EP4658825A1 - Procédé et dispositif pour determiner l'état métallurgique d'un produit - Google Patents

Procédé et dispositif pour determiner l'état métallurgique d'un produit

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Publication number
EP4658825A1
EP4658825A1 EP24702549.7A EP24702549A EP4658825A1 EP 4658825 A1 EP4658825 A1 EP 4658825A1 EP 24702549 A EP24702549 A EP 24702549A EP 4658825 A1 EP4658825 A1 EP 4658825A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
product
installation
oscillating circuit
saturation induction
passage
Prior art date
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Pending
Application number
EP24702549.7A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Tony KEZER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fives Celes
Original Assignee
Fives Celes
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fives Celes filed Critical Fives Celes
Publication of EP4658825A1 publication Critical patent/EP4658825A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/72—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables
    • G01N27/80—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables for investigating mechanical hardness, e.g. by investigating saturation or remanence of ferromagnetic material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D11/00—Process control or regulation for heat treatments
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/52—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for wires; for strips ; for rods of unlimited length
    • C21D9/54—Furnaces for treating strips or wire
    • C21D9/56—Continuous furnaces for strip or wire
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D2211/00—Microstructure comprising significant phases
    • C21D2211/001—Austenite

Definitions

  • the invention relates to installations for processing metal products, whether in the form of slabs, billets, strips, tubes, or any other profile, for which knowledge of the metallurgical state of the products is important.
  • the mechanical properties of a metal product are closely linked to its metallurgical state. For example, the proportion of austenite, ferrite, pearlite, bainite, or martensite in the structure of a steel product will determine its mechanical strength.
  • Metal processing plants allow the metallurgical state of a product to be modified, for example to increase its mechanical strength. In order for them to be operated efficiently, it is necessary to know the metallurgical state of the products at different stages of the transformation processes.
  • control of the metallurgical state of a product is carried out by taking a sample and then by its micrographic analysis under a microscope combined with other tests such as hardness measurements or tensile tests.
  • This control method allows a detailed analysis of the metallurgical state of the products but it is done in a laboratory and requires a significant processing time to have the information. During this time, the installation can produce poor quality products.
  • JP2005188948 it is also known from JP2005188948 to use a device comprising a set of coils for estimating the hardness of a stainless steel product.
  • the device comprises an excitation coil inside which are placed two detection coils, the product being positioned in one of the detection coils.
  • the estimation of the hardness of the product is carried out according to the magnetic permeability of the product determined according to the difference between voltages induced in the detection coils when an alternating current is applied to the excitation coil.
  • This solution is dedicated to determining the magnetic permeability of a product to estimate its hardness.
  • the device is complex and expensive with a nesting of coils. It is not suitable for heating the product, particularly at high temperature, nor for controlling a heat treatment installation for said product.
  • the invention solves these problems.
  • the invention provides an inexpensive solution for providing an online and continuous estimate of the metallurgical state of a product being processed in order to optimize production parameters. Furthermore, in some of its embodiments, it does not require the addition of equipment dedicated to this function on the production line.
  • a method for online and continuous estimation of the metallurgical state of a metal product during its passage in a continuous processing installation for metal products, comprising a step of determining the saturation induction (Bsat) of the product during the passage of said metal product in a longitudinal field oscillating circuit equipping said installation.
  • the method comprises a determination of the proportion of austenite in the product as a function of its saturation induction (Bsat) determined during the passage of the metallic product in the longitudinal field oscillating circuit.
  • Bsat saturation induction
  • a method for controlling an installation for the continuous processing of a moving metal product comprising a step of online and continuous estimation of the metallurgical state of a metal product currently moving in the continuous processing installation according to the first aspect of the invention, or one or more of its improvements, followed by a step of adjusting an operation of the installation as a function of the saturation induction (Bsat) of the product determined during its passage through the longitudinal field oscillating circuit.
  • Bsat saturation induction
  • the method according to the invention may include a step of comparing the saturation induction value (Bsat1) of the product determined during its passage through the longitudinal field oscillating circuit with an expected value (Bsat2), the adjustment step including a modification of at least one operating parameter of the installation when the difference between the estimated value (Bsat1) and the expected value (Bsat2) is greater than a predetermined threshold.
  • the operation of the installation is adjusted according to the evolution of the saturation induction of the product between a first value (Bsat3) determined during its passage in a first longitudinal field oscillating circuit equipping the installation and a second value (Bsat4) determined during its passage in a second longitudinal field oscillating circuit equipping the installation.
  • an installation for the continuous treatment of a moving metal product capable of implementing a method according to the first or second aspect of the invention, or one or more of their improvements, comprising an oscillating circuit with longitudinal flow traversed by said product and a computer program capable of determining the saturation induction (Bsat) of the product circulating in the oscillating circuit.
  • a computer program means any type of computer program or calculation software, whether implemented on a desktop computer or a computer embedded in an electrical cabinet, a PLC, an electronic calculator or any other control and command system of an industrial installation.
  • a memory means any type of "machine-readable storage medium/media”.
  • a "machine-readable storage medium/media” or “computer-readable storage medium/media” means, but is not limited to, portable or non-portable storage devices, optical storage devices and various other media capable of storing, containing or supporting instructions and/or data, and any medium that participates in the provision of instructions to a processor for their execution.
  • a machine-readable medium may include a non-transitory medium in which data can be stored and which does not include carrier waves and/or transient electronic signals propagating wirelessly or over wired connections.
