Brevet FR2507297A1 — publié le 19821210

La Présente invention a trait à un procédé de régulation de la température de produits métalliques plats préalablement réchauffés de façon non homogène dans un four et soumis ensuite à un laminage à chaud, dans lequel on fait défiler les produits dans la zone d'action d'un dispositif de réchauffage par induction électromagnétique de manière à les réchauffer localement. A la sortie du four, la température des produits métal- liques plats, en particulier des brames, est à l'exception des "traces noires" dues à la présence de glissières ou de longerons de support dans le four, sensiblement constante à la fois dans le sens longitudinal et dans le sens transversal des produits. Cependant, à l'entrée des cages successives du laminoir, le profil longitudinal de température du produit n'est plus constant En effet, la tête du produit a subi moins de perte thermique que la queue du produit, le passage de cette dernière dans les cages du laminoir étant différé par rapport au passage de la tête, de sorte que la queue du produit a une température plus basse que la-tête. En général, ce défaut de profil longitudinal de température est corrigé par une accélération du produit au cours de son passage dans les cages finisseuses du laminoir, cette accélération ayant pour effet d'accroître localement la température du produit au fur et à mesure qu'il passe dans lesdites cages L'inconvénient de ce procédé est d'utiliser une partie du couple utile des moteurs d'entraînement des cages finisseuses pour réaliser cette accélé- ration et obtenir cet accroissement local de température On aboutit donc à un surdimensionnement des moteurs ou à une réduc- tion de la largeur du produit laminable. Par ailleurs, on sait que dans la plupart des fours de réchauffage des brames, ces dernières reposent sur des glissières (fours poussants) ou sur des longerons (fours à longerons mobiles) 2 2507297 qui sont disposés transversaleaient par rapport à la direction longitudinale des brames La présence de ces supports donne naissance à des parties plus froides espacées le long des brames, parce qu'ils constituent un écran au rayonnem ent du four ou parce que, plus froids, ils engendrent des pertes de chaleur Les parties plus froides ainsi créées dans les brames par les supports se traduisent par des bandes transversales plus sombres, dénommées "traces noires", sur la face inférieure des brames Ces traces noires présentent deux types a'inconvénients D'une part elles entraînent des variations d'épaisseur et de structure cristalline dans le produit laminé D'autre part, elles contraignent lelamineur, pour permettre le laminage, à accroître la température moyenne de la brame à l'amont du laminoir, ce qui entraîne par conséquent une consommation d'énergie supplémentaire. On peut tenter d'atténuer les traces noires en laissant séjourner les brames sur des soles en matériau réfractaire, ou en refroidissant les zones les plus chaudes par des jets d'eau. Ces solutions conduisent à des dépenses d'énergie supplémentaires. On a également proposé d'éliminer les traces noires par un dispositif de réchauffage à induction électromagnétique situé à la sortie du four avant le laminoir Des dispositifs de réchauf- fage de ce genre sont par exemple décrits dans les brevets français no 2 372 402 et nh 2 417 737 Toutefois, cette solution se heurte à des difficultés de réalisation En effet, à la sortie du four, les traces noires sont étroites et imposent donc que la zone d'action du dispositif de réchauffage ait des dimensions compa- tibles En outre, la température en un point de la brame est fonction de la position du point considéré à la fois en longueur et en épaisseur Ainsi, il est difficile de créer un chauffage qui rende la température homogène à la fois dans la longueur et dans l'épaisseur, d'autant plus que les champs électromagnétiques généralement engendrés à cet effet ont des profondeurs de pénétra- tion inférieures aux épaisseurs des brames. Pour mieux faire comprendre ces phénomènes, on a représenté sur la figure 1 du dessin annexé les courbes isothermes I d'une brame B au défournement du four dans le sens longitudinal 1 de la brame et pour une épaisseur e de celle-ci On constate qu'au droit