FR2477925A1 - Procede de controle du refroidissement du produit coule dans une installation de coulee continue - Google Patents

Abstract

PROCEDE DE CONTROLE DU REFROIDISSEMENT DU PRODUIT COULE DANS UNE INSTALLATION DE COULEE CONTINUE SUIVANT LEQUEL ON DIVISE LE PRODUIT COULE EN TRANCHES FICTIVES ET ON CALCULE PERIODIQUEMENT LES VALEURS DE CONSIGNE DES DEBITS D'EAU DES DIFFERENTES SECTIONS DE LA ZONE DE REFROIDISSEMENT SECONDAIRE EN FONCTION DE L'AGE DES TRANCHES SE TROUVANT DANS LESDITES SECTIONS. CONFORMEMENT A L'INVENTION, LES VALEURS DE CONSIGNE DES DEBITS D'EAU DES DIFFERENTES SECTIONS DE LA ZONE DE REFROIDISSEMENT SECONDAIRE SONT DETERMINEES PERIODIQUEMENT, AU MOYEN D'UN CALCULATEUR, A PARTIR D'UNE PREMIERE COURBE DONNANT LES VARIATIONS EN FONCTION DU TEMPS DE LA QUANTITE DE CHALEUR EXTRAITE D'UNE MASSE UNITAIRE DU PRODUIT COULE, AU COURS DE SON TRAJET DEPUIS LA SURFACE LIBRE DU METAL DANS LA LINGOTIERE JUSQU'A LA ZONE DE SOLIDIFICATION COMPLETE OU AU-DELA, ET D'UNE SECONDE COURBE DONNANT LES VARIATIONS EN FONCTION DU TEMPS, AU COURS DUDIT TRAJET, DE LA TEMPERATURE SUPERFICIELLE DU PRODUIT COULE.

Description

Dans une installation de coulée continue, le métal en fusion commence à se

solidifier dans la lingotière, o il se forme une peau relativement mince, puis la solidification se poursuit dans la zone de refroidissement secondaire équipée de buses ou de rampes de pulvérisation ou d'atomisation d'eau. La fonction de ce refroidissement secondaire par buses ou rampes est d'assurer une croissance régulière de la peau formée dans la lingotière pour arriver à la solidification complète du produit coulé sous forme de barre au bout d'un temps prédéterminé. Des débits d'eau suffisants doivent être projetés sur la barre pour maintenir la température de la peau

du produit coulé à une valeur assez basse pour qu'elle pré-

sente une résistance mécanique convenable. D'autre part, si

des débits d'eau trop importants sont utilisés, la tempéra-

ture du produit coulé dans la zone de redressement de la barre de l'état courbe à l'état rectiligne sera trop basse; il s'en suivra une diminution de la ductilité de la surface du métal coulé telle que les déformations dues au redressement

de la barre seront supérieures aux déformations limites ac-

ceptables par le métal dans cette zone. D'une manière géné-

rale, un refroidissement non contrôlé du produit coulé peut

être la cause de défauts métallurgiques importants, notam-

ment de criques internes et de surface.

Pour optimiser la production de l'installation et la

qualité des produits coulés, il est donc essentiel de contrô-

ler le refroidissement du produit coulé. Différents systèmes,

plus ou moins évolués, ont été proposés dans ce but.

C'est ainsi qu'on a réalisé des installations o le

débit total d'eau de refroidissement était maintenu propor-

tionnel à la vitesse d'extraction du produit coulé, la répar-

tition du débit entre les différentes zones étant prédéter-

minée. Il existe aussi des installations o le débit d'eau de refroidissement est réglé en fonction de la vitesse de coulée, de façon à maintenir le taux d'arrosage (débit d'eau/

débit de métal) proportionnel à cette vitesse.

Dans d'autres installations, on règle périodiquement le débit d'eau total utilisé dans la zone de refroidissement ou les débits partiels d'une ou plusieurs sections de cette - 2- zone en fonction de l'âge des tranches fictives de produit coulé, formées pendant des intervalles de temps égaux à la période du réglage, se trouvant dans la zone ou la section de refroidissement correspondante. Pour cela on utilise une ou plusieurs courbes de variation desdébits d'eau en fonc- tion de l'âge du produit qui sont préétablies à partir de

résultats d'essais et de calculs.

Tous ces systèmes qui se contentent de maintenir les débits d'eau de refroidissement à des valeurs de consigne

variables suivant différentes lois mais toujours prédéter-

minées, ignorent le déroulement du processus de refroidisse-

ment et ne prennent pas en compte les variations de certains paramètres, notamment de la quantité de chaleur extraite en

lingotière et du profil thermique de la barre coulée.

La présente invention propose un procédé et un systè-

me permettant de tenir compte du comportement réel et de

l'histoire thermique du produit coulé.

