Brevet FR2554026A2 — publié le 19850503

FR 2554026 A2 19850503 FR 8317385 A 19831102 Le brevet principal a pour objet un procédé de com- mande du refroidissement du produit coule dans une installation de coulée continue consistant a diviser le produit coulé en tranches élémentaires fictives et à calculer pé- riodiquement les valeurs de cnnsigne des débits d'eau des différentes sections de la zone de refroidissement secondaire en fonction de l'age des tranches se trouvant dans les dites sections à partir d'une première courbe C = f(t) donnant les variations en fonction du temps de la quantité de chaleur extraite d'une masse unitaire du produit coulé, au cours de son trajet depuis la surface libre du métal dans la lingotière jusqu'à la zone de solidification com- plète ou au-delà, et d'une seconde courbe T = g(t) dolnnant les variations en fonction du temps, au cours dudit taret, de la température du produit coulé. Pour respecter les contraintes métallurgiques, on utilise plusieurs jeux de courbes e = (t) et T = g(t) qui correspondent à différentes vitesses d'extraction du produit coulé. Pour cela, on définit plusieurs classes de vitesses d'extraction et on associe à chaque classe un jeu de courbes ; pour une vitesse d'extraction donnee, on calcule les valeurs de consigne des débits doleau à partir du jeu de courbes correspondant à la classe dans laquelle entre cette vitesse. Lorsque la vitesse d'extraction varie, il est prévu de modifier progressivement les valeurs de consigne des débits d'eau des différentes sections de la zone de refroidissement secondaire en calculant périodiquement la vitesse d'extraction moyenne de chaque tranche (quotient de la distance parcourue par l'âge) puis le débit d'eau pour la tranche considérée à l'aide du jeu de courbes C = f(t) et T = g(t) correspondant à cette vitesse d'extraction moyenne, et en intégrant les débits d'eau de toutes les tranches se trouvant dans chaque section de la zone de refroidissement secondaire. L procédé du brevet principal ne permet pas, comptetenu des contraintes technologiques et des phénomènes ther- miques, de maintenir dans tous es cas le profil thermique du produit coulé dans les limites imposées. En particulier, lorsque la vitesse d'extraction est très faible, le refroidissement du produit coulé doit être très lent et, comptetenu de la chaleur rayonnée par ie produit coulé qui n'est pas controlable, il n'est pas possible, même en réduisant à zéro les valeurs de consigne des débits d'eau, de maintenir les températures du produit coulé au-dessus des valeurs minimales imposées. Inversement, si la vitesse d'extraction est très élevée, les débits d'eau maximaux disponibles peuvent être insuffisants pour assurer le refroidissement correct du produit coulé. Le but de la présente invention est de perfectionner le procédé du brevet principal pour maintenir la température superficielle du produit coulé, en particulier dans la zone de redressement, dans des limites étroites en cas de variations importantes et/ou brusques de la vitesse d'extraction en anticipant le réglage des débits d'eau nécessité par une variation prévue de la vitesse d'extractinn. Conformément à la présente invention, à partir d'un instant t1 précédant d'une période de temps At2 prédéterminée l'instant t2 où une variation de la vitesse d'extraction du produit coulé est prévue, on calcule périodiquement le débit d'eau à projeter sur chaque tranche à l'aide du jeu de courbes C = f(t) et T = g(t) correspondant à une vitesse fictive supérieure ou inférieure, suivant le sens de la variation de vitesse prévue, à la vitesse d'extraction réelle et on intègre les débits d'eau de toutes les tranches se trouvant dans chaque section de la zone de refroidissement secondaire pour déterminer les valeurs de consigne des débits d'eau pour les différentes sections. On pourra utiliser le même jeu de courbes pour toutes les tranches se trouvant dans la zone de refroidissement secondaire à l'intant t du calcul. La vitesse fictive