Brevet FR2459085A1 — publié le 19810109

La présente invention due à la collaboration de Messieurs Yves DEFAIX et Dominique KIEFFER, l'un et l'autre ingénieurs à l'Usine de Longwy de la Société demanderesse est relative aux installations de fabrication de fil métallique, notamment de fil machine en acier, appelées communément "trains à fil", le fil se présentant en tant que produit semi-fini en couronnes de fil enroulé dont le poids peut varier entre 1000 et 1400 kg, par exemple, et qui sont compactées et ligaturées pour pouvoir être facilement manentionnées et transportées. Dans une installation connue de ce genre, des billettes sont chauffées dans un four et traitées successivement dans un laminoir pour être transformes en un fil de diamètre donné qui après avoir passé dans un laminoir finisseur et dans un dispositif de refroidissement par eau, est mis en spires dans une tête de mise en spires déposant le fil sur un tapis sans fin d'une longueur donnée sur lequel les spires sont refroidies jus qu'à la température finale. A la sortie de ce tapis sans fin, les spires sont déposées les unes les autres dans un puits cylindrique assurant la formation des couronnes après quoi celles-ci sont compactées et ligaturées. La tête de mise en spires comporte un corps rotatif dont l'axe est parallèle au trajet général du métal dans l'installation tout en étant légèrement incliné par rapport à cet axe et qui est situé au-dessus de l'entrée du tapis sans fin. Le corps sert de support à un guide en forme de serpentin qui comporte une entrée située dans l'axe du corps et se raccordant sur la sortie du dispositif de refroidissement par eau, tandis que la sortie du guide est placée à la périphérie du corps rotatif dans une position oblique par rapport à la face terminale de celui-ci. Le corps est entrainé à grande vitesse autour de son axe de sorte que le fil se déplaçant dans le guide est amené à constituer après la sortie delta tête,des des spires successives qui se déposent en une succession continue surle tapis sans fin de refroidissement. Ce tapis présente sur toute sa longueur des ouvertures de passage d'air et est limité sur ces bords par des parois verticales guidant convenablement les spire s au cours de leur progression, l'air étant soufflé à travers le tapis par de puissants ventilateurs situés endessous. Les couronnes étant formées successivement à partir de billettes de longueur donnée, il se présente périodiquement, à la sortie de la tête de mise en spire, une extrémité de fil amont avec laquelle commence la première spire d'une couronne à former. On a constaté qu'au cours du fonctionnement, certaines de ces extrémités ou têtes de fil ne se déposent pas convenablement sur le tapis sans fin, mais au contraire, soit heurtent les parois verticales bordant ce tapis, soit pénètrent plus ou moins dans les ouvertures de ce dernier. Etant donné que la progression du fil est rapide, ceci conduit inévitablement à des incidents de fonctionnement (accrochage de la première spire dans le tapis, detérioration des maillons ou plattelages, repliage d'une longueur de fil plus ou moins grande, etc...) voir à des situations dangereuses pour le personnel de service. On a donc déjà pensé à éviter de tels incidents, en faisant en sorte que la tête de mise en spires dépose toujours l'extrémité du fil sur le tapis sans fin à un endroit qui n'est pas dangereux, c'est-à-dire à l'écart des bordures et des ouvertures du tapis. Ainsi, dans un train à fil connu dans lequel le début de chaque tronçon de fil provenant d'une billette est ébouté dans une cisaille à ébouter spéciale située juste en amont de la tête de mise en spires le déclen- chement de la cisaille ou l'ordre de coupe de celle-ci dépend d e la position de la tête de mise en spires, la cisaille étant mise en marche un temps donné après que l'arrivée du fil ait été détectée en amont de la cisaille. Un opérateur est chargé de surveiller la bonne marche de ce dispositif et d'effectuer éventuellement les corrections qui s'imposent. Si ce dispositif peut être conçu de cette façon dans un train à fil fonctionnant à une vitesse relativement basse (au maximum 46m/s dans la tête de mise en spire) et permettant donc de disposer une cisaille à ébouter juste en amont de la tête de mise en spires, il n'en est pas de même dans les installations modernes dans