  • Nonvolatile media include, for example, optical disks, magnetic disks, or read-only memories. Volatile media include dynamic memory, including cache memory. Transmission media include coaxial cables, copper wires, and optical fibers. Common forms of computer-readable media include, for example, but are not limited to, a floppy disk, a floppy disk, a hard disk, a magnetic tape, any other magnetic media, a CD-ROM, a DVD, any other optical media, punch cards, other physical media with patterns of holes, RAM, PROM and EPROM, FLASH-EPROM, any other memory chip or cartridge, a carrier wave, or any other medium from which a computer can read. Various forms of computer-readable media may be involved in carrying one or more sequences of one or more instructions to a processor for execution.
  • a computer program product may include machine-executable code and/or instructions that may represent a procedure, function, subroutine, program, routine, subprogram, module, software, class, or any combination of instructions, data structures, or program instructions.
  • a code segment may be coupled to another code segment or to a hardware circuit by transmitting and/or receiving information, data, arguments, parameters, or memory contents.
  • Information, arguments, parameters, data, etc. may be transmitted, transmitted, or conveyed by any suitable means, including memory sharing, message passing, token passing, network transmission, etc.
  • the oscillating circuit has the primary function of heating the product.
  • the oscillating circuit can have the function of determining the saturation induction of the product.
  • the oscillating circuit is used for controlling the installation.
  • a computer program product comprising instructions which, when loaded into a memory of a computer, cause a control and command system of an installation according to the third aspect of the invention to execute the steps of the method according to the first or second aspect of the invention.
  • the invention can be implemented by using an oscillating circuit present on the installation whose main function is to heat the product.
  • a complementary function is added to the existing equipment to estimate the saturation induction of the product, which depends on its metallurgical state, without it being necessary to modify it.
  • the invention can also be implemented by adding an oscillating circuit to the installation. Its function is then limited to estimating the metallurgical state of the product. Its function is not to heat the product or modify its properties.
  • the oscillating circuit is thus similar to a sensor for measuring a property of the product.
  • the power of the oscillating circuit is then very low, being limited to that necessary for the circuit to operate. This does not cause the product to heat up, or limits it to the strict minimum.
  • An oscillating circuit according to the invention comprises in particular a power source, also called a converter, an adaptation box comprising capacitors, and a longitudinal flux inductor.
  • the metallurgical state of the product is determined as it passes through the inductor.
  • An oscillating circuit whose function is limited to estimating the saturation induction and the metallurgical state of the product may, for example, have the following characteristics:
  • Adapter box capacity 1.2 to 20 ⁇ F
  • Length of the inductor, in the direction of product movement 10 to 60 cm
  • An oscillating circuit whose main function is to heat the product, and which includes an additional function of estimating the saturation induction and the metallurgical state of the product, may, for example, have the following characteristics:
  • Adapter box capacity 2.4 to 50 ⁇ F
  • Length of the inductor, in the direction of product movement 10 to 400 cm
  • the assessment of the metallurgical state of the product is obtained from measurements of electrical quantities of the oscillating circuit carried out in real time, for example the voltage and frequency at the terminals of the inductor. It requires knowledge of the electrical properties of the oscillating circuit, in particular the impedance and inductance of the oscillating circuit, the inductance of the inductor, and the equivalent capacitance of the oscillating circuit. It also requires knowledge of the electrical resistivity of the product at the temperature at which it is in the oscillating circuit, or at its average temperature between the inlet and outlet of the product from the oscillating circuit if the primary function of the latter is to heat the product.
  • the invention allows automatic and online control of the metallurgical state of the product at a point in the installation by determining the value of the saturation induction of the product during its passage through the oscillating circuit and by comparing this to a reference value.
  • This reference value corresponds to that of a product having the desired quality, particularly in terms of metallurgical structure and mechanical properties.
  • the implementation of the invention thus makes it possible to ensure continuous monitoring of the production quality of the installation.
  • a check can be carried out at several points on an installation by adding oscillating circuits dedicated to the points where knowledge of the metallurgical state of the product is useful for optimizing the production parameters of the installation.
  • the invention makes it possible to adjust the operating parameters of the installation to maintain the metallurgical state of the product at that expected, while maintaining the value of the saturation induction of the product at the desired level.
  • the invention also allows traceability of the properties of the products treated on the installation by recording average data for each product, and data on its length.
  • An oscillating circuit has a quality factor Q which can be expressed in the form of the following equation:
  • the inductance of the oscillating circuit is determined by the sum of the inductances of the equipment constituting the oscillating circuit, that of the converter, L1, and that of the inductor, Lind.
  • the inductance of the inductor is also expressed as:
  • the electrical resistivity of the product varies with temperature, as illustrated for example by the It is necessary to know this according to the temperature to implement the method according to the invention.
  • the quality factor Q of the oscillating circuit can also be expressed according to the following equation:
  • ⁇ ( ⁇ .m -1 ) electrical resistivity of the product which varies according to the temperature.
  • the quality factor Q of the oscillating circuit can also be expressed according to the following equation:
  • the electrical resistance of the product is expressed in the form:
  • the k value is determined from the curve shown in , with the value of k on the ordinate and the ratio between the thickness of the product and the depth of penetration of the current into the product on the abscissa.
  • N number of turns of the inductor
  • Lg (m) length of the inductor.
  • Example of a digital application of the invention for a metal strip moving on a continuous processing line comprising an induction heating inductor.
  • the existing inductor ensuring the heating of the strip is used for the estimation of its metallurgical state by the addition of this function according to the invention.
  • Thickness of the band 1.3 mm
  • Width of the band 1200 mm
  • the relationship between the austenite content of the strip and its saturation induction is expressed by a mathematical equation entered into the computer program implementing the method according to the invention so that the determination of the austenite content is done automatically by calculation.
