Brevet FR2621839A1 — publié le 19890421

PROCEDE DE CONTROLE ET DE REGLAGE DE LA LUBRIFICATION DE LA FACE DE TRAVAIL DES CYLINDRES ROTATIFS D'UNE MACHINE DE COULEE CONTINUE DE BANDES La présente invention est relative à un procédé de contr8le et de réglage de la lubrification de la face de travail des cylindres d'une machine de coulée continue de bandes. L'homme de l'art de la fonderie, notamment des métaux non ferreux, sait qu'on peut mettre du métal à l'état fondu directement sous la forme d'une bande de quelques millimètres d'épaisseur et de plusieurs mètres de large au moyen d'une machine de coulée entre cylindres. Un tel type de machine a été décrit par exemple dans le brevet français 1 198 006. I1 comporte généralement deux cylindres horizontaux dont les parois latérales ou faces de travail refroidies de l'intérieur tournent en sens inverse l'une en face de l'autre à une distance correspondant à l'épaisseur de la bande à couler. Le métal fondu est introduit entre les faces de travail, lubrifiées en continu, o par refroidissement à leur contact, il se solidifie puis est laminé. Dans ces machines, la rotation peut être assurée soit en faisant tourner l'un des cylindres à l'aide d'un moteur, l'autre cylindre étant entraîné par le passage de la bande ou par un engrenage mécanique soit au moyen de deux moteurs entraînant séparément chacun des cylindres. Tous les utilisateurs de ces machines ont, comme la plupart des exploitants, le souci de pouvoir fabriquer des produits de bonne qualité au meilleur prix. Cela nécessite dans le cas présent, entre autres conditions, de faire tourner les machines à la plus grande vitesse possible c'est-à-diw compatible avec certaines limites de fonctionnement au-delà desquelles le produit fabriqué présenterait des défauts irrémédiables tels que des coulures par exemple consécutives à un refroidissement insuffisant de la bande. Dans le cadre de cette plus grande vitesse possible, l'un des obstacles majeurs rencontré par les utilisateurs pour réaliser cette productivité maximum c'est le "collage", c'est-à-dire l'adhérence soudaine de la bande 262 1839 sur une partie plus ou moins grande de la face du travail d'au moins un des cylindres. En effet, ce phénomène oblige soit à une réduction de la vitesse de la machine, soit même à un arrêt et en tout cas entraîne la mise au rebut d'une partie de la bande coulée. D'o les efforts entrepris par les utilisateurs pour essayer d'empêcher l'apparition de ce phénomène. Certes les causes du collage sont connues: il s'agit le plus souvent d'un manque de lubrification des faces de travail. Aussi, la première idée qui vient à l'esprit pour remédier à ce collage, c'est d'utiliser un débit relativement grand de lubrifiant. Mais outre la dépense superflue occasionnée, ce débit pourra s'avérer excessif pour certaines vitesses de rotation des cylindres et nuire aux échanges thermiques face de travail/métal, ce qui entraînera un refroidissement insuffisant de la bande nécessitant ainsi une réduction de la vitesse de la machine. Pour éviter cet excès, on peut envisager d'établir expérimentalement une relation donnant le débit optimum de lubrifiant à utiliser en fonction de la vitesse. Mais cette relation ne peut tenir compte ni de certaines fluctuations dans le fonctionnement de la machine dues par exemple à la nature du métal coulé ou à la qualité du lubrifiant, ni du fait qu'à vitesse élevée, le débit de lubrifiant devient relativement critique et qu'on passe facilement d'un excès à un manque. C'est pourquoi au cours de recherches antérieures, la demanderesse avait été amenée à conclure que le contrôle direct du débit ne permettait pas de parer aux problèmes de collage et qu'en conséquence il fallait disposer d'un autre moyen ayant pour fonction de déceler les signes avant coureurs d'un collage afin de pouvoir réagir sur le débit de lubrifiant suffisamment tôt pour éviter l'accomplissement de ce défaut. Poursuivant ses études, la demanderesse avait alors découvert qu'avant la formation d'un collage de la