lesquelles le fil progresse à une vitesse pouvant aller jusqu'à 90m/sec., dans la zone du train de fil dans laquelle se trouve la tête de mise en spires. Or, à l'heure actuelle, les cisailles à ébouter ne sont pas capables de couper du fil se dépaçant à de telles vitesses. Comme il est, par ailleurs, souhaitable d'ébouter le fil, on place dans les trains à fil modernes une ci saille à ébouter, non pas en aval du train de laminage finisseur mais en amont, là où la vitesse du fil est encore relati vement lente. On serait alors tenté de transposer le système de positionnement de la tête de fil opérant sur la cisaille proche de la tête de mise en spires dans l'installation classique, sur ces installations modernes, à savoir de prévoir un système de commande de la cisaille en amont du train de laminage finisseur asservi à la po sition de la tête de mise en spires.Cependant, une telle transposition pure et simple n'a jamais conduit à un résultat satisfaisant ce qui s'explique par le fait que toutes les erreurs de mesure et de commande d'une bou cle d'asservissement ainsi conçue se trouvent multipliées par la réduction de section du fil bt l'augmentation concommittante de la longueur de ce fil) entraînée par le passage du fil dans le train finisseur. Par ailleurs, comme déjà indiqué ci-dessus, le dispositif de commande antérieur nécessite toujours une intervention humaine pour corriger les défauts de pôsi- tionnement des têtes de fil sur le tapis sans fin de refroidissement. Or, les vitesses de progression du fil dans les trains à fil modernes rendent pratiquement impossible toute intervention humaine pour la correction. L'invention a pour but de fournir un train de fil perfectionné pouvant fonctionner à grande vitesse et dans lequel non seulement le processus de positionnement des têtes de fil sur le tapis sans fin est entièrement automatique, mais dans lequel également ce positionnement peut être déterminé avec une précision angulaire considérable sur la première spire de chaque tronçon de fil devant être transformé en couronne, malgré le fait que la cisaille à ébouter se trouve en amont du train de laminage finisseur de l'installation. Elle a donc pour objet une installation pour la fabrication de fil métallique se présentant en tant que produit semi-fini sous forme de couronnes, installation qui comporte un dispositif pour fabriquer successivement des tronçons de fil d'une longueur correspondant à celle nécessaire à la formation d'une couronne, un dispositif de mise en spires pour transformer chaque tronçon de fil en une succession continue de spires, un dispositif pour constituer à partir de chaque succession de spires, une couronne de fil et une cisaille placée sur le trajet du fil pour ébouter la tête de chaque tronçon de fil, cette installation étant carac térisé en ce que ladite cisaille est placée sur le trajet du fil en un point intermédiaire dudit dispositif de fabrication de tronçons de fil, auquel ceux-ci n'ont pas encore atteint leur vitesse finale et en ce qu'il est prévu en outre une boucle de réglage automatique couplée entre ladite cisaille et ledit dispositif de mise en spires pour asservir le déclenchement de ladite cisaille à une position angulaire prédéterminée dudit dispositif de mise en spires. D'autres caractéristiques de l'invention apparaitront au cours de la description qui va suivre, donné uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés sur lesquels: - la Fig. 1 est une vue schématique en plan d'une partie d'un train à fil dans lequel sont incorporés les caractéristiques de l'invention; - la Fig. 2 montre une vue en élévation schématique d'une cisaille à ébouter placé sur le trajet du fil dans l'installation représentée sur la Fig. 1; la Fig. 3 montre une vue en élévation schématique d'une tête de mise en spires et d'une partie d'un dispositif de refroidissement des spires; - la Fig. 4 représente, en vue en plan à plus grande échelle, la tête de mise en spires et le début du dispositif de refroidissement;; - la Fig. 5 est un schéma simplifié d'un dispositif de commande pour positionner la tête des tronçons de fil à un endroit déterminé, à la sortie de la tête de mise en spires; - la Fig. 6 est un graphique illustrant le fonc tionnement du dispositif de commande de la Fig. 5. Dans ce qui va suivre, l'invention sera décrite dans son