\int |f_{V'; m} (\vec{r})|}^{2} w (\vec{r}) d (\vec{r})},

where the integration is done on the whole domain of the numerical simulation and w (r) is a weighting factor depending on the position.

On peut considérer deux cas spécifiques plus en détail. Le premier correspond à l'erreur globale relative (EGR) où le facteur de pondération est constant sur tout le domaine de la modélisation numérique. Le second correspond à l'erreur locale relative (ELR) où le facteur de pondération est plus élevé dans les zones où le contrôle de l'erreur est considéré comme important et moins élevé (voire nul) dans les autres zones.Two specific cases can be considered in more detail. The first corresponds to the relative global error (EGR) where the weighting factor is constant over the entire domain of numerical modeling. The second corresponds to the relative local error (ELR) where the weighting factor is higher in the areas where the control of the error is considered important and lower (or even zero) in the other zones.

Un troisième aspect de la présente invention se rapporte à un four sidérurgique ou un four de traitement thermique pour le chauffage d'une pièce comprenant

un ou plusieurs détecteurs pour mesurer les paramètres de chauffage actuels du four ;
un matériel informatique avec un logiciel tel que décrit précédemment et configuré pour réaliser le procédé tel que décrit précédemment.

A third aspect of the present invention relates to a steel furnace or a heat treatment furnace for heating a room comprising

one or more detectors for measuring the current furnace heating parameters;
computer hardware with software as previously described and configured to perform the method as described above.

Préférablement, les un ou plusieurs détecteurs pour mesurer les paramètres de chauffage actuels comprennent un ou plusieurs pyromètres, un ou plusieurs détecteurs de débit de combustible injecté dans ledit four, un ou plusieurs détecteurs de pouvoir calorifique inférieur et d'indice de Wobbe du combustible injecté dans le four ou une combinaison de ces derniers.Preferably, the one or more detectors for measuring the current heating parameters comprise one or more pyrometers, one or more fuel flow detectors injected into said furnace, one or more detectors of lower heating value and of Wobbe index of the fuel injected. in the oven or a combination of these.

Brève description des dessinsBrief description of the drawings

D'autres particularités et caractéristiques de l'invention ressortiront de la description détaillée du mode de réalisation avantageux présenté ci-dessous, à titre d'illustration, avec référence aux dessins annexés qui montrent :

Fig. 1: représente les différents niveaux d'abstraction pour le contrôle du chauffage d'une pièce dans un four de traitement thermique ou un four sidérurgique ;
Fig. 2: est un schéma simplifié représentant un four de traitement thermique continu pour un chauffage contrôlé d'une pièce ;
Fig. 3: est un organigramme montrant les étapes réalisées selon l'invention pour chauffer une pièce dans un four de traitement thermique ;
Fig. 4: est un schéma simplifié représentant un four de traitement thermique pour un chauffage contrôlé de plusieurs pièces ;
Fig. 5: est un graphique représentant l'évolution de la température d'une pièce au cours du chauffage en comparaison avec le plan de chauffage.

Other features and characteristics of the invention will emerge from the detailed description of the advantageous embodiment presented below, by way of illustration, with reference to the appended drawings which show:

Fig. 1 : represents the different levels of abstraction for controlling the heating of a room in a heat treatment furnace or a steel furnace;
Fig. 2 : is a simplified diagram showing a continuous heat treatment furnace for controlled heating of a room;
Fig. 3 is a flowchart showing the steps performed according to the invention for heating a room in a heat treatment furnace;
Fig. 4 : is a simplified diagram showing a heat treatment furnace for controlled heating of several rooms;
Fig. 5 : is a graph showing the evolution of the temperature of a room during heating in comparison with the heating plane.

Description détaillée d'un mode de réalisation préféré de l'inventionDETAILED DESCRIPTION OF A PREFERRED EMBODIMENT OF THE INVENTION

La Fig. 1 est un organigramme d'un procédé de commande d'un four de traitement thermique ou d'un four sidérurgique selon un mode de réalisation de l'invention. Le procédé comprend différents niveaux organisés de manière hiérarchique. Dans l'exemple illustré, cette hiérarchie est composée de quatre niveaux, numérotés de 0 à 3, qui sont décrits dans la suite. Dans une mise en oeuvre pratique du procédé illustré, utilisant p.ex. un ou plusieurs programmes d'ordinateur, les différents niveaux peuvent représenter des couches d'abstraction. Dans un tel cas, on définit, p.ex. par le biais d'une interface de programmation, pour chaque couche d'abstraction les types d'entrées et de sorties qu'elle peut recevoir, respectivement émettre.The Fig. 1 is a flowchart of a method of controlling a heat treatment furnace or an ironmaking furnace according to one embodiment of the invention. The method comprises different levels organized in a hierarchical manner. In the example shown, this hierarchy is composed of four levels, numbered from 0 to 3, which are described below. In a practical implementation of the illustrated method, using eg one or more computer programs, the different levels may represent abstraction layers. In such a case, for each abstraction layer, the types of inputs and outputs it can receive or transmit, for example, are defined by means of a programming interface.