Le procédé objet de l'invention est caractérisé en ce qu'on détermine périodiquement, au moyen d'un calculateur, les valeurs de consigne des débits d'eau de refroidissement

des différentes sections de la zone de refroidissement secon-

daire à partir d'une première courbe représentant les varia-

tions,en fonction du temps de séjour dans la machine de cou-

lée,de la quantité de chaleur extraite d'une masse unitaire du produit coulé, au cours de son trajet depuis la surface

libre du métal dans la lingotière jusqu'à la zone de solidi-

fication complète ou au-delà, et d'une seconde courbe asso-

ciée à la précédente du fait des lois de comportement ther-

mique et représentant les variations,en fonction du temps de

séjour dans la machine de coulée, de la température super-

ficielle du produit coulé. Ces courbes ont été définies préa-

lablement à l'aide d'un modèle mathématique de simulation du

comportement thermique du produit coulé étalonné par des ré-

sultats expérimentaux.

En divisant le produit coulé en tranches élémentaires

fictives et en déterminant périodiquement l'âge de chaque tran-

che, on calcule, à partir des courbes, la quantité de chaleur à extraire de chaque tranche et sa température superficielle, -3-

puis le coefficient d'échange thermique pour chaque tranche.

A l'aide d'une courbe donnant les variations des débits spé-

cifiques d'eau de refroidissement en fonction du coefficient d'échange thermique, on détermine les débits d'eau à projeter sur chaque tranche, puis on calcule les valeurs de consigne

des débits d'eau de chaque section de la zone de refroidis-

sement en intégrant les débits d'eau pour toutes les tranches se trouvant à l'instant considéré dans chaque section et on

maintient, au moyen de régulateurs, les débits d'eau d'ali-

mentation des différentes sections égaux aux valeurs de con-

signe respectives.

Les équations à partir desquelles sont établies les

courbes de la quantité de chaleur extraite et de la tempéra-

ture superficielle comprennent des paramètres dont la valeur peut varier d'une coulée à l'autre: nature du métal coulé, format du produit coulé. Il est donc nécessaire de disposer

d'un jeu de courbes pour chaque nuance d'acier et chaque for-

mat qu'il est prévu de couler.

Le tracé de ces courbes dépend aussi de la quantité de

chaleur extraite en lingotière. Le procédé de l'invention per-

met de tenir compte facilement de ce paramètre. Les calculs

ont en effet montré que les variations de l'efficacité ther-

mique de la lingotière ne font que décaler dans le temps la courbe de la quantité de chaleur extraite en fonction du temps dans la zone de refroidissement secondaire, c'est-à-dire que

les différentes courbes de variation de la quantité de cha-

leur extraite dans cette zone peuvent être déduites les unes

des autres par une simple translation selon l'axe des temps.

Conformément à l'invention, on détermine la quantité de chaleur extraite en lingotière, on corrige la courbe de la quantité de chaleur extraite en la décalant parallèlement à l'axe des temps de façon qu'elle passe par le point dont les coordonnées sont, d'une part, le temps de séjour du produit coulé en lingotière et, d'autre part, la quantité de chaleur extraite en lingotière, et on calcule les valeurs de consigne

des débits d'eau à partir de la courbe corrigée.

Pour déterminer la quantité de chaleur extraite en lin-

gotière, on peut mesurer le débit et l'échauffement de l'eau -4- de refroidissement de la lingotière ou bien les débits et

les échauffements de l'eau de refroidissement des quatre fa-

ces de la lingotière.

On peut aussi déterminer la quantité de chaleur extrai-

te en lingotière à partir de données stockées dans la memoi- re du calculateur et établies par des calculs prévisionnels

de simulation et/ou par des essais.

Lorsque la température superficielle réelle du produit

coulé à la sortie de la lingotière n'est pas égale àla tempé-

rature donnée par la courbe des températures superficielles, on corrige cette courbe en reliant par une droite ou une courbe du 2ème ou 3ème degré le point dont les coordonnées sont, d'une part, le temps de séjour en lingotière et, d'autre part, la

température superficielle du produit à la sortie de la lingo-

tière à un point de la courbe correspondant à une section su-

périeure de la zone de refroidissement, et on calcule les va-

leurs de consigne des débits d'eau à parÉïr de la courbe coerigée.

La température superficielle du produit coulé à la sor-

tie de la lingotière est mesurée au moyen d'un pyromètre opti-

que ou calculée à partir de la quantité de chaleur extraite

en lingotière au moyen d'une courbe établie à l'aide de cal-

culs prévisionnels de simulation.

Normalement, le profil de température superficielle qui est imposé dans la zone de refroidissement secondaire permet d'atteindre la température souhaitée à la sortie de la zone,

notamment au point de redressement de la barre dans une ins-

tallation de coulée courbe. Cependant, l'efficacité du dis-

positif de refroidissement peut varier accidentellement, par

exemple par encrassement ou usure des buses.

