FR3102549A1

FR3102549A1 - Dispositif et procédé de pilotage d’un four de réchauffage

Info

Publication number: FR3102549A1
Application number: FR1912077A
Authority: FR
Inventors: Yee Yuen CHAN; Jean-Luc Magalhaes
Original assignee: Fives Stein SA
Current assignee: Fives Stein SA
Priority date: 2019-10-28
Filing date: 2019-10-28
Publication date: 2021-04-30
Anticipated expiration: 2039-10-28
Also published as: WO2021084174A1; FR3102549B1; EP4051975A1; CN114761748A; KR20220088880A; CA3156048A1; BR112022007989A2; US20220404098A1; MX2022005011A

Abstract

Procédé de pilotage d’un four (4) de réchauffage de produits sidérurgiques (5), comportant une formation d’une image infrarouge par une caméra infrarouge (20) d’une face supérieure d’un produit (5) selon sa largeur et au moins en partie selon sa longueur lorsque ledit produit est disposé sur une surface de défournement prédéterminée ; un traitement numérique comportant une binarisation de l’image infrarouge en deux classes de pixels, une classe de pixels qui correspond aux pixels associés à une présence de calamine adhérente sur la face du produit et l’autre classe de pixels qui correspond aux pixels associés à une présence de calamine non-adhérente sur la face du produit ; une détermination des quantités de calamine non adhérente et de calamine adhérente sur la face supérieure du produit à partir de l’image binarisée ; une modification de paramètres de pilotage du four à partir des quantitées de calamine non adhérente et de calamine adhérente déterminées. Figure pour l’abrégé : Figure 1

Description

Dispositif et procédé de pilotage d’un four de réchauffage

Désignation du domaine technique concerné

L’invention se rapporte à un dispositif et un procédé de pilotage d’un four de réchauffage de produits sidérurgiques. Il s’applique notamment pour le réchauffage de produits longs et plus particulièrement pour des produits plats, notamment des brames. Le dispositif et le procédé selon l’invention permettent de quantifier la perte au feu totale liée au réchauffage d’un produit dans le four, en déterminant la quantité de calamine qui est tombée dans le four et celle qui est retirée par une décalamineuse située en aval du four dans le sens de déplacement du produit. Ils permettent également d’optimiser le fonctionnement du four et de réduire cette perte au feu.

Problèmes techniques auxquels répond l’invention

En amont des laminoirs à chaud de semi-produits sidérurgiques tels que billettes, blooms ou brames, on trouve des fours de réchauffage. En leur sein, le métal est chauffé à une température élevée dans un four de réchauffage pour faciliter l’opération de laminage. Les critères importants de ce processus de réchauffage et de laminage sont la qualité du produit laminé, la productivité de l’installation et son coût d’exploitation.

Dans ces fours de réchauffage, on trouve traditionnellement de nombreux brûleurs situés le long des parois latérales du four, parfois également en voûte, pour assurer la fonction de chauffage. Leur alimentation en combustible est principalement constituée de gaz naturel, de LPG ou de fuel liquide. Toutefois, avec l’augmentation du prix de ces combustibles, il est devenu courant d’y brûler des combustibles disponibles sur place, car sous-produits de procédés mis en œuvre sur le site. Ces combustibles ont un moindre pouvoir calorifique et ils contiennent davantage d’impuretés, mais ils sont beaucoup moins coûteux. C’est le cas par exemple du COG (pour l’anglaisCoke Oven gas) ou du BFG (pour l’anglaisBlast Furnace Gas). Les fumées sont évacuées du four par un système d’aspiration, via un récupérateur de chaleur permettant de préchauffer l’air de combustion alimentant les brûleurs. Les fumées chaudes réagissent avec la surface du produit réchauffé dans le four, ce qui entraîne la formation de couches superficielles d’oxydes. Ces couches sont aussi appelées couches de calamine. On distingue la calamine primaire, comprenant la calamine détachée et tombée dans le four et celle retirée par la décalamineuse située en aval du four, avant le laminage, des calamines secondaire et tertiaire formées lors du laminage. La calamine primaire s’exprime également en calamine non adhérente et en calamine adhérente. La calamine non adhérente de la face inférieure des produits tombe en grande partie dans le four. La décalamineuse élimine la calamine non adhérente encore présente sur le produit, notamment sur sa face supérieure où l’essentiel de celle-ci est présente en entrée de décalamineuse, et la calamine adhérente. On désigne par calamine primaire collante celle qui ne peut pas être retirée par la décalamineuse et qui reste donc accrochée au produit en sortie de celle-ci. L’épaisseur de la calamine primaire collante est de quelques dixièmes de millimètres alors que celle de la calamine primaire adhérente et non adhérente s’exprime en millimètres.

La composition des fumées dépend du type du combustible et du réglage des brûleurs. Elle a un impact direct sur la proportion de la calamine formée ainsi que sur ses propriétés chimiques et mécaniques. Par exemple, selon l’article « Scaling of carbon steel in simulated reheat furnace atmospheres, V.H.J.Lee, B.Gleesin, D.J.Young in 2004 », l’oxydation de l’acier au carbone dans des fumées chaudes conduit à une cinétique linéaire dans une certaine gamme de ratios air/gaz, et à une croissance à échelle parabolique pour des ratios air/gaz élevés. En outre, la perte de matière résultant de la formation de la calamine, appelée « perte au feu », a un impact économique considérable. Par exemple, pour un four de réchauffage avec une capacité de production annuelle de 2,5 millions de tonnes, un prix de l’acier au carbone de 400 US $/tonne, une perte au feu de 0,7 à 1 % équivaut à une perte de chiffre d’affaires de 7 à 10 millions de US $. Par ailleurs, un impact énergétique et environnemental non négligeable est également présent si l’on tient compte de la quantité d’énergie consommée, et de la pollution engendrée, pour fabriquer la quantité d’acier perdue en calamine et pour recycler la calamine récupérée à la décalamineuse. Pour cette raison, il est important de limiter la formation de calamine lors du chauffage avant laminage.

Dans le monde industriel, des modèles numériques sont capables de prédire la perte au feu pour certaines nuances d’acier avec des conditions définies et stables. La thèse de M. Husein Abuluwefa « Scale formation in a walking-beam Steel Reheat Furnace », McGill University-1992, en est un exemple. Par contre, le fonctionnement réel d’un four n’est jamais parfaitement stable, la courbe de chauffe du produit change en fonction de la production réelle du four. De même, la composition des fumées évolue selon la qualité du combustible, la précision des organes de régulation et des instruments et la fréquence de leur étalonnage. De plus, chaque aciérie possède sa propre recette d’acier pour répondre à une demande spécifique du marché mondial. Ainsi, un modèle validé sous des conditions spécifiques aura des limites pour la prédiction sous d’autres conditions.

Malgré tous les efforts mis en œuvre au sein de diverses équipes dans le monde, il n’y a pas encore de système de contrôle ayant la capacité de bien :

mesurer et contrôler en temps réel la formation de la calamine primaire,
réduire la perte au feu.

Arrière-plan technique

La formation de la calamine, lors du passage de l’acier dans un four industriel de réchauffage avant laminage, résulte de l’oxydation du fer (contenu dans l’acier) au contact de l’oxygène et des autres gaz oxydants des produits de combustions présents dans le four.