bande, il se produisait d'abord un microcollage limité à une surface très petite de part et d'autre d'une génératrice d'un des cylindres et nullement nuisible à la qualité dela bande, puis un décollement immédiat suivi d'un nouveau microcollage et ainsi de suite jusqu'au collage généralisé se produisant après une 262 1839 rotation du cylindre d'au moins un tour. Elle avait donc cherché à saisir de tels microcollages et était parvenue à mettre en évidence le fait qu'en marche normale, la valeur du couple mesuré sur l'un des cylindres fluctuait normalement suivant une période longue de l'ordre de quelques dizaines de secondes alors que si des microcollages apparaissaient cette période descendait en-dessous de la seconde. C'est cette invention qui a fait l'objet du brevet US 4501315. Si l'application du procédé revendiqué dans ce brevet a conduit à une amélioration importante de la productivité, il a cependant été constaté que, d'une part, son adaptation sur les machines existantes entraînait des frais relativement importants, d'autre part, sa mise en oeuvre sur des machines à deux cylindres moteurs provoquait des phénomènes d'interférence des couples susceptibles de fausser les mesures de période. De plus, ce procédé ne permettait pas de déceler les consommations excessives de lubrifiant. C'est pourquoi la demanderesse a cherché et trouvé un procédé de contrôle et de réglage de la lubrification de la surface de travail des cylindres d'une machine de coulée continue de bandes tel qu'il permette de déceler à la fois tout excès de lubrifiant, tout manque entraînant un microcollage et toute variation de la nature même du lubrifiant et en même temps de parer à ces anomalies en modifiant les conditions de lubrification par ajustement soit du débit et/ou de la vitesse de rotation des cylindres. Ce procédé, objet de l'invention, est caractérisé en ce que l'on envoie sur la face de travail de chacun des cylindres ou sur chacune des faces de la bande ou encore sur la face d'un cylindre et la face de la bande opposée audit cylindre au moins un faisceau de lumière cohérente, on mesure les valeurs de l'intensité moyenne et de la fréquence des variations du faisceau réfléchi par lesdites faces, on compare lesdites valeurs à des valeurs comprises dans des intervalles de référence et on ajuste la vitesse de rotation des cylindres et/ou le débit de lubrifiant en fonction de la situation desdites valeurs mesurées par rapport auxdits intervalles. La demanderesse a en effet constaté que de façon curieuse, l'intensité d'un faisceau de lumière cohérente réfléchi par la face d'un cylindre ou de la bande coulée variait de façon analogue à celle du couple, c'est- 262 1839 à-dire que cette mesure oscillait avec une fréquence variable en fonction de la présence ou non de microcollages et qu'elle pouvait donc servir de moyen de prévention des collages. De plus, elle a aussi remarqué que l'intensité moyenne du faisceau réfléchi diminuait à mesure que la quantité de lubrifiant augmentait sur les faces examinées d'o l'idée d'utiliser cette mesure pour détecter les excès de lubrifiant. Par ailleurs, elle a observé que l'intensité varie également en fonction de la nature du lubrifiant de sorte que la mesure effectuée permet aussi de détecter toute anomalie du lubrifiant utilisé. Qu'il s'agisse de l'intensité moyenne ou de la fréquence, il suffit donc de déterminer les plages ou intervalles- de référence dans lesquelles la machine fonctionne correctement et dès l'instant o les mesures faites s'écartent de ces intervalles d'ajuster les conditions de lubrification c'est-à-dire par exemple l'augmenter quand la mesure de fréquence traduit un microcollage ou au contraire la diminuer quand la mesure de l'intensité indique un excès. Le fait que les microcollages ou les excès de lubrifiant peuvent se produire sur l'un ou l'autre des cylindres, c'est-à-dire aussi sur l'une ou l'autre face de la bande, nécessite que l'on envoie au total au moins deux faisceaux qui se réfléchissent sur des faces non en regard l'une