  • FIG. 1 is a schematically and partially represented view, in longitudinal view, of an installation for continuous treatment of a metal product according to a first exemplary embodiment of the invention.
  • FIG. 1 is a schematically and partially represented view, in longitudinal view, of an installation for continuous treatment of a metal product according to a second exemplary embodiment of the invention.
  • FIG. 1 is a schematically and partially represented view, in longitudinal view, of an installation for continuous treatment of a metal product according to a third exemplary embodiment of the invention.
  • FIG. 1 is a schematically and partially represented view, in longitudinal view, of an installation for continuous treatment of a metal product according to a fourth exemplary embodiment of the invention.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating the evolution of the resistance R of a product as a function of its temperature.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating the evolution of a value k dependent on the thickness of the product and the depth of penetration of the current into it.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating the evolution of the austenite content of the product according to its saturation induction.
  • a product 1 circulates.
  • the plant comprises a furnace 5 for modifying the mechanical properties of the product by modifying its metallurgical state.
  • a longitudinal flow oscillating circuit 3 is arranged in the furnace to ensure heating of the product.
  • the oscillating circuit comprises an additional function of determining the saturation induction of the product as it passes through the oscillating circuit.
  • a computer program product 4 comprises instructions for determining the saturation induction Bsat of the product from information coming from the oscillating circuit, such as current or voltage values measured in real time on the oscillating circuit, information coming from the furnace control and command system, such as the format and chemical composition of the product circulating in the oscillating circuit, the temperature of the product at the inlet and outlet of the oscillating circuit, and pre-recorded reference data, such as structural characteristics of the oscillating circuit or electromagnetic properties of the product according to its nature and temperature.
  • the oscillating circuit is small and has a low capacitance. It is sized to ensure sufficient coupling with the product so that electrical measurements can be made on the oscillating circuit, with minimal heating of the product. Ideally, there would be no heating of the product at all, but it is not possible to ensure the coupling of the oscillating circuit with the product without a slight heating occurring.
  • a product 1 circulates.
  • a first oscillating circuit 31 with longitudinal flow is arranged upstream of a furnace 5 and a second oscillating circuit 32 with longitudinal flow is present in the furnace.
  • the first oscillating circuit 31 only allows the saturation induction of the product at the entrance of the oven to be determined. Its function is not to heat the product.
  • the second oscillating circuit 32 has the main function of heating the product. An additional function of determining the saturation induction of the product has been added to it.
  • computer program 4 determines and compares the saturation induction values of the product at the two oscillating circuits.
  • the furnace control and command system modifies the furnace setpoints according to the saturation induction of the product determined from the first oscillating circuit. This value is representative of the metallurgical state of the product at the furnace entrance. It is thus possible to adjust the furnace settings, and thus the thermal cycle followed by the product in it, according to the initial state of the product upstream of the furnace.
  • the oven control and command system modifies the oven setpoints according to the evolution of the saturation induction of the product between the two oscillating circuits.
  • the first oscillating circuit placed upstream of the furnace can be replaced by a mathematical model making an estimate of what the saturation induction of the product should be according to data available on it, in particular during the production stages preceding its entry into the installation.
  • the estimate thus obtained is less precise than with an oscillating circuit but it can be suitable for less demanding applications.
  • a first longitudinal flow oscillating circuit 32 is arranged in a heating section of an oven 5.
  • This first oscillating circuit 31 has the main function of heating the product but it also includes an additional function of determining the saturation induction of the product during its passage through the oscillating circuit.
  • a second oscillating circuit 33 is arranged in the furnace at the outlet of a second section, for example a rapid cooling section. This second oscillating circuit 33 only makes it possible to determine the saturation induction of the product at the outlet of the first section. Its function is not to heat the product.
  • the furnace control and command system modifies the cooling slope of the product in the cooling section of the furnace according to the saturation induction determined from the first oscillating circuit 32.
  • This saturation induction being representative of the metallurgical state of the product at the end of heating, it is thus possible to modify the cooling slope according to the state of the product at the end of heating.
  • the furnace control and command system verifies that the saturation induction of the product determined from the second oscillating circuit 33 is indeed the expected one. If this is not the case, it adjusts the furnace operating parameters so that the determined value coincides with the expected one.

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Abstract

Un procédé pour l'estimation en ligne et en continu de l'état métallurgique d'un produit (1) métallique en cours de défilement dans une installation (2) de traitement en continue de produits métalliques comporte une étape de détermination de l'induction de saturation (Bsat) du produit lors du passage dudit produit métallique dans un circuit oscillant (3) à champ longitudinal équipant ladite installation.

Description

     PROCÉDÉ ET DISPOSITIF POUR DETERMINER L’ÉTAT MÉTALLURGIQUE D’UN PRODUIT Désignation du domaine technique concerné
  • L’invention se rapporte aux installations de traitement de produits métalliques, qu’ils soient sous la forme de brames, de billettes, de bandes, de tubes, ou de tout autre profil, pour lesquelles la connaissance de l’état métallurgique des produits est importante.
  • Problèmes techniques auxquels répond l’invention et arrière-plan technique
  • Les propriétés mécaniques d’un produit métallique sont intimement liées à son état métallurgique. Par exemple, la proportion d’austénite, de ferrite, de perlite, de bainite, ou de martensite dans la structure d’un produit en acier conditionnera sa résistance mécanique.
  • Les installations de traitement de produits métalliques permettent de modifier l’état métallurgique d’un produit, par exemple pour en augmenter la résistance mécanique. Pour qu’elles soient opérées efficacement, il est nécessaire de connaitre l’état métallurgique des produits à différentes étapes des processus de transformation.