De nombreuses causes contribuent à rendre ce phénomène complexe :

Le fer présente essentiellement trois degrés d’oxydation qui vont se retrouver dans la calamine sous la forme de FeO, Fe3O4 et Fe2O3. Plusieurs chemins réactionnels inter croisés peuvent conduire à la formation de ces oxydes. Les propriétés chimiques et mécaniques de chaque couche sont différentes. Par ailleurs, l’épaisseur de la calamine n’est pas homogène sur toute la surface d’un produit.
Les cinétiques des différentes voies d’oxydation varient selon les conditions présentes dans le four, celles-ci n’étant pas homogènes en tous points du four.
Les cinétiques d’oxydation peuvent également être affectées par la composition chimique de l’acier d’une part, et par celle des fumées générées par les brûleurs d’autre part. La composition des fumées dépend à la fois du type de combustible et des réglages des brûleurs.
Le temps de séjour des produits dans le four et leur courbe de température, et donc d’exposition aux conditions oxydantes, peut également varier.

Des technologies existent sur le marché pour déterminer l’épaisseur de revêtement, telles que l’ultrason ou l’ellipsométrie. Toutefois, ce sont des solutions qui réalisent des mesures dans des environnements moins contraints, notamment :

à température ambiante,
sous atmosphère transparente,
avec un état de surface du revêtement lisse,
avec une épaisseur de revêtement de l’ordre du nanomètre.

Aucune d’entre elles ne répond à l’ensemble des problématiques du sujet :

haute température : jusqu’à 1280 °C au défournement du four,

surfaces avec une rugosité grossière présentant des irrégularités,
des propriétés chimiques et mécaniques différentes pour chaque couche de calamine.

Une des méthodes classiques pour identifier la perte au feu est de placer des échantillons de petites dimensions au-dessus d’un produit instrumenté avec des thermocouples, et de les chauffer dans le four. Après le chauffage, les échantillons sont récupérés à l’aide d’outils particuliers afin de réaliser des mesures sur ceux-ci après leur retour à température ambiante. Cette solution est complexe de mise en œuvre et présente des risques pour les opérateurs qui doivent récupérer les échantillons à la sortie du four alors que le produit et les échantillons sont à haute température.

Une autre méthode classique est de peser le produit à froid avant et après le chauffage pour connaître la perte au feu. Ce type de mesure demande aussi un travail de préparation et des ressources non négligeables.

WO2016125096 de la demanderesse décrit une première solution au contrôle en continu de la production de calamine dans un four de réchauffage à partir de données mesurées à l’aide de capteurs optiques lasers placés en sortie de four.

Le dispositif comprend au moins un capteur optique placé en sortie du four balayant la face inférieure du produit, ce qui permet de réaliser une cartographie du relief de celle-ci lors du défilement du produit. L’analyse de la cartographie du relief de la surface inférieure du produit permet de déterminer la quantité de calamine tombée dans le four. Les points hauts à la surface du produit correspondent aux endroits où la calamine est toujours présente sur le produit. A l’inverse, les points bas correspondent aux endroits à la surface du produit où la calamine s’est décrochée et est tombée dans le four.

Le dispositif comprend également deux ensembles d’au moins deux capteurs optiques, l’un placé en amont de la décalamineuse et l’autre en aval de celle-ci, permettent de déterminer la hauteur du produit en amont et en aval de la décalamineuse, et par différence de ces hauteurs, la quantité de calamine tombée dans la décalamineuse.

En fonction de la quantité de calamine formée dans le four déterminée à l’aide de ces capteurs, une correction de paramètres de fonctionnement du four est réalisée afin de réduire la quantité de calamine formée lors du réchauffage.

Cette solution n’est pas pleinement satisfaisante, car, en pratique, plusieurs capteurs sont nécessaires en sortie du four pour couvrir la face inférieure des produits sur toute la largeur du four du fait des contraintes d’implantation des capteurs laser au niveau de la table à rouleaux et de leur faible largeur de faisceau. Un traitement d’images complexe est nécessaire pour reconstituer la cartographie des produits à partir des images saisies par les capteurs disposés en parallèle. Bien qu’un écran incliné soit disposé au-dessus des capteurs pour les protéger, cet écran s’use rapidement par l’abrasion provoquée par la chute de calamine. De plus, à la longue, de la calamine reste collée sur l’écran incliné ce qui masque partiellement la surface des produits. Il est ainsi nécessaire d’intervenir régulièrement pour assurer la maintenance du dispositif alors que l’endroit est difficile d’accès et présente des risques pour les opérateurs.

Un but de l’invention est de pallier tout ou partie des inconvénients de l’état de la technique, et/ou d’améliorer la souplesse et la simplicité de pilotage d’un four de réchauffage tout en conservant ou en améliorant la robustesse et le coût de ce pilotage, de la maintenance et/ou du fonctionnement des moyens par lesquels ce four de réchauffage est piloté.

Selon un premier aspect de l’invention, il est proposé un procédé de pilotage d’un four de réchauffage de produits sidérurgiques présentant une entrée et une sortie selon une direction de défilement du produit, comportant :

une formation d’une image infrarouge par une caméra infrarouge d’une face supérieure d’un produit selon sa largeur et au moins en partie selon sa longueur lorsque ledit produit est disposé sur une surface de défournement prédéterminée (située à l’extérieur du four et au niveau de la sortie du four),
un traitement numérique comportant une binarisation (la binarisation pouvant être résalisée par seuillage ou segmentation) de l’image infrarouge en deux classes de pixels, une classe de pixels qui correspond aux pixels associés à une présence de calamine adhérente sur la face supérieure du produit et l’autre classe de pixels qui correspond aux pixels associés à une présence de calamine non-adhérente sur la face du produit,
une détermination des quantités de calamine non adhérente et de calamine adhérente sur la face supérieure du produit à partir de l’image binarisée,
une modification de paramètres de pilotage du four à partir des quantitées de calamine non adhérente et de calamine adhérente déterminées.

Avec un procédé de pilotage selon l’invention, il devient possible de piloter le four en tenant compte des quantités respectives de calamine non adhérente et adhérente à la surface d’un produit, et donc d’adapter un ou plusieurs paramètres de pilotage en conséquence.

Bien qu’une seule face du produit est observée par la caméra, l’invention permet de corriger une détermination de la température de la face non observée obtenue par calcul, au moyen d’un facteur de correction déterminé à partir d’une différence entre d’une part la température effective de la face observée obtenue par la caméra et d’autre part d’une température de la face observée obtenue par calcul.

Le procédé selon l’invention peut comprendre en outre une détermination d’un ratio quantité de calamine adhérente sur quantité de calamine non adhérente.

La binarisation peut être réalisée par seuillage de l’intensité lumineuse des pixels.

L’intensité lumineuse d’un pixel étant représentative de la température de la surface du produit au niveau du pixel, le seuillage est un procédé efficace de classifications des pixels.

Le procédé peut comprendre un traitement numérique pour déterminer une perte au feu du produit.

La détermination de la perte au feu et la connaissance des quantités respectives des deux types de calamines sur la surface supérieure permet de déterminer une première approximation de la quantité de calamine non adhérente de la surface inférieure tombée dans le four, ce qui est une information importante pour la gestion de la production du four.

