Brevet FR2513911A2 — publié le 19830408

FR 2513911 A2 19830408 FR 8118586 A 19811002 - 1 - Le brevet principal a pour objet un procédé de con- trôle du refroidissement du produit coulé dans une instal- lation de coulée continue suivant lequel on divise ficti- vement le produit coulé en tranches élémentaires, on calcu- le périodiquement les débits d'eau à projeter sur les dif- férentes tranches en fonction de leur âge, on intègre les débits d'eau calculés pour toutes les tranches se trouvant dans chaque section de la zone de refroidissement secon- daire pour déterminer les valeurs de consigne des débits d'eau des différentes sections et on maintient, au moyen de régulateurs, les débits d'alimentation en eau des dif- férentes sections égaux aux valeurs de consigne respecti- ves. Ce procédé n'est pas utilisable en début de coulée, lorsque le produit coulé n'est que partiellement engagé dans la zone de refroidissement car la valeur de consigne du débit d'eau d'une section donnée, calculée comme indi- qué ci-dessus, n'est valable que si le produit coulé occu- pe toute la section considérée Pendant toute la période o l'extrémité du produit coulé se trouve entre les deux extrémités d'une section de la zone de refroidissement, il est donc impossible de déterminer par ce procédé la valeur de consigne du débit d'eau à projeter sur le pro- duit coulé. Le but de la présente invention est de perfectionner ce procédé de contrôle du refroidissement du produit cou- lé pour qu'il soit utilisable pendant le démarrage de la coulée. Le procédé de contrôle du refroidissement du produit coulé objet de la présente invention consiste à calculer périodiquement la valeur de consigne du débit d'eau de chaque section de la zone de refroidissement secondaire, entre l'instant o l'extrémité du produit coulé pénètre dans cette section et l'instant o elle en sort, en in- tégrant les débits d'eau calculés, conformément au procé- dé du brevet principal, pour les tranches élémentaires du produit coulé se trouvant à l'instant considéré dans cette section et pour un tronçon fictif occupant au même instant 251,391 1 -2- la partie de ladite section comprise entre sa limite aval et l'extrémité du produit coulé, ce tronçon fictif étant affecté d'un âge fictif déterminé en fonction de sa posi- tion dans la machine de coulée continue et d'une vitesse fictive prise égale à la moyenne des vitesses moyennes des tranches du produit coulé se trouvant dans cette section. Par vitesse moyenne d'une tranche on entend la valeur obte- nue en divisant la distance mesurée suivant la direction de coulée entre la position de la tranche à l'instant con- sidéré et la surface libre du métal dans la lingotière par le temps mis par la tranche pour parcourir cette distance. Le calcul du débit d'eau pour le tronçon fictif est effectué, comme pour les tranches élémentaires du produit coulé, suivant le procédé du brevet principal, en déter- minant, au moyen d'un calculateur et à l'aide de deux cour- bes donnant respectivement les variations de la quantité de chaleur extraite d'une masse unitaire et la températu- re superficielle d'une tranche élémentaire du produit cou- lé en fonction de l'âge de cette tranche, une quantité de chaleur et une température superficielle fictives corres- pondant à l'âge fictif attribué au dit tronçon, en calcu- lant à partir des grandeurs ainsi déterminées un coeffi- cient d'échange thermique fictif puis un débit d'eau spé- cifique, à l'aide d'une troisième courbe établissant une relation entre ces deux paramètres, et en multipliant ce débit d'eau spécifique par la surface latérale du tronçon fictif ou seulement une fraction de cette surface suivant la disposition des buses de la zone -de refroidissement. Pour déterminer la vitesse fictive du tronçon fictif, on calcule la vitesse moyenne de chaque tranche élémentaire se trouvant dans la section de refroidissement considérée d'après sa position dans la machine de coulée continue et son âge, puis on fait la moyenne des vitesses moyennes de toutes ces tranches; cette moyenne peut être pondérée en tenant compte par exemple des longueurs des tranches élé- mentaires. La description qui suit se réfère au dessin-l'accom- pagnant dont l'unique figure est le schéma d'une installa- -3- tion de coulée continue courbe et d'un système de contrôle du refroidissement du produit coulé pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention. La machine pour la coulée continue de l'acier repré- sentée schématiquement sur le dessin comporte essentielle- ment une lingotière 10, un corset de rouleaux de guidage 12, des rouleaux redresseurs et extracteurs 14 et un dis- positif de refroidissement comportant des buses ou des rampes de pulvérisation ou d'atomisation groupées par