avec l'autre. De manière générale, la projection d'un seul faisceau par face suffit car on a constaté que les collages notamment s'amorçaient le plus souvent tout le long d'une même génératrice d'un cylindre. Cependant le procédé sera d'autant plus sûr qu'on multiplie le nombre de sources de lumière. La projection est faite de préférence vers le milieu des génératrices ou de la largeur de la bande en un lieu situé le plus près possible de l'endroit o la bande sort de la machine de manière à pouvoir détecter la présence des anomalies le plus tôt possible. De préférence, la projection s'effectue dans une direction perpendiculaire à la. face concernée afin d'obtenir une bonne sensibilité de la mesure de réflectance. Une telle disposition oblige cependant d'avoir un dispositif de déviation du faisceau réfléchi tel qu'une lame semi 262 1839 transparente par exemple pour capter ce dernier en dehors de la direction d'émission. Un tel dispositif est généralement complété par un absorbeur qui récupère la fraction de lumière non transmise par la lame vers la face examinée. Le faisceau de lumière cohérente est émis par une source telle que de préférence, associée ou non à une lentille convergente, elle forme sur la face examinée une tache de largeur comprise entre 40 et 60 mm et d'une épaisseur comprise entre 1 et 5 mm. Le faisceau réfléchi est capté par une cellule photoélectrique qui délivre un courant proportionnel à l'intensité lumineuse, courant qui est mesuré en amplitude et en fréquence après filtration au moyen d'un dispositif électronique ou tout autre moyen convenable. Ce courant est alors analysé par un microprocesseur qui commande le réglage des vannes d'admission de lubrifiant et le ou les moteurs d'entraînement des cylindres pour leur imprimer une vitesse plus ou moins grande. Il a été noté que le fonctionnement de la machine est soumis à des variations fugaces qui se répercutent sur l'intensité. Aussi, pour éviter des réactions intempestives du microprocesseur, ce dernier est temporisé et donne les ordres d'ajustement du débit ou de la vitesse quand la situation des valeurs mesurées par rapport aux intervalles indique une anomalie pendant cinq secondes consécutives. Au sujet desdits intervalles, ils ont de préférence été choisis de la manière suivante. En ce qui concerne l'intensité, la demanderesse a remarqué qu'en prenant pour base 100 l'intensité réfléchie par un cylindre dépourvu de lubrifiant, on obtenait une valeur comprise entre 40 et 80 pour un cylindre lubrifié correctement et plus précisément entre 50 et 70. L'intervalle de référence est donc constitué par les valeurs comprises entre ces bornes de sorte que si l'intensité mesurée est supérieure à 80, c'est qu'il y a insuffisance de lubrification et qu'il faut donc soit augmenter le débit, soit réduire la vitesse en maintenant le débit constant ou encore faire simultanément les deux opérations. Au contraire, si l'intensité mesurée chute en-dessous de 40, c'est qu'il y a excès de lubrifiantet qu'il faut agir à l'inverse de ce qui précède. 262 1839 Il est à noter que la valeur d'intensité considérée est la valeur moyenne mesurée durant la période de cinq secondes consécutives qui vient de s'écouler. Ayant ainsi modifié les conditions de marche de la machine, soit les anomalies de lubrification persistent auquel cas on procède à un nouveau changement de la vitesse et/ou à un nouveau changement du débit de lubrifiant, soit au contraire ils disparaissent et on peut alors au bout d'un temps donné de stabilité de l'ordre de une à quelques minutes, augmenter la vitesse de manière à essayer d'atteindre le maximum possible. On dispose ainsi d'un moyen de contrôle de la lubrification qui permet de saisir toute variation brusque due à unchangement de débit ou encore à une variation du lubrifiant lui-même et de réagir en conséquence. Toutefois, étant donné la criticalité du débit à une vitesse élevée, ce moyen s'avère insuffisant pour détecter les microcollages et on recourt alors à la mesure des fréquences de variations