Brevet FR2563342A1 — publié le 19851025

- l - PROCEDE DE DETECTION ET D'ENREGISTREMENT DES DEFAUTS SUR SEMI-PRODUITS SIDERURGIQUES CHAUDS La présente invention est relative à un procédé de détection et d'enregis- trement des défauts sur semi-produits sidérurgiques chauds. Les semiproduits sidérurgiques tels que brames, blooms, billettes en acier, par exemple, qu'ils soient obtenus à partir d'une coulée en lingots ou d'une coulée continue sont généralement transformés en produits plats par laminage à chaud. Dans un souci permanent d'économiser l'énergie et de diminuer ses coûts de production, le sidérurgiste cherche à bénéficier au maximum de la cha- leur du semi-produit sortant de la coulée, pour effectuer cette opération de laminage. Cependant, les semi-produits peuvent présenter au voisinage de leurs sur- faces des défauts visibles ou no% du type fissure, crique, repli ou autre qui risquent de subsister sur les produits laminés ou même de s'amplifier et d'entraîner ainsi leur rebut, sans parler d'un éventuel endommagement de la surface des cylindres du laminoir. C'est pourquoi, il s'avère récessaire avant de procéder audil laminage, d'examiner les semi-produits pour savoir s'ils peuvent être laminés di- rectement ou s'ils doivent être préalablement traités pour supprimer ou réparer les défauts qu'ils présentent, ou encore, si leur qualité est à ce point mauvaise qu'il y a lieu de les recycler. Jusqu'à présent, cet examen de détection des défauts, en raison du pro- cédé utilisé et du matériel mis en oeuvre, nécessitait un refroidissement préalable du semi-produit; ce qui allait à l'encontre du souci du sidé- rurgiste d'économiser l'énergie. C'est pourquoi, des études ont été entreprises par les sidérurgistes,tant en Europe qu'aux Etats-Unis et au Japoq pour trouver une méthode capable de permettre à la fois la détection des défauts à chaud et leur réparation, -2- et telle qu'elle puisse éventuellement s'insérer dans la chaîne des opé- rations de coulée et de laminage de manière à réaliser un procédé entiè- rement continu. Comme les semi-produits sont chauds, l'homme ne peut plus les examiner directement.Toutes les études entreprises à ce jour ont donc été basées sur le principe de l'établissement à distance d'une image des défauts qui servira ensuite de guide à une réparation automatique de ces derniers. Pour appliquer ce principe, toute une série de procédés plus ou moins so- phistiqués ont été conçus qui diffèrent; tant par les moyens d'obtention de l'image que par les moyens d'enregistrement de cette image et les mo- yens d'utilisation de cet enregistrement pour effectuer la réparation des semi-produits. Mais ces procédés, outre le fait qu'ils nécessitent une mise au point lon- gue et difficile, présentent généralement des inconvénients, notamment au niveau de la détection des défauts. En effet, l'image obtenue n'est pas le reflet de ce que pourrait voir un observateur mais, le plus souvent, une collecte de points établie à partir des caractéristiques physiques qui sont sensées représenter la "santé" des semi-produits. De ce fait, il est pratiquement impossible pour l'observateur de faire la distinction entre les points correspondant réellement à l'état des semi-produitset les points aberrants résultant de perturbation dans la transmission de signaux issus de ces caractéristiques; la faculté d'interprétation et de juge- ment de l'homme se trouve ainsi pratiquement annihilée. L'enregistrement de telles images et leur utilisation par le réparateur peuvent alors con- duire à des semi-produits impropres au laminage. Chacun de ces procédés présente également des déficiences spécifiques. Ainsi, par exemple, suivant le type de détection utilisé, on observe que: - la caméra et la télévision infrarouge donnent des images perturbées par la présence de poudres de lubrification des lingotières, de taches d'oxy- dation, d'irrégularités de surface dues à l'oscillation des lingotières, ce qui rend l'analyse difficile. De plus, ces systèmes ne donnent aucune indication sur la profondeur des défauts, - 3 - - la télévision et les courants de Foucault permettent de visualiser des défauts en profondeur mais sur de petites longueurs seulement (1 à 5 mm), - les systèmes électromagnétiques et ultrasonores sont sensibles aux trans- formations métallurgiques au voisinage du point de Curie (600 à 700 C) qui perturbent la transmission des ondes et conduisent à des effets pa- rasites. D'autre part, ils nécessitent une désoxydation préalable de la surface des semi-produits pour permettre un couplage hydraulique transducteur-acier convenable, - les systèmes par préchauffage à induction et détection infrarouge, don- nent des résultats qui sont conditionnés par l'angle des défauts par rapport à l'axe de mesure