Brevet FR2490516A1 — publié le 19820326

PROCEDE DE CONTROLE ET DE REGULATION DE PAIURETPES DE MARCHE D'UNE MACHINE DE COULEE CONTINUE DE BANDES ENTRE CYLINDRES la présente invention a pour objet un procédé de contrôle et de régulation de paramètres de marche d'une machine de coulée de bandes entre cylindres, destiné à optimaliser les conditions d'obtention d'un produit de bonne qualité et, notamment, d'augnenter la productivité. L'homme de l'art connaît les machines de coulée à moule mobile du type à cylindres qui sont utilisés pour fabriquer, directement, à partir d'une masse métallique en fusion, une bande continue ayant une largeur pouvant atteindre quelques mètres et une épaisseur voisine du centimètre. Ces machines sont constituées principalement: -d'une part, d'un dispositif d'alimentation en métal liquide comprenant successivement dans le sens d'écoulement du métal: um four de maintien du métal à l'état liquide, une goulotte de circulation équipée d'un système réglant le ni- veau et le débit du nétal, une busette de répartition du métal ayant à son extrémité de sortie une ouverture de section rectangulaire; - d'autre part, un dispositif de refroidissement et de laminage compre- nant deux cylindres dont les axes sont parallèles et espacés plus ou moins l'un de l'autre suivant l'épaisseur de bande désirée. Ces cylin- dres sont munis, à chacune de leurs extrémités, de prolongements cy- lindriques axiaux ou tourillons qui s'engagent par l'intermédiaire de coussinets dans des ouvertures pratiquées dans des traverses support ou empoises, équipées d'un système de serrage et solidaires de deux colonnes verticales qui forment le bâti de la machine. Ces cylindres sont équipés intérieurement d'un réseau de canaux le long desquels circule un fluide de refroidissement et sont en relation avec un mo- teur qui les anime d'un mouvement de rotation en sens inverse. Ces deux dispositifs sont placés l'un par rapport à l'autre, de telle manière que la section de sortie de la busette soit parallèle aux axes des cylindres et située à une certaine distance du plan passant par ces axes qu'on appelle plan de sortie. Lors du fonctionnement de la machine, le métal réparti par la busette remplit l'espace libre entre les cylindres tout au long d'un arc de cer- cle compris entre le plan de la section de sortie de la busette et le plan de sortie des cylindres. Sous l'action des cylindres, le métal se refroidit, commence à se soli- difier en un endroit appelé marais, en raison de la présence d'un mélan- ge plus ou moins visqueux de cristaux et de liquide, situé à une distan- ce du plan de la section de sortie de la busette dite généralement pro- fondeur de marais. Puis le métal se solidifie complétement et est en- traîné vers le plan de sortie des cylindres dans un espace de plus en plus restreint, o il subit un effort de laminage qui l'amène progressi- vement à l'épaisseur voulue au moment o il s'échappe par l'espace entre cylindres sous forme d'une bande qui est alors reprise par un enrouleur. Cette bande est soumise, par la suite, à différents traitements mecani- ques et/ou thermiques qui conduisent à des produits tels que feuille min- ce par exemple dont les caractéristiques mécaniques: résistance, limite élastique, allongement, dureté, etc... seront en partie fonction de la qualité de la bande issue de la machine de coulée. Il est donc important d'essayer de maintenir une bonne qualité du début à la fin de la coulée de la bande. Pour celà, il faut faire fonctionner la machine dans les conditions les plus favorables à l'obtention d'un tel - résultat, même lorsqu'on l'utilise à sa vitesse maxinum. lUne bonne qualité suppose l'absence de défauts tels que criques, fissures ou coulure de métal à la sortie des cylindres. Or, on connaît plusieurs causes d'apparition de défauts sur les bandes fabriquées à partir desma- chines de coulée ici concernées. Ce sont, en général, des variations de certains facteurs de marche tels que la température du métal alimentant la machine, le débit d'eau de refroidissement des cylindres, l'état de surface des cylindres lié aux conditions de lubrification, la composition du métal coulé, le niveau du métal dans la goulotte, etc... Toute variation d'unm de ces facteurs