WO2008110673A1 - Procede et installation de depot en continu d'un revetement sur un support en bande - Google Patents

Procede et installation de depot en continu d'un revetement sur un support en bande Download PDF

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WO2008110673A1
WO2008110673A1 PCT/FR2007/052578 FR2007052578W WO2008110673A1 WO 2008110673 A1 WO2008110673 A1 WO 2008110673A1 FR 2007052578 W FR2007052578 W FR 2007052578W WO 2008110673 A1 WO2008110673 A1 WO 2008110673A1
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actuator
control
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Jean-Jacques Hardy
Sébastien MARTIN
Fabrice Duvivier
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Siemens Vai Metals Technologies Sas
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    • C23C2/00—Hot-dipping or immersion processes for applying the coating material in the molten state without affecting the shape; Apparatus therefor
    • C23C2/14—Removing excess of molten coatings; Controlling or regulating the coating thickness
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    • C23C2/00—Hot-dipping or immersion processes for applying the coating material in the molten state without affecting the shape; Apparatus therefor
    • C23C2/50—Controlling or regulating the coating processes
    • C23C2/52—Controlling or regulating the coating processes with means for measuring or sensing

Definitions

  • the invention relates generally to industrial surface treatment techniques, in particular applied to the longitudinal and transverse control of the thickness of a hot-rolled metal coating on a steel strip in a continuous galvanizing plant.
  • the invention more precisely relates to a method for continuously depositing a coating on a strip support of a determined width with convergence, towards at least one target value, of the thickness of this coating on the surface of the coating.
  • this method comprising a deposition operation in which the support is driven, in a longitudinal direction of travel perpendicular to its width, in an installation comprising a set of actuators controlled by respective control signals each comprising at least one component, each actuator being able to act on the thickness of the coating, depending on the width of the support, depending on the control signal it receives.
  • the invention will be mainly considered in its preferred application to galvanization, in which the support is formed of a steel strip and the coating of a layer of zinc or a zinc alloy, it being understood, however, that the The invention is applicable to other industrial processes for continuously depositing a coating on a support.
  • the normally required Enorm thickness of rev coating galvanized on the steel SUPP support which is of the order of 10 microns for automotive applications, and 25 microns for applications. at construction, is generally increased by an undesirable thickening Esupp which represents from 20% to 50% of the normal Enorm thickness.
  • the REV coating thickness has mainly an impact on welding, particularly by resistance.
  • High thicknesses require strong welding currents that adversely affect the life of the electrodes.
  • variations in thickness from one weld to another can lead to defects or require constant adjustments of the welding parameters.
  • FIG. 2 shows the typical arrangement of air-drying on a continuous galvanizing line.
  • the SUPP tape carrier routed through an incoming CAF channel of the furnace, plunges into a Zn zinc bath or zinc alloy contained in a tank or "pot"
  • PT is deflected on a RDFL bottom baffle roll, and passes, with its REV coating in front of ESSR spinning booms that flow back to the pot PT excess zinc or still liquid alloy.
  • the thickness EO that the coating layer REV exhibits at the outlet of the liquid bath can, thanks to the compressed air blown by the drainer ESSR, be reduced to a lower value El .
  • patent JP 5-117832 identifies the main operating variables of this technique, namely (FIG. 12a of FIG. 12) the speed of the air jet which depends on the pressure of the compressed air
  • These operating variables are typically the required coating thickness on each side of the web, the web format - i.e., its width and thickness for continuous deposition on a web of tape. non-predetermined length - the running speed of the web, and the traction of the web in the coating area.
  • the operating disturbances are essentially related to the behavior of the band in the spinning zone and include the improper centering of the band in the space between the two wipers, the inclination of the band with respect to the wipers, and the transverse deflection. of the band, still called “tile” or “crossbow” by the skilled person.
  • FIG. 4 composed of FIGS. 4a to 4c, shows the effect of these defects on the thickness of the REV coating at the exit of the ESSR wipers.
  • the inclination of the strip with respect to the ESSR wipers leads, on the cross section of the strip, to a REV coating thickness gradient symmetrical with respect to the center of this section (FIG.
  • Figure 5 illustrates the setting possibilities of the spin system itself.
  • actuators which will be generically referenced ACT
  • ACT actuators
  • This homogeneity can first be controlled by a multiplicity of actuators ensuring the position adjustment of ESSR wipers.
  • Figure 6 shows that the combination of the individual actions performed by four actuators (ACTxI ACTx4) not only allows to center the axis of the band between the ESSR sweepers but also to correct the variations of transverse inclination of the band.
  • the homogeneity of the coating thickness REV in the transverse direction of the SUPP strip is also likely to be controlled by the deformation of the wipers' lips, as is taught, for example, in patent EP 0 566 497, which describes a device allowing to adjust the distance between the two lips of each of the wipers in order to vary the thickness of the air gap.
  • Multiple actuators such as ACT1, ACT3, ACT5 thus make it possible to vary this thickness from one end to the other of each ESSR wringer as shown schematically in FIG. 7 on which several thicknesses of the blade are represented, such as el and e5. .
  • the homogeneity of the coating thickness REV in the transverse direction of the SUPP strip can be further controlled by the position of a roll "anti-tile” RAT, also called “anti-crossbow” roll, such a roll being disposed between the RDFL bottom deflection roll and a roll of RLP pass line.
  • a roll "anti-tile” RAT also called “anti-crossbow” roll
  • the transverse deflection or "tile" of the support SUPP strip is as much as possible corrected by traction of this support in the furnace located upstream of the coating bath, there is still a residual defect of flatness more or less marked in the galvanizing bath.
  • the residual sag just below the ESSR can be at least elastically corrected by horizontal movement of the anti-crossbow roll and / or the RDFL bottom roll with respect to the line roll.
  • the homogeneity of the REV coating thickness in the transverse direction of the SUPP strip is also likely to be controlled by a magnetic or electromagnetic CMP profile corrector (FIG. 9).
  • a magnetic or electromagnetic CMP profile corrector (FIG. 9).
  • Such a system based on the use of a plurality of electromagnets, is for example described in patent JP 9-108736. Other adjustments may still be useful, such as the setting of the angle of incidence of the ESSR wipers jet compared to the SUPP + REV band especially to limit the risk of spattering of liquid zinc or "splashing".