sec- tions A, B N, toutes les buses ou rampes d'une même sec- tion étant branchées en parallèle sur une tuyauterie d'ali- mentation munie d'une vanne 16 dont l'ouverture est com- mandée par un régulateur 18 pour maintenir le débit d'ali- mentation égal à un débit de consigne fixé par un calcula- teur 20 Les buses ou rampes sont réparties tout autour de la barre coulée ou, s'il s'agit d'une barre à section rec- tangulaire, seulement sur ses grandes faces Des moyens sont prévus pour régler manuellement la répartition entre les différentes buses ou rampes d'une section, suivant leur position, du débit total d'eau alimentant cette sec- tion. Pour le démarrage d'une coulée, on utilise un faux- lingot 19 dont la tête 21 obture le fond de la lingotière jusqu'à ce que le métal atteigne un niveau prédétermi- né dans cette dernière Le faux-lingot est alors déplacé vers le bas et tire la barre coulée jusqu'aux rouleaux extracteurs 14. La machine est équipée de différents dispositifs de mesure dont les informations sont transmises au calcula- teur 20: canne thermométrique 22 pour la mesure de la température du métal en fusion dans le répartiteur 24, sondes thermométriques 26 pour la mesure de la tempéra- ture de l'eau de refroidissement de la lingotière, à l'en- trée et à la sortie de celle-ci, débitmètre 28 pour la mesure du débit de l'eau de refroidissement de 1-a lingo- tière, générateur d'impulsions 30 pour la mesure de la vitesse d'extraction de la barre et le calcul de l'âge des éléments de la barre, pyromètre 32 pour la mesure de 4- la température superficielle de la barre au voisinage du point de redressement, etc A partir de ces informations et de données stockées en mémoire dans le calculateur, ce dernier détermine à intervalles réguliers-les valeurs de consigne des débits d'alimentation en eau des différentes sections du dispo- sitif de refroidissement Cet intervalle régulier de temps est compris par exemple entre 1 et 50 secondes. Le principe de contrôle du refroidissement selon le procédé du brevet principal est de maintenir dans le temps l'évolution de la solidification de la barre quel que soit le régime de fonctionnement de la machine de cou- lée Pour cela, on impose une loi C = f (t) de variation de la quantité de chaleur extraite par kilo d'acier en fonction du temps de séjour dans la machine et une loi T = g (t) de variation de la température superficielle de la barre en fonction du temps de séjour dans la machine. Les courbes C = f (t) et T = g (t) dépendent essentielle- ment de la nuance de l'acier, du format de la barre et de la vitesse d'extraction En pratique, pour un format de barre donné, on groupera les nuances d'acier et les vites- ses d'extraction en différentes classes. Toutes ces courbes sont définies par des équations paramétriques ou par des valeurs ponctuelles introduites en mémoire dans le calculateur Les données sur la nuan- ce d'acier et le format de la barre sont introduites dans le calculateur, avant chaque coulée, pour lui permettre de sélectionner le jeu de courbes correspondantes La vi- tesse d'extraction est mesurée en permanence au moyen du générateur d'impulsions 30 et le calculateur choisit à chaque instant le jeu de courbes correspondant à la vi- tesse moyenne déduite de ces mesures. A partir du jeu de courbes sélectionné, le calcula- teur peut, à chaque instant, calculer le coefficient d'échange thermique superficiel K pour chaque élément de la barre à partir de C et T et en déduire le débit d'eau spécifique q devant être projeté sur l'unité de surface de l'élément considéré à l'aide d'une courbe K = h (q) -5- stockée dans la mémoire du calculateur; cette courbe peut être unique pour l'ensemble de la zone de refroidissement ou être formée de plusieurs segments de courbe distincts valables dans les différentes sections de la zone. Ce calcul est effectué périodiquement, par exemple toutes les 10 s, et la barre est divisée en éléments dont la longueur est celle de la tranche coulée pendant l'in- tervalle de temps entre deux calculs successifs Le numé- ro d'ordre affecté à chaque tranche dès sa production-per- met donc à tout instant de connaître son âge et sa posi- tion dans la machine. Le débit d'eau spécifique q permet de calculer, pour chaque tranche élémentaire, le débit d'eau Q = q x S à projeter sur la surface latérale de la tranche. Après avoir calculé les débits d'eau à projeter sur chaque tranche de barre se trouvant à un instant donné dans la zone de refroidissement, on calcule par intégra- tion les valeurs de consigne des débits d'eau d'alimenta- tion des différentes sections de la zone de refroidisse- ment et les valeurs calculées sont transmises aux régula- teurs respectifs 18. Dans le cas o on utilise des buses ou rampes d'ato- misation