  • Traditionnellement, le contrôle de l’état métallurgique d’un produit est effectué par un prélèvement d’un échantillon puis par son analyse micrographique au microscope combinée à d’autres tests comme des mesures de dureté ou des essais de traction. Ce mode de contrôle permet une analyse fine de l’état métallurgique des produits mais elle est faite en laboratoire et demande un temps de traitement important pour disposer de l’information. Pendant ce temps, l’installation peut produire des produits de mauvaise qualité.
  • Il est connu d’utiliser des équipements dédiés au contrôle en ligne de l’état métallurgique d’un produit en cours de traitement. Ces équipements fonctionnent par exemple par la mesure d’une valeur magnétique comme la rémanence, ou par ultrasons ou par transmission de rayons X. Ils sont cependant coûteux, complexes à utiliser et nécessitent obligatoirement la mise en place d’un équipement dédié à cette fonction sur la ligne de production.
  • Il est également connu de JP2005188948 d’utiliser un dispositif comprenant un ensemble de bobines pour estimer la dureté d’un produit en acier inoxydable. Le dispositif comprend une bobine d’excitation à l’intérieur de laquelle sont placées deux bobines de détection, le produit étant positionné dans l’une des bobines de détection. L’estimation de la dureté du produit est effectuée en fonction de la perméabilité magnétique du produit déterminée selon la différence entre des tensions induites dans les bobines de détection lorsqu’un courant alternatif est appliqué à la bobine d’excitation.
  • Cette solution est dédiée à la détermination de la perméabilité magnétique d’un produit pour en estimer la dureté. Le dispositif est complexe et couteux avec une imbrication de bobines. Il n'est pas adapté pour le chauffage du produit, en particulier à haute température, ni pour le pilotage d’une installation de traitement thermique dudit produit.
  • L’invention permet de remédier à ces problèmes.
  • L’invention apporte une solution peu coûteuse permettant de disposer en ligne et en continu d’une estimation de l’état métallurgique d’un produit en cours de traitement de sorte d’optimiser les paramètres de production. De plus, dans certains de ses modes de réalisation, elle ne nécessite pas l’ajout d’un équipement dédié à cette fonction sur la ligne de production.
  • Selon un premier aspect de l’invention, il est proposé un procédé d’estimation en ligne et en continu de l’état métallurgique d’un produit métallique en cours de défilement dans une installation de traitement en continue de produits métalliques, comportant une étape de détermination de l’induction de saturation (Bsat) du produit lors du passage dudit produit métallique dans un circuit oscillant à champ longitudinal équipant ladite installation.
  • De préférence, le procédé comporte une détermination de la proportion d’austénite dans le produit en fonction de son induction de saturation (Bsat) déterminée lors du passage du produit métallique dans le circuit oscillant à champ longitudinal.
  • Selon un deuxième aspect de l’invention, il est proposé un procédé de pilotage d’une installation de traitement en continue d’un produit métallique en défilement, comportant une étape d’estimation en ligne et en continu de l’état métallurgique d’un produit métallique en cours de défilement dans l’installation de traitement en continue selon le premier aspect de l’invention, ou l’un ou plusieurs de ses perfectionnements, suivie d’une étape d’ajustement d’un fonctionnement de l’installation en fonction de l’induction de saturation (Bsat) du produit déterminée lors de son passage dans le circuit oscillant à champ longitudinal
  • Le procédé selon l’invention peut comporter une étape de comparaison de la valeur de l’induction de saturation (Bsat1) du produit déterminé lors de son passage dans le circuit oscillant à champ longitudinal avec une valeur attendue (Bsat2), l’étape d’ajustement comportant une modification d’au-moins un paramètre de fonctionnement de l’installation lorsque l’écart entre la valeur estimée (Bsat1) et la valeur attendue (Bsat2) est supérieure à un seuil prédéterminé.
  • Selon une variante de réalisation de l’invention, le fonctionnement de l’installation est ajusté selon l’évolution de l’induction de saturation du produit entre une première valeur (Bsat3) déterminée lors de son passage dans un premier circuit oscillant à champ longitudinal équipant l’installation et une seconde valeur (Bsat4) déterminée lors de son passage dans un second circuit oscillant à champ longitudinal équipant l’installation.
  • Selon un troisième aspect de l’invention, il est proposé une installation de traitement en continu d’un produit métallique en défilement apte à mettre en œuvre un procédé selon le premier ou le deuxième aspect de l’invention, ou l’un ou plusieurs de leurs perfectionnements, comportant un circuit oscillant à flux longitudinal traversé par ledit produit et un programme d’ordinateur apte à déterminer l’induction de saturation (Bsat) du produit circulant dans le circuit oscillant.
  • Par programme d’ordinateur, on désigne tout type de programme informatique ou de logiciel de calcul, qu’il soit mis en œuvre sur un ordinateur de bureau ou un ordinateur embarqué dans une armoire électrique, un automate, un calculateur électronique ou tout autre système de contrôle et de commande d’une installation industrielle. On entend par mémoire tous types de "support de stockage/média lisible par machine". On entend par "support de stockage/média lisible par machine" ou "support de stockage/média lisible par ordinateur", sans toutefois s'y limiter, les dispositifs de stockage portables ou non portables, les dispositifs de stockage optique et divers autres supports capables de stocker, de contenir ou de supporter des instructions et / ou données, et tout support qui participe à la fourniture d'instructions à un processeur pour leur exécution. Un support lisible par machine peut inclure un support non transitoire dans lequel des données peuvent être stockées et qui n'inclut pas les ondes porteuses et / ou les signaux électroniques transitoires se propageant sans fil ou par des connexions filaires. Les supports non volatiles comprennent, par exemple, les disques optiques, magnétiques ou les mémoires mortes. Les supports volatiles incluent la mémoire dynamique, y compris la mémoire cache. Les supports de transmission comprennent les câbles coaxiaux, les fils de cuivre et les fibres optiques. Les formes courantes de supports lisibles par ordinateur incluent, par exemple, sans toutefois s'y limiter, une disquette, un disque flexible, un disque dur, une bande magnétique, tout autre support magnétique, un CD-ROM, un DVD, tout autre support optique, des cartes perforées, une autre support physique avec des motifs de trous, une RAM, une PROM et une EPROM, une FLASH-EPROM, toute autre puce de mémoire ou cartouche, une onde porteuse, ou tout autre support à partir duquel un ordinateur peut lire. Diverses formes de supports lisibles par ordinateur peuvent être impliquées dans le support d'une ou plusieurs séquences d'une ou plusieurs instructions vers un processeur pour leur exécution.