application à un train à fil destiné à fabriquer en tant que produit semi-fini des couronnes de fil-machine à partir de billettes en acier. Toutefois, il est entendu que l'invention peut également trouver son application dans d'autres installations de fabrication de fil, en acier ou non, dans lesquelles ce fil est conditionné sous forme de couronnes. Ceci posé, on voit représenté sur la Fig. 1 une partie d'un train à fil qui en constitue à peu près la moitié aval. La moitié amont qui n'est pas représentée comporte un four de réchauffage de billettes, un groupe de laminage dégrossisseur et un groupe de laminage médian, les deux groupes étant séparés par une cisaille d'éboutage pour assurer la coupe de la tête et de la queue de chaque barre. La sortie 1 du groupe de laminage médian est représentée sur les Fig. 1 et 2 comme étant un guide fermé pour le fil déjà dégrossi. Pour fixer les idées, les billettes ont au départ (c'est-à-dire lors du réchauffage dans le four) une sec tion aarrée de 12 cm de côté et une longueur de 12m, tandis que la vitesse de progression du métal dans la sortie 1 est de 6,5 à 9 m/s La sortie 1 débouche sur une cisaille à ébouter 2 qui comporte (Fig.2) une paire de couteaux 3 et 4 montés chacun sur un bras rotatif dans un plan vertical et se rencontrant au moment de la coupe sur le trajet du métal. A l'arrivée de la tête de chaque tronçon de fil élaboré en amont, la cisaille 2 est destinée à couper une longueur déterminée de métal, commeon le verra dans la suite de la description. La cisaille 2 comporte un aiguillage 5 destinée au moment de la coupe à déposer le morceau de métal coupé dans une goulotte verticale d'où il est évacué à l'aide d'un convoyeur 7. La cisaille 2 est suivie d'une boite à expansion 8 dans laquelle le fil peut former une boucle 9 d'adaptation des variations de laminage au cours de sa progression dans l'installation. En aval de la boite à expansion 8, le fil subit un nouveau laminage grâce à un train de laminage finisseur 10 dans lequel par une nouvelle réduction de section, le fil atteint une vitesse linéaire très élevée pouvant aller jusqu'à 90m/sec. La sortie du train finisseur 10 est connectée à une ligne de refroidissement 11 en aval de laquelle est placée une tête de mise en spires 12 (Fig. 3 et 4). Dans le mode de réalisation représenté, cette tête de mise en spires 12 débite sur un dispositif de refroidissement 13 constitué par un tapis sans fin dans lequel sont ménagés des orifices de ventilation 14 traversés par de puissants courants d'air destinés à porter le métal à sa température finale. Le tapis sans fin peut avantageusement être d'un type connu sous la dénomination "Stelmor". Toutefois, on doit noter que l'invention ne se limite pas à l'utilisation spécifique d'une telle tête de mise en spire et d'un tel tapis sans fin, le problème qu'elle permet de résoudre étant également posé si l'on utilise des bobinoirs connus sous la dAxxdnation "Ederborn", ou encore directement en aval de la tête de mise en spires un puits de formation de couronnes. Comme connu en soi, la tête de mise en spires comporte un corps rotatif (non représenté) autour d'un axe X-X (Fig. 3), légèrement incliné sur l'horizontale, tandis qu'un guide en forme de serpentin est raccordé à une extrémité sur la sortie de la ligne de refroidissement 11, son autre extrémité débouchant obliquement à la périphérie de la face aval de la tête 12. Le corps de la tête peut tourner à une vitesse de 1300 t/mn par exemple et est entraîné par un moteur électrique 15 (Fig. 1). En amont de la tête de mise en spires est placé un dispositif d'entraînement 16 pour assurer l'entraînement positif du fil à cet endroit. Sur la Fig. 4, on a représenté une situation dans laquelle la tête T d'un tronçon de fil F vient de sortir de la tête de mise en spires 12, deux spires S1 et S2 étant déjà déposées sur le tapis 13 qui progresse dans le sens de la flèche P. Ce tapis comporte les ouvertures 14 et des bordures latérales 17 érigées verticalement et contenant latéralement la progression des spire s déposées. En considérant que la vitesse de déplacement du fil F est considérable, on comprend qu'un retenu de la tête T du fil soit dans les ouvertures 14 soit par des aspérités des bordures 17 peut avoir des conséquences néfastes, tant pour la qualité de la couronne formée que sur le plan de