dans lesquelles les jets d'eau sont divisés en très fines gouttelettes au moyen d'air comprimé, on cal- cule le débit d'eau total de la zone de refroidissement et on en déduit le débit d'air total à utiliser, à l'ai- de d'une équation ou une courbe établissant une relation entre ces deux débits Des moyens sont prévus pour régler manuellement la répartition entre les différentes sections du débit total d'air alimentant la zone de refroidisse- ment secondaire. Cette méthode de calcul des valeurs de consigne des débits d'alimentation des différentes sections de la zone de refroidissement n'est pas applicable au démarrage de la coulée dans la section o se trouve l'extrémité de la barre coulée (Section B du dessin) La barre coulée n'oc- cupe en effet qu'une partie de cette section et si on ne prend en compte que les tranches de la portion d'extrémi- 251391 1 6- té de la barre, la valeur de consigne du débit d'eau ali- mentant cette section sera trop faible. Pour remédier à cet inconvénient, il est proposé, conformément à la présente invention, d'associer aux tran- ches de barre se trouvant dans cette section un tronçon de barre fictif dont la longueur 1 est celle-de la partie de la section non occupée par la barre, de calculer, com- me pour les différentes tranches de barre, le débit d'eau qui devrait être projeté sur ce tronçon fictif et d'ajou- ter ce débit d'eau aux débits calculés pour les tranches de barre se trouvant dans cette section pour déterminer la valeur de consigne du débit d'eau de la section. Pour calculer le débit d'eau qui devrait être proje- té sur ce tronçon fictif, on lui affecte un âge fictif qui est fonction de sa position dans la machine et d'une vitesse d'extraction fictive qui est la moyenne des vites- ses d'extraction moyennes des tranches de barre se trou- vant dans cette section; cette moyenne peut être pondérée en tenant compte, par exemple, des longueurs des tranches de barre par application de la formule Vf = 4 N Vmi li o n Z 1 li Vf = vitesse fictive Vmi = vitesse moyenne de la tranche i li = longueur de la tranche i n = nombre de tranches de barre dans la section considérée. Pour déterminer l'âge fictif, on divise la distance sépa- rant le tronçon fictif du niveau supérieur du métal dans la lingotière, grandeur qui est connue par le calculateur 20, par la vitesse d'extraction fictive calculée comme in- diqué ci-dessus On peut alors calculer pour le tronçon fictif les valeurs C, T, K, q et Q, la longueur du tron- çon et, par conséquent,sa surface latérale étant connues par le calculateur. Ce mode de calcul des valeurs de consigne des débits d'alimentation en eau est utilisé successivement pour les différentes sections A, B N de la zone de refroidisse- ment secondaire au fur et à mesure de la progression de 7 - la barre coulée dans la machine Dès que l'extrémité de la barre a quitté une section, c'est le programme de cal- cul général, décrit dans le brevet principal, qui est uti- lisé. 8- R E V E N D I C A T I O N S 1 Procédé de contrôle du refroidissement du produit coulé dans une installation de coulée continue suivant lequel on divise fictivement le produit coulé en tranches élé- mentaires ( 1, 2, 3), on calcule périodiquement les débits d'eau à projeter sur les différentes tranches en fonction de leur âge, on intègre les débits d'eau calculés pour toutes les tranches se trouvant dans cha- que section (A, B, N) de la zone de refroidissement secondaire de l'installation pour déterminer les valeurs de consigne des débits d'eau pour les différentes sec- tions et on maintient au moyen de régulateurs ( 18) les débits d'alimentation en eau des différentes sections égaux aux valeurs de consigne respective, caractérisé en ce que, au démarrage de la coulée, entre l'instant o l'extrémité du produit coulé pénètre dans une sec- tion (B) de la zone de refroidissement et l'instant o elle en sort, on calcule périodiquement la valeur de consigne du débit d'eau de cette section en intégrant les débits d'eau calculés pour les tranches élémentai- res ( 1, 2, 3, 4) du produit coulé se trouvant dans cette section et pour un tronçon fictif occupant la partie de ladite section comprise entre son extrémité aval et l'ex- trémité du produit coulé, ce tronçon fictif étant affec- té d'un âge fictif déterminé en fonction de la position du dit tronçon dans la machine de coulée et d'une vites- se d'extraction fictive prise égale à la moyenne des vi- tesses d'extraction moyennes des dites tranches du pro- duit coulé se trouvant dans cette section. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la vitesse fictive du tronçon fictif est prise égale à la moyenne des vitesses moyennes des tranches du produit coulé pondérée en tenant compte de la longueur des dites tranches.