pourra être prise égale à la vitesse prévue à un instant t + At postérieur à l'instant t2 ou à une vitesse intermédiaire entre la vitesse réelle à l'instant t et la vitesse prévue à l'instant t + At. En variante, on pourra utiliser pour chaque tranche le jeu de courbes correspondant à une vitesse moyenne fictive calculée en utilisant, pour chaque tranche coulée à un instant t' postérieur à l'instant ti, une longueur fictive correspondant à une vitesse d'extraction fictive qui pourra être égale à la vitesse prévue àun indMnt t' + t postérieur à l'instant t2, ou à une vitesse intermédiaire entre la vitesse réelle à l'instant t' et la vitesse prévue a l'instant t' + bt. A partir de l'instant t3 où la vitesse d'extraction cesse de varier et reprend une valeur constante, les valeurs de consigne des débits d'eau seront calculées par le procédé du brevet principal au moyen du jeu de courbes C = f(t) et T = g(t) correspondant à la vitesse moyenne réelle. En variante, on peut continuer à calculer ces valeurs de consigne en considérant pour chaque tranche une vitesse moyenne fictive calculée en utilisant pour toutes les tranches coulées entre les instants t1 et t les lon 3 gueurs fictives calcules comme indiqué ci-dessus. La description qui suit se réfère aux dessins l'accompagnant et sur lesquels La figure i montre une famille de courbes T = g(t) correspondant à différentes classes de vitesses La figure 2 montre une famille de courbes C = f(t) correspondant aux mêmes classes de vitesses ; et Les figures 3 à 6 sont des graphiques illustrant le procédé de l'invention dans plusieurs cas de variations de vitesse. Le procédé de l'invention est utilisé, à la place du procédé du brevet principal toutes les fois qu'une variation importante de la vitesse d'extraction du produit coulé est prévue : démarrage, fin de coulée, ralentissement, accélération, changement de poche, changement de répartiteur, changement de format du produit, etc. A l'instant t l'opérateur chargé du contrôle de la machine de coulée continue doit fournir au calculateur du système de contrôle toutes les informations concernant la variation de vitesse prévue à l'instant t2. Ces données sont - l'instant t2 ou l'intervalle de temps Eto séparant t0 de t - l'instant t1 où doit être mis en route le processus de contrôle du refroidissement de l'invention ou les inter valles de temps At1 ou At2 séparant t1 de t0 et de t2, respectivement, - la loi de variation de la vitesse à partir de l'instant t2, - l'instant t3 où la vitesse d'extraction reprend une valeur constante ou l'intervalle de temps At3 séparant t2 de t Les lois de variation de vitesse correspondant à des opérations courantes peuvent être stockées dans la mémoire du calculateur. A l'instant t1, le calculateur déclenche automatiquement le processus de contrôle avec anticipation conforme à l'invention. A partir de ce moment là; le calculateur considère, d'une part, la vitesse réelle d'extraction V1 à l'instant t considéré et, d'autre part, une vitesse fictive V2 qui est la vitesse prévue à l'instant t + au, t étant une période de temps prédéterminée,propre à chaque cas de variation de vitesse et qui peut être constante ou variable de manière continue ou par paliers pendant la durés de la variation de vitesse. Cette vitesse fictive sera supérieure à la vitesse réelle si la vitesse doit augmenter et inférieure si elle doit diminuer. La vitesse réelle V1 est utilisée, comme dans le procédé du brevet principal, pour calculer la longueur réelle des tranches élémentaires du produit coulé pendant l'in- tervalle de temps entre deux calculs successifs et la position réelle des tranches élémentaires par rapport aux différentes sections de la zone de refroidissement secondaire. La vitesse fictive V2 est utilisée pour calculer la longueur fictive de chaque tranche coulée depuis l'instant t1, la position fictive de chaque tranche dns la machine de coulée continue déterminée en utilisant, pour les tranches coulées depuis l'instant t1, les