Brevet FR2664510A1 — publié le 19920117

L'invention a pour objet un procédé de laminage d'un produit plat dans un laminoir réversible L'invention s'applique en particulier au laminage à chaud de l'aluminium mais est utilisable également pour les autres métaux non ferreux et même, dans certaines conditions, pour des métaux ferreux tels que l'acier. On sait que le laminage à chaud peut s'effectuer avantageusement de façon réversible dans un laminoir compre- nant une cage unique associée à des moyens de commande du passage du produit à laminer alternativement dans un sens puis dans l'autre D'une façon générale, le laminoir com- prend, dans un montage quarto, deux cylindres de travail associés à deux cylindres d'appui, des cylindres intermédiai- res pouvant être interposés également entre les cylindres d'appui et les cylindres de travail dans un montage en sexto. L'ensemble est placé entre les deux montants d'une cage rigide, chaque cylindre étant porté par deux empoises montées coulissantes dans des fenêtres ménagées sur les deux montants de la cage. Les moyens de commande du passage du produit entre les cylindres de travail, alternativement dans un sens puis dans l'autre, peuvent être constitués, par exemple, de deux tables à rouleaux placées de part et d'autre de la cage Dans le cas de l'acier, la tôle doit être réchauffée dans un four placé à côté de la cage. De tels laminoirs réversibles peuvent être utilisés, par exemple, comme dégrossisseurs dans un train à bande ou bien dans des tôleries d'aluminium ou d'acier. Le laminage s'effectue à partir d'une pièce brute tel qu'un bloom ou une brame ayant une épaisseur importante. Celle-ci peut, par exemple, être de 600 mm dans le cas de l'aluminium et de 250 mm dans le cas de l'acier. Le laminage s'effectue donc par passes successives dans un sens puis dans l'autre en effectuant, à chaque passe, une réduction d'épaisseur qui peut être, par exemple, de 40 à 50 mm A cet effet, les empoises des cylindres sont montées coulissantes dans les fenêtres de la cage et l'on applique entre les deux cylindres d'appui un effort de serrage, par exemple au moyen de deux vérins montés sur la cage et prenant appui, respectivement, sur les deux empoises d'un cylindre d'appui, l'autre étant bloqué. D'une façon générale, dans un processus de laminage, le produit possède, à l'entrée de la cage, une épaisseur supérieure à l'écartement des cylindres de travail qui tendent donc à l'écraser en produisant une certaine réduction d'épaisseur Le métal est ainsi appliqué sur un secteur circulaire de chaque cylindre compris entre deux plans horizontaux correspondant à la face extérieure du produit respectivement à l'entrée et à la sortie du laminoir Le pincement du produit entre les deux cylindres détermine son avancement, l'un au moins des cylindres étant entraîné en rotation. On peut définir, à l'entrée du laminoir, un angle d'attaque A correspondant au dièdre limité par la face extérieure du produit et le plan tangent au cylindre au niveau o ce dernier vient en contact avec le produit La valeur de l'angle d'attaque est donc fonction du diamètre du cylindre et de la réduction d'épaisseur produite, c'est-à- dire de la différence entre l'épaisseur du produit avant son entrée dans le laminoir et la largeur de l'entrefer existant entre les deux cylindres de travail. En cours de laminage, grâce aux frottements qui s'exercent entre les cylindres de travail et le produit sur la surface des deux secteurs cylindriques, l'entraînement s'effectue sans difficulté dans la mesure o la réduction d'épaisseur est compatible avec le couple et l'effort que l'on pet't exercer sur les cylindres En revanche, au moment de l'enga- gement du produit, les frottements s'exercent uniquement sur les deux bords latéraux qui viennent en contact respective- ment avec les deux cylindres et l'on conçoit que l'engagement ne peut pas se produire si l'angle d'attaque A est trop important. Compte tenu du fait que le diamètre des