Au niveau 3, le procédé accepte des commandes 14 de clients, qui fixent, p.ex. le type de la pièce, la qualité finale, les dimensions, la date ultime de livraison, etc. En fonction des commandes sont alors définies (de manière automatique et/ou manuelle) les valeurs de consigne en rapport avec les pièces à chauffer. Ces valeurs de consigne peuvent comprendre, en particulier, l'objectif de température moyenne finale et l'objectif d'uniformité de température. D'autres particularités concernant le chauffage des pièces peuvent également être définies, comme p.ex. une température maximale à ne pas dépasser, un taux de chauffage à respecter, etc.At level 3, the method accepts customer orders 14, which set, eg the type of the part, the final quality, the dimensions, the ultimate date of delivery, etc. Depending on the commands are then defined (automatically and / or manually) the set values in relation to the parts to be heated. These setpoints may include, in particular, the objective of final average temperature and the objective of temperature uniformity. Other special features concerning room heating can also be defined, such as a maximum temperature not to be exceeded, a heating rate to be respected, etc.

Les valeurs de consigne en rapport avec les pièces à chauffer sont transmises au niveau 2 du procédé. À ce niveau sont générées les valeurs de consigne 18 (de haut niveau) pour le four, qui comprennent, p.ex. les objectifs de puissance (globale et/ou par zone du four) et/ou des objectifs de débit de combustible destiné aux différents brûleurs, les objectifs de température du four (des parois, des gaz d'échappement, etc.), ainsi que les objectifs de vitesse de transit des pièces dans le four ou dans ses différentes zones.The setpoints in relation to the parts to be heated are transmitted to level 2 of the process. At this level, the set point values 18 (high level) for the furnace are generated, which include, for example, the power objectives (overall and / or per furnace area) and / or fuel flow objectives for to the different burners, the oven temperature objectives (walls, exhaust gas, etc.), as well as the transit speed objectives of the parts in the oven or in its different zones.

Au niveau 1, le four est piloté de sorte à atteindre et à respecter les valeurs de consigne 18 de haut niveau reçues du niveau 2. Les valeurs de consigne 18 sont comparées à des valeurs actuelles, indicatives de l'état opérationnel du four, mesurées par des capteurs 22 et/ou estimées. Les capteurs 22 peuvent comprendre, par exemple, des capteurs de température des parois du four, des capteurs mesurant la température des gaz d'échappement, des capteurs de débit de combustible, etc. A ce niveau, le procédé réalise donc une boucle de réglage qui génère des valeurs de consigne 20 (de bas niveau) pour des actionneurs 23 du four sur base des valeurs de consigne 18 de haut niveau et de l'état opérationnel actuel. Les actionneurs commandés par le niveau 1 comprennent, p.ex. des actionneurs de vannes automatiques contrôlant le débit de combustible et/ou des moteurs contrôlant l'avancement des pièces à chauffer.At level 1, the furnace is controlled so as to reach and respect the high level setpoint values received from level 2. The setpoint values are compared to current values, indicative of the operational state of the furnace, measured by sensors 22 and / or estimated. Sensors 22 may include, for example, furnace wall temperature sensors, sensors measuring exhaust gas temperature, fuel flow sensors, and the like. At this level, the method thus performs a control loop which generates setpoint values (low level) for oven actuators 23 based on the high level setpoints 18 and the current operating state. The actuators controlled by level 1 include, for example, automatic valve actuators controlling the fuel flow rate and / or motors controlling the progress of the parts to be heated.