car les défauts transversaux ou présentant des angles inférieurs à 15 degrés par rapport-à -l'axe transversal sont mal détectés. Face aux problèmes posés pat chacune de ces techniques, la demanderesse a cherché et mis au point un procédé mettant en oeuvre des moyens de détection relativement simples qui conduisent à une image reflétant réel- lement et très fidèlement la macrostructure de surface des semi-produits et, à partir de laquelle, l'opérateur peut continuer à jouer son r8le d'ob- servateur et d'interprète des défauts comme il le faisait jusqu'à présent pour l'examen des semi-produits froids. A ces moyens de détection, la demanderesse a combiné des moyens d'enre- gistrement de l'image qui permettent au réparateur d'intervenir efficace- ment et uniquement là o la surface des semi-produits est effectivement défectueuse. Ce procédé de détection et d'enregistrement des défauts sur semi-produits sidérurgiques chauds est caractérisé en ce que l'on applique sur la sur- face à examiner la flamme d'un chalumeau à chasse d'oxygène sous un angle déterminé, que l'on déplace le point d'application à une vitesse détermi- née, que l'image du point d'application est saisie par une caméra video et transmise vers un écran éloigné, qu'un observateur établit au regard de cet écran une carte de la surface examinée en y enregistrant les défauts détectés en dimensions et en nature. 4 2563342 Ainsi, le procédé selon l'invention consiste, d'abord, à appliquer sur la surface à examiner la flamme d'un chalumeau à chasse d'oxygène et à dé- placer son point d'application sur cette surface. Dans ces conditions, sous l'action initiale de la flamme, la surface du semi-produit est chauf- fée et portée à une température telle que, par la suite, l'apport d'oxygène seul, du fait de l'exothermicité de sa réaction avec le fer, suffit pour former sur la surface au point d'application un bain de métal en fusion. Sous l'effet de l'énergie cinétique de l'oxygène, le métal fondu est chas- sé progressivement de sorte que le métal est enlevé localement. Cet enlè- vement étant fonction de la durée d'exposition de la surface à la flamme, la profondeur du bai; pour un chalumeau donné dépendra de sa vitesse de déplacement. Généralement, on se place dans les conditions qui permettent d'avoir une profondeur de bain, c'est-à-dire une épaisseur de métal enle- vé de 1 à 2mm. Quand, au cours de ce déplacement à la surface du semi-produit, la flame vient s'appliquer sur un défaut qui débouche à la- surface, l'apport de cha- leur, dû à l'oxydation du fer devient excessif en cet endroit du fait de la discontinuité dans la masse métallique et provoque alors-une surchauf- fe locale du métal. Cette surchauffe se traduit par l'apparition d'une tache blanche qui se détache sur le fond du bain de couleur jaune. On peut ainsi, par observation des taches blanches, avoir une indication très précise sur la présence de défauts à la surface des semi-ppoduits. De plus, comme la surchauffe et par suite la tache subsiste tant qu'il y a discontinuité, on peut, en suivant la forme de la tache, être renseigné sur les dimensions du défaut et son orientation par rapport à la direc- tion de la flamme. En outre, comme l'on travaille à vitesse constante de déplacement du chalumeau, et donc à profondeur constante de bain, si le défaut est plus profond que l'épaisseur de métal enlevé, la tache va per- sister et on a ainsi une indication de la profondeur des défauts. Quand il s'agit de défauts qui ne débouchent pas à la surface du semi- produit,tels que des inclusions ou des soufflures par exemple, ce type de défauts est révélé après enlèvement du métal au moment o la disconti- nuité atteint la surface et se traduit également par l'apparition de -5- 6'3342 taches blanches. On dispose ainsi avec le chalumeau à chasse d'oxygène d'un moyen permet- tant non seulement une détection des défauts, mais encore la détermina- tion de leur nature et de leurs dimensions en surface et en profondeur. La plupart des chalumeaux connus, qu!ils soient ronds ou multiformes, peu- vent-être utilisés pour la détection. Des adaptations simples sont seulement nécessaires dans certains cas. Pour obtenir de bons résultats d'examen, on s'arrange généralement pour avoir sur le semi-produit des zones d'application du chalumeau ayant une surface de 300 à 500 mm environ, l'axe.du chalumeau étant incliné par rapport à la surface à examiner suivant un angle compris entre 5 et 15 degrés. - -- Quant à la vitesse de déplacement du chalumeau, elle est de préférence com- prise entre 15 et 30 m/minute.. On peut également jouer sur le débit d'oxygène pour obtenir la profondeur de bain souhaité. En raison de l'application du procédé à un semi-produit chaud dont le rayonnement thermique est important, il