  • Figure 9 shows the many possibilities of actions available to control the homogeneity of the thickness of the coating.
  • the illustrated means successively encountered starting from the bottom of the zinc bath are: the horizontal displacement, by the actuators
  • ACT_RDFL the RDFL deflector roll and / or the ACT RAT actuators horizontally moving the anti-crossbow roll to correct the deflection of the SUPP + REV band; the horizontal displacement, by the actuators
  • ACT_RLP the RLP line roll that is sometimes necessary in some cases to center the SUPP + REV strip between the heating inductors placed downstream of the ESSR sweepers; all the movements ensured by the actuators of the ESSR sweepers already described with reference to FIG. 6;
  • All these actuators whether they have a global effect or a local effect, can be controlled statically, that is to say, adjusted beforehand to the deposit operation. function of predetermined operating variables corresponding to this operation, or dynamically, that is to say, adjusted during their operation.
  • Dynamic control only makes sense if the movements of the actuators respond to a need highlighted by on-line measurements during tape travel.
  • the aim of the invention is to overcome these drawbacks by proposing a process for continuously depositing a coating such as a zinc layer on a strip support such as a steel strip, which, to allow regulation effective coating thickness, capable of precisely controlling multiple dynamic actuators, and is easily applicable to complex actuators such as transverse air jet thickness adjustment or split profile magnetic correctors.
  • a coating such as a zinc layer on a strip support such as a steel strip, which, to allow regulation effective coating thickness, capable of precisely controlling multiple dynamic actuators, and is easily applicable to complex actuators such as transverse air jet thickness adjustment or split profile magnetic correctors.
  • a first preliminary modeling phase implemented upstream of the deposition operation and comprising the development of a presetting template including, for each point of a set of points distributed along the width of the support and for each actuator, a quantitative relationship linking the thickness of the coating at this point to the value of at least one component of the control signal supplied to this actuator
  • a second preliminary modeling phase implemented upstream of the deposition operation and comprising the development of a regulation model including, for each point of the set of points and for each actuator, a quantitative relationship linking a varying the thickness of the coating at this point to a variation of the value of at least one component of the control signal supplied to this actuator;
  • a transient pre-setting step implemented upstream or at the beginning of the deposition operation and comprising the operations of addressing to the actuators control signals dependent on the preset model and the target value of the thickness of the coating; in each point of the set of points; a measurement step, carried out during the deposition operation and comprising the steps of developing a measure of the thickness of the coating at each point of the set of points; and
  • a regulation step implemented during the deposition operation, succeeding the presetting step and comprising the operations of addressing to the actuators respective control signals generated by predictive control on the basis of the control model and a cost function taking into account any difference between the target value and the thickness measurement at each point of the set of points.
  • the invention proposes to apply the principle to the dynamic control of the actuators used to control the thickness of the coating deposited on the support, while retaining the principle of a static control of these actuators for their presetting.
  • the regulation model is a linear model
  • the cost function is a quadratic function
  • the method of the invention further comprises an operation of producing, at least at each actuator of a group of actuators, at least one state signal representative of the state of this actuator, an operation of acting on at least one actuator of the group by means complementary to the sending of a control signal, and an operation of regulating each actuator of the group of actuators using each signal state of this actuator to update the control signal addressed to this actuator, the term "update” here being synonymous with "update using the most recent known value".
  • the invention also relates to an installation for implementing a deposition method as defined above, this installation being characterized in that it comprises actuators and a regulation module, in that the actuators are designed to act on the thickness of the coating depending on signals or control commands they receive, and to deliver corrected status data to the control module, and in that the control module is designed to determine by predictive control the signals or control commands to be addressed to the actuators to converge the thickness of the coating as measured towards the target value of this thickness.
  • such an installation comprises, as an actuator, one or more of the following elements: an adjustable air and lip wiper, a fractional electromagnetic corrector in profile, and devices, such as cylinders, for positioning the anti-tile roll, the pass-line roll, and / or the baffle roll.
  • an adjustable air and lip wiper for positioning the anti-tile roll, the pass-line roll, and / or the baffle roll.
  • devices such as cylinders, for positioning the anti-tile roll, the pass-line roll, and / or the baffle roll.
  • FIG. 2 is a schematic side view of a portion of a galvanizing plant
  • Figure 3 is a schematic detail view illustrating the action of an air wiper
  • FIG. 4 is a diagrammatic cross-sectional view of a coating installation, representing various defects in the arrangement of the support strip with respect to the wipers, and the associated defects of the finished product;
  • FIG. 5 is another schematic side view of a portion of a galvanizing plant;
  • FIG. 6 is a detailed perspective view of a portion of the band passing two wipers;
  • FIG. 7 is a schematic perspective view of an air jet wiper;
  • FIG. 8 is yet another schematic side view of a portion of a galvanizing plant;
  • FIG. 9 is a schematic perspective view of a portion of a continuous galvanizing plant
  • - Figure 10 is another schematic side view of a portion of a galvanizing plant
  • Figure 11 is a diagram illustrating an installation according to the invention.
  • FIG. 12 composed of FIGS. 12a and 12b, is a schematic view illustrating the action of an air wiper
  • the invention relates to
  • FIG. 11 a process for continuously depositing a coating, in particular zinc, on a support such as a steel strip 1 of determined width, and in which the thickness of the coating must converge on the surface of the support towards a target value generally constant for the entire surface of the support.
  • This method comprises a deposition operation in which the strip 1 constituting the support is driven in continuous scrolling and immersed in a liquid zinc bath 2 where it is deflected by a bottom roller 3.
  • This strip 1 then passes between a roller "anti crossbow" 4 and a roll of line 5, and comes out of the zinc bath coated with a layer of liquid zinc which is dewatered between two air sweepers 7 and 8.
  • a thickness gauge 13 the thickness of the dewatered and solidified coating is measured, the combined movements of the strip 1 and the sensor of the gauge 13 forming a path 14.
  • the roll 4 and the wipers 7 and 8 are equipped with respective actuators such as 6i, 6 2 , 9i, 9 2 , 10i, 10 2 , Hi to H x , and 12 X to 12 X.