des supports S la température est inégale dans le sens longitudinal 1 et dans le sens de l'épaisseur e Or, il est pratiquementimpossible d'injecter et de répartir convenablement une éner 9 ie thermique suffisante pour éliminer les irrégularités de température sur toute l'épaisseur e et la longueur des brames B Les lamineurs savent que, lorsque les brames B sont devenues "ébauches" B' après être passées dans les cages dégrossisseuses du laminoir, mais avan passage dans les cages finisseuses, les courbes isothermes sont modifiées du fait de la réduction d'épaisseur des brames et prennent l'allure, représentée en I' sur la figure 2 du dessin annexé pour une épaisseur e/n et une longueur nx Il en résulte qu les différences de température dans le sens de l'épaisseur devien- nent négligeables Par contre, l'ébauche B' présente encore un profil irrégulier de température dans le sens longitudinal Ce profil est représenté à titre d'exemple par la courbe X dans les figures 3 a 5 du dessin annexé, depuis la queue Q jusqu'à la tête J de l'ébauche à l'entrée du train finisseur Comme on peut le voir, ce profil a en gros la forme d'une sinusoïde dont les minima correspondent aux traces noires En outre, la queue Q de l'ébauch E a une température plus faible que sa tête T, par exemple 940 'C et 10400 C respectivement. La présente invention a pour but d'éliminer les irrégula- rités de température dans le sens longitudinal dans les ébauches, et notamment les traces noires Un autre but de l'invention est de permettre l'obtention d'un profil désiré de température de la tête à la queue de l'ébauche, sans qu'il soit nécessaire pour cela d'utiliser une partie ducouple utile des moteurs d'entraînement des cages du laminoire Selon l'invention, l'un ou l'autre de ces deux buts ou les deux buts à la fois peuvent être atteints par le fait que le réchauffage par induction électromagnétique est effectué après que les produits aient subi plusieurs passes de laminage et par le fait qu'on règle à chaque instant la valeur de la puissance de chauffage apportée par induction électromagnétique à la partie du produit qui se trouve à l'instant considéré dans la zone d'acti dudit dispositif de réchauffage, ce réglage étant effectuéen fonc- tion de trois facteurs, à savoir la température locale de ladite partie du produit, la vitesse instantanée de défilement du produit dans la zone d'action du dispositif de réchauffage et une tempé- rature désirée pour ladite partie du produit, cette température désirée étant définie par un profil désiré de température dans le sens longitudinal du produit. Du fait que le réchauffage des produits métalliques plats est effectué non plus avant laminage quand ils sont encore à l'état de brame, mais après qu'ils -ont subi plusieurs passes de laminage, c'est-a-dire quand ils sont à l'état d'ébauche, il devient beau- coup plus facile de corriger les irrégularités de température En effet, du fait que les ébauches présentent une épaisseur nettement plus faible que celle des brames, la puissance thermique de réchauf- fage par induction électromagnétique peut être plus facilement injectée dans les ébauches sur toute leur épaisseur En outre, étant donné que les brames devenues ébauches ont subi à la fois un aplatissement et un allongement, les traces noires sont beau- coup plus larges de sorte que les écarts de température entre deux points de l'ébauche espacés dans le sens longitudinal sont, à distances égales, plus faibles que dans une brame et que, par suite, la puissance thermique de réchauffage peut être distribuée plus facilement En outre, les écarts maxima de température sont plus faibles dans les ébauches que dans les brames, de sorte que la puissance nécessaire à leur réchauffage est plus faible, d'o une économie d'énergie Enfin, le procédé de l'invention présente une grande souplesse dans la mesure o il permet de donner aux ébauches pratiquement n'importe quel profil longitudinal de tempé- rature désiré par le lamineur. Ces caractéristiques et avantages de l'invention, ainsi que d'autres caractéristiques et avantages ressortiront plus clairement de la description suivante de l'invention, qui est donnée à titre d'exemple purement indicatif et nullement limitatif en référence aux