peut, suivant son ampleur, perturber le fonctionnement de la machine, c'est-à-dire entraîner en certains points de la bande une instabilité du marais qui veut atteindre le plan de sortie -24 90516 des cylindres. Cette instabilité locale du marais provoque l'apparition' de défauts plus ou moins importants sur la bande nécessitant parfois son rebut. Les causes de défauts sont également liées à la vitesse de coulée. En effet, on a constaté qu'au-delà de certaines vitesses, la stabilité de marche de la machine devenait plus critique et plus sensible à certains aléas, et, notamment, aux variations des facteurs de marche énumérés plus haut, ce qui se traduisait Dar une fréquence accrue d'apparition de défauts.' Parmi ces causes de défauts, il y a lieu de distinguer celles qui sont dues à des facteurs dont on peut détecter facilement une variation tels que: la température, le niveau de métal, le débit d'eau. Dans ces cas, il est facile de réaliser un contrôle automatique avec alarme permettant au conducteur de la machine de remédier rapidement à cette variation. Biais, lorsqu'il s'agit de facteurs tels que la composition du métal cou- lé ou l'état de surface des cylindres, il semble assez difficile, sinon impossible, de pouvoir détecter en continu leur variation. Alors, l'opé- rateur ne pourra réagir qu'à l'apparition du défaut, ce qui conduira à rebuter une partie de la bande. Que la variation soit détectable ou non, cela nécessite de la part de l'opérateur une disponibilité permanente. Lais, le personnel de fabrica- tion, en raison de contraintes extérieures, ne peut toujours réagir ins- tantanément ou avoir l'oeil rivé sur la bande, et il en résulte parfois l'apparition d'un défaut important telle qu'une coulure qui oblige alors à stopper la machine. C'est la raison pour laquelle les machines de cou- lée sont souvent utilisées à des vitesses nettement inférieures à leur possibilité, de façon à éviter l'apparition de ces défauts dûs aux éven- tuelles variations des.t facteurs de marche. C'est pour éviter ces inconvénients que la demanderesse a étudié et mis au point un procédé de contrôle et de régulation de paramètres de marche de la machine de coulée destiné à optimaliser les conditions d'obtention d'un produit de bonne qualité et, notamment, d'augmenter la productivité. Ce procédé est caractérisé en ce que l'on considère l'un au moins des na- -3- 24 905 16 --4- ramètres appartenant au groupe constitué par le couple exercé sur l'un au moins des cylindres pour faire avancer la bande, l'effort exercé par la bande sur l'un au moins des tourillons, la température de la bande à la sortie des cylindres, on mesure en permanence l'écart entre la valeur instantanée du paramètre considéré et la valeur moyenne de ce Mêmle paramètre durant une période de temps immediatement antérieure; lorsque cet écart devient-négatif pôur le couple et l'teffort et positif pour la teïmpérature et supérieur en valeur absolue à un écart deé - 'rférence, la vitesse de coulée est réduite jusqu'à ce que l'écart redevienne inférieur à l'écart de référence, puis, la vitesse de coulée est augmentée tant que l'écart entre la-valeur instantanée du paramètre et la valeur moyenne de ce paramètre durant une période de temps immédiatement antérieure ne dépasse pas l'écart de référence. Ainsi, le procédé selon l'invention consiste d'abord à ne considérer que certains paramètres de marche tels que le couple exercé sur l'un au moins des cylindres pour faire avancer la band6, l'effort exercé par la bande sur l'un au moins des tourillons de chaque cylindre, la température de la bande à la sortie des cylindres. Le contrôle et la régulation peuvent être effectués sur un ou deux ou sur les trois paramètres à la fois. L'utilisation de ces paramètres au lieu des facteurs de marche énumérés ci-dessus 'vient du fait que l'on a constaté que ces paramètres intégrTaient en quelque sorte les fluctuations de ces différents facteurs ainsi que d'autres facteurs mesurables et que leur valeur variait donc en fonction de ces facteurs. Ainsi, lorsque ces facteurs varient de telle façon que le marais devienne localement instable, le couple et l'effort diminuent de façon continue au cours du temns tandis que, au contraire, la tempéra- ture augmente. On a ainsi trouvé une façon originale de détection des - défauts.