longueurs fictives de ces tranches, et une vitesse moyenne fictive de chaque tranche qui est le quotient de la distance entre le niveau du métal dans la lingotière et la position fictive de la tranche et de l'age réel de cette tranche. On calcule ensuite pour chaque tranche élémentaire le débit d'eau spécifique à partir du jeu de courbes C = f(t) et T g(t) correspondant à cette vitesse moyenne fictive, puis le débit d'eau à projeter sur chaque tranche et enfin les valeurs de consigne des débits d'eau de chaque section de la zone de refroidissement secondaire en intégrant les débits d'eau calculés pour toutes les tranches se trouvant dans la section considérée. On pourra par exemple prévoir cinq jeux de courbes (figures 1 et 2) correspondant à cinq classes de vitesses VA : vitesses très faibles V : vitesses faibles VC : vitesses moyennes VD : vitesses élevées VE : vitesses très élevées. Les courbes C = f(t) et T = g(t) sont corrigées en tenant compte de la quantité de chaleur extraite en lingo tière, comme décrit dans le brevet principal et son 2ème certificat d'addition NO 81.18587. La figure 3 montre un exemple simple de régime transi- toire avec passage brusque de la vitesse d'extraction de a valeur V1 à la valeur V2. Sur cette courbe théorique, l'instant t2 du début de la variation de vitesse et l'instant t3 de la fin de la variation de vitesse sont confondus Le processus d'anticipation conforme à l'invention débute a l'instant t et s'achève à l'instant t2 où se produit le a de t2, le calculateur utilise changement de vitesse.De t pour le calcul des valeurs de consigne des débits d'eau à l'instant t une vitesse moyenne fictive calculée comme indique plus haut en utilisant, pour déterminer la lontueur fictive de chaque tranche, une vitesse fictive égale à V2 c'est-à-dire la vitesse à l'instant t' + At2 a * 7 t' 2-3 étant l'instant où la tranche considérée a été coulée A partir de l'instant t les valeurs de consigne des débits d'eau sont calculées en considérant la vitesse moyenne réelle, selon le procédé du brevet principal. En variante, on pourrait, à partir de l'instant t2 et pendant un certain temps fonction de la position de la tranche considérée dans la zone de refroidissement, continuer à utiliser une vitesse moyenne fictive calculée en tenant compte des longueurs réelles des tranches cou-lées avant t1, des longueurs fictives des tranches coulées entre t1 et t2 et des longueurs réelles des tranches coulées après t2. La figure 4 montre un exemple de régime transitoire avec deux variations successives de la-vitesse d'extraction. Il y a en fait deux phases d'anticipation : l'une débute à l'instant t1 = t2 - At2 en prévision de la diminution de vitesse, l'autre débute à l'instant t3 - At'2 en prévision de l'augmentation de vitesse. btl2 peut être égal à At2 ou différent. La figure 5 montre un exemple plus complexe de régime transitoire (changement de répartiteur). Les décalages de temps relatifs aux anticipations successives, tut2. #t'2, et et au"'2 peuvent être égaux ou différents. Lorsque la loi de variation de la vitesse d'extraction est simple, comme dans les exemples des figures 3 et i, les changements de vitesse peuvent être commandés par un opérateur suivant un modèle préétabli. Par contre, lorsque la loi de variation de la vitesse est plus complexe, comme dans l'exemple de la figure 5, il est préférable d'utiliser le calculateur du système de con trôle du refroidissement pour commander les changements de vitesse. Pour cela, on prévoiera un fichier accessible au calculateur et contenant les lois de variation de la vitesse d'extraction pour tous les régimes transitoires prévus. Les décalages de temps At2, t'2, At"2--- seront prédéterminés et introduits dans le calculateur par l'opérateur à l'instant to ou de préférence fixés par le calculateur. Ils peuvent être fixés et définis une fois pour toutes quelles que soient les variations de vitesses, ou être variables et définis pour chaque loi type de variations de vitesses ou