de l'intensité réfléchie. Dans ce domaine, la demanderesse a remarqué qu'en marche normale, l'intensité variait sur une fréquence soit très petite et inférieure à 0, 5 hertz, soit plus grande et supérieure à 5 hertz. Par contre, dès qu'un microcollage se produit, cette fréquence se situe entre ces deux valeurs; c'est ce qui constitue l'intervalle de référence qui pour permettre plus de souplesse dans le fonctionnement de la machine peut être réduite aux valeurs 0,8-1,3 hertz. Ainsi, dès que la fréquence mesurée se maintient dans cet intervalle pendant cinq secondes, le microprocesseur agit de manière à augmenter la lubrification comme on l'a vu plus haut, c'est-à-dire par augmentation du débit et/ou par réduction de la vitesse. Comme pour l'intensité, les ajustements sont répétés toutes les 5 secondes tant que la marche est anormale. Dès que la marche s'est rétablie, on attend pendant une à plusieurs minutes pour être sûr de sa stabilité et on reprend alors la marche vers la plus grande vitesse possible. La diminution ou l'augmentation de la vitesse de la machine peut se faire progressivement ou par paliers de durée déterminée. Ainsi, la vitesse peut être diminuée pendant des périodes de temps inférieures à cinq minutes, d'une quantité inférieure à 15 % de la valeur qu'elle avait à l'instant immédiatement antérieur. De même, elle peut être augmentée pendant des périodes de temps inférieures à cinq minutes d'une quantité inférieure à 10 % de sa valeur à un instant immédiatement antérieur. En ce qui concerne le lubrifiant, son débit peut être augmenté ou réduit de 5 à 15 % de la valeur qu'il avait à un instant antérieur. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la figure unique représentant un type de machine entre cylindres et sur laquelle on peut voir une busette d'alimentation 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. Les deux cylindres ont leur surface lubrifiée au moyen de rampes de distribution 8 et 8' alimentée en lubrifiant par les vannes 9 et 9'. Après refroidissement et laminage, le métal sort de la machine sous forme d'une bande 10 qui est enroulée en 11. Les cylindres sont animés d'un mouvement de rotation en sens inverse au moyen d'un moteur 12. Selon l'invention, on envoie sur le cylindre 2 un faisceau de lumière cohérente ou laser 13 émis par une source 14. Ce faisceau est réfléchi en partie par une lame semi transparente suivant 18 vers un piège à lumière 19 tandis que l'autre partie est transmise vers le cylindre et est réfléchie par celui-ci. Le faisceau réfléchi est renvoyé par 15 suivant 16 vers la cellule photoélectrique 17. Le courant électrique 20 issu de la cellule est transmis au microprocesseur 21 qui commande en 22 la vitesse du moteur 12 en modifiant la tension d'alimentation ainsi que l'admission du lubrifiant sur les rampes 8 et 8' par commande des vannes 9 et 9'. Pour des raisons de simplification du dessin, on n'a pas représenté le deuxième faisceau qui pourrait être dirigé par exemple vers la face du cylindre 2'. De même, le faisceau 13 devrait de préférence frapper le cylindre 2 du côté opposé à celui qui est représenté. L'invention peut être illustrée à l'aide de l'exemple d'application suivant: un alliage d'aluminium désigné sous la référence 1235 suivant les normes de l'Aluminium Association c'est-à-dire ayant pour composition 262 1839 en poids pour-cent: Si+Fe=0,65; Cu=0,05; Mn=0,05; Mg=0,05; Zn=0,10; V=0, 05; Ti=0,06; solde Ai, a été coulé sous forme d'une bande de 8mm d'épaisseur dans une machine du type PECHINEY JUMBO 3C. Deux sources de rayonnement laser d'une puissance unitaire de 2mW émettant un faisceau de 50 mm de largeur et d'épaisseur 3 mm ont été placés du côté sortie de la machine de manière que chacun des faisceaux émis se propage dans un plan horizontal passant par l'axe de chacun des cylindres et suivant une direction perpendiculaire audit axe et l'interceptant en son milieu. Deux lames semi transparentes interceptaient chacune le faisceau réfléchi par chacun des cylindres et le renvoyaient