la sécuritédes personnes. Suivant lXin- vention, il est possible de déterminer avec une précision- suffisante, l'endroit exact où se déposera la tête T sur le tapis 13. Ainsi, en attribuant fictivement une valseur d'angle à chaque position de la spire S1 par exemple par rapport à l'axe horizontal Y-Y du tapis 13, l'invention permet de sélectionner toute a gamme de ces valeurs d'angle (c'est-à-dire de 0 à 3600) pour la dépose de la tête de fil T. Dans l'exemple représenté cette valeur est de 00 (ou de 3600). La Fig. 5 représente schématiquement la boucle de commande 18 permettant d'obtenir cette possibilité de régulation. Sur cette Fig. 5, on a représenté la dernière cage 19 du train médian de laminage et la sortie 1 de ce train de laminage. La cage 19 est entraînée par un moteur électrique 20 dont on mesure les paramètres (vitesse et position angulaire) à l'aide d'une dynamo tachymétrique 21 et d'une roue phonique 22. Une cellule de détection 23, à rayons infrarouges par exemple, est placée près de la sortie 1 et fournit un signal dès que la tête d'un tronçon de fil passe de vant elle. La cisaille 2 qui est entraînée par un moteur 24 est commandée par un circuit de déclenchement 25 de son fonctionnement recevant des signaux d'une part de la dynamo 21 et de la roue 22 (vitesse du fil à la sortie de la cage 19) et d'autre part de capteurs détectant les paramètres de la cisaille elle-même. Ces capteurs sont un détecteur 26 de fin de course de la cisaille, une dynamo tachymétrique 27 et un générateur d'impulsions 28, ces derniers étant couplés à l'arbre du moteur 25 et donnant donc des informations sur la vitesse et la position de la cisaille. Enfin, le circuit de déclenchement 25 de la cisaille est connecté à un circuit de réglage préalable 29 à l'aide duquel on peut afficher, indépendamment de la commande de la boucle de réglage 18, une longueur de fil à ébouter. Le circuit de déclenchement 25 élabore un ordre de coupe pour la cisaille 2 qui peut avoir, par exemple la forme trapézoldale 30 représentée sur la Fig. 6. En admettant que la boucle 18 ne fonctionne pas, l'affichage préalable étant réglé à une longueur donnée par le circuit 29 et l'instant to étant fixé lorsque la cellule 23 fournit un signal, le moteur 24 est mis en marche à l'instant tl et effectue un tour complet pour faire tourner les bras 3 et 4 d'un tour, ce qui achève le cycle concerné de la cisaille. Il en résulte, compte-tenu des paramètres fournis par les circuits 21 et 22 qu'une longueur q, par exemple, est coupée du tronçon de fil concerné. Du fait de cette coupe, la nouvelle tête du tron çon de fil va apparaître à une certaine position angulaire au corps rotatif de mise en spire, position qui peut être calculée théoriquement notamment en fonction de la distance cisaille 2-tête de mise en spires 12 et de la réduction de section opérée par le train de laminage finisseur 10. Cependant, ce calcul théorique ne conduit pas à un résultat utilisable en pratique car la longueur de fil s'étendant entre la cisaille 2 et la tête 12 peut varier considérablement d'un tronçon au tronçon suivant et la seule détermination de la longueur coupée 1 s'avère donc nettement insuffisante. La boucle 18 de la Fig. 5 comporte donc en outre un circuit de commande 31 qui est destiné à élaborer un intervalle de temps IR, dit intervalle de retard variable d'un tronçon à l'autre et modifiant dans le temps l'instant auquel survient l'ordre de coupe de la cisaille 2. Sur la Fig. 6, ceci revient à "déplacer" dans le temps la forme d'onde trapézoldale 30 en général vers la droite, ce qui revient à une longueur coupée 1 supérieure à la longueur 1. Le circuit de commande 31 qui est avantageusement un micro-processeur élabore son signal de sortie sur une ligne 31a qui est raccordée au circuit de déclen- chement 25 en fonction de plusieurs paramètres. Tout d'abord, il reçoit un signal de détection d'une cellule 32 placée juste en amont du dispositif d'entraînement 16, c'est-à-dire à une distance connue de la sortie du guide de la tête de mise en spires Cette distance fixe peut être traduite en valeur angulaire de spires (2x3600 + 200 par exemple). Le circuit de commande 31 reçoit également un signal de vitesse et de position de la tête de mise en spires 12 par l'intermédiaire d'un détecteur 33 associé au moteur d'entraînement 15 de la tête