n'est pas possible à un homme de manipuler le chalumeau sur le lieu d'examen. C'est pourquoi, on le dispo- se généralement sur un portique placé au-dessus du semi-produit et on le commande à distance. Le déplacement du point d'application du chalumeau, par rapport à la surface à examiner peut être obtenu en déplaçant le por- tique ou au contraire en maintenant le portique fixe tandis que le semi- produit défile sous le chalumeau. Cette dernière façon de procéder peut être appliquée à des seni-produits prédécoupés placés sur un chemin de roulement, mais elle est particulièrement adaptée au traitement de semi- produits issus d'une coulée continue. Comme les semi-produits peuvent avoir des largeurs de plusieurs mètres, et que la largeur de l'impact du chalumeau est au plus de 5 à 6 crma on peut - 6 - 2563342 penser qu'il soit nécessaire de multiplier le nombre de chalumeaux ou d'assurer un balayage systématique de la surface à examiner avec un seul chalumeau pour obtenir une détection correcte. Il n'en est rien car des études statistiques ont montré que, d'une part, l'état inclusionnaire dé- pendait des conditions de coulée, d'autre part, les criques et défauts qui débouchent à la surface sont dus soit à la composition du semi-produit coulé, soit aux conditions de décalaminage, soit au redressement du semi- produit en cours de coulée, soit encore à des moyens d'accrochage mécani- ques; autant de facteurs qui agissent de façon symétrique. En conséquence, il suffit généralement, pour un semi-produit de largeur relativement faib- le, de mettre en oeuvre un seul chalumeau et pour des semi-produits plus larges de disposer au maximum de trois chalumeaux dont deux sont placés près des rives et le troisième à mi-distance des rives. Au cours du déplacement du semi-produit, le ou les points d'application du ou des chalumeaux, décrivent donc des droites parallèles à la direc- tion longitudinale du semi-produit et ce dernier se trouve donc examiné uniquement le long des bandes longitudinales. Cet examen limité permet par extrapolation de reconstituer avec fidélité l'état de santé de la surface entière du semi-produit. Toutefois, lorsque la qualité du semi- produit l'exige, il est nécessaire de multiplier le nombre de bandes examinées. Ceci est facilement réalisé du fait que l'on peut déplacer le chalumeau à une vitesse 10 à 20 fois supérieure à celle de l'avance du semi-produit. Pour les mêmes raisons de symétrie, l'examen du semi-produit se limite généralement à une seule face du demi-produit et qui est la face supéri- eure ou intrados dans le cas d'une coulée continue. Cependant, outre le déplacement du ou des chalumeaux dû au mouvement du portique ou du semi-produit, le chalumeau peut être incliné différemment par rapport à la surface examinée suivant un angle dont il faut tenir compte dans l'interprétation du défaut. Le chalumeau est également animé d'un mouvement de balayage dans une direction transversale à la direction de son déplacement de manière à pouvoir déterminer la largeur des zones défectueuses. - 7 - 2563342 Ce balayage, qui peut être obtenu par tout moyen connu de commande à dis- tance,se fait non pas suivant une direction perpendiculaire à la direc- tion de déplacement du portique ou du semi-produit, mais dans une direc- tion oblique afin d'éviter la projection de métal en fusion sur les mon- tants du portique. Ce balayage oblique peut se faire de manière continue par déplacement al- ternatif du chalumeau d'un bout à l'autre de la largeur ou par séquences; chaque séquence étant séparée par des périodes o le chalumeau décrit une parallèle à l'axe du semi-produit; de cette manière, on obtient une succes- sion de bandes longitudinales et obliques qui permettent un meilleur exa- men des semi-produits. Les moyens de l'invention consistent également en une saisie de l'image de la surface donnée par le ou les chalumeaux et sa transmission à dis- tance. On a vu, en effet, que l'observation directe sur le lieu de détection des semi-produits était impossible en raison du rayonnement thermique des semi-produits. Il est donc nécessaire de transmettre l'image des défauts en un point éloigné de ce lieu. Pour cela, on utilise une caméra vidéo an CCD (à réseau matriciel de pho- todiodes) qui, généralement, est fixée sur le portique et dont l'objectif est centré sur le point d'application du chalumeau. Cette camera transmet les images qu'elle saisit vers un écran de manière que l'opérateur puisse suivre l'apparition des taches blanches aussi aisément que s'il avait le semi-produit directement sous les yeux. Ce genre de saisie et de retransmission à distance est largement connu. Mais ce qui en fait l'intérêt dans la présente invention, c'est la possibilité pour l'opérateur de continuer à jouer son