  • actuators are controlled by respective control signals which constitute adjustment actuators for these actuators, and are capable of sending, in return, respective status signals representing the actual settings they have made.
  • the installation of the invention comprises a preparation or preset module 16 in which at least one static preset presetting model established experimentally has been stored, prior to the depositing operation and including, for each of the points 22 distributed, the along the width of the support 1 and for each actuator, a quantitative relationship linking the thickness of the coating at this point to the value of one or more components of the control signal that can be supplied to this actuator.
  • the actuators such as 61, 62, 9i 9 2, 10i, 1O 2, Hi to H x, and 12i to 12 X directed to the preparation module 16 signals or data 15 informing this module 16 of their situation.
  • This same preparation module 16 receives, on the other hand, in the form of data 17, the operating variables which define in particular the target value of the coating thickness to be deposited.
  • the preset model stored in the preparation module 16 allows the latter to provide presetting instructions to the actuators 61, 6 2 , 9i, 9 2 , 10i, 10 2 , Hi to H x , and 12 X to 12 X.
  • the method of the invention also implements a regulation model, including, for each of the points 22 distributed along the width of the support 1 and for each actuator, a quantitative relationship linking a variation of the thickness of the coating at this point to a variation of the value of at least one component of the control signal supplied to this actuator.
  • This regulation model can be stored in a regulation module 20, or stored in the preparation module 16 and transmitted by the latter to the regulation module 20. From this regulation model and the thickness measurement data 21 obtained. for various points 22 of the width of the strip 1, the control module 20 determines by predictive control the control signals or instructions 23 that module 20 must send to the actuators 6 lr 6 2 9 lr 9 2, 10i, 1O 2 , H1 to H x , and 12 X to 12 X , from which it receives the corrected state data 24, to converge the thickness of the coating as measured towards the target value of this thickness.
  • the method of the invention uses a prediction model of the transverse thickness of coating for predicting the evolution of the controlled variables, the construction of this model allowing it to be linear.
  • this model uses the measurement of the coating thickness over the width of the strip 1 in the form of a dimension vector "n" corresponding to the number of measurement points 22 considered.
  • Each dynamic actuator (for example, at each of the "m” actuators for adjusting the thickness of the air jet) corresponds to a vector of dimension "n” and the effect of all the actuators is expressed under the form of a rectangular matrix of "n” lines respectively corresponding to the measurement points 22 considered and "m” columns respectively corresponding to the dynamic actuators solicited.
  • the optimization of the control signals to be applied to the dynamic actuators is preferably performed using a quadratic cost function typically representing the Euclidean distance between the thickness measured at the different measurement points 22 and the target value of the thickness. This optimization is performed by minimizing this cost function while taking into account different constraints on the different influence variables that constitute the states of the different actuators, these constraints being able to be fixed in the model or to be introduced in the form of data. 25.
  • the method of the invention can also take into account other measurement data, such as thickness measurement of the "hot" gauge JC of coating thickness and band profile measurements provided by the MPB sensor.
  • the method of the invention can also control other actuators than those previously mentioned, and in particular the actuators ACT_RAT of the anti-crossbow roller RAT (FIG. 9) and those of the magnetic profile corrector CMP.
  • the method of the invention also allows to include in the control system ancillary devices such as magnetic or air pre-spinners, or additional coating thickness control devices, specific to the banks of the strip 1.
  • ancillary devices such as magnetic or air pre-spinners, or additional coating thickness control devices, specific to the banks of the strip 1.
  • the method of the invention offers a great ease of integration of new actuators or measuring instruments during the evolution of the installation.

Abstract

L'invention concerne notamment un procédé de dépôt en continu d'un revêtement sur un support en bande, dans lequel l'épaisseur de revêtement dépend de l'état de différents actionneurs. Le procédé de l'invention comprend une première phase préalable incluant le développement d'un modèle de préréglage, une deuxième phase préalable incluant le développement d'un modèle de régulation, une étape transitoire de préréglage (16), au cours de laquelle les actionneurs sont réglés de façon statique, une étape de mesure de l'épaisseur du revêtement (21), et une étape de régulation (20), au cours de laquelle les actionneurs sont commandés de façon dynamique par commande prédictive sur la base du modèle de régulation, dans un sens propre à réduire tout éventuel écart entre l'épaisseur mesurée du revêtement et une valeur cible de cette épaisseur.

Description

PROCEDE ET INSTALLATION DE DEPOT EN CONTINU D'UN REVETEMENT
SUR UN SUPPORT EN BANDE.
L'invention concerne, de façon générale, les techniques industrielles de traitement de surface, notamment appliquées au contrôle longitudinal et transversal de l'épaisseur d'un revêtement métallique déposé à chaud sur une bande d'acier dans une installation de galvanisation en continu.
Selon un premier aspect, l'invention concerne plus précisément un procédé de dépôt en continu d'un revêtement sur un support en bande de largeur déterminée avec convergence, vers au moins une valeur cible, de l'épaisseur de ce revêtement sur la surface du support, ce procédé comprenant une opération de dépôt au cours de laquelle le support est entraîné, suivant une direction longitudinale de défilement perpendiculaire à sa largeur, dans une installation comprenant un ensemble d'actionneurs commandés par des signaux de commande respectifs comprenant chacun au moins une composante, chaque actionneur étant propre à agir sur l'épaisseur du revêtement, suivant la largeur du support, en fonction du signal de commande qu'il reçoit. L'invention sera principalement considérée dans son application privilégiée à la galvanisation, dans laquelle le support est formé d'une bande d'acier et le revêtement d'une couche de zinc ou d'un alliage de zinc, étant toutefois entendu que l'invention est applicable à d'autres procédés industriels de dépôt en continu d'un revêtement sur un support.
Dans tous les domaines d'utilisation des bandes d'acier galvanisé en continu, en particulier dans le domaine de l'automobile et de l'électroménager, il est judicieux de maîtriser le plus précisément possible l'épaisseur de zinc ou d'alliage de zinc déposé, l'intérêt de cette maîtrise étant à la fois économique et technique.
Au plan économique, les utilisateurs ont mis en œuvre des programmes de recherches afin de définir les épaisseurs strictement nécessaires en fonction de leurs cahiers des charges dans le double but de diminuer la quantité et donc le coût du revêtement et, corrélativement, de limiter la part du coût de ce revêtement dans le prix total du produit fini afin de minimiser l'impact des variations de cours du zinc .