En première approximation, on peut par exemple supposer que le rapport r entre calamine non adhérente et adhérente est le même sur la face supérieure et la face inférieure, et connaissant la perte au feu pF, on peut en déduire la masse mCPNS de calamine non adhérente tombée dans le four, ce qui peut s’écrire mCPNS = r*pf/2, si l’on considère en outre que la masse inférieure est égale à la masse supérieure et que la perte au feu est homogène sur les deux faces.

De préférence, le procédé comporte comportant une mesure de la hauteur du produit par deux capteurs disposés, respectivement, en amont et en aval d’une décalamineuse située en aval du four, et un traitement numérique pour déterminer la perte au feu du produit par détermination de la différence de hauteur du produit entre l’amont et l’aval de ladite décalamineuse.

Il est ainsi possible d’affiner la détermination de la perte au feu.

Les capteurs peuvent être des capteurs optiques, qui sont bien adaptés aux besoins et aux conditions d’exploitation d’une installation de réchauffage de produits sidérurgiques.

Le procédé selon peut en outre comprendre, lorsque la face supérieure est imagée par la caméra infrarouge, une détermination de la quantité de calamine de la face inférieure du produit tombée dans le four par simulations numériques à partir des quantités de calamine non adhérente et de calamine adhérente sur la surface supérieure du produit obtenues à partir de l’image binarisée, à partir de la perte au feu déterminée, et d’une correlation de ces résultats avec des relevés de fonctionnement du four et une loi de prédiction de la formation de calamine.

La corrélation des résultats mesurés avec les relevés de fonctionnement du four permet d’affiner la stratégie de pilotage du four.

Selon une possibilité, le procédé comprend une étape de réduction de la perte au feu et de la quantité de calamine tombée dans le four pour un deuxième produit dont le réchauffage est réalisé après celui d’un premier produit par modification de paramètres de fonctionnement du four en fonction de la perte au feu du premier produit lors de son passage dans le four et de la quantité de calamine déterminés

Avantageusement, la loi de prédiction de la formation de calamine peut être modifiée par autopprentissage.

Le procédé peut comporter une étape de réduction de la perte au feu et de la quantité de calamine tombée dans le four pour un deuxième produit dont le réchauffage est réalisé après celui d’un premier produit par modification de paramètres de fonctionnement du four en fonction de la perte au feu du premier produit lors de son passage dans le four et de la quantité de calamine déterminés.

Selon un deuxième aspect de l’invention, il est proposé un dispositif de pilotage d’un four de réchauffage de produits sidérurgiques présentant une entrée et une sortie selon une direction de défilement du produit, comportant :

une caméra infrarouge prévue pour former une image infrarouge de d’une face supérieure d’un produit selon sa largeur et au moins en partie selon sa longueur lorsque ledit produit est disposé sur une surface de défournement prédéterminée (située à l’extérieur du four et au niveau de la sortie du four),
un module de traitement numérique agencé pour effectuer une binarisation de l’image infrarouge en deux classes de pixels, une classe de pixels qui correspond aux pixels associés à une présence de calamine adhérente sur la face du produit et l’autre classe de pixels qui correspond aux pixels associés à une présence de calamine non-adhérente sur la face du produit,
un module de détermination des quantités de calamine non adhérente et de calamine adhérente sur la face supérieure du produit à partir de l’image binarisée,
une module de modification de paramètres de pilotage du four à partir des quantitées de calamine non adhérente et de calamine adhérente déterminées.

Selon un mode de réalisation, le four peut faire partie d’une installation sidérurgique comportant une table de défournement (aussi, appelée table d’évacuation, de préférence à rouleau) formant la surface de défournement prédéterminée)

Le produit défile sous la caméra et il est ainsi possible de reconstituer l’image complète du produit.

Le dispositif de pilotage du four peut comporter deux capteurs disposés, respectivement, en amont et en aval d’une décalamineuse située en aval du four, et un module de traitement numérique configuré pour déterminer la perte au feu du produit par détermination de la différence de hauteur du produit entre l’amont et l’aval de ladite décalamineuse. Comme dit précédemment, les capteurs peuvent être des capteurs optiques.

Selon un troisième aspect de l’invention, il est proposé une installation comportant :

un four de réchauffage de produit sidérurgique,
un dispositif de pilotage du four conforme au deuxième aspect de l’invention, ou à l’un ou plusieurs de ses perfectionnements.

Lorsque l’installation comporte une table de défournement, la table de défournement peut former la surface de défournement prédéterminée.

Lorsque l’installation comporte une décalamineuse, le dispositif de pilotage peut comporter les deux capteurs précités disposés, respectivement, en amont et en aval d’une décalamineuse située en aval du four, et le dispositif de pilotage peut comporter un module de traitement numérique pour déterminer la perte au feu du produit par détermination de la différence de hauteur du produit entre l’amont et l’aval de ladite décalamineuse.

Selon un quatrième aspect de l’invention, il est proposé un produit programme d’ordinateur comportant des instructions qui conduisent une installation selon le troisième aspect de l’invention, ou l’un ou plusieurs de ses perfectionnement à exécuter les étapes du procédé selon le premier aspect de l’invention, ou l’un ou plusieurs de ses perfectionnements.

Selon encore un autre aspect de l’invention, il est proposé un support lisible par ordinateur, sur lequel est enregistré le produit programme d’ordinateur selon le quatrième aspect de l’invention.

L’invention comprend à la fois des fonctions de mesure de la calamine primaire et des fonctions de prédiction et de contrôle de la formation de calamine, le tout en temps réel. Elle combine ainsi des mesures physiques réalisées en temps réel par des capteurs et des modélisations numériques de traitement des données collectées et de prédiction. Elle permet d’optimiser le process de chauffage des produits en réduisant la formation de calamine primaire.

Selon des modes des réalisations particuliers de l’invention, le procédé ou le dispositif comprend l’une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou suivant toute(s) combinaison(s) techniquement possible(s) :

Un dispositif d’acquisition d’images d’une partie de la face supérieure d’un produit à la sortie d’un four dans le spectre de l’infrarouge au moyen d’une caméra infrarouge.
Un système de traitement d’une pluralité d’images de parties de la face supérieure d’un produit à la sortie d’un four dans le spectre de l’infrarouge permettant de reconstituer une image de la totalité de la surface dudit produit.
Un système de détermination de la surface couverte par de la calamine non adhérente sur la face supérieure d’un produit à la sortie d’un four à partir d’une image dans le spectre de l’infrarouge de la surface dudit produit.
Un système de détermination de la surface couverte par de la calamine non adhérente sur la face inférieure d’un produit à la sortie d’un four obtenue par simulation numérique à partir d’une image dans le spectre de l’infrarouge de la surface de la face supérieure du produit corrélée à des relevés de fonctionnement du four.
Un dispositif de mesure de la hauteur de calamine détachée d’un produit dans une décalamineuse placée en aval d’un four au moyen de capteurs optiques placés en amont et en aval de la décalamineuse.
Un système de détermination de la perte au feu d’un produit à partir de la hauteur de calamine détachée d’un produit dans une décalamineuse placée en aval d’un four.
Une application logicielle pour traiter en temps réel les données issues d’une caméra infrarouge et de capteurs optiques pour optimiser la fiabilité et la précision de la quantité de calamine primaire déterminée.
Un module d’acquisition et de traitement de caractéristiques de chaque produit (matière, dimensions, etc.) ainsi que de son chemin thermique dans le four.
Un module d’acquisition et de traitement des caractéristiques de l’atmosphère au voisinage de chaque produit lors du chauffage dans le four.
Un modèle de prédiction de la perte au feu construit à partir de mesures du process du four et de mesures de la perte au feu.
Un module fournissant des indications de guidage au système de pilotage du four pour chauffer de façon intelligente les produits dans le four afin de minimiser la croissance de la calamine lors du chauffage.
Un module permettant d’extraire de l’information concernant la croissance de la calamine et sa morphologie en provenance de données massives et variées du four, sans nécessiter l’intervention d’un opérateur.
Un module cumulant en temps réel à la fois des données de fonctionnement du four et des mesures de perte au feu pour renforcer la fiabilité d’un modèle de prédiction et de contrôle de la perte au feu.