dessins annexés sur lesquels: La figure l illustre les courbes isothermes I>d'urneportion longitudinale a-b d'une brame B. La figure 2 illustre les courbes isothermes Ied'une portion longitudinale a '-b' d'une ébauche B', correspondant à la portion a-b de la brame de la figure 1, après plusieurs passes de laminage. Les figures 3 à 5 illustrent divers profils de tempéra- ture de la queue Q à la tête T de l'ébauche de la figure 2, corres- pondant respectivement à trois modes de mise en oeuvre de l'inven- tion. La figure 6 est une vue schématique en élévation montrant une installation de laminoir mettant en oeuvre la présente invention. 2507 L 907 ú 507297 La f igure 7 est une schémia synoptique montrant un dispo- sitif de régulation de chauffage utilisable dans l'installation de la figure 6. Dans la suite du présent mémoire, on ne reviendra pas sur les figures 1 et 2 qui ont déjà été discutées plus haut. Dans une installation classique de laminoir, après avoir été préalablement réchauffées dans un four F, les brames passent successivement dans les cages dégrossisseuses D du laminoir puis, devenues ébauches, elles sont traitées dans les cages finisseuses E du laminoir (figure 6) A l'entrée du laminoir, les brames ont un profil de température irrégulier dans le sens longitudinal pour les raisons déjà indiquées plus haut On a constaté de façon surprenante qu'il devient possible de corriger facilement ces irrégularités de température et, en particulier, de donner auxproduit métalliques plats un profil désiré de température dans le sens longitudinal, par exemple celui illustré par la courbe Y dans la figure 3, en réchauffant lesdits produits par induction électromagnétique non plus entre le four F et les cages dégrossisseuses D du laminoir quand ils sont encore à l'état de brames, mais quand ils sont à l'état d'ébauches après avoir subi plusieurs passes de laminage, par exemple entre les cages dégrossisseuses D et les cages finis- seuses E du laminoir, de préférence à l'entrée des cages finisseu- ses E,-eten réglant à chaque instant la valeur de la puissance de chauffage apportée par inductionélectromagnétique à la partie de l'ébauche qui se trouve à l'instant considéré dans la zone d'action du dispositif de réchauffage M (figure 6), ce réglage étant effectué en fonction de trois facteurs, à savoir la température locale de la partie considérée de l'ébauche, la vitesse instantanée de défilement de l'ébauche dans la zone d'action du dispositif de réchauffage M 1, et une température désirée pour la partie considérée de l'ébauche, cette température désirée étant définie par le profil désiré de température dans le sens longitudinal depuis la queue Q jusqu'à la tête T de l'ébauche, par exemple le profil illustré par la courbe Y de la figure 3. Comme montré sur les figures 6 et 7, le dispositif pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention comprend: le dispositif M déjà mentionné de réchauffage par induction élec- tromagnétique, qui est disposé de préférence à l'entrée des cages finisseuses E du laminoir comme montré sur la figure 6; un dispositif de réglage R (figure 7) permettant de régler la valeur instantanée du courant, fournie par une source de courant SC, pour l'alimentation du dispositif de réchauffage M; un capteur de température P, situé en amont du dispositif de réchauffage M et constitué par exemple par un pyromètre, qui permet de connaître la température locale de l'ébauche au fur et à mesure que celle-ci passe devant lui, autrement dit le profil réel de la température de l'ébauche dans le sens longi- tudinal avant correction par le dispositif de réchauffage M, par exemple le profil représenté par la courbe X dans la figure 3 depuis la queue Q jusqu'à la tête T de l'ébauche; un générateur de fonction G? (figure 7) qui fournit sur sa sortie un signal électrique correspondant au profil de tempé- rature désiré pour l'ébauche, par exemple le profil représenté par la droite Y dans la figure 3 une unité de calcul UC (figure 7) qui élabore en temps réel une valeur de consigne pour piloter le dispositif de réglage R à partir des informations de température réelle et désirée fournies respectivement par le capteur P et par le générateur de fonction GF et à partir d'une