de mise en spires. Enfin, un circuit d'affichage de valeur angulaire 34 est raccordé au circuit de commande 31 pour permettre un réglage à volonté du positionnement de la tête T de chaque tronçon de fil F sur le tapis 13. Lorsqu'après une période de repos de l'installation, une nouvelle mise en marche est commandée, la tête T du premier tronçon de fil déclenche la cisaille 23 et ce tronçon est alors ébouté de la longueur 1 affiché par le circuit 29. Lorsqu'ensuite la tête T arrive devant la cellule 32, il se peut que la valeur angulaire réelle, compte tenu de la position instantanée du corps rotatif par rapport à l'axe X-X, ne correspond pas à la valeur affichée par le circuit 34. Dans ce cas, la tête T se dépose sur le tapis 13 en un endroit qui est uniquement fonction de la longueur 1 éboutée.Cependant, lorsque la tête T d'un nouveau tronçon de fil déclenche le détecteur 23, la cisaille ne sera pas commandée par un ordre de coupe uniquement déterminé par le circuit 29, mais par un ordre qui dépend à la fois de ce dernier et du signal d'erreur qui aété "élaboré"dans le circuit de commande 31 à partir des signaux fournis d'une part par la cellule 32 et d'autre part par le circuit d'affichage 34. Le tronçon considéré sera donc ébouté par la cisaille 2 d'une longueur 11 qui se rapproche de la valeur souhaitée, rapprochant par la même le point de depat de la tête T de ce tronçon,de la valeur affichée par le circuit 34. Ce cycle se répétant pour plusieurs tronçons successifs, le processus se corrige de lui-même et il s'avère que seulement cinq cycles suffisent pour aboutir à unpositionnement se situant très pres de la valeur angulaire affichée. REVENDICATIONS 1 - Installation pour la fabrication de fil métallique se présentant en tant que produit semi-fini sous forme de couronnes, tnstallation qui comporte un dispositif pour fabriquer successivement des tronçons de fil d'une longueur correspondant à celle nécessaire à la formation d'une couronne, un dispositif de mise en spires pour transformer chaque tronçon de fil en une succession continue de spires, un dispositif pour constituer à partir de chaque succession de spires, une couronne de fil et une cisaille, placée sur le trajet du fil pour ébouter la tête de chaque tronçon de fil, cette installation étant caractérisée en ce que ladite cisaille (2) est placée sur le trajet du fil en un point intermédiaire dudit dispositif de fabrication de tronçons de fil (1, 8 à 11), auquel ceuxci n'ont pas encore atteint leur vitesse finale et en ce qu'il est prévu en outre une boucle de réglage automatique (23 25, 27 à 29, 31 à 34) couplée entre ladite cisaille (2) et ledit dispositif de mise en spires (12) pour asservir le déclenchement de ladite cisaille (2) à une position angulaire prédéterminée dudit dispositif de mise en spires. 2 - Installation suivant la revendication 1 dans laquelle ledit dispositif de fabrication de tronçons de fil est un laminoir composé d'un train de laminage dégrossisseur et d'un train de laminage finisseur, caractérisée en ce que ladite cisaille (2) est placée en amont du train de laminage finisseur (10). 3 - Installation survantllunequelconque des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que ladite boucle de réglage comporte un détecteur photo-électrique (23) placé en amont de ladite cisaille (2) sur le trajet du fil, un circuit (31) de commande et de traitement de signaux auquel sont connectés ledit détecteur (23) et un circuit d'affichage (34) de référence angulaire, ledit circuit de commande (31) étant adapté pour élaborer un signal (30) de déclenchement de la cisaille (2) dont l'instant de démarrage (tl) intervient un intervalle de temps (IR) après la détection du fil par ledit détecteur (23) en fonction dudit signal de référence. 4 - Installation suivant la revendication 3, caractérisée en ce que ladite boucle comporte en outre un second détecteur photcélectrique (32) placé en amont et au voisinage immédiat dudit dispositif de mise en spires (12) et raccordé audit circuit de commande et de traitement de signaux (31) pour réajuster l'instant de déclenchement (tl) de ladite cisaille (2) après passage de chaque tronçon de fil. 6 - Installation suivant l'une quelconque des revendications 3 et 4, caractérisée en ce que ledit circuit de commande et de traitement de signaux est un microprocesseur.