Conformément à une autre caractéristique de l'invention, on compare périodiquement la température superficielle de la

barre mesurée juste à la sortie de la zone de refroidisse-

ment ou au voisinage du point de redressement dans le cas d'une machine courbe et la température souhaitée et., si l'écart entre ces deux valeurs est supérieur à une valeur

prédéterminée, on corrige les valeurs de consigne des dé-

bits d'eau des dernières sections de la zone de refroidis-

sement secondaire. On corrige tout d'abord la valeur de con-

signe du débit d'eau de la dernière section; l'importance -5-

de cette correction est fonction de l'écart des tempéra-

tures. Si au bout d'un temps prédéterminé cet écart est

encore trop important, on peut corriger la valeur de consi-

gne des débits d'eau d'une ou plusieurs sections précéden-

tes.

Par ailleurs, dans le but de respecter les contrain-

tes métallurgiques, on utilise une famille de courbes de

quantité de chaleur extraite et de température superficiel-

le qui correspondent à différentes vitesses d'extraction du produit coulé. Conformément à une autre caractéristique de

l'invention, on définit plusieurs classes de vitesses d'ex-

traction et on associe à chaque classe un jeu de courbes de

la quantité de chaleur extraite et de la température super-

ficielle-.-Pour une vitesse d'extraction donnée, on calcule les valeurs de consigne des débits d'eau à partir du jeu de courbes correspondant à la classe dans laquelle entre cette vitesse.

Lorsque la vitesse est modifiée pendant un court ins-

tant (de l'ordre de 2 à 4 minutes) et reprend ensuite sa

valeur initiale, on calcule les valeurs de consigne des dé-

bits d'eau pendant la durée du régime transitoire à partir

des courbes correspondant à la vitesse initiale.

Lorsque la vitesse d'extraction prend une nouvelle valeur et la conserve durant une période de temps dont la durée est supérieure à une valeur prédéterminée (environ 5 minutes), on établit après l'expiration de cette période de durée prédéterminée et à partir des deux jeux de courbes correspondant aux vitesses initiales et finale une loi de

variation des valeurs de consigne des débits d'eau qui li-

mite la vitesse des variations des températures superficiel-

les à une valeur prédéterminée (de 10OC/minute à 200C/mi-

nute selon les cas) et on calcule les valeurs de consigne en appliquant cette loi jusqu'à ce qu'elles correspondent

à la nouvelle vitesse d'extraction.

On peut aussi diviser le produit coulé en tranches élé-

mentaires fictives, déterminer périodiquement l'âge de cha-

que tranche, calculer la vitesse d'extraction moyenne pour -6- la tranche considérée, calculer le débit d'eau spécifique

à projeter sur cette tranche à partir du jeu de courbes cor-

respondant à cette vitesse moyenne et calculer la valeur de

consigne du débit d'eau de chaque section de la zone de re-

froidissement en intégrant les débits d'eau calculés pour

toutes les tranches se trouvant dans la section considérée.

La vitesse d'extraction moyenne d'une tranche est définie comme étant le quotient de la distance parcourue par cette

tranche dans la machine par l'âge de cette tranche.

Etant donné que la vitesse moyenne des tranches se

trouvant dans une section donnée de la zone de refroidisse-

ment varie progressivement dans le temps depuis la vitesse

initiale jusqu'à la vitesse finale, les débits d'eau des dif-

férentes sections, dont les valeurs de consigne sont calcu-

lées périodiquement comme indiqué ci-dessus, vont évoluer graduellement depuis les valeurs qu'ils avaient à la vitesse

initiale jusqu'à celles qui correspondent à la nouvelle vi-

tesse.

Cette division du produit coulé en tranches élémentai-

res fictives est d'ailleurs utilisée d'une manière générale dans le procédé de l'invention, de la même manière que dans certains procédés connus, pour déterminer à un instant donné

l'âge des différentes tranches, informations à partir des-

quelles sont calculées les quantités de chaleur à extraire, les températures superficielles, les coefficients d'échange, les débits spécifique d'eau et les valeurs de consigne des

débits d'eau des différentes sections de la zone de refroi-

dissement.

La description qui suit se réfère aux dessins l'accom-

pagnant qui illustrent le procédé de l'invention et sur les-

quels:

La figure 1 est le schéma d'une machine de coulée con-

tinue courbe et du système de contrôle du refroidissement de la barre coulée conforme à l'invention; La figure 2 est une courbe représentant les variations en fonction du temps de la température superficielle de la barre pendant son déplacement dans la machine de coulée; -7 -

La figure 3 est une courbe représentant les varia-

tions en fonction du temps de la quantité de chaleur extrai-

te d'une masse unitaire du produit coulé pendant son dépla-

cement dans la machine de coulée depuis la surface libre du métal dans la lingotière; La figure 4 montre plusieurs courbes de variation de

la température superficielle en fonction du temps pour diffé-

rentes vitesses d'extraction de la barre; La figure 5 montre plusieurs courbes de variation de la quantité de chaleur extraite en fonction du temps pour différentes vitesses d'extraction de la barre; et

La figure 6 est une courbe formée de plusieurs seg-

ments valables dans les différentes sections de la zone de

refroidissement et représentant les variations du coeffi-

cient d'échange thermique superficiel en fonction du débit

d'eau spécifique.

