Brevet FR2684436A1 — publié le 19930604

i La présente invention concerne un procédé de conduite automatique d'un four de recuit continu du type comprenant plusieurs zones de chauffage à des températu- res distinctes utilisé notamment pour effectuer des traitements thermiques différents en continu de bandes raccordées entre elles et nécessitant des opérations de recuit spécifiques. Actuellement la méthode de recuit continu s'im- pose au détriment des recuits bases L'une des principa- les raisons est la réduction des délais de fabrication, de quelques jours à quelques dizaines de minutes L'ob- jectif actuel est d'améliorer encore la productivité de telles installations Pour y parvenir il est nécessaire de contrôler en permanence la vitesse de défilement des bandes ainsi que la température dans chacune des zones du four. Dans l'état de la technique, les bandes sont soudées les unes aux autres avant de passer dans le four de recuit continu Des bandes de nature différente, largeur différente, épaisseur différente, peuvent ainsi se succéder à l'entrée du four Ces bandes peuvent nécessiter des traitements thermiques différents afin d'obtenir des caractéristiques propres Dans ce cas il est alors nécessaire de faire varier rapidement la température des différentes zones du four pour s'adapter à la nouvelle bande arrivante L'inertie thermique du four étant relativement importante il est impossible de faire varier cette température de façon immédiate pour le traitement thermique de la bande suivante. A titre d'exemple, l'inertie thermique d'un four peut être de trois degrés Celsius par minute; si l'on veut passer d'un régime de 750 à un régime de 8000, il en résulte une variation de 50 , ce qui nécessite un temps de transition de 15 à 20 minutes Si la bande circule, par exemple, à 100 mètres/minute, cela corres- pond à une longueur de 2 km de bande. Afin de résoudre ce problème, des bandes intermé- diaires sont actuellement introduites entre deux bandes nécessitant des traitements thermiques différents C'est lors du passage de ces bandes intermédiaires que la température du four est amenée à varier de façon à être à la bonne température lors de l'arrivée de la bande suivante La bande intermédiaire est alors déclassée et doit être jetée ou réutilisée à des fins similaires. La commande de la température des différentes zones du four est d' autre part gérée par 1 ' opérateur, qui en fonction des caractéristiques des bandes présentes dans le four et arrivant règle à partir d'un tableau de commande les consignes de température pour chacune des zones du four. Cette solution présente l'inconvénient de néces- siter l'utilisation de bandes intermédiaires qui repré- sentent une grande quantité de métal perdu, de ne pas utiliser le four en permanence, en particulier lors du passage des ces bandes intermédiaires, et de ne pas optimiser la quantité d'énergie dépensée pour alimenter les fours, puisqu'un opérateur indique les consignes de chauffe de chacune des zones du four de façon empirique. Le but de l'invention est de proposer un procédé de conduite automatique d'un four de recuit continu ayant une productivité importante tant au niveau des bandes d'acier qui sont traitées qu'au niveau de l'énergie consommée. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de conduite automatique d'un four de recuit continu du type comprenant plusieurs zones successives de chauffage à des températures distinctes, utilisé notamment pour effectuer des traitements thermiques différents en continu de bandes raccordées entre elles et nécessitant des opérations de recuit spécifiques, caractérisé en ce que l'on détermine la position des extrémités des bandes, la vitesse d'avancement de la bande, la température de la bande et la température du four dans chacune des zones du four, et que l'on détermine l'évolution de la température de chacune des zones du four et de la vitesse d'avance- ment au cours du temps à partir des résultats mesurés et des caractéristiques de la bande venant d'entrer dans le four et de sa suivante, de telle sorte que la température dans les différentes zones du four soit toujours supé- rieure ou égale aux valeurs nécessaires au traitement thermique et que la vitesse de la bande soit adaptée au temps de traitement nécessaire dans chaque zone en fonction de la température de ladite zone. Par température du four, on désigne en fait soit la température de l'atmosphère du four soit la tempéra- ture de l'échange thermique sur une surface étalon, par exemple de 1 m 2 Il faut distinguer cette température du four d'une température résultant d'un rayonnement de la bande ou des parois du four. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 représente un schéma d'un disposi- tif dans la mise en oeuvre du procédé; la figure 2 représente un schéma de la position de trois bandes successives de section décroissante à deux instants donnés; la figure 3 représente le schéma de l'évolution des consignes et de températures d'une zone d'un four en fonction du temps; la figure 4 représente un schéma de la position de trois bandes successives de section croissante à deux instants donnés; et la figure 5 représente le schéma de l'évolution des consignes et de températures d'une zone du four en fonction du temps correspondant à la situation de la figure 4. Un procédé de conduite automatique du four de recuit continu conforme à l'invention gère pour chacune des zones du four la modification de deux types de paramètres. Il permet d'une part de gérer les changements de produits, qu'il s'agisse de la géométrie de la bande, ou du cycle de chauffe nécessaire au traitement thermique de ladite bande, d'autre part il permet l'adaptation de la température des différentes zones du four à des modifica- tions de la vitesse de la ligne due à des impératifs techniques ou suite aux ordres de l'opérateur. Dans le cas d'un changement de produit, c'est-à- dire lorsqu'il se succède dans le four deux bandes de nature différente ou nécessitant des traitements thermi- ques différents, le procédé suivant l'invention prévoit de calculer les consignes de chaque zone du four en fonction de l'avancement des bandes et donc du temps et des températures à atteindre suivant un modèle thermique déterminé. Pour permettre une transition de température au niveau d'une zone du four de manière satisfaisante, il est nécessaire de reconnaître la nature des bandes avant même leur entrée dans le four Ainsi le procédé prévoit la prise en compte des paramètres géométriques et les caractéristiques de traitement d'une bande, au moment o la bande précédente entre dans le four. Ainsi afin d'adapter la température du four à la bande qui arrive à l'entrée dudit four il est nécessaire que le temps maximal soit égal au temps de passage du produit sur lequel s'applique cette transition et, d'autre part, les consignes relatives à une transition soient déterminées avec une anticipation équivalente au temps mort et au temps d'établissement entre l'état initial et l'état final. En tenant compte du traitement thermique néces- saire à la bande suivant celle en cours de traitement, et la vitesse d'avancement de la ligne, le procédé suivant l'invention prévoit le calcul des consignes de tempéra- ture du four qui seront appliquées aux différentes zones du four pendant la transition et en particulier la durée et la pente des rampes de température. Deux cas sont possibles lors d'un changement de température pour traiter deux bobines ou bandes successi- ves Soit la température est amenée à être augmentée, du fait par exemple de l'augmentation de l'épaisseur de la bande, soit au contraire elle est amenée à être diminuée. Lorsque la température doit être diminuée, pour la bande suivante, la date de début de variation des consignes de température est fixée au passage de la soudure entre les deux bandes à la sortie de la zone du four correspondant A partir de cette date, la tempéra- ture est abaissée selon une loi préétablie faisant référence à une classe de produits et basée sur des portions de variation linéaire avec durée et pente variables, jusqu'à la température de traitement de la seconde bande En effet, la température de traitement thermique d'un métal peut être supérieure à la tempéra- ture visée sans dommage pour celui-ci, tant que l'on reste dans les limites prévues par les critères métallur- giques, alors qu'une température inférieure ne remplit pas les conditions pour un bon déroulement du traitement. Les informations relatives aux caractéristiques spécifiques de chaque bande sont fournies par un système informatique de gestion et transmises directement aux calculateurs adéquats qui génèrent des consignes à appliquer aux équipements. Par ailleurs, les automates répartis le long de la ligne ainsi que les différents capteurs de mesure rensignent sur l'état d'avancement de la bande, ce qui permet de faire un suivi de chaque produit tout au long de la ligne depuis les plots d'entrée jusqu'aux plots de sortie. Comme on peut le voir sur la figure 2, représen- tant le défilement de deux bandes successives d'épaisseur décroissante, l'une plus épaisse notée 11 et l'autre moins épaisse notée 12 à trois instants donnés, l'un noté I, instant initial, l'instant A correspondant à la sortie de la zone et l'instant B correspondant à la fin de la transition. La figure 3 montre quant à elle l'évolution de la consigne de température d'une zone du four dont la sortie est repérée par la ligne 13 (figure 1) à partir de l'ins- tant I entre les températures Tl et T 2 avec Tl supérieur à T 2 en tenant compte d'une anticipation supplémentaire correspondant au temps mort dû à l'inertie du four On constate que la rampe de pente négative commence au pas- sage du point de liaison entre les bandes 11 et 12 à l'instant I correspondant à une distance Dm avant la fin de la zone du four dont on cherche à contrôler la tempé- rature La baisse progressive de température s'effectue pendant le passage de la bande 12 nécessitant la plus faible température T 2 sur une distance De après la sortie de ladite zone. Sur ces figures, l'intervalle de temps IA corres- pond au temps mort dû à l'inertie du four et l'intervalle de temps AB au temps d'établissement de la nouvelle température du four Les distances Dm et De correspondent respectivement à ces intervalles de temps. Cependant, selon la configuration et la charge moyenne de l'installation, il est possible de considérer que l'instant de déclenchement anticipé par rapport à la sortie de la zone peut être identique à un déclenchement synchronisé sur l'entrée dans ladite zone. La situation inverse est décrite sur