Le niveau 0 a l'accès direct aux ressources matérielles du four et comprend, p.ex. les pilotes du matériel employé, notamment celui des actionneurs. Au niveau 0 a lieu, notamment, la traduction des valeurs de consigne 20 de bas niveau en des signaux électriques contrôlant les actionneurs 23 du four. Le niveau 0 peut comprendre des boucles de réglage afin de garantir que les actionneurs 23 réagissent comme prévu aux commandes du niveau 1. De telles boucles de réglage peuvent comprendre des capteurs 24, p.ex. des capteurs intégrés dans les actionneurs 23.Level 0 has direct access to the hardware resources of the furnace and includes, for example, the drivers of the equipment used, including that of the actuators. At level 0, in particular, the translation of the low-level setpoint values 20 into electrical signals controlling the furnace actuators 23. Level 0 may include adjustment loops to ensure that the actuators 23 respond as expected to the level 1 controls. Such control loops may include sensors 24, eg sensors integrated in the actuators 23.

Fonctionnellement, chaque niveau de commande du four peut être conçu comme une boucle de réglage qui adapte les paramètres contrôlés par le niveau concerné de sorte à établir ou à maintenir la conformité avec les valeurs de consignes provenant du niveau supérieur. Si l'état actuel du niveau concerné n'est pas en accord avec les valeurs de consignes imposées par le niveau supérieur, une adaptation des valeurs de consignes pour le niveau inférieur est effectuée afin d'établir ou de rétablir la conformité.Functionally, each oven control level can be designed as an adjustment loop that adapts the parameters controlled by the level concerned to establish or maintain compliance with the setpoint values from the higher level. If the current state of the level concerned does not agree with the setpoint values imposed by the higher level, an adaptation of the setpoint values for the lower level is performed to establish or restore compliance.

La hiérarchie de différents niveaux d'abstraction permet à un opérateur du four de le programmer en définissant des valeurs de consigne 16 en rapport avec la pièce à chauffer et/ou des valeurs de consigne 18 de « haut niveau » en rapport avec le four sans devoir programmer directement les valeurs de consigne de « bas niveau ».The hierarchy of different levels of abstraction allows an operator of the furnace to program it by defining set values 16 related to the part to be heated and / or setpoint values 18 of "high level" in relation to the furnace without must directly program the "low level" setpoints.

Le procédé de chauffage selon l'invention utilise un plan de chauffage pour programmer le four. Dans le modèle hiérarchique détaillé ci-dessus, l'établissement du plan de chauffage appartient au niveau 2. En effet, le plan de chauffage est établi pour une pièce à chauffer afin d'atteindre les objectifs la concernant (p.ex. température moyenne à la sortie du four, uniformité de la distribution de température sur l'ensemble de la pièce.) Le plan de chauffage est établi par une simulation numérique du chauffage de la pièce par le four. La simulation utilise un modèle de la pièce ainsi que, optionnellement, un modèle du four qui imite le comportement du four. Les types de réglages que le modèle du four peut subir sont identiques à ceux que le procédé de niveau 2 peut effectuer sur le four réel. La simulation visant à obtenir le plan de chauffage est exécutée dans le cadre d'un procédé d'optimisation d'une fonction de coût (reflétant p.ex. la consommation énergétique, le temps de chauffage ou autre). Dans le cadre de ce procédé d'optimisation, les réglages du modèle du four dans la simulation sont ajustés jusqu'à ce qu'un réglage satisfaisant soit trouvé. Le plan de chauffage finalement obtenu contient une courbe de chauffage dite « optimale » de la pièce (c.-à-d. des données indiquant l'évolution de la température de la pièce en fonction du progrès du chauffage) ainsi que les réglages correspondants du four. On notera que ces réglages ne seront pas nécessairement statiques mais que le plan de chauffage peut déterminer une évolution des réglages en fonction du progrès du chauffage.The heating method according to the invention uses a heating plane to program the oven. In the hierarchical model detailed above, the heating plan is in level 2. The heating plan is set for a room to be heated in order to reach the objectives that are relevant to it (eg average temperature). at the outlet of the oven, uniformity of the temperature distribution over the whole room.) The heating plan is established by a numerical simulation of the heating of the room by the oven. The simulation uses a model of the room as well as, optionally, a model of the oven that mimics the behavior of the oven. The types of settings that the oven model can undergo are identical to those that the level 2 process can perform on the actual oven. The simulation to obtain the heating plan is carried out as part of a process for optimizing a cost function (reflecting, for example, energy consumption, heating time or other). As part of this optimization process, the oven model settings in the simulation are adjusted until a satisfactory setting is found. The heating plan finally obtained contains a heating curve called "optimal" of the room (ie data indicating the evolution of the room temperature according to the progress of the heating) as well as the corresponding settings of the oven. It should be noted that these adjustments will not necessarily be static but that the heating plan may determine a change in the settings according to the progress of the heating.

