Brevet FR2372402A1 — publié le 19780623

La présente invention a trait à un procedé et à un dispositif pour homogénéiser en température des produits métalliques, notamment des brames d'acier, destinés au laminage et ayant préalablement été soumis à un réchauffage non parfaitement homogène. Avant d'être laminés, il est en premier lieu nécessaire de porter les produits métalliques à une température adequate, et en second lieu, souhaitable que cette température soit aussi uniforme que possible dans toute la masse de ces produits. Ce second objectif est particulierement difficile à realiser dans le cas de produits de tailles importantes tels que les brames. Dans les fours industriels à flamme habituels,destinés au réchauffage des brames avant laminage, qu'ils soient du type "poussant" (brames jointives) ou à "longerons" (brames séparées), les brames se déplacent sur une sole ajouree constituée de barres métalliques, ou glissières, disposées parallèlement au sens de défilement des brames. A l'endroit du contact brame-glissières, on constate habituellement la présence de parties plus froides que l'ensemble du produit et pouvant parfois traverser toute l'épaisseur du produit. Ces parties froides se manifestent superficiellement par une coloration plus fonçée que le reste du produit. Pour cette raison, on les désigne généralement par traces noires.Un tel phénomène est encore plus accusé dans les fours où le chauffage ne s'effectue non seulement par la voûte mais également par le fond, sous les produits, car il est alors nécessaire de refroidir les glissières. La présence de ces traces noires est la cause de gradients de température locaux suffisamment importants pour engendrer des contraintes dans le produit, pouvant conduire à des surepaisseurs lors du laminage ultérieur. On peut songer à les atténuer en agissant, au niveau du laminoir, sur les jets d'eau destinés à débarrasser les produits en defilement de leur calamine. L'effet de refroidissement qui en résulte peut-être adopté en vue de l'attenua- tion des traces noires, par exemple en refroidissant l'ensemble du produit à l'exclusion des zones des traces noires. Ce resultat peut-être obtenu en coupant l'alimentation en eau de refroidissement lorsque ces dernières se situent à l'endroit de l'impact des jets. Toutefois on se rend rapidement compte que cette méthode, de mise en oeuvre délicate, offre difficilement les résultats souhaités et, de ce fait, n'est guère usitée dans le domaine technique considéré. Une autre solution, spécifique aux fours du type "poussant" consiste à faire séjourner les produits dans la partie terminale du four sur une sole en materiau réfractaire, plus apte que les glissières métalliques, à procurer une meilleure repartition des températures dans toute la masse des produits.Cependant, ce procédé est assez lent et l'homogénéisation n'est acquise qu'au détriment de la productivité de l'installation et au prix de dépenses énergétiques supplémentaires non négligeables. La presente invention a pour but de fournir une solution élégante, efficace, et de mise en oeuvre aisee au problème précite. A cet effet, la présente invention a pour objet un procedé d'homogénéisation en température de produits métalliques destines au laminage et prealablement montés en température dans un four de réchauffage de façon non parfaitement homogène, consistant à faire défiler les produits dans la zone d'action d'au moins un inducteur électromagnétique à champ glissant et à ne declancher cette action que lors du passage des parties froides des produits métalliques. Conformement à une variante du procedé, on dispose un inducteur à champ glissant entre deux rouleaux du chemin de roulement servant au transport des produits depuis la sortie du four jusqu'au laminoir. Selon une autre variante on substitue l'inducteur à l'un des rouleaux du chemin de roulement. Selon une autre variante, l'inducteur à champ magnétique glissant est disposé à l'intérieur d'au moins un rouleau du chemin de roulement. Conformement à une caractéristique de l'invention, on recèle sur les produits la présence de parties froides avant leur passage dans la zone d'action de l'inducteur, à un endroit localise à une distance déterminée, en amont de l'inducteur dans le sens de défilement des produits, on