  • Un produit programme d'ordinateur peut inclure un code et / ou des instructions exécutables par une machine pouvant représenter une procédure, une fonction, un sous-programme, un programme, une routine, un sous-programme, un module, un logiciel, une classe ou toute combinaison de instructions, structures de données ou instructions de programme. Un segment de code peut être couplé à un autre segment de code ou à un circuit matériel en transmettant et / ou en recevant des informations, des données, des arguments, des paramètres ou des contenus de mémoire. Des informations, arguments, paramètres, données, etc. peuvent être transmis, transmis ou transmis par tout moyen approprié, notamment le partage de mémoire, la transmission de messages, la transmission de jetons, la transmission réseau, etc.
  • Selon un exemple de réalisation de l’invention, le circuit oscillant a pour fonction première de chauffer le produit.
  • Le circuit oscillant peut avoir pour fonction de déterminer l’induction de saturation du produit.
  • Avantageusement selon l’invention, le circuit oscillant est utilisé pour le pilotage de l’installation.
  • Selon un autre aspect de l’invention, il est proposé un produit programme d’ordinateur comprenant des instructions qui lorsqu’elles sont chargées dans une mémoire d’un ordinateur, conduisent un système de contrôle et de commande d’une installation selon le troisième aspect de l’invention à exécuter les étapes du procédé selon le premier ou le deuxième aspect de l’invention.
  • L’invention peut être mise en œuvre en utilisant un circuit oscillant présent sur l’installation dont la fonction principale est de chauffer le produit. Une fonction complémentaire est ajoutée à l’équipement existant permettant d’estimer l’induction de saturation du produit, qui dépend de son état métallurgique, sans qu’il soit nécessaire de le modifier.
  • L’invention peut également être mise en œuvre en ajoutant un circuit oscillant à l’installation. Sa fonction se limite alors à l’estimation de l’état métallurgique du produit. Il n’a pas pour fonction d’assurer un chauffage du produit ou d’en modifier les propriétés. Le circuit oscillant s’apparente ainsi à un capteur de mesure d’une propriété du produit.
  • La puissance du circuit oscillant est alors très faible, celle-ci étant limitée à celle nécessaire pour que le circuit fonctionne. Celui-ci n’entraine pas d’échauffement du produit, ou limite celui-ci au strict minimum.
  • Un circuit oscillant selon l’invention comprend notamment une source de puissance, également appelé convertisseur, un coffret d’adaptation comprenant des capacités, et un inducteur à flux longitudinal.
  • L’état métallurgique du produit est déterminé lors de son passage dans l’inducteur.
  • Un circuit oscillant dont la fonction se limite à l’estimation de l’induction de saturation et de l’état métallurgique du produit peut, par exemple, avoir les caractéristiques suivantes :
  • . Puissance : 25 à 100 kW
  • . Capacité du coffret d’adaptation : 1,2 à 20 µF
  • . Fréquence : 5 à 200 kHz
  • . Longueur de l’inducteur, dans le sens de défilement du produit : 10à 60 cm
  • . Nombre de spire de l’inducteur : 1
  • Un circuit oscillant dont la fonction principale est de chauffer le produit, et qui comprend une fonction supplémentaire d’estimation de l’induction de saturation et de l’état métallurgique du produit, peut, par exemple, avoir les caractéristiques suivantes :
  • . Puissance : 25 kW à 7000 kW
  • . Capacité du coffret d’adaptation : 2.4 à 50 µF
  • . Fréquence : 5 à 200 kHz
  • . Longueur de l’inducteur, dans le sens de défilement du produit : 10à 400 cm
  • . Nombre de spires de l’inducteur : 1 à 20
  • L’évaluation de l’état métallurgique du produit est obtenue à partir de mesures de grandeurs électriques du circuit oscillant effectuées en temps réel, par exemple la tension et la fréquence aux bornes de l’inducteur. Elle nécessite de connaitre les propriétés électriques du circuit oscillant, notamment l’impédance et l’inductance du circuit oscillant, l’inductance de l’inducteur, et la capacité équivalente du circuit oscillant. Elle nécessite également de connaitre la résistivité électrique du produit à la température à laquelle il se trouve dans le circuit oscillant, où à sa température moyenne entre l’entrée et la sortie du produit du circuit oscillant si celui-ci a pour fonction première de chauffer le produit.
  • L’invention permet un contrôle automatique et en ligne de l’état métallurgique du produit en un point de l’installation par la détermination de la valeur de l’induction de saturation du produit lors de son passage dans le circuit oscillant et par la comparaison de celle-ci à une valeur de référence.
  • Cette valeur de référence correspond à celle d’un produit ayant la qualité souhaitée, notamment en termes de structure métallurgique et de propriétés mécaniques.