Le plan de chauffage définit une programmation initiale du four. Selon l'invention, il est prévu de surveiller le respect du plan de chauffage par le biais d'un suivi thermique réalisé à l'aide d'une modélisation numérique tridimensionnelle 28 du chauffage de la pièce, en temps réel et simultanée au chauffage de la pièce. Le suivi thermique s'appuie, entre autre, sur des paramètres opérationnels (paramètres de chauffage actuels) du four qui sont injectés dans la modélisation numérique qui comprend un modèle tridimensionnel de la pièce à chauffer ainsi que, optionnellement, un modèle du four. Si l'état thermique de la pièce à chauffer, prédit par la modélisation numérique, diffère de l'état prévu par le plan de chauffage pour le prochain instant de référence, une adaptation des réglages du four est effectuée. Cette adaptation est choisie de sorte à rétablir à un instant de référence ultérieur (de préférence au prochain instant de référence) la conformité entre l'état thermique réel de la pièce et l'état thermique prescrit par le plan de chauffage. On note que ce procédé d'adaptation des réglages du four représente une boucle de réglage au niveau 2 de la hiérarchie susmentionnée, dans laquelle les indicateurs de température de la pièce aux instants de référence prévus par le plan de chauffage sont des valeurs de consigne. Les paramètres activement réglés par cette boucle comprennent avantageusement les débits de combustible destinés aux différents brûleurs. Si ces paramètres ne sont pas directement accessibles par le niveau 2, ils peuvent être réglés de manière indirecte via des objectifs de puissance et/ou de température imposés au niveau 1.The heating plan defines an initial programming of the oven. According to the invention, it is planned to monitor the respect of the heating plan by means of a thermal monitoring carried out by means of a three-dimensional numerical modeling of the room heating, in real time and simultaneously with the heating of the room. the room. The thermal monitoring is based, among other things, on operational parameters (current heating parameters) of the furnace which are injected into the numerical modeling which comprises a three-dimensional model of the part to be heated as well as, optionally, a model of the furnace. If the thermal state of the part to be heated, predicted by the numerical modeling, differs from the state predicted by the heating plane for the next reference time, an adaptation of the oven settings is carried out. This adaptation is chosen so as to restore at a later reference time (preferably at the next reference time) the conformity between the actual thermal state of the room and the thermal state prescribed by the heating plane. It should be noted that this method of adapting the oven settings represents an adjustment loop at level 2 of the aforementioned hierarchy, in which the temperature indicators of the room at the reference times provided by the heating plane are setpoint values. The parameters actively set by this loop advantageously include the fuel flow rates for the different burners. If these parameters are not directly accessible by level 2, they can be adjusted indirectly via power and / or temperature objectives imposed on level 1.

La Fig. 2 montre un four de traitement thermique 12 de type continu utilisé pour le chauffage d'une pièce 10 (p.ex. un demi-produit sidérurgique). Le four 12 comprend une glissière 26 pour porter la pièce 10 à chauffer. Le four 12 comprend plusieurs capteurs 22, 24 pour mesurer les paramètres de chauffage actuels du four 12. Ces capteurs 22, 24 comprennent, par exemple, un ou plusieurs pyromètres pour mesurer la température des parois du four 12, un ou plusieurs détecteurs de débit de combustible pour mesurer le flux de combustible injecté dans les brûleurs, un ou plusieurs détecteurs pour mesurer le pouvoir calorifique inférieur et/ou l'indice de Wobbe du combustible, etc. Les paramètres de chauffage actuels du four 12 comprennent grandeurs directement mesurées par les capteurs 22, 24 (p.ex. la température actuelle des parois du four 12 ou les débits actuels de combustible) et/ou des grandeurs déduites des mesures (p.ex. la puissance actuelle du four 12).The Fig. 2 shows a continuous type heat treatment furnace 12 used for heating a workpiece 10 (eg a steel semi-finished product). The oven 12 comprises a slideway 26 for carrying the part 10 to be heated. The oven 12 comprises a plurality of sensors 22, 24 for measuring the current heating parameters of the oven 12. These sensors 22, 24 comprise, for example, one or more pyrometers for measuring the temperature of the walls of the oven 12, one or more flow detectors. of fuel to measure the fuel flow injected into the burners, one or more detectors for measuring the lower heating value and / or the Wobbe fuel, etc. The current heating parameters of the furnace 12 include quantities directly measured by the sensors 22, 24 (eg the actual furnace wall temperature 12 or the current fuel flow rates) and / or the quantities deduced from the measurements (e.g. current oven power 12).