*- Il suffit pour cela de mesurer la valeur de ces p)aramètres et d'en suivre l'évolution. Les moyens de mesure sont classiques:pour le couple, on peut par exemp- le utiliser l'intensité du courant électrique qui alimente le moteur de commande de rotation des cylibdres ou se servir des indications d'une jauge de contrainte placée sur l'un des tourillons; pour l'effort exercé par la bande, on peut placer, par exemple, une jauge de déformation entre -les empoises desçylindres et les vis de serrage ou mesurer la pression 5- hydraulique du circuit de serrage; pour la température, on peut prendre par exemple une sonde thermoélectrique ou un pyromètre optique montés de façon à pouvoir balayer toute la largeur de la bande et à permettre de déterminer une valeur moyenne de la température. Mais, la réalisation de l'invention peut se faire à l'aide de tout moyen de mesure quel qu'il soit. Les mesures ainsi faites sont envoyées à un calculateur du type ordina- teur, miniordinateur, microprocesseur ou automate programmable capable de calculer des moyennes. En effet, l'invention est caractérisée en ce que l'on mesure l'écart entre la valeur instantanée du paramètre et la valeur moyenne de ce même paramètre pendant une période de temps immédiatement antérieure. Il faut donc que l'appareil qui reçoit les informations sur is les valeurs des paramètres puisse les mémoriser sur une période de temps donnée At et en calculer la moyenne. A ce moment, il doit aussi être ca- pable de mesurer l'écart entre la valeur du paramètre à l'instant t et la valeur moyenne de ce même paramètre durant la période At qui vient de s'écouler, puis de le comparer à un écart de référence et, suivant la va- leur de cet écart, de sortir ou non un signal destiné à modifier la vi- tesse de coulée de la machine. Tout écart ne sera pas pris en compte par le calculateur. En effet, on a constaté qu'en ce qui concerne le couple et l'effort, les fluctuations susceptibles de provoquer l'apparition de défauts tels que fissures, cri- ques, coulures, etc... s'accompagnaient d'une diminution de la valeur de ces paramètres; le calculateur n'enregistre donc,dans ce cas, que les écarts négatifs entre la valeur instantanée et la valeur moyenne; par contre, pour la température, c'est l'élévation qui annonce le défaut et, dans ce cas, le calculateur ne retiendra que les écarts positifs. Dans les trois cas, la comparaison se fait entre la valeur absolue de cet écart et un écart de référence qui a été déterminé préalablement et entré dans la mémoire du calculateur. Toute valeur d'écart inférieure à l'écart de référence se traduira par l'absence de signal à la sortie du calculateur; au contraire, toute va- leur supérieure aura pour conséquence un signal de réduction de la vitesse de coulée. Cette réduction peut se faire progressivement ou par palier de durée déterminée et se prolonge jusqu'à ce que l'écart redevienne inférieur à l'écart de référence. Durant toute cette phase, la valeur moyenne retenue par le calculateur est celle qui correspond à la pério- S de temps At immédiatement antérieure à celle ou l'écart est devenu su- périeur à l'écart de référence. Cet écart de référence est, en général, inférieur à 10 % de lavaleur oyene du paramètre considéré et ceci pour avoir un temps de réponse convenable. La période de temps At est, de préférence, inférieure à dix minutes pour suivre au mieux les fluctuations du paramètre. Dans le cas o la réduction de vitesse se fait par paliers successifs, la réduction correspondant à chaque palier est inférieure à 15 % de la va- leur de la vitesse à l'instant immédiatement antérieur. Chaque palier dure moins de cinq minutes. Après une réduction de vitesse plus ou moins grande, l'écart redevient in- férieur à l'écart de référence. A ce moment, le calculateur envoie un si- gnal d'augmentation de vitesse dont la valeur est inférieure à 10 % de la valeur de vitesse à l'instant précédent et continue à comparer l'écart entre la valeur instantanée du paramètre et la valeur moyenne du paramè- tre durant une période de temps immédiatement antérieure et inférieure à cinq mihinutes. Cette augmentation peut également se faire progressivement ou