détermine la periode de temps misepar les produits pour parcourir ladite distance, on déclanche l'action de l'inducteur après l'écoulement de ladite periode de temps, et on maintient cette action pendant une durée correspondant au temps de sejour de la partie froide dans la zone d'action de l'inducteur. Selon une caracteristique préféree de l'invention, on détermine en outre la valeur de l'écart de température entre les parties froides et le reste du produit et on règle l'énergie fournie par l'inducteur en fonction de ladite valeur de manière à uniformiser la température dans toute la masse du produit. Selon une autre caractéristique preférée de l'invention, on arrête le defilement des produits lorsqu'use partie froide se trouve dans la zone d'action de l'inducteur, on éclanche alors l'action de ce dernier et on maintient le produit à l'arrêt jusqu'à uniformisation de la température dans toute la masse du produit, on annule ensuite l'action de l'inducteur et on remet les produits en defilement. L'invention a également pour objet un dispositif de mise en oeuvre du procédé précité comprenant - des moyens pour creer un champ magnétique glissant, disposés en regard des produits métalliques à traiter, en defilement entre le four de réchauffage et le laminoir, - des moyens pour détecter la présence de zones froides sur les produits en defilement, disposés à une distance déterminée en amont des moyens pour créer un champ magnétique glissant, dans le sens de défilement des produits, - des moyens pour -commander la mise en fonctionnement séquentiel des moyens pour créer un champ magnétique glissant et relié aux moyens pour détecter la présence de zones froides. Conformementç une caractéristique de l'invention, les moyens pour créer un champ magnétique glissant sont constitués par au moins un inducteur electromagnétique polyphasé. Selon un mode de réalisation particulier, cet inducteur est dispose dans l'espace disponible entre deux rouleaux de soutien du chemin de roulement servant au transport des produits depuis leur sortie du four de réchauffage jusqu'au laminoir. Selon un autre mode de réalisation, l'inducteur est en substitution à l'un des rouleaux du chemin de roulement. Selon une autre variante, l'inducteur est disposé a l'intérieur d'un rouleau du chemin de roulement. Conformément a une autre caracteristique de l'invention, les moyens pour créer un champ magnétique glissant sont constitués par au moins une paire d'inducteurs électromagnétiques polyphasés disposés en regard l'un de l'autre, dont l'un est inséré dans le chemin de roulement et l'autre est placé au-dessus de ce premier de maniere à définir entre eux un passage pour les produits métalliques en défilement. Selon un mode de réalisation, les moyens pour détecter la presence de zones froides sont constitués par un capteur de température reperant en continu la température superficielle des produits en défilement. La solution préconisee par le demandeur présente le maximum de possibilites et de souplesse à plus d'un titre. Avant tout, elle est remarquable par la qualite du chauffage qu'elle procure : le chauffage par voie inductive presente, outre la rapidité bien connue avec laquelle est realisée la montée en température, l'avantage de transmettre l'énergie au sein du produit a traiter avec un excellent rendement thermique. De plus, l'utilisation a cet effet d'un inducteur à champ glissant procure l'avantage dtune sélectivité optimale de la zone de chauffe : on peut ainsi localiser de façon très précise l'action du chauffage inductif uniquement sur les parties froides du produit à traiter, à l'exclusion de tout le reste. Dans sa forme de réalisation préférée consistant en la mise en oeuvre de deux inducteurs appariés, respectivement disposés en regard de chacune des grandes faces, l'écartement des deux inducteurs peut toujours être adapté à l'epaisseur du produit de manière à assurer entre ce dernier et les inducteurs le meilleur couplage électromagnétique, donc une grande efficacité et un bon rendement de chauffage, et ceci quelle que soit la taille du produit à traiter. Enfin, sur le plan électrotechnique, l'invention présente de nombreux avantages par rapport à d'autres procédés de chauffage faisant appel à l'énergie électrique, notamment par