Comme le montre schématiquement la figure 1, l'épaisseur Enorm normalement requise de revêtement REV zingué sur le support SUPP d'acier, qui est de l'ordre de 10 microns pour les applications à l'automobile, et de 25 microns pour les applications à la construction, est généralement augmentée d'une surépaisseur indésirable Esupp qui représente de 20% à 50% de l'épaisseur normale Enorm.
Au plan technique, l'épaisseur de revêtement REV a principalement un impact sur le soudage, notamment par résistance. De fortes épaisseurs nécessitent de forts courants de soudage qui nuisent à la durée de vie des électrodes. D'autre part, des variations d'épaisseur d'une soudure à l'autre peuvent entraîner des défauts ou nécessitent des ajustements constants des paramètres de soudage .
Face à ce constat, on a, depuis longtemps déjà, cherché à optimiser l'épaisseur du revêtement tout en assurant la plus grande homogénéité possible de cette épaisseur. En particulier, on a, à cette fin, développé des dispositifs, dits "essoreurs", permettant de réduire l'épaisseur du revêtement REV avant sa solidification, notamment par influence magnétique ou par soufflage d'air, les essoreurs de ce dernier type étant les plus répandus.
La figure 2 montre la disposition typique d'un essorage par soufflage d'air sur une ligne continue de galvanisation. Le support en bande SUPP, acheminé à travers un chenal CAF d'arrivée du four, plonge dans un bain de zinc Zn ou d'alliage de zinc contenu dans une cuve ou "pot"
PT, est défléchi sur un rouleau déflecteur de fond RDFL, et passe, avec son revêtement REV devant des rampes d'essorage ESSR qui refluent vers le pot PT l'excédent de zinc ou d'alliage encore liquide.
Ainsi, comme le montre schématiquement la figure 3, l'épaisseur EO que présente la couche de revêtement REV à la sortie du bain liquide peut, grâce à l'air comprimé soufflé par l'essoreur ESSR, être réduite à une valeur El plus faible.
Les principes de fonctionnement de l'essorage ont été posés très tôt. Par exemple, le brevet JP 5-117832 identifie les principales variables opératoires de cette technique, à savoir (figure 12a de la figure 12) la vitesse du jet d'air qui dépend de la pression de l'air comprimé
lèvres ESSRl et ESSR2 de cet essoreur, la distance "d" entre les lèvres de l'essoreur et le support en bande SUPP à revêtir, ainsi que la vitesse de défilement du support SUPP. En fait (figure 12b de la figure 12), l'effet d'un essoreur à air est fonction de la pression P de l'air à la sortie des lèvres ESSRl et ESSR2 et de la distance "d", cet effet étant sensiblement constant pour les valeurs de la distance "d" au plus égales à une limite "do", et diminuant de façon sensiblement linéaire pour les distances de valeurs supérieures. L'expérience a par ailleurs permis d'identifier de manière plus exhaustive les variables d'exploitation ainsi que les perturbations opératoires subies.
Ces variables d'exploitation sont typiquement l'épaisseur requise de revêtement sur chacune des faces de la bande, le format de la bande - c'est-à-dire en fait sa largeur et son épaisseur pour un dépôt en continu sur une bande de longueur non prédéterminée - la vitesse de défilement de la bande, et la traction de la bande dans la zone de revêtement.
Les perturbations opératoires sont essentiellement liées au comportement de la bande dans la zone d'essorage et incluent le mauvais centrage de la bande dans l'espace compris entre les deux essoreurs, l'inclinaison de la bande par rapport aux essoreurs, et la flèche transversale de la bande, encore appelée "tuile" ou "crossbow" par l'homme du métier. La figure 4, composée des figures 4a à 4c, montre l'effet de ces défauts sur l'épaisseur du revêtement REV à la sortie des essoreurs ESSR. Ainsi, l'inclinaison de la bande par rapport aux essoreurs ESSR conduit, sur la section transversale de la bande, à un gradient d'épaisseur de revêtement REV symétrique par rapport au centre de cette section (figure 4a); la présence d'une courbure transversale ou "tuile" conduit à une dissymétrie de répartition de revêtement REV sur les deux faces de la bande (figure 4b) , et la présence d'une tuile sur une bande inclinée conduit au cumul de ces défauts (figure 4c) .
Il convient cependant de noter que la présence d'une courbure transversale ou tuile de valeur contrôlée est néanmoins souhaitable pour rigidifier le brin ascendant de la bande SUPP+REV qui passe entre les essoreurs ESSR, de sorte que le phénomène illustré à la figure 4b ne peut être intégralement éliminé.
D'autres perturbations peuvent également intervenir, comme les ondulations localisées de la bande dues à des défauts du type "bords longs" ou "centre long", qui génèrent des variations locales d'épaisseur et qui sont de plus des sources de vibrations de la bande au passage sur les rouleaux.
Il existe aussi d'autres sources de vibrations de la bande comme la dégradation progressive des paliers des rouleaux immergés et des rouleaux eux-mêmes, ou le soufflage de refroidissement de la portion de bande située en aval des essoreurs.
Afin de pouvoir réagir aux modifications des variables d'exploitation et aux perturbations opératoires, de nombreuses dispositions constructives ont été élaborées en vue de donner au système la souplesse nécessaire.
La figure 5 illustre les possibilités de réglage du système d'essorage lui-même. En pratique, un tel système est doté d'actionneurs (qui seront génériquement référencés ACT), qui permettent de régler la distance (dl ou d2) entre les lèvres de chaque essoreur et la bande SUPP+REV, l'écartement (e) des lèvres des essoreurs, la hauteur (H) des essoreurs par rapport au bain de zinc, et la pression PO d'alimentation des essoreurs en gaz.
Ces réglages permettent à eux seuls de contrôler l'homogénéité de l'épaisseur de revêtement REV dans le sens de défilement de la bande de support SUPP, donc dans son sens longitudinal. Le contrôle de l'homogénéité de l'épaisseur de revêtement REV dans le sens transversal de la bande SUPP, c'est-à-dire dans le sens de sa largeur, fait appel à plusieurs moyens.