Le procédé de chauffage d'une pièce par un four à plusieurs zones est représenté sous forme d'ordinogramme à la Fig. 3.The method of heating a room by a multi-zone furnace is shown as a flow chart at the Fig. 3 .

Préalablement au chauffage proprement dit de la pièce, un plan de chauffage est établi (étape S10) par simulation numérique sur base d'un modèle tridimensionnel de la pièce et, optionnellement, d'un modèle du four. Comme indiqué plus haut dans le texte, le plan de chauffage définit des valeurs de consigne pour la pièce (des indications de température de la pièce aux instants de référence), qui permettent d'arriver, en fin de chauffage, à la température moyenne finale désirée de la pièce et à l'uniformité de la température finale désirée. Le plan de chauffage contient en outre les réglages du four, qui, d'après la simulation résultent dans la courbe de chauffage optimale de la pièce.Prior to the actual heating of the room, a heating plan is established (step S10) by numerical simulation based on a three-dimensional model of the room and, optionally, a furnace model. As indicated earlier in the text, the heating plan defines setpoint values for the room (room temperature indications at the reference times), which make it possible to reach, at the end of heating, the final average temperature. desired room and the uniformity of the desired final temperature. The heating plan also contains the oven settings which, according to the simulation, result in the optimum room heating curve.

Le plan de chauffage est communiqué au four (étape S12). Les réglages prévus par le plan de chauffage sont utilisés pour programmer (étape S14) le four pour le chauffage de la pièce.The heating plan is communicated to the oven (step S12). The settings provided by the heating plane are used to program (step S14) the oven for room heating.

La pièce placée sur une glissière, est ensuite enfournée (étape S16) et commence à être chauffée dans la première zone (i=1, étape S18).The piece placed on a slide, is then loaded (step S16) and begins to be heated in the first zone ( i = 1 , step S18).

Au fur et à mesure que la pièce progresse dans le four, le suivi thermique de la pièce, en temps réel et simultané au chauffage de la pièce, est réalisé A partir des paramètres actuels de chauffage du four mesurés par les capteurs du four (étape S20), du plan de chauffage, d'un modèle de la pièce et, optionnellement, d'un modèle du four, on modélise le chauffage de la pièce dans la zone i et on prédit l'état de chauffage de la pièce en fin de zone i (étape S22).As the part progresses in the furnace, the thermal tracking of the workpiece, in real time and simultaneously with the heating of the workpiece, is performed from the current oven heating parameters measured by the oven sensors (step S20), the heating plane, a model of the room and, optionally, a model of the furnace, the heating of the room is modeled in zone i and the heating state of the room at the end is predicted. zone i (step S22).

La conformité du chauffage de la pièce au plan de chauffage est vérifiée à la prochaine étape (étape S24): si le chauffage de la pièce prédit par la modélisation numérique pour la fin de zone i est conforme au plan de chauffage, aucune modification des réglages du four par rapport à ceux prévus par le plan de chauffage n'est nécessaire. Dans le cas contraire, une adaptation des réglages, destinée à rétablir au prochain instant de référence (c.-à-d. à la fin de la zone i) la conformité entre l'état thermique réel de la pièce et l'état thermique prescrit par le plan de chauffage, est élaborée (étape S26) et appliquée (étape S28). Il sera apprécié que, les étapes S20, S22, S24, S26, S28 peuvent être répétées plusieurs fois sur une même zone i tant que la fin de la zone i n'est pas atteinte (étape S31). Dans un exemple pratique, une vérification de la conformité du chauffage de la pièce au plan de chauffage pourrait être effectuée environ toutes les 10 à 60 s (p.ex. toutes les 30 s), mais on comprendra que cette fréquence dépend de plusieurs facteurs, notamment de la complexité de la modélisation et de la puissance de calcul mise à disposition.The conformity of the heating of the room to the heating plane is verified at the next step (step S24): if the heating of the room predicted by the numerical modeling for the end of zone i complies with the heating plan, no modification of the settings oven compared to those provided by the heating plan is necessary. If not, an adaptation of the settings, intended to restore at the next reference time (ie at the end of zone i) the conformity between the real thermal state of the part and the thermal state prescribed by the heating plane, is developed (step S26) and applied (step S28). It will be appreciated that steps S20, S22, S24, S26, S28 may be repeated several times on the same area until the end of area i is reached (step S31). In a practical example, a check of the conformity of the heating of the room to the heating plane could be carried out approximately every 10 to 60 s (eg every 30 s), but it will be understood that this frequency depends on several factors , in particular the complexity of the modeling and the computing power made available.