La machine pour la coulée continue de l'acier repré-

sentée schématiquement sur la figure 1, comporte essentiel-

lement une lingotière 10, un corset de rouleaux de guidage

12, des rouleaux redresseurs 14 et un dispositif de refroi-

dissement comportant des buses ou des rampes de pulvérisa-

tion ou d'atomisation groupées par sections, toutes les bu-

ses ou rampes d'une même section étant branchées en parallè-

le sur une tuyauterie d'alimentation munie d'une vanne 16

dont l'ouverture est commandée par un régulateur 18 pour main-

tenir le débit d'alimentation égal à un débit de consigne fi-

xé par un calculateur 20. Les buses ou rampes sont réparties tout autour de la barre coulée ou, s'il s'agit d'une barre à section rectangulaire, seulement sur ses grandes faces. Des moyens sont prévus pour régler manuellement la répartition entre les différentes buses ou rampes d'une section, suivant

leur position, du débit total d'eau alimentant cette section.

La machine est équipée de différents dispositifs de me-

sure dont les informations sont transmises au calculateur 20 canne thermométrique 22 pour la mesure de la température du

métal en fusion dans le répartiteur 24, sondes thermométri-

ques 26 pour la mesure de la température de l'eau de refroi-

-8- dissement de la lingotière, à l'entrée et à la sortie de celle-ci, débitmètre 28 pour la mesure du débit de l'eau

de refroidissement de la lingotière, générateur d'impul-

sions 30 pour la mesure de la vitesse d'extraction de la barre et le calcul de l'âge des éléments de la barre, pyro- mètre 32 pour la mesure de la température superficielle de

la barre au voisinage du point de redressement, etc...

A partir de ces informations et de données stockées

en mémoire dans le calculateur, ce dernier détermine à in-

tervalles réguliers les valeurs de consigne des débits d'a-

limentation en eau des différentes sections du dispositif de refroidissement. Cet intervalle régulier de temps est

compris par. exemple entre 1 et 50 secondes.

Le principe de contrôle du refroidissement conforme à l'invention est de maintenir dans le temps l'évolution de la solidification de la barre quel que soit le régime de

fonctionnement de la machine de coulée. Pour cela, on impo-

se une loi de variation de la quantité de chaleur C extrai-

te par kilo d'acier en fonction du temps de séjour dans la

machine t (figure 3) à laquelle est associée une loi de va-

riation de la température superficielle T de la barre en

fonction du temps de séjour dans la machine t (figure 2).

Ces lois dépendent essentiellement de la nuance de l'acier,

du format de la barre et de la vitesse d'extraction. En pra-

tique, pour un format de barre donné, on groupera les nuan-

ces d'acier et les vitesses d'extraction en différentes clas-

ses. Pour les nuances d'acier, le nombre de classes dépendra

du carnet de commandes de l'aciérie. Les vitesses d'extrac-

tion pourront par exemple être groupées en trois classes: élevées, moyennes et faibles. On devra donc.disposer de trois jeux de courbes C = f (t) et T = g (t) pour chaque format de

barre et chaque classe de nuance d'acier.

Les figures 4 et 5 montrent les familles de courbes T

g (t) et C = f (t) respectivement, correspondant aux diffé-

rentes classes de vitesses V., V2 et V3 pour un format de barre donné et une classe de nuance d'acier donnée avec

V^^^^1 V2 zV3.

-9- La température portée sur les courbes T g (t) peut être la température ponctuelle sur la ligne médiane d'une face de la barre, ou la moyenne des températures sur les

lignes médianes des quatre faces de la barre, ou la tempéra-

ture moyenne sur la largeur d'une face ou sur toute la péri- phérie de la barre; elle peut être aussi la température moyenne sur la partie médiane d'une face de la barre ou la moyenne des températures moyennes des parties médianes des

quatre faces de la barre.

Toutes ces courbes sont définies par des équations paramétriques ou par des valeurs ponctuelles introduites en mémoire dans le calculateur. Les données sur la nuance d'acier et le format de la barre sont introduites dans le

calculateur, avant chaque coulée, pour lui permettre de sé-

lectionner le jeu de courbes correspondantes. La vitesse

d'extraction est mesurée en permanence au moyen du généra-

teur d'impulsions 30 et le calculateur choisit à chaque

instant le jeu de courbes correspondant à la vitesse moyen-

ne déduite de ces mesures.

A partir du jeu de courbes sélectionné, le calcula-

teur peut, à chaque instant, calculer le coefficient d'é-

change thermique superficiel K pour chaque élément de la

barre à partir de C et T et en déduire le débit d'eau spé-

cifique q devant être projeté sur l'unité de surface de l'élé-

ment considéré à l'aide d'une courbe K = h (q) stockée dans la mémoire du calculateur et montrée par la figure 6; cette

courbe peut être unique pour l'ensemble de la zone de re-

froidissement ou être formée de plusieurs segments de cour-

be distincts valables dans les différentes sections de la zone. Cette courbe K = h (q) peut être relative à toute la

périphérie de la barre; dans ce cas on considère le phéno-

mène global. Elle peut aussi être relative aux parties média-

nes des quatre faces de la barre; dans ce cas on considère

les phénomènes locaux sur la périphérie de la barre.