voie inductive au moyen par exemple, d'un solénoïde entourant le produit a traiter : la présence de conducteurs sous forme de barres metalliques rectilignes permet de mettre en oeuvre de très fortes intensites de courant excitateur, largement superieures à celles qui sont couramment permises dans un solenoade. De plus, à puissance égale, un dispositif à champ magnétique glissant permet d'utiliser des fréquences de courant bien plus basses que celle généralement mises en oeuvre dans les solénoîdes. On comprend aisément qu'un tel état de chose procure une meilleure pénétration du champ a l'intérieur des produits à traiter et partant, une plus grande rapidité de chauffe, sans risque d"'effet de peau" important. L'invention sera bien comprise et d'autres aspects et avantages ressortiront plus clairement au vu de la description qui suit donnée en référence à la figure unique annexée representant une vue schématique d'un dispositif conforme a l'invention et destinée à illustrer un mode de mise en oeuvre de cette dernière. On a représenté sur la figure une brame d'acierl en déplacement, suivant le sens des flèches, sur un chemin de roulement 7 constitué par les rouleaux de soutien 3. Cette brame vient d'être préchauffée dans un four non représente sur la figure et s'achemine lentement, avec une vitesse t prédèterminée, vers les premières cages d'un laminoir également non represente. Comme on le voit, la brame 1 presente des zones froides ou traces noires 2 transversales, traversant toute l'épaisseur du produit et ayant pris naissance, dans le four de préchauffage à l'endroit de contact de la grande face inférieure de la brame avec les glissières metalliques de la sole du four. Dans l'exemple decrit, le champ magnétique glissant est obtenu par deux inducteurs électromagnétiques statiques identiques et disposes respectivement en regard des faces inférieure (5) et supérieure (6) de la brame. L'inducteur supérieur 6 est maintenu par une charpente métallique non représentée pour ne pas surcharger la figure. L'inducteur inferieur 5 est disposé dans le chemin de roulement 7 en substitution à l'un des rouleaux de soutien 3. Ces inducteurs 5 et 6 sont connectes à une alimentation polyphasée 8, triphasee dans l'exemple considéré, de façon connue et appropriée à l'obtention d'une onde de flux magnétique se propageant dans l'entrefer 9. Chaque inducteur est constitué de barres conductrices 10, en cuivre, insérées dans des encoches prevues à cet effet dans une culasse magnétique 11. De préférence cette culasse magnétique est constituée en tôles feuilletees pour éviter des pertes excessives par courants de Foucault. A une distance prédéterminée d en amont des inducteurs, dans le sens du deplacement des produits 1, un capteur de température 12 est disposé entre deux rouleaux de soutien 3 consécu tifs, à proximité immédiate du produit 1 à traiter. Ce capteur est relié à un boitier 14, de commande des inducteurs, lui-même placé sur les lignes d'alimentation de ces derniers. On va maintenant décrire les opérations de mise en oeuvre du procedé conforme a l'invention. Le capteur 12 repère en continu la température superficielle de la face inférieure de la brame 1 en défilement et transmet ses informations au boitier de commande 14. Lorsqu'une trace noire 2 se présente à son niveau, il enregistre une chute de temperature. Cette variation est lue par le boitier de commande 14, qui élabore alors, en fonction de la distance d et de la vitesse de défi le ment 8, calculée par exemple à partir de la vitesse de rotation d'un rouleau 3, un signal de détection qui éclanche la mise en fonctionnement de l'inducteur au bout d'une periode de temps égale au temps mis par la trace noire 2 pour parcourir la distance d qui sépare le capteur 12 du début de l'entrefer 9. De la même manière, lorsque la trace noire 2 dépasse le capteur 12, celui-ci enregistre une remontee en temperature qui peut servir ultérieurement à l'élaboration, au niveau de la commande 14, d'un signal d'arrêt de l'inducteur. On peut envisager d'autres variantes de régulation. Par exemple, puisque les traces noires presentent toutes des largeurs sensiblement voisines entre elles, on peut faire en sorte que la détection d'une trace noire par le capteur 12 conduise à l'élaboration d'un seul