Si la pièce n'a pas atteint la fin de la dernière zone du four (vérifié à l'étape S32), la pièce passe ensuite dans la zone suivante du four (dans l'ordinogramme, ceci se traduit par l'incrémentation de l'indice i à l'étape S30). Tant que la pièce n'a pas atteint la fin de la dernière zone du four (vérifié à l'étape S32), le procédé décrit ci-dessus est répété pour la nouvelle zone. L'arrivée de la pièce à la fin de la dernière zone termine le chauffage de la pièce (étape S34).If the piece has not reached the end of the last zone of the oven (checked in step S32), the piece then passes into the next zone of the oven (in the flowchart, this results in the incrementation of the oven. index i at step S30). As long as the part has not reached the end of the last zone of the furnace (checked in step S32), the process described above is repeated for the new zone. The arrival of the workpiece at the end of the last zone completes the heating of the workpiece (step S34).

En pratique, la conformité du déroulement du chauffage au plan de chauffage est vérifiée grâce à la détermination d'une grandeur caractérisant l'écart entre le jeu de valeurs théoriques (du plan de chauffage) et du jeu de grandeurs réelles (estimées par la modélisation parallèle au chauffage) en rapport avec l'instant de référence. L'écart peut être comparé à un seuil de tolérance afin de déterminer si une correction des réglages est indiquée.In practice, the conformity of the heating flow to the heating plane is verified by determining a quantity characterizing the difference between the set of theoretical values (of the heating plane) and the set of real quantities (estimated by the modeling parallel to the heating) in relation to the reference time. The deviation can be compared to a tolerance threshold to determine if a correction of settings is indicated.

Selon un mode de réalisation du plan de chauffage, l'évolution de la température de la pièce est donnée par la température moyenne de la pièce aux différents instants de référence. La Fig. 5 représente la température moyenne 38 de la pièce au cours du chauffage (ligne continue), prédite sur base de la modélisation numérique et la température moyenne 36 de la pièce au cours du chauffage (ligne discontinue) donnée par le plan de chauffage. Dans le cas illustré, on constate qu'un écart significatif entre la valeur cible et la valeur réelle de la température moyenne se creuse lors du passage de la pièce dans la seconde zone. Une correction 40 des réglages du four, dans le but de remettre le chauffage de la pièce en conformité avec le plan de chauffage pour le prochain instant de référence (étapes S20, S22, S24, S26, S28, voir Fig. 3), est effectuée. Dans l'exemple illustré, aucune autre déviation entre le plan de chauffage et le chauffage réel de la pièce n'est constatée.According to one embodiment of the heating plane, the evolution of the temperature of the room is given by the average temperature of the room at different times of reference. The Fig. 5 represents the average room temperature 38 during heating (continuous line), predicted on the basis of numerical modeling and the average room temperature during heating (dashed line) given by the heating plane. In the case illustrated, it is found that a significant difference between the target value and the actual value of the average temperature is hollow during the passage of the workpiece in the second zone. A correction 40 of the oven settings, in order to bring the heating of the room into compliance with the heating plan for the next reference time (steps S20, S22, S24, S26, S28, see Fig. 3 ), is done. In the illustrated example, no further deviation between the heating plane and the actual heating of the room is noted.

La modélisation numérique tridimensionnelle réalise un suivi thermique de la pièce en résolvant les équations physiques relatives, entre autre, aux transferts de chaleur (comprenant, entre autre, les transferts de chaleur par conduction et optionnellement par rayonnement). La modélisation numérique est réalisée en temps réel, ce qui signifie qu'elle est conçue de sorte à fournir la température actuelle de la pièce dans le respect de contraintes strictes de temps. En particulier, la conception de la modélisation numérique est faite de sorte à garantir (en fonction des puissances de calcul mises en oeuvre) que les indicateurs de température prédits par la modélisation soient mis à jour suffisamment fréquemment avant les instants de référence afin de pouvoir corriger les paramètres de chauffage du four pour rétablir la conformité de l'état thermique de la pièce au plan de chauffage pour le prochain instant de référence. De plus, la modélisation numérique est programmée de telle façon à pouvoir être exécutée en parallèle sur un ou plusieurs processeurs graphiques, chacun d'entre eux étant doté d'une multitude de noyaux de calculs.Three-dimensional numerical modeling carries out a thermal follow-up of the part by solving the physical equations relating, among other things, to the heat transfers (including, among other things, the heat transfer by conduction and optionally by radiation). Digital modeling is performed in real time, which means that it is designed to provide the current temperature of the part under strict time constraints. In particular, the design of the numerical modeling is made so as to guarantee (as a function of the computing powers implemented) that the temperature indicators predicted by the modeling are updated sufficiently frequently before the reference instants in order to be able to correct the furnace heating parameters to restore the conformity of the thermal state of the room to the heating plane for the next reference time. In addition, the numerical modeling is programmed so that it can be executed in parallel on one or more graphics processors, each of them having a multitude of calculation cores.