les figures 4 et 5 puisqu'il s'agit du passage d'une bande de faible épaisseur notée 11 à une bande d'épaisseur supérieure notée 12 La bande 11 nécessite un traitement thermique à la température Tl et la bande 12 un traitement thermi- que à la température T 2 avec Tl inférieur à T 2 La figure 4 représente la position des deux bandes respectives à trois instants distincts, l'instant initial A, l'instant intermédiaire B et l'instant final F correspondant à la fin de la transition. Comme on peut le voir sur la figure 5, la transi- tion de température s'effectue à l'instant A, c'est-à- dire lorsque la bande 12 se trouve à une distance De + Dm de l'entrée de la zone L'instant intermédiaire B repré- sente la fin du temps mort alors que la soudure se trouve à la distance De de l'entrée de la zone L'instant final F est tel que lors du passage de la soudure entre la bande 11 et la bande 12, en tenant compte d'une anticipa- tion supplémentaire pour prendre en compte le retard dû au temps mort, à l'entrée de la zone du four, le four ait déjà acquis la température T 2 nécessaire au traitement de la bande 12 La variation de la température de la zone s'effectue donc par l'application de consignes de tempé- rature augmentant de façon continue à partir de l'instant A de la température Tl à la température T 2. Dans ce deuxième cas d'évolution de la températu- re, l'intervalle de temps AB correspond au temps mort et l'intervalle de temps BF au temps d'établissement On peut voir que les distances correspondantes de temps mort Dm et de temps d'établissement De se répartissent diffé- remment puisque dans ce cas, il faut qu'à l'instant final F, la nouvelle température de consigne plus élevée soit obtenue. Avantageusement, on limite les variations de température des zones du four lorsque l'on note une succession de trois bandes nécessitant respectivement des températures élevées, faibles, puis élevées lors du passage de la bande nécessitant un traitement à faible température. Le procédé suivant l'invention prévoit ici de déterminer à partir de la vitesse d'avancement de la bande et des caractéristiques du four et de la classe du produit, la date du début de la rampe de température ainsi que la valeur de sa pente. Pendant tout le déroulement du traitement thermi- que, conformément au procédé suivant l'invention, on relève de f açon périodique les valeurs des principaux éléments caractéristiques de la bande et de l'installa- tion de traitement thermique et en particulier la vitesse de la bande, l'état de la ligne, la température de la bande et la température du four dans chacune des zones, pour affiner les consignes des températures et de vitesse appliquées à l'installation. Dans le cas d'un changement de vitesse sur le même produit, le procédé suivant l'invention calcule l'ensemble des consignes intermédiaires et finales de température du produit en cours correspondant à la vitesse actuelle jusqu'à celle correspondant à la nou- velle vitesse dans chacune des zones du four conformément à un modèle thermique prenant en compte les caractéristi- ques de la bande et du cycle ainsi que celles de l'ins- tallation. Dans certains cas d'utilisation, il peut arriver que la vitesse doit être réduite de façon importante avant d'être à nouveau immédiatement augmentée pour reprendre sa valeur initiale Dans de telles circonstan- ces, il est prévu de ne pas laisser descendre la tempé- rature du four et de conserver la température présente afin de ne pas consommer d'énergie de manière excessive pour remonter la température à ce même niveau de tempéra- ture par la suite. Sur la figure 1, on peut voir le schéma d'un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention comprenant un four de recuit continu 1 constitué de six zones distinctes l A à 1 F au travers desquelles passe une bande 2 représentée en cours de traitement, suivie d'une bande 3 soudée à la bande 2 suivant une zone de soudure 4 Cette zone de soudure 4 comprend un trou 5 débouchant de chaque côté de la bande et permettant le répérage de celle-ci, en des points particuliers de la ligne, au cours de son défilement, au moyen de capteurs 6 Sur le reste de la ligne, la posi- tion ainsi que la vitesse de la bande sont déterminées par des capteurs de mesure 22 implantés sur les diffé- rents rouleaux 23 de la ligne et qui, compte tenu de la vitesse de défilement de la bande et du rayon des rou- leaux qui l'entraînent, intègrent l'abscisse de la bande. Ces capteurs sont reliés à l'unité de traitement de l'information 7. Des capteurs de température de la bande 8 sont placés dans chacune des différentes zones du four Les informations recueillies par ces capteurs 8 sont transmi- ses à l'unité de traitement de l'information 7 Des moyens de stockage d'information et de programmes 9 sont également prévus et reliés à l'unité de traitement de l'information 7 Cette unité 7 commande des dispositifs de réglage de la température de chacune des zones du four, ainsi qu'un dispositif de réglage de la vitesse d'avancement de la bande non représentée sur la figure 1. Un dispositif 21 de visualisation des informations recueillies au niveau du four et au niveau des bandes est également prévu pour informer l'opérateur et lui permet- tre de commander l'installation dans certaines circons- tances particulières. Ainsi