Cette homogénéité peut tout d'abord être contrôlée par une multiplicité d'actionneurs assurant le réglage de position des essoreurs ESSR. La figure 6 montre que la combinaison des actions individuelles réalisées par quatre actionneurs (ACTxI à ACTx4) permet non seulement de centrer l'axe de la bande entre les essoreurs ESSR mais aussi de corriger les variations d' inclinaison transversale de la bande. Les actionneurs ACTyI, ACTy2, et ACTzI, ACTz2, qui agissent respectivement suivant les axes (y) et (z), permettent d'ajuster respectivement la position transversale de la bande SUPP+REV entre les essoreurs ESSR, et de régler la hauteur de ces essoreurs par rapport au bain de zinc.
L'homogénéité de l'épaisseur de revêtement REV dans le sens transversal de la bande SUPP est également susceptible d'être contrôlée par la déformation des lèvres des essoreurs, comme l'enseigne par exemple le brevet EP 0 566 497, qui décrit un dispositif permettant d'ajuster la distance entre les deux lèvres de chacun des essoreurs afin de faire varier l'épaisseur de la lame d'air. De multiples actionneurs tels que ACTl, ACT3, ACT5 permettent ainsi de faire varier cette épaisseur d'un bout à l'autre de chaque essoreur ESSR comme le montre schématiquement la figure 7 sur laquelle sont représentées plusieurs épaisseurs de lame, telles que el et e5.
L'homogénéité de l'épaisseur de revêtement REV dans le sens transversal de la bande SUPP peut encore être contrôlée par la position d'un rouleau "anti-tuile" RAT, aussi appelé rouleau "anti crossbow", un tel rouleau étant disposé entre le rouleau de déflexion de fond RDFL et un rouleau de ligne de passe RLP. En effet, bien que la flèche transversale ou "tuile" du support en bande SUPP soit autant que possible corrigée par traction de ce support dans le four situé en amont du bain de revêtement, il existe toujours un défaut résiduel de planéité plus ou moins marqué dans le bain de galvanisation. Comme le montre la figure 8, la flèche résiduelle juste au-dessous des essoreurs ESSR peut être au moins élastiquement corrigée par déplacement horizontal du rouleau "anti crossbow", et / ou du rouleau déflecteur de fond RDFL par rapport au rouleau de ligne de passe RLP. Ce procédé connu a été décrit dans plusieurs brevets, et notamment dans le brevet JP 8-260122. En matière de correction de flèche, l'expérience a cependant montré, comme indiqué précédemment, que les vibrations et l'effet de certaines ondulations pouvaient être limités en conservant à la bande une flèche contrôlée qui lui donne une certaine raideur longitudinale .
L'homogénéité de l'épaisseur de revêtement REV dans le sens transversal de la bande SUPP est également susceptible d'être contrôlée par un correcteur magnétique ou électromagnétique de profil CMP (figure 9) . Un tel système, basé sur l'utilisation d'une pluralité d' électroaimants, est par exemple décrit dans le brevet JP 9-108736. D'autres réglages peuvent encore être utiles, comme le réglage de l'angle d'incidence du jet des essoreurs ESSR par rapport à la bande SUPP+ REV en particulier pour limiter les risques d' éclaboussures de zinc liquide ou "splashing" . La figure 9 montre les multiples possibilités d'actions disponibles pour contrôler l'homogénéité de l'épaisseur du revêtement. Les moyens illustrés, rencontrés successivement en partant du fond du bain de zinc sont : le déplacement horizontal, par les actionneurs
ACT_RDFL, du rouleau déflecteur de fond RDFL et / ou le déplacement horizontal, par les actionneurs ACT RAT, du rouleau "anti crossbow " pour corriger la flèche de la bande SUPP+REV; le déplacement horizontal, par les actionneurs
ACT_RLP, du rouleau de ligne de passe RLP qui est parfois nécessaire dans certains cas pour assurer le centrage de la bande SUPP+REV entre les inducteurs de chauffage placés en aval des essoreurs ESSR; l'ensemble des mouvements assurés par les actionneurs des essoreurs ESSR déjà décrits en référence à la figure 6;
- le réglage transversal de l'épaisseur du jet d'air décrit en référence à la figure 7; et
- les actions des correcteurs de flèche magnétiques fractionnés CMP. On remarque qu' il est possible de classer ces actionneurs en deux familles, à savoir la famille des actionneurs à effet global qui agissent sur chaque essoreur complet en le déplaçant parallèlement à lui-même ou en le faisant pivoter, et la famille des actionneurs à effets locaux qui agissent séparément sur une partie de la longueur des essoreurs, à laquelle appartiennent les actionneurs de réglage transversal du jet d'air et les correcteurs de flèche magnétiques fractionnés.
Tous ces actionneurs, qu'ils aient un effet global ou un effet local, peuvent être commandés de manière statique, c'est-à-dire réglés préalablement à l'opération de dépôt en fonction de variables d'exploitation prédéterminées correspondant à cette opération, ou de manière dynamique, c'est-à-dire ajustés pendant leur fonctionnement.
La commande dynamique n'a de sens que si les mouvements des actionneurs répondent à une nécessité mise en évidence par des mesures en ligne pendant le défilement de la bande.
Dans l'état actuel de la technique, ces mesures sont essentiellement obtenues par trois types d' instruments qui sont illustrés à la figure 10, à savoir :
- un dispositif MPB de mesure de profil de la bande disposé par exemple en amont des essoreurs ESSR, un tel dispositif étant par exemple décrit dans le brevet JP 9- 078215 et utilisant des illuminateurs laser; - une jauge JC d'épaisseur de revêtement, dite "chaude", installée en aval des essoreurs ESSR avant que la bande SUPP+REV ne soit défléchie horizontalement; cette jauge met en œuvre des rayons X qui mesurent ponctuellement l'épaisseur du revêtement REV; la zone de mesure ZMJC est en général située au centre de la bande et s'étend sur toute la longueur de celle-ci lors de son défilement; et une jauge JF d'épaisseur de revêtement, dite "froide", installée plus en aval des essoreurs ESSR après que la bande SUPP+REV ait été de nouveau défléchie verticalement; cette jauge met également en œuvre une source de rayons X mobile transversalement à la bande; la zone de mesure ZMJF décrit un parcours en zigzag sur toute la longueur de la bande lors de son défilement.