information de vitesse V repré- sentant la vitesse instantanée de défilement de l'ébauche dans la zone d'action du dispositif de réchauffage M L'information de vitesse V peut être par exemple acquise auprès de l'unité centrale de commande (non montrée) du laminoir ou au moyen d'un capteur de vitesse. Le profil désiré de température Y représenté sur la figure 3 correspond au cas o on désire à la fois éliminer les traces noires et réhausser la température de la partie arrière de l'ébauche (en considérant son sens de défilement) Dans la figure 3, la courbe Z représente le profil de chauffage effectué par le dispositif de réchauffage M Plusprécisémentla courbe Z montre, pour chaque section transversale de l'ébauche de la tête T à la *queue Q de celle-ci, l'accroissement de température apportée par le dispositif de réchauffage M pour passer du profil réel de température X avant correction au profil désiré de température Y. Autrement dit, la valeur de consigne élaborée en temps réel par l'unité de calcul UC pilote le dispositif de réglage R de telle façon que celui-ci règle -à chaque instant, au fur et à mesure que l'ébauche défile dans la zone d'action du dispositif de réchauf- 7 2507297 fage M, l'intensité du courant d'excitation de ce dispositif de réchauffage pour que la puissance apportée â l'ébauche par induc- tion électromagnétique et transformée en chaleur (effet JOULE des courants de F OUCAULT induits dans l'ébauche) engendre dans ladite ébauche un accroissement localisé de température qui varie comme indiqué par la courbe Z de la tête T à la queue Q de l'ébau- che au fur et à mesure que celle-ci défile dans la zone d'action du dispositif de réchauffage M. La figure 4 est une vue semblable à la figure 3 et montre comment varie l'accroissement localisé -de température (courbe Z') engendrée par le dispositif de réchauffage M pour passer du profil réel de température X à un autre profil de température Y' désiré pour l'ébauche dans le cas o on désire seulement éliminer les traces noires Dans ce cas, le générateur de fonction GF de la figure 7 est conçu pour engendrer un profil de température corres- pondant à celui de la courbe Y' - La figure 5 est une figure semblable aux figures 3 et 4 dans le cas ou on désire diminuer la pente de température moyenne entre la queue Q et la tête T de l'ébauche, sans éliminer les traces noires, la courbe Y" représentant le profil désiré de température engendré à cet effet par le générateur de fonction GF et la droite Z" montrant comment varie l'accroissement localisé de température engendré par le dispositif de réchauffage M dans l'ébauche au fur et à mesure qu'elle défile dans la zone d'action de ce dispositif de réchauffage pour obtenir le profil désiré Y". Pour l'élaboration de la valeur de consigne appliquée au dispositif de réglage R, l'unité de calcul UC peut également prendre en compte d'autres informations, comme par exemple la résistivité électrique de l'ébauche et/ou son épaisseur e, ces informations pouvant être acquises auprès de l'unité centrale de commande du laminoir ou au moyen de capteurs appropriés et étant appliquées à une ou plusieurs entrées auxiliaires AUX de l'unité de calcul UC Celle-ci peut également recevoir une autre informa- tion de température fournie par un autre capteur de température P' placé en aval du dispositif de réchauffage M L'information de température fournie par le capteur P' permet de vérifier le bon fonctionnement du dispositif de régulation de température par comparaison avec l'information de température fournie par le générateur de fonction GF, le résultat de cette comparaison permettant, selon ua processus connu, une auto-adaptation du calcul effectue par l'unité de calcul UC pour les ébauches suivantes. Le dispositif de réchauffage M peut être constitué par une ou plusieurs unités successives de chauffage, par exemple deux unités C 1 et C 2 comme montré sur la figure 6 Chacune des deux unités de réchauffage C 1 et C 2 peut être construite d'une manière semblable à celle décrite dans le brevet français n' 916 287. En bref, chaque unité de récfauffage comporte d'eux plateaux tournant, axialement alignés et équipés de pôles répartis circu- lairement sur les plateaux Les deux plateaux sont disposés