cylindres de travail doit rester assez réduit et, qu'en outre, il a tendance à diminuer du fait de l'usure des cylindres, on est donc obligé de limiter la réduction d'épaisseur produite à chaque passe pour éviter un "refus d'engagement" Générale- ment, la réduction d'épaisseur ainsi limitée pour des raisons géométriques est inférieure à celle que l'on aurait pu théoriquement réaliser compte tenu de la puissance de laminage disponible et il en résulte une augmentation du nombre de passes nécessaires et, par conséquent, une diminu- tion de la productivité du laminoir. L'invention a pour objet un nouveau procédé de laminage permettant de remédier à cet inconvénient. Conformément à l'invention, le produit ayant une épaisseur brute e O sensiblement uniforme, on donne au cylindre de travail, pour la première passe de démarrage Pl, un écartement e 1 valeur e 2 telle que la réduction totale d'épaisseur (eo e 2) - reste compatible avec la puissance et la force maximales du laminoir, puis, pour la deuxième passe P 2 on donne auxcylindres de travail un écartement e 3 tel que la différence (e 2 e 3) détermine un angle d' attaque A assez réduit pour éviter un refus d'enga- gement et l'on diminue, au cours de cette deuxième passe P 2 -ô l'écartement des cylindres jusqu'à une valeur e 4 telle que la réduction totale d'épais- seur el e 4 reste compatible avec la puissance et la force-maxi- malesdu laminoir et ainsi de suite, l'écartement des cylindres de travail étant réglé, au début de chaque passe Pn, à une valeur e 2 n-1 tell que la diminution d'écartement (e 2,-2 e 2, l) détermine un angle d'attaque An, suffisamment réduit pour éviter un refus d'engagement, puis diminué, au cours de cette passe Pn, jusqu'à une valeur e 2 N telle que la réduction totale d'épaisseur e 2 N - e 2 (nî 1) reste compatible avec la puissance et la force maxi- males du laminoir. On poursuit ainsi la réduction d'épaisseur en deux étapes pour chaque passe, tant que l'épaisseur à la fin d'une passe risque de déterminer un refus d'engagement pour une diminution de l'écartement des cylindres de travail à la passe suivante compatible avec la puissance de laminage et l'on termine ensuite le laminage de façon normale. Le réglage à chaque passe de l'écartement des cylindres peut s'effectuer de façon manuelle Cependant, ce réglage pourra avantageusement être effectué au moyen d'un système de régulation automatique de l'effort de serrage associé à un modèle mathématique programmé de façon à calculer, à chaque passe, la réduction d'épaisseur à effec- tuer en deux étapes, en fonction -du couple disponible, compte tenu des caractéristiques mécaniques et dimensionnel- les du laminoir et du produit et de la nature du métal laminé. L'invention sera mieux comprise par la description suivante d'un mode de réalisation particulier donné à titre d'exemple, en se référant aux dessins annexés. La Figure 1 montre schématiquement,en élévation, un laminoir quarto; La Figure 2 montre le processus de laminage au cours de la première passe, en deux schémas successifs 2 a, 2 b; La Figure 3 montre le processus de laminage au cours de la deuxième passe, en deux schémas sucessifs 3 a, 3 b. Sur la Figure 1, on a représenté schématiquement un laminoir classique de type quarto comprenant une cage 1 constituée de deux montants écartés 11 munis de fenêtres 13 et entre lesquels sont placés quatre cylindres, respective- ment deux cylindres de travail 2 et 2 ' et deux cylindres d'appui 3 et 3 ' Chaque cylindre est porté à ses extrémités par des paliers montés dans des empoises, respectivement 21, 21 ', 31, 31 ' qui coulissent le long de faces de guidage verticales 12 ménagées le long des fenêtres 13 De façon bien connue, les empoises 21, 21 ' des cylindres de travail 2, 2 ' sont guidées le long des faces latérales de deux blocs hydrauliques 14, 14 ' fixés sur les faces 12, 12 ' de chaque fenêtre 13 et dans lesquelles sont logés des vérins permet- tant d'exercer sur les empoises 21, 21 ' des efforts de cintrage des cylindres de travail 2, 2 '. La cage est munie d'autre part de moyens de serrage des cylindres, par exemple des vérins hydrauliques 4, qui prennent appui d'un côté sur chaque empoise 31 du cylindre d'appui 3 et de l'autre sur la cage, les empoises 31 ' de l'autre cylindre d'appui 3 ' s'appuyant sur des butées fixes. Les vérins 4 exercent ainsi dans le plan vertical P passant par les axes des cylindres, un effort de serrage qui déter- mine un rapprochement des deux cylindres de travail 2, 2 '. La technique du laminage, qui est utilisée depuis les débuts de la sidérurgie, a été continuellement perfec- tionnée mais particulièrement au cours de ces dernières années Bien entendu, cette technique est adaptée aux différentes conditions de travail, notamment la nature du métal et les dimensions du produit à laminer, en particulier l'épaisseur que l'on souhaite obtenir Mais la disposition que l'on vient de décrire se retrouve dans la plupart des laminoirs qui peuvent différer par le nombre et les dimen- sions des cylindres ainsi que par les divers dispositifs annexes. En particulier, pour régler avec précision l'épais- seur du produit laminé et sa planéité en évitant des défauts qui résultent de la déformation des cylindres et de la répartition des contraintes, on a mis au point diverses dispositions, telles que le cintrage des cylindres, déjà mentionné, ou le réglage du profil des cylindres d'appui. Comme on l'a indiqué, l'invention s'applique spécialement à un laminoir à chaud du type réversible, ce qui signifie que le produit 5 défile entre les cylindres de travail 2, 2 ' alternativement dans un sens puis dans l'autre, c'est-à-dire, en se référant à la Figure 1, de gauche à droite puis de droite à gauche et ainsi de suite, la réduction d'épaisseur s'effectuant progressivement par passes successives A cet effet, la cage 1 peut être placée entre deux tables à rouleaux de type classique et qui n'ont donc pas été représentées sur le dessin. La Figure 2 illustre schématiquement le processus de laminage au cours de la première passe Pl dite de démarrage. Sur le schéma 2 a, à gauche de la Figure 2, on a représenté l'extrémité 50 du produit 5 qui arrive au contact des cylindres de travail 2, 2 ' Le produit 5 a une épaisseur brute eo et l'entrefer, limité par les génératrices 20, 20 ' des cylindres 2, 2 ' se trouvant dans le plan de serrage, a une largeur e 1 On a représenté également l'angle d'attaque A 1 qui correspond au dièdre compris entre chaque face latérale 51 du produit 5 et le plan tangent T au point de contact de l'arête 52 avec le cylindre 2 On voit que la valeur de l'angle d'attaque A, est fonction du rapport entre le diamètre (d) du cylindre et la flêche (a) qui est égale à la moitié de la réduction d'épaisseur (eo el). Selon l'invention, au lieu de chercher à obtenir la plus grande réduction d'épaisseur possible avec le risque de déterminer un refus d'engagement en raison d'un angle d'atta- que A 1 trop important, on donne à l'écartement (el) des cylin- dres 2, 2 ' une valeur qui, compte tenu de l'épaisseur brute (eo) et des diamètres (d) des cylindres, garantit un bon engagement du produit 5 L'extrémité 50 du produit 5 est donc réduite à l'épaisseur (el) par le passage entre les cylindres 2, 2 '. * on agit alors surfiles vérins 4 pour réduire encore l'écartement des cylindres jusqu'à une valeur (e 2) qui est réglée de façon que la réduc- tion totale d'épaisseur (eo ez) présente la valeur maximale possible compte tenu du couple que l'on peut appliquer sur les cylindres et qui dépend de la puissance et de la force disponibles La première passe de laminage Pl est ainsi poursuivie jusqu'au passage de l'extrémité aval 54 du produit 5 qui comprend donc une première partie 50 d'épaisseur (el) et une seconde partie 53 d'épaisseur (e 2). La première passe de démarrage Pl qui, comme indiqué par une flèche sur la Figure 2, s'est effectuée de gauche à droite, est alors achevée, le produit 