La modélisation numérique du chauffage de la pièce par le four sur le matériel informatique requiert une discrétisation de l'espace (tridimensionnel). Cette discrétisation introduit inévitablement des imprécisions numériques. Les voxels associés à la discrétisation peuvent être de forme cubique (ou d'une autre forme). Plus le volume des voxels est grand, plus l'erreur numérique introduite par la discrétisation de l'espace est susceptible d'être importante. En cas de maillage mal adapté, l'estimée de la température moyenne de la pièce obtenue par modélisation numérique ne sera pas représentative de la valeur réelle. En conséquence, la modélisation numérique est réalisée avec un maillage en adéquation avec les besoins. Le maillage peut être défini, p.ex. par le choix de voxels ayant des formes définies (p.ex. parallélépipédiques) et des volumes suffisamment petits. , préférablement, de volume inférieur à 1 cm³.Numerical modeling of the heating of the room by the furnace on the computer hardware requires a discretization of the space (three-dimensional). This discretization inevitably introduces numerical inaccuracies. The voxels associated with the discretization may be of cubic form (or of another form). The larger the volume of the voxels, the greater the numerical error introduced by the discretization of the space. In case of poorly adapted mesh, the estimate of the average temperature of the piece obtained by numerical modeling will not be representative of the real value. As a result, the numerical modeling is carried out with a mesh in adequacy with the needs. The mesh can be defined, eg by the choice of voxels having defined shapes (eg parallelepipedic) and sufficiently small volumes. preferably of volume less than 1 cm ³ .

La Fig. 4 illustre le chauffage simultané de plusieurs pièces 10a-10c dans le four 12. Ces pièces 10a-10c peuvent avoir, a priori, différentes formes et différentes compositions chimiques. Selon un mode de réalisation de l'invention, un plan de chauffage est établi pour chaque pièce. Lors de l'établissement de ces plans de chauffage il est de préférence tenu compte de la présence des autres pièces à chauffer dans le four aux différents instants.The Fig. 4 illustrates the simultaneous heating of several parts 10a-10c in the furnace 12. These parts 10a-10c may have, a priori, different shapes and different chemical compositions. According to one embodiment of the invention, a heating plane is established for each room. When establishing these heating plans it is preferably taken into account the presence of other parts to be heated in the oven at different times.

Lorsque plusieurs pièces à chauffer 10a-10c, possédant chacune son plan de chauffage, sont présentes en même temps dans le four 12, la conformité du chauffage de chaque pièce à leur plan de chauffage respectifs n'est parfois pas possible. La conformité du chauffage au plan de chauffage peut, pourtant, être critique pour certains types de pièces. Dès lors, une priorité peut être attribuée à chaque pièce à chauffer.When several pieces to be heated 10a-10c, each having its heating plane, are present at the same time in the oven 12, the conformity of the heating from each room to their respective heating plan is sometimes not possible. The conformity of the heating to the heating plane can, however, be critical for certain types of rooms. Therefore, a priority can be assigned to each room to be heated.

Une pièce prioritaire par rapport aux autres pièces verra son plan de chauffage respecté alors que le plan de chauffage des pièces moins prioritaires ne sera pas forcément respecté tant que la pièce prioritaire est présente dans le four. Ceci est dû au fait que le réglage de niveau 2 adapte les réglages du four pour faire respecter le plan de chauffage ayant actuellement la priorité.A priority room compared to other rooms will see its heating plan respected while the heating plan of lower priority rooms will not necessarily be respected as the priority room is present in the oven. This is because the level 2 setting adjusts the oven settings to maintain the current heating plan.