Dans ce contexte, il est connu, notamment par le brevet JP 9-087821, d'assurer le pilotage des actionneurs au moyen d'un système de contrôle utilisant à la fois les valeurs de préréglage entrées par l'opérateur avant l'opération de dépôt du revêtement REV, et les mesures en ligne obtenues pendant cette opération.
Ces systèmes de contrôle connus sont basés sur des programmes mettant les mesures en ligne sous forme d'équations polynomiales qui sont utilisées pour donner les consignes appropriées aux différents actionneurs.
Or, l'emploi de ces équations polynomiales présente le double inconvénient de conduire à des approximations qui rendent imprécises les consignes adressées aux actionneurs à effet global et, surtout, d'être très difficiles à appliquer aux actionneurs à effets locaux qui cumulent les actions d'une pluralité d' actionneurs élémentaires pilotables séparément. L' invention a pour but de remédier à ces inconvénients en proposant un procédé de dépôt en continu d'un revêtement tel qu'une couche de zinc sur un support en bande tel qu'une bande d'acier, qui, pour permettre une régulation efficace de l'épaisseur de revêtement, soit capable de piloter de manière précise de multiples actionneurs dynamiques, et qui soit facilement applicable à des actionneurs complexes comme le réglage transversal de l'épaisseur du jet d'air ou les correcteurs magnétiques de profil fractionnés. A cette fin, le procédé de l'invention, par ailleurs conforme à la définition générique qu'en donne le préambule ci-dessus, est essentiellement caractérisé en ce qu'il comprend au moins :
- une première phase préalable de modélisation, mise en oeuvre en amont de l'opération de dépôt et comprenant le développement d'un modèle de préréglage incluant, pour chaque point d'un ensemble de points distribués le long de la largeur du support et pour chaque actionneur, une relation quantitative liant l'épaisseur du revêtement en ce point à la valeur d'au moins une composante du signal de commande fourni à cet actionneur; - une deuxième phase préalable de modélisation, mise en oeuvre en amont de l'opération de dépôt et comprenant le développement d'un modèle de régulation incluant, pour chaque point de l'ensemble de points et pour chaque actionneur, une relation quantitative liant une variation de l'épaisseur du revêtement en ce point à une variation de la valeur d'au moins une composante du signal de commande fourni à cet actionneur;
- une étape transitoire de préréglage, mise en oeuvre en amont ou au début de l'opération de dépôt et comprenant les opérations consistant à adresser aux actionneurs des signaux de commande dépendant du modèle de préréglage et de la valeur cible de l'épaisseur du revêtement en chaque point de l'ensemble de points; une étape de mesure, mise en oeuvre pendant l'opération de dépôt et comprenant les opérations consistant à élaborer une mesure de l'épaisseur du revêtement en chaque point de l'ensemble de points; et
- une étape de régulation, mise en oeuvre pendant l'opération de dépôt, succédant à l'étape de préréglage et comprenant les opérations consistant à adresser aux actionneurs des signaux de commande respectifs élaborés par commande prédictive sur la base du modèle de régulation et d'une fonction de coût prenant en compte tout éventuel écart entre la valeur cible et la mesure d'épaisseur en chaque point de l'ensemble de points.
Ainsi, bien que les techniques spécifiques de la commande prédictive soient connues en elles-mêmes, par exemple de l'ouvrage "La commande prédictive", écrit par Jacques Richalet, Guy Lavielle et Joëlle Mallet, paru en 2004 aux Editions Eyrolles, l'invention propose d'en appliquer le principe à la commande dynamique des actionneurs mis en oeuvre pour contrôler l'épaisseur du revêtement déposé sur le support, tout en conservant le principe d'une commande statique de ces actionneurs pour leur préréglage.
De préférence, le modèle de régulation est un modèle linéaire, et la fonction de coût est une fonction quadratique.
Dans la mesure où il est souhaitable de ne pas exclure, dans la mise en oeuvre du procédé de l'invention, la possibilité pour des opérateurs humains d'intervenir directement sur les capteurs, et où une telle intervention conduit a priori à perturber le modèle de régulation, il peut être opportun de prévoir que le procédé de 1 ' invention comprenne en outre une opération consistant à produire, au moins au niveau de chaque actionneur d'un groupe d' actionneurs, au moins un signal d'état représentatif de l'état de cet actionneur, une opération consistant à agir sur au moins un actionneur du groupe par des moyens complémentaires à l'envoi d'un signal de commande, et une opération consistant à réguler chaque actionneur du groupe d' actionneurs en utilisant chaque signal d'état de cet actionneur pour actualiser le signal de commande adressé à cet actionneur, le terme "actualiser" étant ici synonyme de "mettre à jour en utilisant la plus récente valeur connue".
L'invention concerne également une installation pour la mise en oeuvre d'un procédé de dépôt tel que précédemment défini, cette installation étant caractérisée en ce qu'elle comprend des actionneurs et un module de régulation, en ce que les actionneurs sont conçus pour agir sur l'épaisseur du revêtement en fonction de signaux ou consignes de commande qu'ils reçoivent, et pour délivrer des données d'état corrigées au module de régulation, et en ce que le module de régulation est conçu pour déterminer par commande prédictive les signaux ou consignes de commande à adresser aux actionneurs pour faire converger l'épaisseur du revêtement telle que mesurée vers la valeur cible de cette épaisseur.