5 se trouvant à droite des cylindres 2 et 2 '. On procède alors à la deuxième passe de laminage P 2 selon le processus indiqué sur la Figure 3, c'est-à-dire de droite à gauche. La partie du produit 5 qui vient maintenant au contact des cylindres 2, 2 ' est alors son extrémité 54 de largeur (e 2) Comme précédemment, on règle l'écartement (e 3) des cylindres 2, 2 ' de façon que l'angle d'attaque A 2 soit suffisamment réduit pour éviter un refus d'engagement Le produit commence alors à passer entre les cylindres 2 et 2 ', la partie laminée 55 ayant une épaisseur (e 3) Comme on l'a représenté schématiquement sur la Figure 3 b, au cours de - cette deuxième passe de laminage, on augmente l'effort de Y' serrage des cylindres pour déterminer leur rapprochement - jusqu'à un écartement (e 4) qui est réglé de façon que la réduction d'épaisseur totale (el e 4) reste compatible avec la puissance eu la force de laminage maximales Le produit laminé à la fin de cette deuxième passe P 2 comprend donc une partie 55 d'épaisseur (e 3) et une partie 56 d'épaisseur (e 4). On continue ainsi la réduction d'épaisseur en deux étapes à chaque passe P,, une première étape d'engagement pour laquelle l'écartement (ea 1) est tel que l'angle d'atta- que Ai, soit suffisamment réduit pour éviter un refus d'enga- gement et une deuxième étape au cours de laquelle on diminue l'écar- tement descylindresd'une façon compatible avec la puissance et la force maximales du laminoir pour réduire encore l'épaisseur du produit jusqu'à une valeur (e 2 n). A chaque p 7 asse, la réduction totale d'épaisseur (e 2 (,I) e 2 n) est supérieure à celle que l'on devait respecter auparavant pour éviter un refus d'engagement On continue donc ainsi ce processus jusqu'à ce que le rapport entre le diamètre d des cylindres qui reste sensiblement fixe et l'épaisseur e du produit qui diminue à chaque passe soit tel que, en réalisant immédiatemment la réduction d'épaisseur maximale compatible avec la puissance de laminage, on ne risque pas un refus d'engagement Le processus de laminage peut alors se poursuivre jusqu'à l'obtention de l'épaisseur voulue, le nombre total de passes étant sensiblement diminué. Le réglage de l'effort de serrage qui permet d'obtenir, à chaque passe, la réduction d'épaisseur optimale, peut être effectué manuellement par un opérateur expérimenté connaissant bien son matériel mais les moyens actuels permettent d'effectuer ce réglage automatiquement dans des conditions permettant d'utiliser un nombre minimal de passes et, par conséquent, d'obtenir la productivité maximale possible. En effet, on a développé depuis un certain temps des systèmes de régulation automatique et des modèles de-préré- glage de l'effort de serrage en fonction des dimensions du produit et de la nature du métal qui permettent d'effectuer à chaque passe la réduction d'épaisseur maximale compatible avec les possibilités du laminoir. La Figure 1 montre, à titre d'exemple, un système de ce type qui utilise un système de régulation 6 permettant de régler -le débit hydraulique d'alimentation du vérin à son entrée 41 en fonction des indications données par un disposi- tif de mesure 61 qui est associé à l'empoise 31 du cylindre d'appui 3 et permet de mesurer la position de l'axe du cylindre et par conséquent l'écartement des cylindres de travail en tenant compte des déformations de la cage Le système de régulation 6 reçoit un signal émis par le disposi- tif de mesure 61 et représentatif de la position de l'empoise 31 et l'ensemble constitue ainsi une boucle numérique de régulation de position du serrage en fonction -d'un écartement des cylindres affiché sur l'entrée 62 du système de régula- tion 6. Pour la mise en oeuvre de l'invention, on établit un modèle mathématique 63 qui calcule la réduction maximale possible d'épaisseur en fonction de l'effort de serrage et du couple d'entraînement compatibles avec les possibi L-ités du laminoirt en tenant compte de toutes les caractéristiques