en vis-à-vis de telle façon que les faces polaires de leurs pôles soient en regard des grandes faces de l'ébauche, et ils sont entraînés en rotation chacun par un moteur électrique De préférence, chaque pôle porte une bobine d'excitation et chaque bobine d'excitation est alimentée en courant continu dont l'intensité est réglable pour pouvoir faire varier l'intensité du champ magnétique et, par suite, la puissance induite dans l'ébauche Pour produire le courant continu nécessaire à l'alimentation des bobinesdes pôles de chaque plateau tournant, on peut par exemple associer un alternateur à chaque plateau tournant, l'alternateur étant entraîné en rotation par le même moteur que celui qui entraîne le plateau associé, le courant alternatif fourni par l'alternateur étant ensuite redressé par un dispositif redresseur monté sur le plateau tournant avant d'être appliqué aux bobines d'excitation Pour le réglage du courant d'excitation, le dispositif de réglage R (figure 7) peut être agencé pour régler la valeur du courant redressé ou, plus simplement, il peut être agencé pour régler l'excitation de l'alternateur et, par suite, la valeur du courant fourni par celui-ci. Bien que, dans ce qui précède, il est prévu d'utiliser un dispositif de réchauffage par induction électromagnétique du type à bobines tournantes alimentées en courant continu, on peut aussi utiliser d'autres dispositifs de réchauffage connus, du type à bobines d'induction fixes et alimentées en courant alternatif. Dans ce dernier cas, le dispositif de réglage R peut être agencé pour régler l'intensité ou la fréquence du courant d'alimentation du dispositif de réchauffage. REVENDICATIONS - 1 Procédé de régulation de la température de produits métalliques plats préalablement réchauffés de façon non homogène dans un four et soumis ensuite à un laminage à chaud, dans lequel on fait défiler les produits dans la zone d'action d'un dispositif de réchauffage par induction électromagnétique de manière à les réchauffer localement, caractérisé en ce que le réchauffage par induction électromagnétique est effectué après que les produits aient subi plusieurs passes de laminages, et en ce qu'on règle à chaque instant la valeur de la puissance de chauffage apportée par induction électromagnétique à la partie du produit qui se trouve à l'instant considéré dans la zone d'action du dispositif de réchauffage, ce réglage étant effectué en fonction de trois facteurs, à savoir la température locale de ladite partie du produit, la vitesse instantanée de défilement du produit dans la zone d'action du dispositif de réchauffage et une température désirée pour ladite partie du produit, cette température désirée étant définie par un profil désiré et prédéterminé de température dans le sens longitudinal du produit. 2 Dispositif de régulation pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, comprenant un dispositif (M) de réchauffage par induction électromagnétique et au moins un capteur de température (P) situé en amont du dispositif de réchauffage (M), caractérisé en ce que le dispositif de réchauffage (M) est disposé entre deux cages successives du laminoir (D, E), et en ce qu'il comprend en outre un générateur de fonction (GF) propre à fournir à chaque instant sur sa sortie un signal correspondant à la tempé- rature désirée pour la partie du produit qui se trouve à l'instant considéré dans la zone d'action du dispositif de réchauffage (M), 2507297 un dispositif (R) de réglage du courant instantané d'alimentation du dispositif de réchauffage (M), et une unité de calcul (UC) propre à élaborer en temps réel une valeur de consigne pour le dispositif de réglage (R) à partir du signal de sortie du capteur de température (P) du signal de sortie du générateur de fonction (GF) et d'une information de vitesse (V) correspondant à la vitesse instantanée du produit dans la zone d'action du dispositif de réchauffage (M). 3 Dispositif selon fa revendication 2, caractérisé en ce que le dispositif de réchauffage (M) est disposé entre les cages dégrossisseuses (D) et les cages finisseuses (E) du laminoir. 4 Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le dispositif de réchauffage (M) est disposé à l'entrée des cages finisseuses (E) du laminoir.