  • La mise en œuvre de l’invention permet ainsi d’assurer un suivi en continu de la qualité de production de l’installation.
  • Un contrôle peut être effectué en plusieurs points sur une installation par l’ajout de circuits oscillants dédiés aux points où la connaisse de l’état métallurgique du produit est utile à l’optimisation de paramètres de production de l’installation.
  • L’invention permet d’ajuster les paramètres de fonctionnement de l’installation pour maintenir l’état métallurgique du produit à celui attendu, en maintenant la valeur de l’induction de saturation du produit au niveau souhaité.
  • L’invention permet également une traçabilité des propriétés des produits traités sur l’installation par l’enregistrement de données moyennes pour chaque produit, et de données sur la longueur de celui-ci.
  • Un circuit oscillant a un facteur de qualité Q qui peut s’exprimer sous la forme de l’équation suivante :
  • (1)
  • Avec :
  • (H) : inductance du circuit oscillant,
  • (Hz) : fréquence d’oscillation du circuit oscillant,
  • (ohm) : résistivité électrique du produit.
  • L’inductance du circuit oscillant est déterminée par la somme des inductances des équipements constituant le circuit oscillant, celle du convertisseur, L1, et celle de l’inducteur, Lind.
  • Selon la construction de l’installation, lorsque le système comprend un transformateur amont et un transformateur aval, elles peuvent être exprimées par :
  • L’inductance de l’inducteur s’exprime également selon l’expression :
  • La résistivité électrique du produit varie en fonction de la température, comme illustré par exemple par la . Il est nécessaire de connaitre celle-ci selon la température pour mettre en œuvre le procédé selon l’invention.
  • Le facteur de qualité Q du circuit oscillant peut également s’exprimer selon l’équation suivante :
  • Avec :
  • (H) : inductance du circuit oscillant,
  • (H) : inductance de l’inducteur,
  • (mm) : épaisseur du produit à chauffer,
  •  (mm) : largeur du produit à chauffer,
  • (Hz) : fréquence d’oscillation du circuit oscillant,
  • (μH.m-1) : perméabilité magnétique absolue du vide (1,256 μH/m),
  • (μH.m-1): perméabilité magnétique du produit qui varie en fonction de la température,
  • ρ (μΩ.m-1) : résistivité électrique du produit qui varie en fonction de la température.
  • Pour une température donnée, on peut ainsi exprimer la perméabilité magnétique du produit par la résolution suivante :
  • (2)
  • Le facteur de qualité Q du circuit oscillant peut également s’exprimer selon l’équation suivante :
  • (3)
  • Avec :
  • (V) : tension mesurée aux bornes de l’inducteur,
  • (I) : intensité du courant dans l’inducteur,
  • (W) : puissance active mesurée aux bornes du réseau d’alimentation de la source de puissance.
  • L’intensité du courant dans l’inducteur est déduite de la relation suivante :
  • Avec :
  • (f) : capacité du circuit oscillant, donnée par construction,
  • (Hz) : fréquence d’oscillation du circuit oscillant.
  • La résistance électrique du produit s’exprime sous la forme :
  • (4)
  •  (ohm.m) : résistivité électrique du produit
  • L (H) : inductance du circuit oscillant
  • S (m2) : surface du produit
  • La détermination de l’induction de saturation (Bsat) est obtenue via l’équation suivante :
  • (5)
  • Soit :
  • Avec :
  • (μH.m-1): perméabilité magnétique du produit,
  • (μH.m-1): perméabilité magnétique absolue du vide,
  • (A.m-1) : intensité du champ magnétique en ampère par mètre de longueur d’inducteur,
  • (sans unité) : valeur fonction de l’épaisseur du produit et de la profondeur de pénétration du courant dans celui-ci.
  • La valeur k est déterminée à partir de la courbe représentée en , avec en ordonnée la valeur de k et en abscisse le rapport entre l’épaisseur du produit et la profondeur de pénétration du courant dans le produit.
  • L’intensité du champ magnétique H s’exprime par l’équation suivante :
  • (6)
  • Avec :
  • N : nombre de spires de l’inducteur,
  • Iind (A) : intensité du courant électrique dans l’inducteur,
  • Lg (m) : longueur de l’inducteur.
    • Application numérique
  • Exemple d’application numérique de l’invention pour une bande métallique en défilement sur une ligne de traitement en continue comprenant un inducteur de chauffage par induction. Dans cet exemple, l’inducteur existant assurant le chauffage de la bande est utilisé pour l’estimation de son état métallurgique par l’ajout de cette fonction selon l’invention.
    • Données d’entrée
  • . Bande : acier au carbone selon Bisra 1
  • . Diagramme ( ) reliant la teneur en austénite d’une bande d’acier au carbone selon Bisra 1 à son induction de saturation
  • . Epaisseur de la bande : 1,3 mm
  • . Largeur de la bande : 1200 mm
  • . Surface de la bande : 3.36 m²
  • . Température moyenne du tronçon de la bande se trouvant dans l’inducteur : 612,5°C
  • . Longueur de l’inducteur : 3,360 m
  • . Nombre de spires de l’inducteur : 1
  • . Capacité équivalente C du circuit oscillant : 18,48 µF
  • . Inductance du circuit oscillant : 0.069 µH
  • . Inductance de l’inducteur : 0,169 µH
  • . Fréquence du circuit oscillant mesurée : 89,8.103 Hz
  • . Diagramme (Figure 6) reliant la valeur de la grandeur en fonction de l’épaisseur du produit et de la profondeur de pénétration du courant dans celui-ci. Valeur de  pour cet exemple : 1,29
  • Détermination du facteur de qualité du circuit oscillant :
  • (3)
  • . Tension mesurée aux bornes de l’inducteur : 2336 V
  • . Intensité mesurée du courant dans l’inducteur : 25000 A
  • . Puissance active mesurée de l’inducteur :  3201 kW
  • Détermination de la résistance électrique du produit
  • (1)
  • Détermination de la résistivité électrique  du produit :
  • (4)
  • 0,99
  • → = 0,99 μΩ.m
  • Détermination de la perméabilité magnétique du produit
  • (2)
  • 212 μH.m-1
    • Détermination du champ magnétique H
  • (6)
  • H.m-1
  • Détermination de l’induction de saturation Bsat :
  • (5)
  • →
  • Détermination de la teneur en austénite selon de l’induction de saturation  :
  • Elle est réalisée en utilisant le diagramme représenté en reliant la teneur en austénite d’un produit en acier au carbone selon Bisra 1 à son induction de saturation.