Ce calcul est effectué périodiquement, par exemple tou-

tes les 10 s, et la barre est divisée en éléments dont la longueur est celle de la tranche coulée pendant l'intervalle

- 10 -

de temps entre deux calculs successifs. Le numéro d'ordre affecté à chaque tranche dès sa production permet donc à tout instant de connaître son âge et sa position dans la

machine. En supposant que, pour une tranche élémentaire fic-

tive de la barre, les courbes C = f (t) et T = g (t) donnent les valeurs C1 et T1 pour un temps de séjour t1 et C2 et T2 pour leur temps de séjour t2 = t1 + a t, la quantité de

chaleur extraite d'une masse unitaire de cette tranche, pen-

dant la période de temps a t sera A C = C2 - C1.

Si L est la longueur de la tranche, l la largeur de

la barre, e son épaisseur et ila masse spécifique du mé-

tal, le flux de chaleur extrait de cette tranche au cours de la période tAt sera: 0 = A C x L x 1 x e x P

At -

* La densité de flux de chaleur extraite par la surfa-

ce latérale S de la périphérie de la tranche sera t = 0 =tAC x l x e x f, S 2 t x (l + e) et le coefficient d'échange thermique sur la périphérie de la tranche sera: X =:e = AC x x e x' T 2 T x A t x (l+e)

T = Tl + T2 étant la température superficielle moyen-

2

ne de la tranche.

La courbe < = h (q) donne, à partir de la valeur cal-

culée de A, le débit d'eau spécifique q pour cette tranche élémentaire qui permet de calculer le débit d'eau Q = q x S

à projeter sur la surface latérale de la tranche.

Cette méthode est légèrement modifiée lorsque les fa-

ces de la barre ne sont pas refroidies par projection d'eau sur toute leur largeur. On considère alors seulement les parties médianes des faces dé la tranche, c'est-à-dire que

S ne représente que la surface totale de ces parties média-

nes et T est la température superficielle moyenne sur cette surface.

- 131 -

Après avoir calculé les débits d'eau à projeter sur chaque tranche de barre se trouvant à un instant donné dans la zone de refroidissement, on calcule par intégration les

valeurs de consigne des débits d'eau d'alimentation des diffé-

rentes sections de la zone de refroidissement et les valeurs

calculées sont transmises aux régulateurs respectifs 18.

Dans le cas oû on utilise des buses ou rampes d'atomi-

sation dans lesquelles les jets d'eau sont divisés en très fines gouttelettes au moyen d'air comprimé, on calcule le

débit d'eau total de la zone de refroidissement et on en dé-

duit le débit d'air total à utiliser, à l'aide d'une équa-

tion ou une courbe établissant une relation entre ces deux débits. Des moyens sont prévus pour régler manuellement la répartition entre les différentes sections du débit total

d'air alimentant la zone de refroidissement secondaire.

Pour déterminer la quantité de chaleur à extraire de

chaque tranche élémentaire de la barre dans la zone de re-

froidissement secondaire, il faut tenir compte de la quan-

tité de chaleur réellement extraite en lingotière. Pour ce-

la on utilise une courbe de base C = f (t) (en trait plein

sur la figure 3) correspondant aux conditions de fonctionne-

ment (nuance de l'acier, format de la barre, vitesse d'ex-

traction) que l'on décale parallèlement à l'axe des temps pour la faire passer par le point A dont les coordonnées sont égales, respectivement, au temps de séjour du produit

coulé en lingotière ti et à la quantité de chaleur ci effec-

tivement extraite en lingotière; cette nouvelle courbe de

formule générale C = f (t-a) est représentée en traits in-

terrompus sur la figure 3.

A chaque pas de calcul, le calculateur 20 détermine, à partir des valeurs du débit et des températures à l'entrée et à la sortie de l'eau de refroidissement de la lingotière, mesurées en continu par les sondes 26 et le débitmètre 28,

ou à partir d'un fichier de valeurs établies à l'aide de cal-

culs prévisionnels de simulation, la quantité de chaleur ex-

traite en lingotière et en déduit le décalage dansle temps qui doit être pris en compte pour la détermination des

- 12 -

quantités de chaleur à extraire dans la zone de refroidisse-

ment secondaire.