par paliers successifs. Dans ce dernier cas, l'augmentation de la vi- tesse à chaque palier est inférieure à 10 % de la valeur de la vitesse à un instant immédiatement antérieur, la durée du palierétant inférieure à cinq minutes. L'augmentation se poursuit tant que l'écart pour un des trois paramètres ne dépasse pas l'écart de référence. Ainsi, la machine de coulée fonctionnera toujours à la vitesse maximum compatible avec l'absence de défauts. On peut dire que le procédé de l'invention optimalise les conditions d'ob- tention d'un produit de bonne qualité car, tout à la fois: - il assure une production maximum, - il évite tous les défauts de solidification apparents ou non, pouvant survenir en marche.continue et ceux consécutifs aux arrêts de la machine. - il diminue la main d'oeuvre nécessaire à la surveillance de la machine, - il fait travailler la machine dans de meilleures conditions car elle ne s'arrête plus, - il fournit par l'intermédiaire du calculateur un enregistrement des pa- ramètres de coulée qui est une sorte de fiche signalétique de la bande de coulée. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la figure unique représentant un type de machine et sur laquelle on peut voir une busette d'alimenta- tion (1) par laquelle le métal liquide est admis entre les deux cylindres (2 et 2'), dont les tourillons (3 et 4) sont maintenus par les empoises (5 et 6) solidaires de la colonne (7). Après refroidissement et laminage, le métal sort de la coulée sous forme d'une bande (8) qui est enroulée en (9). Les cylindres sont animés d'un mouvement de rotation en sens inverse au moyen du moteur (10). On détecte en (11) sur le circuit d'alimentation du moteur, l'intensité qui permet d'évaluer le couple. Sur les circuits hydrauliques (12 et 12') disposés dans les colonnes en (7 et' 7'), sont placés deux manomètres (13 et 13') permettant d'évaluer l'effet de laminage, tandis qu'un parnmètre optique balaye en (14) la largeur de la bande pour en déterminer la température. Ces trois mesures sont transmises au calculateuPlqi commande en (16) la vitesse du moteur en modifiant la tension du courant d'alimentation. L'application de l'invention est illustrée par l'exemple suivant: On utilise une machine de type SCAL Jumbo 3C ainsi qu'un miniordinateur PERKIN ELMER 1620. L'alliage coulé est le 1050 dont la composition est décrite dans "Standard for Aluminium Mill Products" publié par Aluminium Association". L'épaisseur de la bande est de 10 mm. Le couple est mesuré par l'intermédiaire de l'intensité du moteur d'en- traînement des cylindres de la machine (moteur à courant continu). Les efforts de laminage sont mesurés par l'intermédiaire de deux manomè- -7- tres mesurant la pression du circuit hydraulique sur chacune des deux co- lonnes. La température de la bande, à la sortie des cylindres, est mesurée par un pyromètre optique qui balaye la totalité de la surface de la bande. Le programme de réduction et d'augmentation de la vitesse par le calculateur est le suivant: - on fait varier la vitesse linéaire des cylindres toutes les deux minu- tes, d'une valeur de 0,01 m/mn, - les valeurs de l'intensité des pressions hydrauliques et de la tempéra- ture sont enregistrées par le calculateur toutes les secondes; - la détection des défauts se fait de la façon suivante: à chaque se- conde, l'intensité du moteur d'entraînement des cylindres ainsi que les valeurs des pressions hydrauliques dans les colonnes et la température de la bande sont comparées aux valeurs moyennes calculées à partir des 120 mesures précédant l'instant considéré. Si liesécartsentre les valeurs instantanées et les valeurs moyennes calculées respectivement de l'in- tensité de la pression sont.négatifs et inférieurs en valeur absolue à un écart correspondant à 2t-%des valeurs moyennes, la coulée est ju- gnée stable et la procédure d'augmentation de la vitesse décrite plus haut est poursuivie. De même, si l'écart entre la température mesurée à cet instant et la température moyenne est positif et ne dépasse pas C, la coulée est jugée stable. SI au moins un dés écarts sur l'inten- sité et la pression est négatif et dépasse en valeur absolue 2 % de la valeur moyenne du paramètre correspondant et/ou si l'écart sur la tem- pérature