mécaniques et dimensionnelles du laminoir et du produit et, en particulier, de la nature du métal laminé Le modèle 63 est donc programmé de façon à afficher sur l'entrée 62 du régulateur 6 tout d'abord la première consigne de position de serrage permettant de garantir un bon engagement de labande compte tenu du diamètre des cylindres et ensuite, au cours de la passe, la consigne d'épaisseur optimale calculée par le modèle 63. Bien entendu, l'invention ne se limite pas aux détails du mode de réalisation qui vient d'être -décrit à titre de simple exemple et qui pourrait donner lieu à des variantes En particulier, on a décrit le système dans le cadre d'un laminoir quarto mais il est appplicable de la même façon à un duo ou à un sexto ou à tout autre type de lami- noir. De même, d'autres systèmes de régulation pourraient être imaginés pour déterminer le nombre minimal de passes de laminage compatible avec la puissance du laminoir. 1 'v REVENDICATIONS 1 Procédé de laminage d'un produit plat ( 5) dans un la- minoir réversible comprenant au moins deux cylindres de travail ( 2, 2 ') à axes parallèles superposés suivant un plan de serrage P à l'intérieur d'une cage ( 1), des moyens de commande du passage du produit entre les cylindres ( 2, 2 '), dans un sens puis dans l'autre, et ainsi de suite alternativement, par passes successi- ves et des moyens ( 4) de réglage de la position de serrage des cylindres pour le laminage du produit ( 5), caractérisé par le fait que, le produit ( 5) ayant une épaisseur brute (%) sensi- blement uniforme, on donne aux cylindres ( 2, 2 '), pour la pre- mière passe de démarrage Pl, un écartement (e 1) inférieur à (e 0) déterminant un angle d'attaque (A,) suffisamment réduit pour éviter un refus d'engagement et l'on diminue, au cours de cette première passe P,, l'écartement des cylindres ( 2, 2 ') jusqu'à une valeur (eût telle que la réduction totale d'épais- seur (e O es) reste compatible avec la puissance et la force maximales du laminoir, puis, pour la deuxième passe e,, on don- ne aux cylindres de travail ( 2, 2 ') un écartement (e 3) tel que la différence (ea e) détermine un angle d'attaque (A) as- sez réduit pour éviter un refus d'engagement et l'on diminue, au cours de cette deuxième passe P, l'écartement des cylin- dres jusqu'à une valeur e 4 telle que la réduction totale d'épaisseur (e 4 e) reste compatible avec la puissance et la force maximales du laminoir, et ainsi de suite, l'écartement des cylindres de travail ( 2, 2 ') au début de chaque passe Ph étant réglé à une valeur (e, -t) telle que la diminution d'écartement (en 2 e,,_X) détermine un angle d'attaque (An) suffisamment réduit pour éviter un refus d'engagement, puis diminué, au cours de cette passe P de façon à diminuer enco- 4 À 2664510 re l'épaisseur du produit laminé ( 5) jusqu'à une valeur (ez) telle que la réduction totale d'épaisseur (eç,l ) e ) reste compatible avec les caractéristiques du laminoir. 2 Procédé de laminage selon la revendication 1, carac- térisé par le fait que l'on poursuit la réduction d'épaisseur en deux étapes pour chaque passe jusqu'à ce que l'épaisseur (ezn) atteinte à la fin de la passe P ne risque plus de dé- terminer un refus d'engagement pour une diminution de l'écarte- ment des cylindres de travail à la passe suivante Pn+ compati- ble avec la puissance et la force maximalesdu laminoir et que l'on termine ensuite le laminage de façon normale. 3 Procédé de laminage selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que l'on règle à chaque passe l'écartement des cylindres ( 2, 2 ') au moyen d'un système ( 6, 61) de régulation automatique de l'effort de serrage associé à un modèle mathématique ( 63) programmé de façon à calculer, à cha- que passe, la réduction d'épaisseur à effectuer en deux étapes, en fonction de l'effort et de la puissance de laminage possibles et compte tenu des caractéristiques mécaniques et dimensionnel- les du laminoir et du produit et de la nature du métal laminé.