rôle d'analyste de la nature, de la dimension, de la profondeur des défauts et de pouvoir ensuite fixer les consignes de réparation en parfaite connaissance de cause. En effet, il ne s'agit pas ici d'images parasites ou plus ou moins fictives ou infidèles des semi-produits telles qu'elles peuvent être mi'ses par les - 8 -2563342 moyens de l'art antérieur, mais d'inages réelles au sujet desquelles tou- te déformation due au système de détection lui-même est exclue. Comme ces images sont fugaces,puisqu'elles évoluent en fonction de la position du chalumeau, il est nécessaire de les mémoriser. Pour cela, l'observateur établit au regard de l'écran une carte représentant la por- tion de surface examinée et sur laquelle il enregistre les défauts qu'il a détectés en précisant à la fois leur position, leurs dimensions ainsi que leur nature et leur profondeur qui peuvent être matérialisées à l'aide de signes conventionnels ou de couleurs différentes. L'enregistrement peut être fait manuellement ou mieux par des moyens in- formatiques connus convenables. - Cette carte est alors donnée au réparateur qui l'introduit dans la mémoire d'un dispositif d'écriquage mécanisé automatique et la réparation du semi- produit s'effectue aussi efficacement que dans le cas antérieur o l'écri- queur était guidé visuellement par un marquage-des endroits o il avait à intervenir. L'invention enseigne donc des moyens simples de détection et d'enregistre- ment des défauts sur seni-produits sidérurgiques chauds qui permettent soit d'orienter ces derniers directement vers le laminage, soit vers la réparation soit vers le recyclage et en mime temps de prévenir l'aciéris- te d'anomalies de coulée avant même que la séquence de coulée soit termi- née. L'invention peut être illustrée à l'aide de l'exemple d'application sui- vant: Une brame en acier de dimensions 12 x 2,1 x 0,22 m. ayant une température de 900 C a été placée à plat-sous un-partique-se déplaçant.à une vitesse de 20 m/minute. Sur ce portique était fixé un chalumeau-de maniàre que le point d'application ait la forme d'une ellipse de grand axe 90 mm et de petit axe 50 mm et de profondeur 3 mm. Ce chalumeau a été déplacé parallè- lement'-:la-longueur de la brame, -à la fois au centre et sur les rives. --9 2563342 Les taches qui sont apparues lors de l'application des chalumeaux sur toute la longueur du semi-produit ont été saisies par une caméra vidéo du type Ultricom. Les images transmises vers un écran éloigné de 50 mètres du lieu de détection ont permis à un observateur d'enregistrer les défauts tels que représentés sur la figure I et d'établir la carte de réparation représentée sur la figure 2. Sur la figure I on voit l'image de la brame (1) sur laquelle on distingue les bandes longitudinales d'application du chalumeau:les bandes de rive (2) et (3) et la bande centrale (4). Sur chacune de ces bandes ont été observées des zones (4) sans défaut, des zones (5) avec inclusions et défauts de reprise de coulée, des zones (6) ayant des criques d'angle. Sur la figure 2 sont enregistrées la surface inclusionnaire (7) à réparer avec la rive correspondante et les surfaces (8) et (9) proches des rives o il faut éliminer les criques. Cette carte a été utilisée par un écriqueur et lui a permis d'effectuer des réparations telles que le produit plat obtenu par laminage ne pré- sentait aucun défaut. - 10 - REVENDICATIONS 1. Procédé de détection et d'enregistrement des défauts sur semi-produits sidérurgiques chauds, caractérisé en ce que l'on applique sur la surface à examiner la flamme d'un chalumeau à chasse d'oxygène sous un angle déterminé, que l'on déplace le point d'application à une vitesse déterminée, que l'image du point d'application est saisie par caméra vidéo et transmise vers un écran éloigné, qu'un observateur établit au regard de cet écran une carte de la surface examinée en y enregistrant les défauts détectés en dimensions et en nature. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'angle entre l'axe du chalumeau et le plan de la surface à examiner est compris entre et 15 degrés. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la vitesse de déplacement du point d'application du chalumeau est comprise entre 15 et m/minute. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le point d'ap- plication du chalumeau décrit une droite parallèle à l'axe longitudinal du semi-produit. 5.. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le point d'ap- lication du chalumeau décrit une oblique par rapport à l'axe longitudinal du semi-produit. 6. Procédé selon les revendications 4 et 5, caractérisé en ce que le point d'application du chalumeau décrit par séquences successives une droite parallèle et une oblique par rapport à l'axe longitudinal du semi- produit.