vers une cellule photoélectrique. Les intensités des courants émis par chacune des cellules étaient mesurées et filtrées électriquement en fréquence et les signaux envoyés vers un microprocesseur de conception telle qu'il puisse, en fonction des valeurs d'intensité et de fréquence reçues, commander à la fois l'augmentation ou la réduction de la vitesse de la machine et ou du débit de lubrifiant suivant un taux et une programmation dans le temps préétablis. Initialement, la machine fonctionnait à une vitesse de 1,3m/min et le débit de lubrifiant était de 10 1/h. L'intensité mesurée était égale à 50 % de l'intensité réfléchie par les cylindres avant lubrification et la fréquence de 0,3 hertz. Au bout de 3 minutes, la vitesse a été augmentée de 0,05 m/minute, opération qui a été répétée 3 fois. Lors de la 3e augmentation de vitesse, on a constaté au bout de 1 minute que la fréquence du faisceau réfléchi par le cylindre supérieur passait en 2 minutes de 0,3 hertz à 1 hertz. Le microprocesseur a alors réduit la vitesse de la machine de 0,05 m/minute et porté le débit de lubrifiant à 111/h. Au bout de quelques secondes, la fréquence est redevenue égale à 0,3 hertz. Plusieurs variations de ce genre ont été observées auxquelles le microprocesseur a répondu par un ajustement des valeurs des vitesses et du début de lubrifiant, ce qui a permis d'éviter les collages et les excès de lubrifiant tout en optimisant la vitesse de la machine. REVENDICATIONS 1. Procédé de contrôle et de réglage de la lubrification de la face de travail des cylindres rotatifs d'une machine de coulée continue de bandes, caractérisé en ce que, dans Le but de faire fonctionner la machine à la plus grande vitesse possible tout en évitant des excès de lubrifiant ou des collages, on envoie sur la face de chacun des cylindres ou sur chacune des faces de la bande ou sur la face d'un cylindre et la face de la bande opposée audit cylindre, au moins un faisceau de lumière cohérente, on mesure les valeurs de l'intensité moyenne et de la fréquence des variations du faisceau réfléchi par lesdites faces, on compare lesdites valeurs mesurées à des valeurs comprises dans des intervalles de référence et on ajuste la vitesse de rotation des cylindres et/ou le débit de lubrifiant en fonction de la situation desdites valeurs par rapport auxdits intervalles. 2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que le faisceau a une direction perpendiculaire auxdites faces. 3. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que le faisceau forme sur la face une tache de largeur comprise entre 40 et 60 mm et de hauteur comprise entre 1 et 5 mm. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on envoie le faisceau en un point situé le plus près possible du plan de sortie de la machine. 5. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'on procède à un ajustement quand la situation des valeurs mesurées par rapport à l'intervalle de référence indique une anomalie pendant cinq secondes consécutives. 6. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'intervalle de référence de l'intensité comprend des valeurs correspondant entre et 80 % de l'intensité réfléchie par une face non lubrifiée. 7. Procédé selon la revendication 6 caractérisé en ce que les valeurs sont comprises entre 50 et 70 %. 262 1839 8. Procédé selon la revendication 6 caractérisé en ce que le débit est diminué et ou la vitesse de rotation augmentée quand la valeur moyenne de l'intensité est inférieure à l'intervalle de référence et inversement quand ladite valeur est supérieure. 9. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'intervalle de référence de la fréquence est compris entre 0,5 et 5 hertz. lO.Procédé selon la revendication 9 caractérisé en ce que l'intervalle est compris entre 0,8 et 1,3 hertz. ll.Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que la vitesse est diminuée et/ou le débit augmenté quand la valeur moyenne de fréquence se situe à l'intérieur de l'intervalle de référence et inversement quand elle est à l'extérieur.