signal, par exemple au moment du passage du point le plus froid de la trace noire, correspondant a sa partie médiane, signal représentatif a la fois du moment de dèclanchement de l'inducteur et de l'intervalle de temps pendant lequel son action doit être maintenue. De même on peut envisager de contrôler plus finement l'action de l'inducteur, c'est-à-dire l'énergie qu'il dissipe dans la partie froide du produit à traiter. Il suffit pour cela, d-'élaborer au niveau du boitier de commande un signal de détection représentatif de l'écart entre la température de la trace noire 2 et le reste de la brame 1. L'amplitude de ce signal servira ensuite à reguler l'action de l'inducteur de manière à réduire cet écart à zéro. Ce dernier contrôle peut par exemple être effectue au moyen d'un capteur de temperature supplémentaire 13 disposé immédiatement à la sortie de l'entrefer 9 et transmettant ses informations au boitier de commande 14. Bien entendu, 1 'action de l'inducteur peut être régulée par tout moyen connu, par exemple : en faisant varier l'intensité du courant excitateur, ou sa fréquence. On peut egalement envisager un processus de défilement discontinu de la brame 1, avec arrêt de celle-ci lorsque la trace noire 2 se situe dans l'entrefer 9 jusqu'à l'annulation du signal d'écart précité. Il va sans dire que dans ce cas le capteur supplémentaire 13 devra être place dans la zone d'action du champ contre la paroi de l'inducteur et de préférence dans la partie médiane de l'entrefer. Il va de soi que l'invention ne saurait se limiter aux exemples décrits. C'est ainsi que doit être considéré comme entrant dans le cadre de la présente invention l'utilisation de plusieurs inducteurs ou de plusieurs paires d'inducteurs disposés le long du chemin de roulement, ou seulement d'un seul inducteur disposé alors en regard de la grande face de la brame, dont les traces noires présentent le maximum d'intensite. De même, on peut prévoir de nombreuses variantes quant à la disposition de l'inducteur dans le chemin de roulement : si l'espace disponible entre deux rouleaux de soutien le permet, on pourra y loger l'inducteur. On peut également l'introduire à l'intérieur d'un rouleau de soutien de façon analogue aux rouleaux brasseurs utilisés pour le brassage électromagnétique dans le refroidissement secondaire d'une machine de coulee continue de brames et qui ont déjà fait l'objet du brevet français anterieur n" 2.187.467 au nom du present demandeur. Dans ce cas la propagation du champ magnetique s'effectuera selon une direction parallèle a l'axe des rouleaux. De même, le choix d'un inducteur électromagnétique polyphase comme moyen de production d'un champ glissant n'est nullement limitatif, et l'on peut se servir de tout autre moyen équivalent tel que des aimants permanents (ou des électro-aimants) mobiles. De même encore, le sens de glissement du champ magnétique peut présenter de nombreuses variantes selon l'orientation des barres conductrices d'une part et le mode de connection a l'alimentation électrique d'autre part. Dans le cas de l'exemple décrit, la disposition transversale des barres conductrices 10, c'est-â-dire parallèle à l'axe des rouleaux de soutien 3, procure un glissement du champ suivant la direction de déplacement de la brame 1. On peut fort bien opter pour une disposition longitudinale des barres de manière à procurer un champ qui glisse suivant une direction perpendiculaire à celle du deplacement de la brame. Un tel mode de mise en oeuvre rend le chauffage induit dans la brame sensiblement indépendant de la différence de vitesse entre le champ et le produit, ce qui n'était pas le cas dans la mise en oeuvre conforme à l'exemple décrit et qui peut être spécifiquement approprié à certains cas particuliers. En outre grâce à une telle disposition le rapport pas polaire de l'inducteur/entrefer peut être beaucoup plus grand que dans la disposition précédente et ceci améliore le rendement de chauffage. REVENDICATIONS 1 - Procédé d'homogénéisation en température de produits métalliques destinés au laminage et préalablement montés en température dans un four de réchauffage de façon non parfaitement homogène, caractérisé en ce que l'on fait défiler les produits metalliques dans la zone d'action un champ magnétique glissant et en ce qu'on ne déclanche ladite action que lors du passage de parties froides présentes sur les produits métalliques. 