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 schématique latérale d’une installation classique de réchauffage d’un produit sidérurgique montrant l’implantation d’une caméra infrarouge selon un exemple de réalisation de l’invention ;

est une vue de droite de la figure 1 montrant également l’implantation d’une caméra infrarouge et de capteurs optiques selon un exemple de réalisation de l’invention ;

est une vue schématique d’une coupe d’un produit illustrant la calamine présente à la surface du produit à 4 étapes successives ;

est une vue schématique latérale illustrant le positionnement d’une caméra infrarouge selon un exemple de réalisation de l’invention ;

est une vue schématique illustrant la cartographie de la calamine primaire en sortie de four de la face supérieure d’un produit obtenue par une caméra infrarouge selon l’invention ;

est une vue schématique illustrant un traitement numérique de la cartographie de la calamine primaire en sortie de four pour déterminer le ratio entre la calamine adhérente et la calamine non adhérente selon l’invention ;

est une vue schématique illustrant un logigramme des étapes du procédé selon l’invention ;

est une vue schématique latérale illustrant le positionnement d’un capteur optique selon un exemple de réalisation l’invention ;

est une vue schématique du positionnement d’un capteur optique selon la figure 8 mais en vue de dessus ;

est une vue schématique du positionnement d’un capteur optique selon une variante de réalisation, mais en vue latérale ;

est une vue schématique du dispositif de détermination de la perte au feu selon un exemple de réalisation de l’invention ;

est un diagramme illustrant la précision de la loi optimisée de détermination de la perte au feu selon l’invention ;

Description détaillée de l’invention

Les modes de réalisation décrits ci-après n’étant nullement limitatifs, on pourra notamment considérer des variantes de l’invention ne comprenant qu’une sélection de caractéristiques décrites, par la suite isolées des autres caractéristiques décrites, si cette sélection de caractéristiques est suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l’invention par rapport à l’état de la technique antérieure. Cette sélection comprend au moins une caractéristique, de préférence fonctionnelle sans détails structurels, ou avec seulement une partie des détails structurels si cette partie uniquement est suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l’invention par rapport à l’état de la technique antérieure.

Dans la suite de la description, des éléments présentant une structure identique ou des fonctions analogues seront désignés par des mêmes références.

Les figures 1 et 2 présentent le principe d’une installation de laminage de produit sidérurgique. Sur la figure 1, une table 3 à rouleaux amène un produit 2 face à un four 4 de réchauffage de produits sidérurgiques. En amont de la table à rouleau 3 selon le sens de déplacement du produit 2, une machine d’enfournement 1, par exemple à doigts, saisit le produit 2 et le place dans le four 4 sur des longerons de transfert (non représentés).

Lors de sa traversée du four, le produit 2 se réchauffe progressivement selon une courbe de chauffage prédéterminée, définissant un chemin thermique, par exemple pour être porté de la température ambiante jusqu’à une température de défournement à la sortie du four comprise typiquement entre 1050 °C et 1300 °C.

Un produit réchauffé 5 est sorti du four 4 par une machine de défournement 7, par exemple à doigts, et est placé sur une autre table 6 à rouleaux qui l’évacue vers un laminoir (non représenté).

La figure 2 montre la table 6 à rouleaux d’évacuation du produit réchauffé 5 après sa sortie du four 4. Ce produit est déplacé par la table 6 à rouleaux vers une décalamineuse 8. Sur la figure 2, le produit au sein de la décalamineuse 8 est numéroté 5’. Le produit 5’ est exposé dans la décalamineuse 8 à des jets d’eau 9, 10 à haute pression. Les jets d’eau à haute pression sont respectivement orientés sur une partie supérieure et une partie inférieure du produit 5’. Ces jets d’eau sont agencés pour décoller la calamine primaire présente à la surface du produit 5’ et évacuer celle-ci selon un circuit 11 vers des bacs de décantation (non représentés) pour sa récupération.

Après décalaminage par la décalamineuse 8, le produit est amené en entrée d’une lamineuse 12. Dans la lamineuse, le produit est référencé 5’’. Le produit 5’’ passe dans deux sections de laminage 12a, 12b. Les sections de laminage 12a, 12b sont agencées pour obtenir une tôle à l’épaisseur souhaitée à partir du produit 5’’.

Selon le mode de réalisation représenté, le dispositif de détermination de la perte au feu de la calamine produite par le réchauffage comprend des capteurs disposés à la sortie du four 4 et au niveau de la décalamineuse 8. Ce dispositif combine des mesures physiques et le résultat de modélisations numériques réalisées par des programmes d’ordinateurs.

Il est agencé pour comparer la quantité de calamine produite à des limites fixées selon le mode de chauffage et la nature de l’acier réchauffé dans le four. Cette comparaison permet de développer une stratégie corrective du chauffage apte à maintenir, ou à ramener, la calamine produite dans les limites de quantité et de qualité souhaitées.

La figure 3 représente une vue en coupe d’un produit montrant schématiquement la calamine présente sur le produit à différentes étapes du processus :

sous-figure A : Produit 2 en amont du four de réchauffage. Nous considérons que la surface n’est pas couverte de calamine (en pratique, elle peut comprendre de la calamine adhérente formée lors d’étapes antérieures).
sous-figure B : Produit 5 en sortie de four de réchauffage dans le cas théorique où aucune calamine n’est tombée de la face inférieure du produit (en pratique, ce cas B ne se produit pas pour un four à longerons tubulaires). En partant du centre du produit, celui-ci est recouvert sur ces deux faces inférieure et supérieure d’une couche de calamine primaire collante (CPCS en face supérieure et CPCI en face inférieure), suivie d’une couche de calamine primaire adhérente (CPAS en face supérieure et CPAI en face inférieure) puis d’une couche de calamine primaire non adhérente (CPNS en face supérieure et CPNI en face inférieure). En théorie, après la couche de calamine primaire collante, il est possible de n’avoir que de la calamine primaire adhérente ou que de la calamine primaire non adhérente. En pratique, cela n’arrive pas.
sous-figure C : Produit 5 en sortie de four de réchauffage dans le cas où toute la calamine non adhérente de la face inférieure du produit CPNI est tombée dans le four. La chute de la calamine non adhérente dans le four est facilitée par les contacts entre le produit et la mécanique de transport du produit et le mouvement de translation entre l’entrée et la sortie du four. En pratique, de la calamine non adhérente peut encore être présente sur la face inférieure du produit à la sortie du four et tomber du produit entre le four et la décalamineuse. Cependant, comme celle-ci est en petite quantité, elle n’est pas prise en compte.
sous-figure D : Produit 5’’ en sortie de décalamineuse. Toute la calamine primaire non adhérente et adhérente encore présente sur le produit en entrée de décalamineuse a été retirée. Il ne reste que la calamine primaire collante CPCS CPCI sur le produit.