La température superficielle de la barre à la sortie

de la lingotière est mesurée au moyen d'un pyromètre opti-

que ou est calculée à partir d'une courbe établie à l'aide

de calculs prévisionnels de simulation et donnant l'6volu-

tion de cette température en fonction de la quantité de cha-

leur extraite en lingotière; cette courbe est stockée dans

la mémoire du calculateur. Si cette température T'l est dif-

férente de la température théorique TI fournie par la cour-

be T = g (t) (en trait plein sur la figure 2) correspondant aux conditions de fonctionnement, le calculateur corrigera

le début de cette courbe en admettant, par exemple, une va-

riation linéaire de la température depuis la sortie de la

lingotière jusqu'à un point prédéterminé de la partie supé-

rieure de la zone de refroidissement secondaire (courbe en

trait interrompu), de façon à retrouver en ce point la tem-

pérature théorique. C'est cette courbe corrigée que le cal-

culateur utilisera pour déterminer la température superfi-

cielle pour le calcul des valeurs de consigne des débits d'eau.

La mesure de la température superficielle de la bar-

re au voisinage du point de redressement est transmise en

continu au calculateur 20 par le pyromètre 32. Si sa va-

leur s'écarte trop de la valeur souhaitée (par exemple si l'écart est supérieur à 50 C), le calculateur modifie en conséquence les valeurs de consigne calculées pour la ou

les dernières sections de la zone de refroidissement secon-

daire. Le calculateur corrige tout d'abord la consigne du

débit d'eau de la dernière section de refroidissement; l'im-

portance de la correction est fonction de l'écart entre la température mesurée et la température souhaitée. Puis au bout d'un certain temps, qui dépend de la position de la dernière

section de refroidissement par rapport au point de redresse-

ment, le calculateur corrige les valeurs de consigne des dé-

bits d'eau des deux dernières sections de refroidissement si l'écart des températures est encore trop important. Au bout

- 13 -

d'une durée qui dépend de la position de l'avant dernière

section de refroidissement par rapport au point de redres-

sement, le calculateur maintient ou non, selon l'écart des températures, la correction des consignes des débits d'eau des deux dernières sections. Eventuellement, on pourrait corriger ainsi progressivement les consignes des débits d'eau des trois ou quatre dernières sections de la zone de refroidissement. Lorsque la vitesse d'extraction varie, deux cas sont à considérer: si la vitesse est modifiée durant un court instant, de l'ordre de 2 à 4 minutes, et reprend ensuite sa valeur initiale, on impose durant ce régime transitoi-

re les profils thermiques C = f (t) et T = g (t) correspon-

dant à la vitesse initiale, c'est-à-dire que le calculateur continue à utiliser un jeu de courbes correspondant à la classe de vitesses dans laquelle entre la vitesse initiale c'est ce qui se produit, par exemple, lors d'un changement de poche ou de répartiteur. Si, au contraire, la vitesse

d'extraction prend une nouvelle valeur et la conserve pen-

dant un temps supérieur à un délai prédéterminé, par exem-

ple 5 minutes, on impose, après expiration de ce délai, les

profils thermiques correspondant à la nouvelle vitesse d'ex-

traction. En fait, on passe progressivement des profils ther-

miques correspondant à la vitesse initiale à ceux correspon-

dant àla nouvelle vitesse en suivant une loi déterminée par le calculateur et qui limite la vitesse de réchauffement ou de refroidissement superficiel à une valeur maximale comprise

entre 10 C/minute et 2000C/minute.

Le passage progressif des anciens profils thermiques aux nouveaux peut aussi s'effectuer de la façon suivante:

à chaque pas de calcul, le calculateur attribue à chaque tran-

che élémentaire de la barre une vitesse moyenne fonction de

sa position dans la machine et de son âge et calcule le dé-

bit d'eau à projeter sur la tranche considérée en utilisant le jeu de courbes C = f (t) et T = g (t) correspondant à la

classe de vitesses dans laquelle entre cette vitesse moyen-

ne. Les valeurs de consigne des débits d'eau d'alimentation

- 14 -

de chaque section de la zone de refroidissement sont calcu-

lées en intrégrant les débits d'eau calculés pour chaque

tranche élémentaire se trouvant dans la section considérée.

Comme cette vitesse moyenne varie progressivement pour fina-

lement devenir égale à la nouvelle vitesse, si celle-ci est

stable, les valeurs de consigne des débits d'eau pour cha-

que section de la zone de refroidissement vont évoluer gra-

duellement depuis les valeurs qu'elles avaient à la vitesse initiale jusqu'aux valeurs qui correspondent à la nouvelle

vitesse.

En plus des valeurs de consigne du débit d'eau pour les

différentes sections de la zone de refroidissement secon-

daire et, le cas échéant, du débit total d'air utilisé pour l'atomisation de l'eau, le calculateur peut délivrer d'autres

informations: proposition d'une vitesse d'extraction opti-

male en régime permanent qui dépend de la nature du métal, du format du produit et de la température du métal dans le répartiteur, alarmes dans le cas o la température de l'acier dans le répartiteur sort des limites imposées, si les débits

d'eau calculés sont supérieurs à des valeurs maximales pré-

déterminées, si l'écart entre les débits d'eau mesurés et

calculés est supérieur à 10 %9, si la vitesse réelle d'extrac-

tion est supérieure à la vitesse optimale, si la températu-

re superficielle au point de redressement est trop basse,

etc...