De préférence, une telle installation comprend, en tant qu ' actionneur, l'un ou plusieurs des éléments suivants : un essoreur à air et à lèvre ajustable, un correcteur électromagnétique fractionné de profil, et des dispositifs, tels que des vérins, pour positionner le rouleau anti-tuile, le rouleau de ligne de passe, et / ou le rouleau déflecteur de fond. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels : la figure 1 est une vue en coupe transversale partielle à grande échelle d'un support protégé par un revêtement déposé par voie traditionnelle;
- la figure 2 est une vue schématique de côté d'une partie d'une installation de galvanisation; la figure 3 est une vue de détail schématique illustrant l'action d'un essoreur à air;
- la figure 4, composée des figures 4a à 4c, est une vue schématique en coupe transversale d'une installation de revêtement, représentant différents défauts d'agencement de la bande support par rapport aux essoreurs, et les défauts associés du produit fini;
- la figure 5 est une autre vue schématique de côté d'une partie d'une installation de galvanisation; - la figure 6 est une vue de détail en perspective d'une portion de bande passant devant deux essoreurs;
- la figure 7 est une vue schématique en perspective d'un essoreur à jet d'air; - la figure 8 est encore une autre vue schématique de côté d'une partie d'une installation de galvanisation;
- la figure 9 est une vue schématique en perspective d'une partie d'une installation de galvanisation en continu; - la figure 10 est une autre vue schématique de côté d'une partie d'une installation de galvanisation; la figure 11 est un schéma illustrant une installation conforme à l'invention; et
- la figure 12, composée des figures 12a et 12b, est une vue schématique illustrant l'action d'un essoreur à air
(figure 12a) et la loi physique décrivant cette action (figure 12b) .
Comme annoncé précédemment, l'invention concerne
(figure 11) un procédé de dépôt en continu d'un revêtement, en particulier de zinc, sur un support tel qu'une bande d'acier 1 de largeur déterminée, et dans lequel l'épaisseur du revêtement doit converger sur la surface du support vers une valeur cible en général constante pour toute la surface du support. Ce procédé comprend une opération de dépôt au cours de laquelle la bande 1 constituant le support est entraînée en défilement continu et plonge dans un bain de zinc liquide 2 où elle est défléchie par un rouleau de fond 3. Cette bande 1 passe ensuite entre un rouleau "anti crossbow" 4 et un rouleau de ligne de passe 5, et sort du bain de zinc revêtue d'une couche de zinc liquide qui est essorée entre deux essoreurs à air 7 et 8. Une jauge d'épaisseur 13 mesure l'épaisseur du revêtement essoré et solidifié, les mouvements combinés de la bande 1 et du capteur de la jauge 13 formant un parcours 14. Le rouleau 4 et les essoreurs 7 et 8 sont équipés d'actionneurs respectifs tels que 6i, 62, 9i, 92, 10i, 1O2, Hi à Hx, et 12X à 12X .
Ces actionneurs sont commandés par des signaux de commande respectifs qui constituent pour ces actionneurs des consignes de réglage, et sont capables d'émettre, en retour, des signaux d'état respectifs représentant les réglages qu'ils ont effectivement réalisés.
L'installation de l'invention comprend un module de préparation ou de préréglage 16 dans lequel a au moins été mémorisé un modèle statique de préréglage établi de façon expérimentale, préalablement à l'opération de dépôt et incluant, pour chacun des points 22 distribués le long de la largeur du support 1 et pour chaque actionneur, une relation quantitative liant l'épaisseur du revêtement en ce point à la valeur d'une ou plusieurs composantes du signal de commande susceptible d'être fourni à cet actionneur. Avant ou au tout début de l'opération de dépôt, les actionneurs tels que 61, 62, 9i, 92, 10i, 1O2, Hi à Hx, et 12i à 12X adressent au module de préparation 16 des signaux ou données d'état 15 informant ce module 16 de leur situation. Ce même module de préparation 16 reçoit d'autre part, sous forme de données 17, les variables d'exploitation qui définissent notamment la valeur cible de l'épaisseur de revêtement à déposer. Le modèle de préréglage mémorisé dans le module de préparation 16 permet à ce dernier de fournir des consignes de préréglage aux actionneurs 61, 62, 9i, 92, 10i, 1O2, Hi à Hx, et 12X à 12X.
Le procédé de 1 ' invention met également en oeuvre un modèle de régulation, incluant, pour chacun des points 22 distribués le long de la largeur du support 1 et pour chaque actionneur, une relation quantitative liant une variation de l'épaisseur du revêtement en ce point à une variation de la valeur d'au moins une composante du signal de commande fourni à cet actionneur.
Ce modèle de régulation peut être mémorisé dans un module de régulation 20, ou mémorisé dans le module de préparation 16 et transmis par ce dernier au module de régulation 20. A partir de ce modèle de régulation et des données de mesure d'épaisseur 21 obtenues pour les différents points 22 de la largeur de la bande 1, le module de régulation 20 détermine par commande prédictive les signaux ou consignes de commande 23 que ce module 20 doit adresser aux actionneurs 6lr 62, 9lr 92, 10i, 1O2, Hi à Hx, et 12X à 12X, dont il reçoit les données d'état corrigées 24, pour faire converger l'épaisseur du revêtement telle que mesurée vers la valeur cible de cette épaisseur.
En d'autres termes, le procédé de l'invention utilise un modèle de prédiction de l'épaisseur transversale de revêtement permettant de prédire l'évolution des variables contrôlées, la construction de ce modèle lui permettant d'être linéaire.
Conformément au principe général de la commande prédictive, ce modèle utilise la mesure de l'épaisseur de revêtement sur la largeur de la bande 1 sous forme d'un vecteur de dimension "n" correspondant au nombre de points de mesure 22 considérés. A chaque actionneur dynamique sollicité (par exemple à chacun des "m" actionneurs de réglage de l'épaisseur du jet d'air) correspond un vecteur de dimension "n" et l'effet de l'ensemble des actionneurs s'exprime sous la forme d'une matrice rectangulaire de "n" lignes correspondant respectivement aux points de mesure 22 considérés et de "m" colonnes correspondant respectivement aux actionneurs dynamiques sollicités.
L'optimisation des signaux de commande à appliquer aux actionneurs dynamiques est de préférence réalisée en utilisant une fonction de coût quadratique représentant typiquement la distance euclidienne entre l'épaisseur mesurée aux différents points de mesure 22 et la valeur cible de l'épaisseur. Cette optimisation est réalisée en opérant une minimisation de cette fonction de coût tout en prenant en compte différentes contraintes sur les différentes variables d'influence que constituent les états des différents actionneurs, ces contraintes pouvant être fixées dans le modèle ou être introduites sous forme de données 25.
Ces contraintes incluent notamment : la distance minimum de fonctionnement d du dispositif de réglage de l'épaisseur e du jet d'air (figure 12) . En effet, pour que la variation de l'épaisseur e se traduise par une variation de pression P sur le revêtement, il faut que la bande 1 défile dans la zone du jet où P = f (d) avec d≥do (figure 12b); et
- la flèche minimum que doit présenter la bande 1 pour conserver une certaine rigidité longitudinale limitant les problèmes de vibration.