Selon le mode de réalisation représenté en figures 1, 2 et 4, une caméra infrarouge 20 est située au voisinage du four, côté défournement des produits.

La caméra infrarouge 20 est positionnée au-dessus du produit réchauffé 5 lorsque ce dernier est disposé sur une surface de défournement prédéterminée.

Dans l’exemple représenté, la surface de défournement prédéterminée est formée par la table à rouleau 6. Aussi, la caméra infrarouge est positionnée au voisinage de la table 6 à rouleaux d’évacuation des produits vers la décalamineuse 8.

Selon une variante du mode de réalisation représenté, la caméra infrarouge pourrait être disposée au-dessous du produit réchauffé 5.

Le capteur photosensible de la caméra infrarouge utilise des propriétés de l’optoélectronique, c’est-à-dire la capacité à réagir à une variation d’intensité lumineuse. Avantageusement, la caméra est choisie, et elle est positionnée à une distance de la table à rouleaux, de sorte que son champ de vision P20 couvre toute la largeur du produit le plus large réchauffé dans le four.

Ce type d’installation de laminage étant généralement utilisée pour des produits longs, tels que des brames, le champ de vision de la caméra infrarouge ne permet généralement pas de couvrir toute la longueur des produits avec une bonne précision de mesure.

Comme représenté en figure 5, des images successives sont prises lors du déplacement du produit sur la table à rouleau à une fréquence suffisante pour obtenir un recouvrement partiel du produit entre deux images successives d’une portion 5.1, 5.2, 5.n du produit. Un traitement numérique des images successives réalisé par un programme d’ordinateur, appelé « Image processing », permet de constituer une image de l’ensemble du produit. Ce type de traitement peut s’assimiler à celui de la construction d’un panorama à partir de plusieurs photographies présentant des zones de recouvrement.

En variante de réalisation, au moins deux caméras infrarouges sont utilisées pour couvrir toute la largeur du produit le plus large réchauffé dans le four.

La discrimination entre la calamine primaire adhérente CPAS et la calamine primaire non adhérente CPNS peut être réalisée à partir d’un traitement de l’image de l’ensemble du produit. L’émissivité de la calamine adhérente et non adhérente étant sensiblement la même, l’intensité lumineuse émise par une surface du produit est directement représentative de sa température. L’intensité lumineuse émise par de la calamine non adhérente est sensiblement plus faible que celle de calamine adhérente en raison d’une moindre température. Ainsi, l’image formée par une caméra infrarouge de la surface du produit recouverte de calamine non adhérente apparait sombre et l’image formée par une caméra infrarouge de la surface du produit recouverte de calamine adhérente apparait claire. En effet, la calamine non adhérente se refroidit plus rapidement que la calamine adhérente lorsque le produit quitte le four, ne bénéficiant pas, ou dans une moindre mesure, d’un apport calorifique par le cœur du produit. L’image formée par une caméra infrarouge de la surface du produit apparaît ainsi tachetée, avec une proportion de zones sombres plus ou moins importante selon la quantité de calamine non adhérente. Le réglage de la caméra infrarouge est ajusté de sorte que la distinction entre les zones sombres et claires soit marquée.

Un traitement numérique est réalisé sur cette image par un programme d’ordinateur, par exemple implémenté au sein d’un module (S2) de traitement numérique, pour cartographier la distribution de la calamine non adhérente sur la face supérieure du produit et pour déterminer un ratio global entre la calamine adhérente et non adhérente sur celle-ci.

Le traitement numérique réalise ainsi une binarisation de l’image infrarouge en deux classes de pixels, une classe de pixels qui correspond aux pixels associés à une présence de calamine adhérente sur la face du produit et l’autre classe de pixels qui correspond aux pixels associés à une présence de calamine non-adhérente sur la face du produit.

A cet effet, la binaraisation de l’image infrarouge peut être réalisée par seuillage ou par une ou plusieurs opérations de segmentation d’image, par exemple au moyen d’une segmentation fondée sur les régions, d’une segmentation fondée sur les contours, d’une segmentation fondée sur une classification ou un seuillage des pixels en fonction de leur intensité, éventuellement adaptative, ou sur une fusion ou coopération des trois premières.

Le module S2 peut en outre être configurés pour déterminer les quantités de calamine non adhérente et de calamine adhérente sur la face du produit à partir de l’image binarisée peuvent ainsi être déterminées.

Il est ainsi possible de modifier, au moyen d’un module particulier (non représenté) un ou plusieurs paramètres de pilotage du four à partir des quantitées de calamine non adhérente et de calamine adhérente déterminées.

La figure 6 illustre le résultat du traitement numérique pour déterminer le ratio précité pour trois exemples de produits ayant des proportions différentes de calamine non adhérente. La proportion de calamine non adhérente est la plus forte sur l’exemple de la figure 6.1 et est la plus faible pour l’exemple de la figure 6.3. La partie droite de chacune des sous-figures de la figure 6 illustre ces proportions avec des vues partielles de la face supérieure de ces produits, la calamine non adhérente étant représentée en noir. Le résultat du traitement numérique réalisé par le module (S2) de traitement numérique prend la forme d’un histogramme illustré en partie gauche de la figure, avec en abscisse la température du produit (selon l’intensité lumineuse reçue par les pixels de la caméra) et en ordonnée le nombre de pixels ayant cette température.

Dit autrement, pour chaque abscisse de l’histogramme, nous avons en ordonnée la quantité d’unités de surface du produit ayant cette température. Sur ce diagramme, un seuil de température prédéterminé TL délimite la calamine selon sa nature. La somme des pixels dont la température est inférieure à TL, sur la partie gauche de l’histogramme, correspond à la surface de la face supérieure du produit couverte par de la calamine non adhérente. La somme des pixels dont la température est supérieure à TL, sur la partie droite de l’histogramme, correspond à la surface de la face supérieure du produit couverte par de la calamine adhérente. La température TL peut être déterminée à partir d’essais sur des échantillons. Elle est par exemple de 950 °C. Ce traitement de l’image de la face supérieure du produit obtenu par la caméra infrarouge permet ainsi de quantifier le ratio de proportions de calamine non adhérente et adhérente sur l’ensemble de la face supérieure du produit.

Dit encore autrement, le ratio précité peut être déterminé comme le rapport de la surface entre 0 °C et la température prédéterminée TL sur la surface entre la température prédéterminée TL et une température prédéterminée de défournement, de la courbe représentant la quantité de pixels en fonction d’une intensité de pixel.

Dit encore autrement, le ratio précité peut être déterminé comme le rapport de l’intégrale entre 0 °C et la température prédéterminée TL sur l’intégrale entre la température prédéterminée TL et une température prédéterminée de défournement, de la courbe représentant la quantité de pixels en fonction d’une intensité de pixel.

Les images obtenues par la caméra infrarouge renseignent également sur la température effective du produit à la sortie du four. Il est ainsi possible de déterminer les profils de température sur la largeur et la longueur du produit ainsi que la stabilité de température de défournement des produits qui défournent successivement. Ces informations peuvent être utilisées pour ajuster le fonctionnement du four afin d’obtenir une température stable et le profil de température du produit souhaités, par exemple en ajustant la puissance des brûleurs et/ou leur fonctionnement en mode flamme longue ou flamme courte.