l'utilisation d'un tel dispositif pour la mise en oeuvre du procédé permet un traitement thermique de bandes de nature différente sans adjonction de bandes intermédiaires et ni consommation superflue d'énergie pour le chauffage du four, pendant les conditions transi- toires, dans la limite o les variations des paramètres de classe de produits sont suffisamment faibles, par exemple en admettant que des variations d'épaisseur ne dépassant pas 20 %. ll REVENDICATIONS 1 Procédé de conduite automatique d'un four de recuit continu du type comprenant plusieurs zones succes- sives de chauffage à des températures distinctes, utilisé notamment pour effectuer des traitements thermiques différents en continu de bandes raccordées entre elles et nécessitant des opérations de recuit spécifiques, carac- térisé en ce que l'on détermine la position des extrémi- tés de bandes, la vitesse d'avancement de la bande, la température dans chacune des zones et que l'on détermine l'évolution de la température de chacune des zones du four et de la vitesse d'avancement au cours du temps à partir'des résultats mesurés et des caractéristiques de la bande venant d'entrer dans le four et de sa suivante, de telle sorte que la température dans les différentes zones du four soit toujours supérieure ou égale aux valeurs nécessaires au traitement thermique et que la vitesse de la bande soit adaptée au temps de traitement nécessaire dans chaque zone en fonction de la température de ladite zone. 2 Procédé de conduite automatique d'un four de recuit continu suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le temps maximal d'une transition de température est celui du traitement du produit sur lequel s'applique cette transition et en ce que les consignes relatives à une transition sont déterminées avec une anticipation équivalente au temps d'établissement des températures additionné d'un temps mort dû à l'inertie de la zone dudit four. 3 Procédé de conduite automatique d'un four de recuit continu suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'on contrôle la température des différentes zones du four en appliquant pendant les phases de transition des consignes de température du four dont on calcule la date de déclenchement, la durée et la pente à partir des paramètres mesurés des caractéristiques des bandes, et des autres paramètres provenant des différentes classes de produit. 4 Procédé de conduite automatique d'un four de recuit continu suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'on recalcule périodiquement les conditions de transition pour prendre en compte toute évolution du point de fonctionnement sur le produit en cours par rapport aux prévisions. 5 Procédé de conduite automatique d'un four de recuit continu suivant les revendications 1 et 3, carac- térisé en ce que l'on applique des rampes de température décroissantes afin d'adapter la température d'une zone du four d'une première valeur à une seconde valeur infé- rieure lorsque le début de la bande nécessitant la seconde valeur de ladite zone du four, arrive à une distance prévue (Dm) avant la sortie de ladite zone du four. 6 Procédé de conduite automatique d'un four de recuit continu suivant les revendications 1 et 3, carac- térisé en ce que l'on applique par anticipation des rampes de température croissantes afin d'adapter la température d'une zone du four d'une première valeur à une seconde valeur supérieure pendant la présence de la bande précédant celle nécessitant la seconde valeur de température de telle sorte que ladite température soit atteinte lors de l'entrée de ladite bande dans ladite zone du four. 7 Procédé de conduite automatique d'un four de recuit continu suivant l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisé en ce qu'on limite les variations de température des zones du four lorsque l'on note une succession de trois bandes nécessitant respecti- vement des températures élevées, faibles, puis élevées lors du passage de la bande nécessitant un traitement à faible température. 8 Procédé de conduite automatique d'un four de recuit continu suivant la revendication 1, dans lequel la vitesse d'avancement de la bande est commandée par un opérateur, caractérisé en ce que les consignes de tempé- rature de chacune des zones sont recalculées à chaque changement de vitesse désiré par l'opérateur qui rensei- gne dans le même temps, le calculateur avec la nouvelle valeur de la vitesse appelée vitesse cible Le calcula- teur détermine une valeur de température et de vitesse intermédiaire jusqu'à atteindre les conditions finales. 9 Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend, d'une part des détec- teurs ( 6) de trous ( 5) placés le long du chemin parcouru par la bande et, d'autre part, des capteurs de mesure ( 22) implantés sur des rouleaux ( 23) qui entraînent la bande, intègrent le déplacement de celle-ci et effectuent ainsi un suivi dans toute la ligne, des moyens ( 8) de mesure et de régulation de la température dans chacune des zones du four, des moyens de connaissance des carac- téristiques de la bande présente dans le four et de sa suivante, des moyens ( 9) de stockage d'information et de programmes, des moyens de traitement ( 7) des informations acquises, et des moyens de visualisation ( 21) des princi- paux paramètres de fonctionnement du four.