  • Pour une valeur en ordonnée de de 1.53 T, on obtient une teneur en austénite de 16%.
  • En pratique, la relation entre la teneur en austénite de la bande et son induction de saturation est exprimée par une équation mathématique renseignée dans le programme d’ordinateur mettant en œuvre le procédé selon l’invention afin que la détermination de la teneur en austénite se fasse automatiquement par calcul.
    •  Brève description des figures
  • D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront au cours de la lecture de la description détaillée qui va suivre pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels :
  • est une vue schématiquement et partiellement représentée, en vue longitudinale, d’une installation de traitement en continu d’un produit métallique selon un premier exemple de réalisation de l’invention.
  • est une vue schématiquement et partiellement représentée, en vue longitudinale, d’une installation de traitement en continu d’un produit métallique selon un second exemple de réalisation de l’invention.
  • est une vue schématiquement et partiellement représentée, en vue longitudinale, d’une installation de traitement en continu d’un produit métallique selon un troisième exemple de réalisation de l’invention.
  • est une vue schématiquement et partiellement représentée, en vue longitudinale, d’une installation de traitement en continu d’un produit métallique selon un quatrième exemple de réalisation de l’invention.
  • est un diagramme illustrant l’évolution de la résistance R d’un produit en fonction de sa température.
  • est un diagramme illustrant l’évolution d’une valeur k dépendante de l’épaisseur du produit et de la profondeur de pénétration du courant dans celui-ci.
  • est un diagramme illustrant l’évolution de la teneur en austénite du produit selon son induction de saturation.
  • On peut voir schématiquement représentée en une installation 2 de traitement en continu de produits métalliques selon un premier exemple de réalisation de l’invention, dans laquelle circule un produit 1. L’installation comprend un four 5 permettant de modifier les propriétés mécaniques du produit en modifiant son état métallurgique. Dans cet exemple, un circuit oscillant 3 à flux longitudinal est disposé dans le four pour assurer un chauffage du produit.
  • La fonction première de ce circuit oscillant est ainsi de chauffer le produit. Selon l’invention, le circuit oscillant comprend une fonction supplémentaire de détermination de l’induction de saturation du produit lors de son passage dans le circuit oscillant.
  • Pour assurer cette fonction, un produit programme d’ordinateur 4 comprend les instructions permettant de déterminer l’induction de saturation Bsat du produit à partir d’informations provenant du circuit oscillant, telles que des valeurs d’intensité ou de tension mesurées en temps réel sur le circuit oscillant, des informations provenant du système de contrôle et de commande du four, telles que le format et la composition chimique du produit en circulation dans le circuit oscillant, la température du produit en entrée et en sortie du circuit oscillant, et des données de référence pré-enregistrées, telles que des caractéristiques structurelles du circuit oscillant ou des propriétés électromagnétiques du produit selon sa nature et sa température.
  • On peut voir schématiquement représentée en une installation 2 de traitement en continu de produits métalliques selon un second exemple de réalisation de l’invention, dans laquelle circule un produit 1. Dans cet exemple, un circuit oscillant 3 à flux longitudinal est ajouté en aval d’un four 5 dans le sens de défilement du produit. Ce circuit oscillant permet uniquement de déterminer l’induction de saturation du produit en sortie du four.
  • Dans cet exemple de réalisation, le circuit oscillant est de petite dimension et de faible capacité. Il est dimensionné pour assurer un couplage suffisant avec le produit pour que des mesures électriques puissent être effectuées sur le circuit oscillant, avec un échauffement minimum du produit. Idéalement, il n’y aurait pas du tout d’échauffement du produit mais il n’est pas possible d’assurer le couplage du circuit oscillant avec le produit sans qu’un léger échauffement se produise.
  • On peut voir schématiquement représentée en une installation 2 de traitement en continu de produits métalliques selon un troisième exemple de réalisation de l’invention, dans laquelle circule un produit 1. Dans cet exemple, un premier circuit oscillant 31 à flux longitudinal est disposé en amont d’un four 5 et un second circuit oscillant 32 à flux longitudinal est présent dans le four.
  • Le premier circuit oscillant 31 permet uniquement de déterminer l’induction de saturation du produit à l’entrée du four. Il n’a pour fonction de chauffer le produit.
  • Le second circuit oscillant 32 a pour fonction principale de chauffer le produit. Une fonction supplémentaire de détermination de l’induction de saturation du produit lui a été ajoutée.
  • Dans cet exemple, le programme d’ordinateur 4 détermine et compare les valeurs d’induction de saturation du produit au niveau des deux circuits oscillants.
  • Par exemple, le système de contrôle et de commande du four modifie les consignes du four selon l’induction de saturation du produit déterminée à partir du premier circuit oscillant. Cette valeur étant représentative de l’état métallurgique du produit à l’entrée du four. Il est ainsi possible d’ajuster les réglages du four, et ainsi le cycle thermique suivi par le produit dans celui-ci, selon l’état initial du produit en amont du four.