est positif et dépasse 50C, la coulée est jugée instable. Dans ce cas, le calculateur donne immédiatement un ordre de ralentisse- ment de la vitesse linéaire des cylindres d'une valeur de 0,05 m/mn. Si au bout de 10 secondes, tous les écarts entre les valeurs instantanées à la fois de l'intensité du moteur des cylindres, des deux pressions et de la température de la bande et les valeurs moyennes de ces paramé- tres, ne sont pas redevenues inférieures aux écarts de référence, le calculateur donne un deuxième ordre de ralentissement des cylindres de 0, 05 m/mn. Cette procédure est répétée jusqu'à ce que chacun des écarts soit inférieur à l'écart de référence. La coulée est alors à nouveau jugée stable et le calculateur reprend ia procédure d'augmentation de la vitesse décrite plus haut. La vitesse maximale instantanée mesurée dans ces conditions est de 1,25 m/mn cé qui correspond à une productivité d'environ 2,02 tonnes par heure et par mètre de largeur de bande produite. Au-delà apparaissent des défauts de solidification. D'autre part, le maintien de la coulée en continu à cette vitesse est très difficile car cela exige une par- faite constance de la température du métal liquide dans la goulotte de coulée, de la lubrification des cylindres, etc... Le processus décrit plus haut a cependant permis de maintenir en marche continue une vites- se moyenne d'environ 1,22 m/mn, soit une productivité moyenne de 1,98 tonnes par heure et par mètre de large, et cela sans aucun défaut de solidification sur la bande. Le procédé selon l'invention trouve son application dans la coulée con- tinue des métaux entre cylindres, dans tous les cas o on veut optima- liser les conditions d'obtention d'un produit de qualité et, notamment, d'augmenter la productivité. -i REJENIDICATIONS 1 / - Procédé de contrôle et de régulation de paramètres de marche d'une machine de coulée continue de bandes entre cylindres, caractérisé en ce que l'on considère l'un au moins des paramètres appartenant au groupe constitué par le couple exercé sur l'un au moins des cylindres pour faire avancer la bande, l'effort exercé par la bande sur l'un au moins des tou- rillons, la température de la bande à la sortie des cylindres, on mesure en permanence l'écart entre la valeur instantanée du paramètre considéré et la valeur moyenne de ce même paramètre durant une période de temps im- médiatement antérieure; lorsque cet écart devient négatif pour le couple et l'effort et positif pour la température et supérieur en valeur abso- lue à un écart de référence, la vitesse de la coulée est réduite jusqu'à ce que l'écart redevienne inférieur à l'écart de référence; puis la vi- tesse de coulée est augmentée tant que l'écart entre la valeur instanta- née du paramètre et la valeur moyenne de ce paramètre durant une période de temps immédiatement antérieure ne dépasse pas l'écart de référence. / - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la valeur moyenne du paramètre est établie sur la période de temps immédiatement antérieure à celle o l'écart est devenu supérieur à l'écart de réfé- rence. / - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'écart de référence est inférieur à 10 % de la valeur moyenne du paramètre. / - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la période de temps immédiatement antérieure est inférieure à dix minutes. 50/ - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la vitesse est réduite par paliers successifs. / - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la vitesse de coulée est réduite à chaque palier d'une quantité inférieure à 15 % de la valeur de la vitesse à l'instant immédiatement antérieur. / - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque pa- lier de réduction de la vitesse a une durée inférieure à 5 minutes. -11- 2490516 8 / - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la vitesse est augmentée par paliers successifs. 9 / - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la vitesse de coulée est augmentée à chaque palier d'une quantité inférieure à % de la valeur de la vitesse à un instant immédiatement antérieur. / - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque palier d'augmentation de la vitesse a une durée inférieure à S minutes.