En référence à la figure 7, le système 60 de contrôle et de commande du four dispose en temps réel d’informations sur le fonctionnement du four, notamment une ou plusieurs mesures de la température ambiante à l’intérieur du four, de la température des fumées, de la teneur en oxygène des fumées, des régimes de fonctionnement des brûleurs, du mode de fonctionnement des brûleurs lorsque celui-ci peut changer, par exemple entre un mode flamme courte et un mode flamme longue pour une même puissance délivrée, les dimensions du produit et sa composition. Ces informations sont utilisées pour des simulations numériques afin d’estimer l’évolution de l’environnement au voisinage de chaque point de la surface du produit pendant le séjour du produit dans le four et simuler la formation de la calamine au moyen de modèles physicochimiques.

Les données enregistrées par le système 60 de contrôle et de commande du four, combinées aux températures du produit mesurées en sortie de four au moyen de la caméra infrarouge, permettent d’estimer l’évolution de la cartographie de la température du produit depuis son entrée dans le four jusqu’à son défournement au moyen de modèles mathématiques. Il est ainsi possible de calculer une courbe illustrant le chemin thermique suivi en chaque point de la surface du produit.

Outre la caméra infrarouge, l’invention repose également sur l’utilisation de capteurs optiques pour des mesures d’épaisseurs. Ils sont utilisés pour quantifier la quantité de calamine primaire qui est éliminée par la décalamineuse. Ainsi, l’invention comprend au moins deux capteurs optiques, l’un placé en amont de la décalamineuse et l’autre en aval de celle-ci. Ils permettent de déterminer la hauteur du produit en amont et en aval de la décalamineuse, et par différence de ces hauteurs, connaissant les dimensions du produit, de calculer la quantité de calamine retirée dans la décalamineuse.

Comme représenté en figure 2, selon un premier exemple de l’implantation des capteurs optiques selon l’invention, un premier capteur 30 est placé du côté de la face supérieure du produit en amont de la décalamineuse et un second capteur 40 est placé du côté de cette même face supérieure du produit en aval de la décalamineuse. Pour chaque point de la zone scrutée par un capteur, une mesure de distance est réalisée avec une précision de l’ordre du micromètre. Nous ne décrirons par la suite que le premier capteur 30 sachant que la disposition de ce capteur est identique à celle du second capteur 40. De même, nous décrirons par la suite des capteurs optiques placés au droit d’un produit reposant sur une table à rouleaux, sachant que le produit peut reposer sur toute autre surface de référence.

Comme représenté sur la figure 8, selon le premier exemple d’implantation des capteurs optiques, le capteur 30 placé au-dessus du produit est disposé à la verticale d’un rouleau 14 de la table à rouleaux de la décalamineuse sur laquelle circulent les produits. Le capteur est placé d’un côté du produit de sorte que son champ de mesure couvre au moins en partie la face supérieure du produit, lorsqu’un produit est présent sous le capteur, et au moins une partie de la génératrice supérieure dudit rouleau (ou d’une surface de référence). Il est disposé à une distance prédéterminée du rouleau, par exemple comprise entre 250 et 1000 mm. Le capteur 30 permet de déterminer la distance entre la face supérieure du produit 5 et la génératrice supérieure du rouleau 14, cette distance correspondant à la hauteur du produit.

Comme représenté sur la figure 9A, le capteur est avantageusement incliné d’un angle alpha, dans le plan horizontal, par rapport à l’axe longitudinal dudit rouleau, par exemple d’un angle de 5° à 85°. Cette inclinaison permet de garantir que le faisceau du capteur couvre en au moins un point 18 la génératrice supérieure du rouleau. En effet, si le capteur était disposé avec son champ de mesure parallèle à l’axe du rouleau, il serait nécessaire d’avoir un alignement vertical parfait du capteur par rapport au rouleau de sorte que le capteur 30 voit la génératrice supérieure du rouleau et non une génératrice placée sur un plan inférieur.

Les mesures réalisées à partir des capteurs 30, 40 se séparent en deux phases. La première phase, dite « Baseline measurement », est réalisée lors de l’absence de produit. Le système scanne en continu la surface du rouleau de la table à rouleau pour détecter à la fois la vibration du rouleau, et la distance entre le capteur et le sommet du rouleau. Les mesurées sont enregistrées et traitées par un programme d’ordinateur pour définir la distance réelle entre le capteur et le sommet du rouleau. Cette étape peut être assimilée à une étape de calibrage sans produit. La deuxième phase, dite « Product measurement », est réalisée lors du passage d’un produit sur la table à rouleaux. La prise en compte des mesures réalisées lors de la première phase, aussi appelée étape de calibrage, permet de corriger les mesures de la seconde de sorte d’obtenir une mesure précise de la hauteur du produit.

Selon un autre exemple de réalisation de l’invention illustré en figure 9B, les capteurs optiques 30, 40 sont placés sensiblement sur l’un des côtés du produit. Les capteurs sont disposés de sorte que leurs champs de mesure couvrent le flanc du produit. La mesure d’épaisseur du produit est ainsi réalisée directement.

En variante, des capteurs optiques sont placés des deux côtés du produit.

Le dispositif définit une hauteur moyenne sur la largeur du produit couverte par le champ de mesure du capteur et sur la longueur du produit. Comme représenté schématiquement en figure 5, la calamine non adhérente ne couvre généralement qu’une partie de la largeur du produit, sous la forme d’îlots. Celle de la face inférieure du produit étant tombée dans le four, la face inférieure du produit prend la forme d’une surface vallonnée, avec des creux là où se trouvaient la calamine non adhérente. Il en résulte que, au niveau du point de mesure d’épaisseur en entrée de décalamineuse, le produit repose sur la génératrice des rouleaux uniquement au niveau de la calamine toujours présente sur le produit, c’est-à-dire la calamine adhérente. La hauteur mesurée par le capteur 30 prend ainsi bien en compte la hauteur totale de la calamine primaire formée dans le four, adhérente et non adhérente, malgré l’absence de la calamine non adhérente tombée en amont de la décalamineuse, principalement dans le four.

A partir de ces mesures d’épaisseurs du produit en entrée et en sortie de décalamineuse, connaissant la largeur et la longueur du produit, il est aisé de calculer la quantité de calamine primaire adhérente et non adhérente formée sur le produit, et donc la perte au feu.

Les capteurs infrarouge et optiques utilisés selon l’invention sont bien adaptés aux besoins et aux conditions d’exploitation d’une installation de réchauffage de produits sidérurgiques puisqu’ils permettent :

de scanner des produits à très haute température, c’est-à-dire au-delà de 1000-1300 °C, en étant équipés d’un système de protection contre la chaleur ;
de scanner une surface de calamine non lisse et ayant une épaisseur non homogène ;
de ne pas être gênés par l’importante différence de poids et d’épaisseur entre le produit et la calamine : 25 000 kg et 250 mm d’épaisseur pour une brame comparés à 200 kg et 2 mm d’épaisseur, environ, pour la calamine.

La figure 7 représente sous forme graphique une partie des étapes du procédé selon l’invention. Sur cette figure, un repère dans une forme carrée représente un équipement physique (hardware), un repère dans une forme en losange représente une étape de traitement numérique par un programme d’ordinateur (software), et un repère dans un cercle représente un résultat. Les flèches indiquent le sens dans lequel se déroulent les étapes et/ou celui dans lequel circule un flux d’information.