Alors que des modes de réalisation particuliers viennent d'être décrits en détail, l'homme du métier appréciera que diverses modifications et alternatives à ceux-là puissent être développées à la lumière de l'enseignement global apporté par la présente divulgation de l'invention. Par conséquent, les agencements et/ou procédés spécifiques décrits ci-dedans sont censés être donnés uniquement à titre d'illustration, sans intention de limiter la portée de l'invention.While particular embodiments have been described in detail, those skilled in the art will appreciate that various modifications and alternatives thereto can be developed in light of the overall teaching provided by the present disclosure of the invention. . Therefore, the specific arrangements and / or methods described herein are intended to be given by way of illustration only, with no intention of limiting the scope of the invention.

Claims

A method of controlled heating of a room by a steel furnace or a heat treatment furnace comprising: obtaining a heating plan defining a desired evolution of one or more indicators of the temperature of said room during heating in said oven;

providing said part to be heated to said furnace;

three-dimensional numerical modeling of the heating of said part, in real time and simultaneously with the heating of said part, the numerical modeling using current heating parameters of said furnace as well as a three-dimensional model of the part to be heated and comprising the prediction of one or several indicators of the temperature of said room for a next reference time;

comparing one or more indicators of the temperature of said room of said heating plane with one or more indicators of the temperature of said room predicted by said numerical modeling for the next reference time; and

following this comparison, adapting, if necessary, said furnace heating parameters according to the result of said comparison in order to reduce a difference between the one or more indicators of the temperature of said room of said heating plane and the one or several indicators of the temperature of said room predicted by said numerical modeling for the next reference time.

The method of claim 1, wherein obtaining the heating plane comprises determining the heating plane according to desired final quality criteria of the room and minimizing, preferably, the power consumption.

The method according to claims 1 or 2, wherein the one or more indicators of the temperature of said part of said heating plane are set values for the one or more indicators of the temperature of said room during heating in said furnace , the setpoint values being used during the adaptation step.

The method according to any one of claims 1 to 3, wherein said furnace heating parameters comprise the power, temperature or actuator settings, the settings controlling, for example, the fuel flow rate of said furnace and / or the speed of said piece in said oven.

The method according to any one of claims 1 to 3, wherein the three-dimensional numerical modeling of the heating of said part is performed on a graphics processor comprising a plurality of calculation cores.

The method of claim 5, wherein the graphics processor comprises at least 1024 computational nuclei, preferably at least 2048 computational nuclei, still more preferably at least 4096 computational nuclei.

The method according to any one of claims 1 to 6, wherein the discretization of the space for said numerical modeling of the heating of said room comprises voxels of volume less than 1 cm ³ .

The method according to any one of claims 1 to 7, wherein said heating plane of said workpiece takes into account one or more other parts also present in said furnace during heating of said workpiece.

The method according to any one of claims 1 to 8, wherein a priority is assigned to each piece to be heated by said furnace, the allocation of priority being done either by a user, or automatically on the basis of certain criteria, the adaptation of said heating parameters taking into account the priority assigned to each of the parts.

The process according to any one of claims 1 to 9, wherein the steel furnace or the heat treatment furnace is a continuous type furnace, the steel furnace or the heat treatment furnace being subdivided into several zones, the reference instants being the moments at which said piece passes from one zone to another.

Software for controlling the heating of a room by a steel furnace or a heat treatment furnace, comprising instructions which, when executed by computer hardware, cause the computer hardware to implement the method comprising: obtaining a heating plan defining a desired evolution of one or more indicators of the temperature of said room during heating in said oven;

the three-dimensional numerical modeling of the heating of said part, in real time and simultaneously with the heating of said part, the numerical modeling using current heating parameters of said furnace as well as a three-dimensional model of the part to be heated and comprising the prediction of a or more indicators of the temperature of said room for the next reference time;

comparing one or more indicators of the temperature of said room of said heating plane with one or more indicators of the temperature of said room predicted by said numerical modeling for the next reference time;

following each comparison, the adaptation, if necessary, of said furnace heating parameters according to the result of said comparison in order to reduce a difference between the one or more indicators of the temperature of said part of said heating plane and the one or several indicators of the temperature of said room predicted by said numerical modeling for the next reference time; and

communicating the new heating parameters to said oven.

A steel furnace or a heat treatment furnace for heating a room comprising
one or more detectors for measuring the current heating parameters of said furnace;
computer hardware with software according to claim 11 configured to perform the method of any one of claims 1 to 10.

The steel furnace or heat treatment furnace as claimed in claim 12, wherein said detectors for measuring current heating parameters comprise one or more pyrometers and / or thermocouples, one or more fuel flow detectors injected into said furnace. , one or more detectors of lower heating value and Wobbe index of the fuel injected into the furnace or a combination thereof.