Le procédé de l'invention peut aussi prendre en compte d'autres données de mesure, telles que la mesure d'épaisseur de la jauge "chaude" JC d'épaisseur de revêtement et des mesures de profil de bande fournies par le capteur MPB. Le procédé de 1 ' invention peut également commander d'autres actionneurs que ceux précédemment évoqués, et notamment les actionneurs ACT_RAT du rouleau "anti crossbow" RAT (figure 9) et ceux du correcteur magnétique de profil CMP.
Le procédé de 1 ' invention permet également d' inclure dans le système de régulation des dispositifs annexes tels que des pré-essoreurs magnétiques ou à air, ou des dispositifs additionnels de contrôle d'épaisseur de revêtement, spécifiques aux rives de la bande 1.
De façon générale, le procédé de l'invention offre une grande facilité d' intégration de nouveaux actionneurs ou instruments de mesure au fil de l'évolution de 1' installation.

Claims

REVENDICATIONS.
1. Procédé de dépôt en continu d'un revêtement (REV) sur un support en bande (SUPP) de largeur déterminée avec convergence, vers au moins une valeur cible, de l'épaisseur de ce revêtement sur la surface du support, ce procédé comprenant une opération de dépôt au cours de laquelle le support (SUPP) est entraîné, suivant une direction longitudinale de défilement perpendiculaire à sa largeur, dans une installation comprenant un ensemble d' actionneurs (6i, 62; 9i, 92," 10i, IO2; Hi - Hx; 12i - 12X) commandés par des signaux de commande respectifs (18, 23) comprenant chacun au moins une composante, chaque actionneur étant propre à agir sur l'épaisseur du revêtement, suivant la largeur du support, en fonction du signal de commande qu'il reçoit, caractérisé en ce qu'il comprend au moins :
- une première phase préalable de modélisation, mise en oeuvre en amont de l'opération de dépôt et comprenant le développement d'un modèle de préréglage incluant, pour chaque point d'un ensemble de points distribués le long de la largeur du support et pour chaque actionneur, une relation quantitative liant l'épaisseur du revêtement en ce point à la valeur d'au moins une composante du signal de commande fourni à cet actionneur;
- une deuxième phase préalable de modélisation, mise en oeuvre en amont de l'opération de dépôt et comprenant le développement d'un modèle de régulation incluant, pour chaque point de l'ensemble de points et pour chaque actionneur, une relation quantitative liant une variation de l'épaisseur du revêtement en ce point à une variation de la valeur d'au moins une composante du signal de commande fourni à cet actionneur; - une étape transitoire de préréglage, mise en oeuvre (16) en amont ou au début de l'opération de dépôt et comprenant les opérations consistant à adresser aux actionneurs des signaux de commande dépendant du modèle de préréglage et de la valeur cible de l'épaisseur du revêtement en chaque point de l'ensemble de points;
- une étape de mesure, mise en oeuvre (22) pendant l'opération de dépôt et comprenant les opérations consistant à élaborer une mesure de l'épaisseur du revêtement en chaque point de l'ensemble de points; et
- une étape de régulation, mise en oeuvre (20) pendant l'opération de dépôt, succédant à l'étape de préréglage et comprenant les opérations consistant à adresser aux actionneurs des signaux de commande respectifs élaborés par commande prédictive sur la base du modèle de régulation et d'une fonction de coût prenant en compte tout éventuel écart entre la valeur cible et la mesure d'épaisseur en chaque point de l'ensemble de points.
2. Procédé de dépôt suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le support est formé d'une bande d'acier et en ce que le revêtement est formé de zinc ou d'un alliage de zinc, ce procédé constituant un procédé de galvanisation .
3. Procédé de dépôt suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le modèle de régulation est un modèle linéaire.
4. Procédé de dépôt suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la fonction de coût est une fonction quadratique.
5. Procédé de dépôt suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une opération consistant à produire, au moins au niveau de chaque actionneur d'un groupe d' actionneurs, au moins un signal d'état représentatif de l'état de cet actionneur, une opération consistant à agir sur au moins un actionneur du groupe par des moyens complémentaires à l'envoi d'un signal de commande, et une opération consistant à réguler chaque actionneur du groupe d' actionneurs en utilisant chaque signal d'état de cet actionneur pour actualiser le signal de commande adressé à cet actionneur.
6. Installation pour la mise en oeuvre d'un procédé de dépôt suivant l'une quelconque des revendications précédentes combinée à la revendication 2, caractérisée en ce qu'elle comprend des actionneurs (6i, 62, 9i, 92, 10i, IO2, Hi à Hx, 12i à 12X) et un module de régulation (20), en ce que les actionneurs sont conçus pour agir sur l'épaisseur du revêtement en fonction de signaux ou consignes de commande (23) qu'ils reçoivent, et pour délivrer des données d'état corrigées (24) au module de régulation (20), et en ce que le module de régulation (20) est conçu pour déterminer par commande prédictive les signaux ou consignes de commande (23) à adresser aux actionneurs pour faire converger l'épaisseur du revêtement telle que mesurée vers la valeur cible de cette épaisseur.
7. Installation selon la revendication 6, caractérisée en ce qu'elle comprend, en tant qu ' actionneur, un essoreur à air et à lèvre ajustable.
8. Installation suivant l'une quelconque des revendications 6 et 7, caractérisée en ce qu'elle comprend, en tant qu ' actionneur, un correcteur électromagnétique fractionné de profil.
9. Installation suivant l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisée en ce qu'elle comprend un rouleau anti-tuile et, en tant qu ' actionneurs, des dispositifs de positionnement de ce rouleau anti-tuile.
10. Installation suivant l'une quelconque des revendications 6 à 9, caractérisée en ce qu'elle comprend un rouleau de ligne de passe et, en tant qu ' actionneurs, des dispositifs de positionnement de ce rouleau de ligne de passe .
11. Installation suivant l'une quelconque des revendications 6 à 10, caractérisée en ce qu'elle comprend un rouleau déflecteur de fond et, en tant qu ' actionneurs, des dispositifs de positionnement de ce rouleau déflecteur de fond.
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