  • Selon un autre exemple, le système de contrôle et de commande du four modifie les consignes du four selon l’évolution de l’induction de saturation du produit entre les deux circuits oscillants.
  • En variante de cet exemple de réalisation, le premier circuit oscillant placé en amont du four peut être remplacé par un modèle mathématique réalisant une estimation de ce que devrait être l’induction de saturation du produit selon des données disponibles sur celui-ci, notamment lors des étapes de production qui ont précédé son entrée dans l’installation. L’estimation ainsi obtenue est moins précise qu’avec un circuit oscillant mais elle peut convenir pour des applications moins exigeantes.
  • On peut voir schématiquement représentée en une installation 2 de traitement en continu d’un produit métallique dans laquelle circule un produit 1 selon un quatrième exemple de réalisation de l’invention.
  • Dans cet exemple, un premier circuit oscillant 32 à flux longitudinal est disposé dans une section de chauffage d’un four 5. Ce premier circuit oscillant 31 a pour fonction principale de chauffer le produit mais il comprend également une fonction supplémentaire de détermination de l’induction de saturation du produit lors de son passage dans le circuit oscillant.
  • Un second circuit oscillant 33 est disposé dans le four à la sortie d’une seconde section, par exemple une section de refroidissement rapide. Ce second circuit oscillant 33 permet uniquement de déterminer l’induction de saturation du produit à la sortie de la première section. Il n’a pour fonction de chauffer le produit.
  • Par exemple, le système de contrôle et de commande du four modifie la pente de refroidissement du produit dans la section de refroidissement du four selon l’induction de saturation déterminée à partir du premier circuit oscillant 32. Cette induction de saturation étant représentative de l’état métallurgique du produit en fin de chauffage, il est ainsi possible de modifier la pente de refroidissement selon l’état du produit en fin de chauffage.
  • Dans cet exemple, le système de contrôle et de commande du four vérifie que l’induction de saturation du produit déterminée à partir du second circuit oscillant 33 est bien celle attendue. Si ce n’est pas le cas, il ajuste les paramètres de fonctionnement du four pour que la valeur déterminée coïncide avec celle attendue.
    •

Claims (10)

  1. Procédé d’estimation en ligne et en continu de l’état métallurgique d’un produit métallique (1) en cours de défilement dans une installation (2) de traitement en continue de produits métalliques, caractérisé en ce qu’il comporte une étape de détermination de l’induction de saturation (Bsat) du produit lors du passage dudit produit métallique dans un circuit oscillant (3) à champ longitudinal équipant ladite installation.
  2. Procédé selon la revendication précédente, comportant une étape de détermination de la proportion d’austénite dans le produit (1) en fonction de son induction de saturation (Bsat) déterminée lors du passage du produit métallique dans le circuit oscillant (3) à champ longitudinal.
  3. Procédé de pilotage d’une installation (2) de traitement en continue d’un produit (1) métallique en défilement, comportant une étape d’estimation en ligne et en continu de l’état métallurgique d’un produit métallique (1) en cours de défilement dans l’installation (2) de traitement en continue selon l’une des revendications précédentes, suivie d’une étape d’ajustement d’un fonctionnement de l’installation en fonction de l’induction de saturation (Bsat) du produit déterminée lors de son passage dans le circuit oscillant (3) à champ longitudinal.
  4. Procédé selon la revendication précédente, comportant une étape de comparaison de la valeur de l’induction de saturation (Bsat1) du produit déterminé lors de son passage dans le circuit oscillant (3) à champ longitudinal avec une valeur attendue prédéterminée (Bsat2), dans lequel l’étape d’ajustement comporte une modification d’au-moins un paramètre de fonctionnement de l’installation lorsque l’écart entre la valeur estimée (Bsat1) et la valeur attendue (Bsat2) est supérieure à un seuil prédéterminé.
  5. Procédé selon la revendication 3, dans lequel l’étape d’ajustement du fonctionnement de l’installation est réalisée selon l’évolution de l’induction de saturation (Bsat) du produit entre une première valeur (Bsat3) déterminée lors de son passage dans un premier circuit oscillant (31) à champ longitudinal équipant l’installation et une seconde valeur (Bsat4) déterminée lors de son passage dans un second circuit oscillant (32) à champ longitudinal équipant l’installation.
  6. Installation (2) de traitement en continu d’un produit métallique (1) en défilement apte à mettre en œuvre un procédé selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu’elle comprend un circuit oscillant (3) à flux longitudinal traversé par ledit produit et un programme d’ordinateur (4) apte à déterminer l’induction de saturation (Bsat) du produit circulant dans le circuit oscillant.
  7. Installation selon la revendication précédente, dans laquelle le circuit oscillant (3) a pour fonction première de chauffer le produit.
  8. Installation selon l’une des deux revendications précédentes, dans laquelle le circuit oscillant (3) est destiné à la détermination de l’induction de saturation (Bast) du produit.
  9. Installation selon la revendication précédente, dans laquelle le circuit oscillant (3) est utilisé pour le pilotage de l’installation (2).
  10. Produit programme d’ordinateur (4) comprenant des instructions qui lorsqu’elles sont chargées dans une mémoire d’un ordinateur de bureau ou un ordinateur embarqué dans une armoire électrique, un automate, un calculateur électronique ou tout autre système de contrôle et de commande d’une installation industrielle, conduisent un système de contrôle de commande d’une installation selon l’une quelconque des revendications 6 à 9 à exécuter les étapes d’un procédé selon l’une des revendications 1 à 5.
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