Le calculateur pourra aussi être avantageusement uti-

lisé pour contrôler l'état du dispositif de refroidissement secondaire entre deux coulées. Pour cela, on alimentera les différentes sections du dispositif de refroidissement; après avoir fixé des valeurs de consigne des débits au moyen du calculateur on mesurera les débits réels et les pressions réelles et on comparera, les valeurs mesurées aux valeurs calculées. Si le dispositif est en bon état (pas d'usure, pas d'encrassement, pas de fuite), il ne doit pas y avoir d'écarts importants entre ces valeurs; en particulier pour un débit donné, la pression mesurée doit être conforme à la pression calculée. Les pressions calculées sont déterminées

- 15 -

par le calculateur à l'aide des courbes pression-débit qui sont stockées dans la mémoire du calculateur et qui sont préétablies à partir de résultats d'essais et de calculs ue

Pourrle procédé de contrôle automatique du refroidis-

sement secondaire objet de l'invention ait une efficacité

maximale, il faut que les conditions suivantes soient rem-

plies:

- la zone de refroidissement secondaire doit avoir une lon-

gueur importante pour permettre un meilleur contrôle de la solidification de la barre; en particulier, l'extrémité aval de cette zone doit se trouver le plus près possible du point de redressement afin d'obtenir en ce point une

température superficielle de la barre la plus proche possi-

ble de la température imposée par les contraintes métallur-

giques.

- la zone de refroidissement doit être divisée en un nombre aussi grand que possible de sections alimentées séparément de manière à réaliser un contrôle précis du refroidissement

et suivre au plus près les lois d'échange thermique impo-

sées.

- les dispositifs d'arrosage utilisés dans la zone de re-

froidissement secondaire doivent avoir une large plage de réglage des débits d'eau. Les profils thermiques imposés dépendent en effet du format de la barre, de la nuance de

l'acier et de la vitesse d'extraction et doivent être obte-

nus par des réglages différents des dispositifs d'arrosage pour couvrir une large gamme de nuances et de vitesses, en

régime permanent et en régime transitoire, il faut donc dis-

poser pour chaque section de la zone de refroidissement d'une large plage de réglage du refroidissement, donc d'une large

plage de réglage des débits d'eau.

Pour la réalisation de cette dernière condition, il sera avantageux d'utiliser les dispositifs d'atomisation faisant l'objet des brevets et certificat d'addition

74/00227, 74/09449, 75/38986 et 76/32685, au-nom de la de-

manderesse. Ces dispositifs permettent en effet des varia-

tions des débits d'eau dans un rapport de 1 à 6 voire 1 à 10,

- 16 -

alors que les dispositifs de pulvérisation classiques per-

mettent des variations des débits dans un rapport de 1 à 3 seulement.

- 17 -

Claims (13)

R E V E N D I C A T I 0 N S

1. Procédé de contrôle du refroidissement du produit coulé dans une installation de coulée continue suivant lequel

on divise le produit coulé en tranches élémentaires fic-

tives et on calcule périodiquement les valeurs de con- signe des débits d'eau des différentes sections de la

zone de refroidissement secondaire en fonction de l'â-

ge des tranches se trouvant dans les dites sections,

caractérisé en ce que les valeurs de consigne des dé-

bits d'eau des différentes sections de la zone de refroi-

dissement secondaire sont déterminées périodiquement,

au moyen d'un calculateur, à partir d'une première cour-

be donnant les variations en fonction du temps de la quantité de chaleur extraite d'une masse unitaire du produit coulé, au cours de son trajet depuis la surface

libre du métal dans la lingotière jusqu'à la zone de so-

lidification complète ou au-delà, et d'une seconde cour-

be donnant les variations en fonction du temps, au cours dudit trajet, de la température superficielle du produit

coulé.

2. Procédé de contrôle du refroidissement du produit cou-

lé dans une installation de coulée continue suivant le-

quel on divise le produit coulé en tranches élémentaires

fictives et on calcule périodiquement les valeurs de con-

signe des débits d'eau des différentes sections de la zo-

ne de refroidissement secondaire en fonction de l'âge des

tranches se trouvant dans les dites sections, caractéri-

sé en ce qu'on détermine périodiquement, au moyen d'un

calculateur, la quantité de chaleur à extraire de cha-

que tranche, à l'aide d'une première courbe donnant les

variations de la quantité de chaleur extraite d'une mas-

se unitaire du produit coulé en fonction du temps de sé-

jour de la tranche dans la machine de coulée, et la tem-

pérature superficielle de la tranche considérée, à l'ai-

de d'une seconde courbe donnant les variations de la tem-

pérature superficielle en fonction du temps de séjour de la tranche dans la machine de coulée, on calcule à partir

24 71925

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des valeurs ainsi déterminées le coefficient d'échange thermique pour la tranche considérée, on détermine le

débit d'eau spécifique pour la tranche considérée à l'ai-

de d'une autre courbe donnant les variations des débits d'eau spécifiques en-fonction du coefficient d'échange thermique, on calcule le débit d'eau à projeter sur la

tranche considérée, on intègre les débits d'eau pour tou-

tes les tranches se trouvant à l'instant considéré dans

chaque section de la zone de refroidissement pour déter-

miner les valeurs de consigne des débits d'eau des dif-

férentes sections, et on maintient, au moyen de régula-

teurs, les débits d'alimentation en eau des différentes

sections égaux aux valeurs de consigne respectives.