Etape 1 : Une caméra infrarouge 20 prend des images successives de portions de la face supérieure d’un produit en défilement et les envoie à un serveur informatique 50.

Etape 2 : Un programme d’ordinateur implémenté dans un module de traitement numérique S1 traite ces images et délivre en résultat R1, une image reconstituée de l’ensemble de la face supérieure du produit montrant la distribution de la calamine adhérente et de la calamine non adhérente sur la face supérieure du produit (mesure), et il délivre également en résultat R2, la température moyenne de la face supérieure du produit (mesure).

Etape 3 : Un programme d’ordinateur implémenté dans un module de traitement numérique S2 traite l’image obtenue en R1 et délivre en résultat R3, le ratio de proportions globales de calamine adhérente et non adhérente sur la face supérieure du produit.

Etape 4 : Le serveur 50 reçoit du système 60 de contrôle et de commande du four des informations relatives au produit (dimensions, matière, etc.), des données relatives au fonctionnement du four à partir de mesures réalisées par des capteurs (températures, pressions, teneur en oxygène dans les fumées, etc.), ces mesures pouvant être réalisées en plusieurs points par zones de régulation du four.

Etape 5 : A partir des données disponibles dans le serveur 50, et au moyen de modèles mathématiques, un programme d’ordinateur implémenté dans un module de traitement numérique S3 calcule les températures moyennes de défournement du produit sur ces deux faces, ainsi que les chemins thermiques suivis par chacune de ces faces. La température moyenne calculée sur la face supérieure constitue le résultat R4.

Etape 6 : Un programme d’ordinateur implémenté dans un module de traitement numérique S4 compare la température moyenne de la face supérieure du produit au défournement obtenue par simulation (résultat R4) et celle obtenue par mesure avec la caméra infrarouge 20 (résultat R2), puis délivre au serveur 50, en résultat R5, un facteur d’écart entre les résultats R2 et R4.

Etape 7 : A partir des données disponibles dans le serveur 50, et au moyen de modèles mathématiques, un programme d’ordinateur implémenté dans un module de traitement numérique S5 calcule la différence de chemins thermiques des deux faces du produit, et de teneur en oxygène au voisinage de celles-ci, lors du parcourt du produit dans le four, et, au moyen de lois de formation de calamine, détermine en résultat R6 un ratio de proportions globales de calamine adhérente et non adhérente sur la face supérieure du produit et en résultat R7, un ratio de proportions globales de calamine adhérente et non adhérente sur la face inférieure.

Etape 8 : Un programme d’ordinateur implémenté dans un module de traitement numérique S6 détermine un écart entre le ratio de proportions globales de calamine adhérente et non adhérente sur la face supérieure du produit obtenu par simulation (résultat R6) et celui obtenu par mesure à partir de la caméra infrarouge (résultat R3) et, en fonction de celui-ci et de la valeur initiale du ratio de proportions de calamine adhérente et non adhérente sur la face inférieure (résultat R7), délivre en résultat R8, un ratio corrigé de proportions globales de calamine adhérente et non adhérente sur la face inférieure.

Etape 9 : Au moins un capteur optique 30 mesure l’épaisseur du produit en entrée de décalamineuse et au moins un capteur optique 40 mesure l’épaisseur du produit en sortie de décalamineuse. Ces données sont traitées par un programme d’ordinateur implémenté dans un module de traitement numérique S7 qui délivre en résultat R9, l’épaisseur moyenne totale de la calamine primaire sur les deux faces du produit.

Etape 10 : A partir des données disponibles dans le serveur 50 sur les dimensions du produit et de l’épaisseur moyenne totale de la calamine primaire sur les deux faces du produit obtenue par les capteurs optiques (résultat R9), un programme d’ordinateur implémenté dans un module de traitement numérique S8 délivre en résultat R10, la perte au feu mesurée.

Etape 11 : Un programme d’ordinateur implémenté dans un module de traitement numérique S9 compare la perte au feu déterminée au moyen des capteurs optiques (résultat R10) avec le ratio de calamine non adhérente de la face supérieure déterminé à partir de la caméra infrarouge (résultat R3) et celui de la face inférieure après correction (résultat R8) et délivre en résultat R11 la quantité de calamine non adhérente tombée dans le four.

Etape 12 : Un programme d’ordinateur implémenté dans un module de traitement numérique S10 récupère et traite les données de process disponibles dans le serveur 50, la perte au feu (résultat R10) et le volume de calamine tombée dans le four pendant le chauffage (résultat R11), et délivre en résultat R12, un bilan de process qui alimente une base de données 51.

Etape 13 : A partir de données de la base de données 51, un programme d’ordinateur implémenté dans un module de traitement numérique S11 délivre régulièrement par autoapprentissage en résultat R13, une loi optimisée de prédiction de la perte au feu.

Etape 14 : Un programme d’ordinateur implémenté dans un module de traitement numérique S12 utilise la loi optimisée de prédiction de la perte au feu (résultat R13) et délivre en résultat R14 une stratégie optimale de chauffe (chemin thermique du produit, teneur en oxygène dans le four, etc.) permettant de minimiser la quantité de calamine formée lors du chauffage du produit qu’il envoie au système 60 de contrôle et de commande du four.

Légende de la Figure 7

20 : Caméra infrarouge

30 : Capteur optique en entrée de décalamineuse

40 : Capteur optique en sortie de décalamineuse

50 : Serveur informatique de calamine

51 : Base de données process

60 : Système de contrôle et de commande du four

S1 à S12 : modules de traitement numérique comportant des programmes d’ordinateur

R1 : Une image reconstituée de l’ensemble de la face supérieure du produit montrant la distribution de la calamine adhérente et la calamine non adhérente sur la face supérieure du produit (mesure).

R2 : Température moyenne de la face supérieure du produit (mesure).

R3 : Ratio de proportion de la calamine adhérente et de la calamine non adhérente sur la face supérieure du produit (mesure).

R4 : Température moyenne de la face supérieure du produit (simulation).

R5 : Facteur d’écart entre la température moyenne de la face supérieure déterminée à partir de la caméra infrarouge (résultat R2) et celle obtenue par simulation (résultat R4).

R6 : Ratio de proportion de la calamine adhérente et de la calamine non adhérente sur la face supérieure du produit (simulation).

R7 : Ratio de proportion de la calamine adhérente et de la calamine non adhérente sur la face inférieure du produit (simulation).

R8 : Ratio corrigé de proportion de la calamine adhérente et de la calamine non adhérente sur la face inférieure du produit.

R9 : Epaisseur moyenne totale de la calamine primaire en entrée de décalamineuse.

R9 : Surface de calamine non adhérente de la face inférieure du produit.

R10 : Perte au feu.

R11 : Quantité de calamine non adhérente de la face inférieure du produit qui est tombé dans le four.

R12 : Données de process du four

R13 : Loi de prédiction de la perte au feu.

R14 : Stratégie optimale de chauffe pour limiter la perte au feu.