2 - Procéde selon la revendication 1 caractérise en ce que l'on produit le champ magnetique glissant au moyen d'au moins un inducteur électromagnétique polyphasé. 3 - Procede selon la revendication 2 caractérisé en ce que l'on dispose ledit inducteur entre deux rouleaux de soutien du chemin de roulement servant au transport des produits métalliques depuis la sortie du four jusqu'au laminoir. 4 - Procédé selon la revendication 2 caractérisé en ce qu'on substitue ledit inducteur à l'un des rouleaux de soutien du chemin de roulement. 5 - Procédé selon la revendication 2 caractérisé en ce qu'on dispose ledit inducteur à l'intérieur d'un rouleau de soutien du chemin de roulement. 6 - Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'on décele, sur les produits métalliques, la presence de parties froides avant leur passage dans la zone d'action du champ magnétique glissant, à un endroit localise à une distance déterminée, en amont de ladite zone d'action dans le sens de défilement des produits, on determine la periode de temps mis par les produits pour parcourir ladite distance et on déclanche l'action du champ magnétique après l'ecoulement de ladite periode de temps pendant une duree correspondant au temps de passage de la partie froide dans la zone d'action du champ magnétique. 7 - Procédé selon la revendication 6 caractérisé en ce que l'on détermine la valeur de l'écart de température entre la partie froide et le reste du produit et on règle l'intensité d'action du champ magnétique en fonction de ladite valeur de manière à annuler cette dernière et ainsi uniformiser la température dans toute la masse du produit. 8 - Procede selon la revendication 6 caractérisé en ce que l'on arrête le défilement des produits métalliques lorsqu'une partie froide se trouve à 1 'inté- rieur de la zone d'action du champ magnétique glissant, on éclanche alors l'action dudit champ magnétique et on maintient le produit à l'arrêt'jusqu'à uniformisation de la température dans toute sa masse, on annule ensuite l'action du champ magnétique et on remet les produits en defilement. 9 - Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comprend - des moyens pour créer un champ magnétique glissant et disposés en regard des produits métalliques à traiter, en défilement entre le four de réchauffage et le laminoir, - des moyens pour détecter la presence de parties froides sur les produits en défilement et disposés à une distance déterminée en amont desdits moyens pour créer un champ magnétique glissant, dans le sens de défilement des produits, - des moyens pour commander la mise en fonctionnement séquentiel, des moyens pour créer un champ magnétique glissant et reliés aux moyens pour détecter la presence de parties froides. 10 - Dispositif selon la revendication 9 caractérise en ce que les moyens pour créer un champ magnétique glissant sont constitues par au moins un inducteur électromagnétique polyphasé. 11 - Dispositif selon la revendication 10 caractérisé en ce que ledit inducteur est disposé dans l'espace disponible entre deux rouleaux de soutien du chemin de roulement servant au transport des produits à traiter, depuis leur sortie du four de réchauffage jusqu'au laminoir. 12 - Dispositif selon la revendication 10 caractérisé en ce que ledit inducteur est mis en substitution à l'un des rouleaux de soutien du chemin de roulement. 13 - Dispositif selon la revendication 10 caractérise en ce que ledit inducteur est disposé à l'intérieur d'un rouleau de soutien du chemin de roulement. 14 - Dispositif selon la revendication 9 caractérisé en ce que les moyens pour creer un champ magnetique glissant sont constitues par au moins une paire d'inducteurs électromagnétiques polyphasés, disposes en regard l'un de l'autre, dont l'un est disposé dans le chemin de roulement et l'autre est placé audessus de ce premier de manière à definir entre eux un passage pour les produits métalliques en defilement. 15 - Dispositif selon la revendication 9 caractérise en ce que les moyens de detecter la présence de parties froides sont constitues par un capteur de temperature reperant en continu la température superficielle des produits en defilement.