3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on détermine la quantité de chaleur extraite en

lingotière et, avant chaque calcul des valeurs de con-

signe des débits, on corrige la première courbe en la décalant parallèlement à l'axe des temps de façon à la faire passer par le point dont les coordonnées sont,

d'une part, le temps de séjour du produit coulé en lin-

gotière et, d'autre part, la quantité de chaleur extrai-

te en lingotière.

4. Procédé selon la revendication 1, 2 ou 3,'caractérisé en ce qu'on détermine à partir de mesures ou de résultats de calculs prévisionnels la température superficielle du produit coulé à la sortie de la lingotière et si cette

température diffère de la température correspondante don-

née par la seconde courbe, on corrige cette courbe avant

chaque calcul des valeurs de consigne des débits, en re-

liant par une droite ou une courbe du 2ème ou 3ème degré le point dont les coordonnées sont, d'une part, le temps

de séjour en lingotière et, d'autre part, ladite tempé-

rature superficielle déterminée à partir de mesures ou à partir de résultats de calculs prévisionnels à un point

de cette seconde courbe correspondant à une section supé-

rieure de la zone de refroidissement secondaire.

5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précé-

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dentes, caractérisé en ce qu'on compare périodiquement la température superficielle du produit coulé mesurée à

la sortie de la zone de refroidissement et la tempéra-

ture souhaitée et, si l'écart entre ces deux valeurs est supérieur à une valeur prédéterminée, on corrige les va- leurs de consigne des débits d'eau de la ou des dernières

sections de la zone de refroidissement.

6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précé-

dentes, caractérisé en ce que, pour un format de barre

et une nuance d'acier donnés, on groupe les vitesses d'ex-

traction du produit coulé en plusieurs classes, on éta-

blit un jeu de première et seconde courbes pour chaque classe de vitesses, on mesure la vitesse d'extraction et on calcule les valeurs de consigne des débits en utilisant le jeu de courbes correspondant à la classe des vitesses

dans laquelle entre la vitesse mesurée.

7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que lorsque la vitesse d'extraction du produit coulé varie,

la substitution du jeu de courbes correspondant à la nou-

velle vitesse au jeu de courbes correspondant à la vites-

se initiale n'est effectuée qu'à l'expiration d'un délai prédéterminée, si la vitesse d'extraction n'a pas repris

sa valeur initiale.

8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que

la substitution d'un jeu de courbes à un autre est effec-

tué progressivement de façon que la vitesse des variations

de la température superficielle du produit coulé soit com-

prise entre 100C et 2001C par minute.

9. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'on

détermine périodiquement l'âge de chaque tranche 6lémentai-

re, on calcule la vitesse d'extraction moyenne de chaque

tranche, on calcule le débit d'eau spécifique pour la tran-

che considérée à l'aide du jeu de courbes correspondant à cette vitesse d'extraction moyenne, on calcule le débit d'eau à projeter sur la tranche considérée et on intègre les débits d'eau de toutes les tranches se trouvant dans

chaque section de la zone de refroidissement pour déter-

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miner les valeurs de consigne des débits d'eau des diffé-

rentes sections.

10. Procédé de contrôle du refroidissement du produit coulé

dans une installation de coulée continue équipée de bu-

ses ou rampes d'atomisation, caractérisé en ce qu'on cal- cule le débit d'air total alimentant les buses ou rampes de la zone de refroidissement à l'aide d'une équation établissant une relation entre les débits d'air et d'eau

dans la zone de refroidissement.

11. Procédé de contrôle selon l'une quelconque des revendi-

cations précédentes, caractérisé en ce que la seconde

courbe dnnne les variations, en fonction du temps de sé-

jour, de la température superficielle sur la ligne mé-

diane d'une face du produit coulé ou la moyenne des tem-

pératures superficielles sur les lignes médianes des

quatre faces.

12. Procédé de contrôle selon l'une quelconque des revendi-

cations 1 à 10, caractérisé en ce que la seconde courbe donne les variations, en fonction du temps de séjour, de la température superficielle moyenne sur au moins une

partie médiane d'une face du produit coulé.

13. Procédé de contrôle selon l'une quelconque des revendica-

tions 1 à 10, caractérisé en ce que la seconde courbe donne les variations, en fonction du temps de séjour, de la température moyenne sur toute la largeur d'une ou

plusieurs faces du produit coulé.