être calculés pour chaque loi de variations de vitesses en fonction des différents paramètres, par exemple en fonction de l'amplitude ou de la durée de ces variations. Pour optimiser les valeurs des décalages de temps, on peut utiliser au préalable les renseignements fournis par un modèle mathématique de simulation du comportement thermique de produit coulé étalonné par des résultats expérimentaux. Comme le montre la figure 6, on peut n'appliquer l'invention qu'à certaines phases du régime transitoire. Dans cet exemple où la loi de variation de vitesse est la même que sur la figure 5, le procédé de l'invention n'est utilisé que pour la phase de réduction de vitesse, ce qui revient à dire, en comparant les figures 5 et 6 que dans ce dernier cas #t"2 et #t"'2 sont nuls. D'une manière générale, les décalages de temps At2, t' etc... sont compris entre O et 30mn. Au lieu de choisir pour vitesse fictive à un instant t, la vitesse prévue à un instant t + At ( At = but2, Lt'2,etc) on pourra choisir une vitesse intermédiaire entre cette dernière et la vitesse réelle à l'instant t. Au lieu d'utiliser, pour le choix des courbes C = f(t) et T = g(t), une vitesse moyenne fictive déterminée pour chaque tranche comme décrit ci-dessus, on pourra utiliser pour le calcul des débits d'eau de toutes les tranches le même jeu de courbes correspondant à une vitesse fictive égale à la vitesse prévue à un instant t + bt, t étant l'instant où le calcul est effectué, ou à une vitesse intermédiaire entre cette dernière et la vitesse réelle à l'instant t. R E V E N D I C A T I O N S 1. Procédé de commande du refroidissement du produit coulé dans une installation de coulée continue suivant la revendication 6 du brevet principal, caractérisé en ce que, à partir d'un instant t précédant d'une période de temps prédéterminée bt2 l'instant t2 où une variation de la vitesse d'extraction du produit coulé est prévue, on calcule périodiquement le débit d'eau à projeter sur chaque tranche à l'aide du jeu de courbes ( C = f(t) et T = g(t) ) correspondant à une vitesse d'extraction fictive supérieure ou inférieure, suivant que la vitesse doit augmenter ou diminuer, à la vitesse d'extraction réelle, et on intègre les débits d'eau de toutes les tranches se trouvant dans chaque section de la zone de refroidissement secondaire pour déterminer les valeurs de consigne des débits d'eau pour les différentes sections. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on utilise pour le calcul des débits d'eau à projeter sur toutes les tranches se trouvant dans la zone de refroidissement secondaire à un instant t le même jeu de courbes C = f(t) et T = t(t) correspondant à une vitesse fictive égale à la vitesse prévue à un instant t + Et, postérieur a l'instant t2, ou une vitesse intermédiaire entre celle-ci et la vitesse réelle à l'instant t. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on utilise pour le calcul du débit d'eau à projeter sur chaque tranche le jeu de courbes C = f(t) et T = g(t) correspondant à une vitesse moyenne fictive calculée en utilisant, pour chaque tranche coulée à un instant t', postérieure à lrins- tant t1, une longueur fictive correspondant à une vitesse d'extraction fictive égale à la vitesse prévue à un instant t' + Et, postérieur à l'instant t2, ou å une vitesse intermédiaire entre celle-ci et la vitesse réelle à l'instant t'. 4. Procédé selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que, à partir de l'instant t3 où la vitesse d'extraction cesse de varier, les valeurs de consigne des débits d'eau sont déterminées par le procédé selon la revendication 9 du brevet principal au moyen du jeu de courbes ( C = f(t) et T = g(t) ) correspondant à la vitesse moyen ne réelle. 5. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que, après l'instant t3 où la vitesse d'extraction cesse de varier, on continue à utiliser les longueurs fictives des tranches coulées entre les instants t1 et t3 pour déterminer les valeurs de consigne des débits d'eau.