Comme représenté en figure 10, le contrôle et le pilotage du four selon l’invention est réalisé à partir :

d’un système L3 d’optimisation de l’exploitation du four de niveau 3 à partir de données d’entrée sur les produits à réchauffer (dimensions, poids, composition de l’acier, conditions de laminage…) et de données process, notamment les températures cibles de défournement.
d’un système L2 d’optimisation de la régulation du four de niveau 2 à partir des instructions fournis par le système L3 d’optimisation de l’exploitation du four, de données process (courbes de chauffage des produits et de données L0 fournis par l’instrumentation du four),
d’un programme d’ordinateur L2’ de « Machine learning » améliorant le système L2 d’optimisation de niveau 2 de la régulation du four par autoapprentissage à partir de résultats R1 de simulations numériques de la quantité de calamine et de la température du produit et de résultats R2 de quantité de calamine déterminée par traitements numériques D à partir des données M fournies par la caméra infrarouge 20 et les capteurs optiques 30, 40 de mesure d’épaisseur au niveau de la décalamineuse,
d’un système L1 de pilotage des équipements du four par des boucles de régulation locales de niveau 1 à partir des instructions fournies par le système L2 d’optimisation de la régulation du four et de données L0 fournis par l’instrumentation du four.

Le système de contrôle et de pilotage du four selon l’invention prend en compte un très grand nombre de données du process du four et des mesures de la calamine (Big data). Les données brutes issues des instruments sont d’environ 120 méga-octets par produit. Pour une production normale d’un four de réchauffage à brames de 360 produits par jour, cela représente environ 43 giga-octets de données par jour. Afin d’obtenir des informations utiles au pilotage du four à partir de ce très grand nombre de données, des algorithmes (appelé également Data Science) sont appliqués. Ils permettent d’extraire les informations essentielles des mesures réalisées, en assurant la fiabilité de celles-ci malgré l’environnement difficile d’un four de réchauffage avant laminage. Le système de contrôle et de pilotage du four exploite ainsi de l’information clé pour chauffer de façon intelligente les produits dans le four en maitrisant la formation de calamine lors du chauffage, notamment à partir des variables clés du process, telles que :

le chemin thermique et le temps de séjour du produit dans les zones critiques du four,
l’atmosphère du four,
la composition de l’acier.

La figure 11 est un diagramme montrant les essais réalisés pour différentes conditions opératoires afin de vérifier la performance de la loi optimisée de prédiction de la perte au feu (résultat R13) selon l’invention. Nous avons en abscisse le numéro du produit et en ordonnées la quantité de perte au feu. Sur ce diagramme, les losanges correspondent aux pertes au feu obtenues par mesures sur des échantillons et les carrés représentent les pertes au feu déterminées avec la loi optimisée de prédiction. On constate que loi optimisée de prédiction donne des résultats très proches (à moins de 10 % en variation en moyenne), de ceux constatés sur les échantillons.

Bien sûr, l’invention n’est pas limitée aux exemples qui viennent d’être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l’invention. De plus, les différentes caractéristiques, formes, variantes et modes de réalisation de l’invention peuvent être associés les uns avec les autres selon diverses combinaisons dans la mesure où ils ne sont pas incompatibles ou exclusifs les uns des autres.

Claims

Procédé de pilotage d’un four (4) de réchauffage de produits sidérurgiques (5) présentant une entrée et une sortie selon une direction de défilement du produit, comportant, :
une formation d’une image infrarouge par une caméra infrarouge (20) d’une face supérieure d’un produit (5) selon sa largeur et au moins en partie selon sa longueur lorsque ledit produit est disposé sur une surface de défournement prédéterminée,

un traitement numérique comportant une binarisation de l’image infrarouge en deux classes de pixels, une classe de pixels qui correspond aux pixels associés à une présence de calamine adhérente sur la face du produit et l’autre classe de pixels qui correspond aux pixels associés à une présence de calamine non-adhérente sur la face supérieure du produit,

une détermination des quantités de calamine non adhérente et de calamine adhérente sur la face supérieure du produit à partir de l’image binarisée,

une modification de paramètres de pilotage du four à partir des quantitées de calamine non adhérente et de calamine adhérente déterminées.
Procédé de pilotage selon la revendication précédente, comportant en outre une détermination d’un ratio quantité de calamine adhérente sur quantité de calamine non adhérente.
Procédé de pilotage selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la binarisation est réalisée par seuillage de l’intensité lumineuse des pixels.
Procédé de pilotage selon l’une quelconque des revendications précédentes, comportant en outre un traitement numérique pour déterminer une perte au feu du produit.
Procéde de pilotage selon la revendication précédente, comportant une mesure de la hauteur du produit par deux capteurs disposés, respectivement, en amont et en aval d’une décalamineuse (8) située en aval du four (4), et un traitement numérique pour déterminer la perte au feu du produit par détermination de la différence de hauteur du produit entre l’amont et l’aval de ladite décalamineuse (8).
Procédé de pilotage de four selon l’une des deux revendications précédentes, comportant, lorsque la face supérieure est imagée par la caméra infrarouge, une détermination de la quantité de calamine de la face inférieure du produit tombée dans le four par simulations numériques à partir des quantités de calamine non adhérente et de calamine adhérente sur la surface supérieure du produit obtenues à partir de l’image binarisée, à partir de la perte au feu déterminée, et d’une correlation de ces résultats avec des relevés de fonctionnement du four et une loi de prédiction de la formation de calamine.
Procédé selon la revendication précédente, dans laquelle la loi de prédiction de la formation de calamine est modifiée par autopprentissage.
Procédé selon l’une des trois revendications précédentes, comprenant une étape de réduction de la perte au feu et de la quantité de calamine tombée dans le four pour un deuxième produit dont le réchauffage est réalisé après celui d’un premier produit par modification de paramètres de fonctionnement du four en fonction de la perte au feu du premier produit lors de son passage dans le four et de la quantité de calamine déterminés.
Dispositif (60) de pilotage d’un four (4) de réchauffage de produits sidérurgiques (5) présentant une entrée et une sortie selon une direction de défilement du produit, comportant :
une caméra infrarouge (20) prévue pour former une image infrarouge de d’une face supérieure d’un produit (5) selon sa largeur et au moins en partie selon sa longueur lorsque ledit produit est disposé sur une surface de défournement prédéterminée,

un module (S2) de traitement numérique agencé pour effectuer une binarisation de l’image infrarouge en deux classes de pixels, une classe de pixels qui correspond aux pixels associés à une présence de calamine adhérente sur la face du produit et l’autre classe de pixels qui correspond aux pixels associés à une présence de calamine non-adhérente sur la face du produit,

un module (S2) de détermination des quantités de calamine non adhérente et de calamine adhérente sur la face supérieure du produit à partir de l’image binarisée,

une module de modification de paramètres de pilotage du four à partir des quantitées de calamine non adhérente et de calamine adhérente déterminées.
Dispositif de pilotage selon la revendication précédente, comportant en outre deux capteurs disposés, respectivement, en amont et en aval d’une décalamineuse (8) située en aval du four (4), et un module de traitement numérique configuré pour déterminer la perte au feu du produit par détermination de la différence de hauteur du produit entre l’amont et l’aval de ladite décalamineuse.
Installation comportant :
un four (4) de réchauffage de produit sidérurgique,

un dispositif de pilotage du four selon l’une quelconque des revendications précédentes de dispositif.
Produit programme d’ordinateur comprenant des instructions qui conduisent une installation selon la revendication précédente à exécuter les étapes du procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 7.