Brevet FR2692183A1 — publié le 19931217

PROCEDE ET DISPOSITIF DE CONTROLE DES ROULEAUX DE SOUTIEN D'UNE MACHINE DE COULEE CONTINUE DES MENTAUX L'invention concerne le domaine du contrôle des installations de coulée continue des métaux, notamment de brames d'acier. A sa sortie de la lingotière de coulée continue une brame d'acier en cours de solidification chemine entre des paires de rouleaux de soutien cylindriques se faisant face, en rotation libre ou motorisée autour d'un axe perpendiculaire à la direction de coulée de la brame. Ces rouleaux assurent le guidage de la brame et le soutien de ses grandes faces qui, sans cela, risqueraient de se déchirer dans les premiers mètres de la coulée, alors qu'elles ne présentent pas encore une résistance mécanique élevée. Ces rouleaux ont chacun leur génératrice au contact d'une grande face de la brame, et sont montés sur des paliers qui leur assurent une rotation autour de leur axe avec un frottement que lton désire aussi faible que possible. Cette dernière caractéristique est particulièrement importante, car un rouleau, si sa rotation est gênée ou empêchée par des frottements excessifs dûs à un grippage ou une rupture des paliers, peut être la source de graves défauts métallurgiques sur le produit coulé : criques, arrachement de portions de la peau, griffures, défauts de santé interne dûs à un gonflement du produit. Ces frottements peuvent aussi conduire à la destruction rapide du rouleau lui-même, car il subit ainsi des efforts anormaux qui le déforment, ce qui accentue encore les défauts du produit. La bonne rotation des rouleaux de la machine de coulée continue est donc un paramètre qu'il est important de pouvoir contrôler aussi fréquemment que possible. La principale méthode utilisée jusqu'ici à cet effet consiste à insérer dans la machine, lorsque celle-ci est en arrêt prolongé, un appareil comportant des roulettes entraînées par un moteur et mises successivement au contact de chaque rouleau. En mesurant le couple que doit exercer le moteur pour faire tourner le rouleau par l'intermédiaire des roulettes, on a une idée de la qualité de la rotation du rouleau. Cette méthode est longue et fastidieuse à mettre en oeuvre, et elle nécessite que la machine soit froide pour ne pas détériorer l'appareillage. Elle ne peut donc être mise en pratique que lors d'arrêts prolongés et programmés de l'installation, alors qu'il serait souhaitable qu'un tel contrôle soit effectué de manière beaucoup plus fréquente si on veut garantir une qualité constamment satisfaisante des produits coulés. Le but de l'invention est de proposer une nouvelle méthode simple de contrôle de la bonne rotation des rouleaux de soutien d'une machine de coulée continue des métaux, pouvant être mise en oeuvre même lorsque- la machine n'est arrêtée que pour une brève période. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de contrôle des rouleaux de soutien d'une machine de coulée continue des métaux équipée d'un mannequin, caractérisé en ce qu'au cours de l'insertion dudit mannequin dans la machine, on applique successivement à chacun desdits rouleaux des efforts tendant à lui imposer une rotation au moyen d'un organe solidaire du mannequin, on mesure une grandeur représentative de la résistance opposée auxdits efforts par ledit rouleau, et on en déduit des informations sur la qualité de la rotation dudit rouleau. L'invention a également pour objet un dispositif de contrôle de la qualité de la rotation des rouleaux de soutien d'une machine de coulée continue des métaux du type comportant un mannequin, caractérisé en ce qu'il comprend - au moins une pièce élastique comportant au moins deux branches dont les orientations respectives forment un anglet , une extrémité de ladite pièce élastique étant fixée à l'extrémité du mannequin, l'autre extrémité de ladite pièce élastique comportant un patin venant au contact desdits rouleaux lorsque ledit mannequin défile dans la machine et que ladite pièce élastique passe devant chacun desdits rouleaux, ledit patin étant conçu pour mettre aisément en rotation lesdits rouleaux lorsque ceux-ci ont une rotation de qualité normale - une ou plusieurs jauges de contrainte fixées sur lesdites branches de ladite pièce élastique - des moyens pour fournir un signal électrique représentatif des contraintes relatives subies par lesdites jauges lorsque ledit patin vient au contact de chaque rouleau. Comme on l'aura compris, l'invention consiste à effectuer le contrôle de la rotation des rouleaux de soutien en intégrant au mannequin de la machine un organe qui, au cours du cheminement du mannequin, met en rotation successivement chacun des rouleaux. Cet organe comporte des jauges de contraintes, qui réagissent aux contraintes exercées par les rouleaux sur ledit organe lors du cheminement du mannequin. Ces contraintes sont évaluées, leurs anomalies éventuelles détectées, et on en déduit les informations recherchées sur la qualité de la rotation des rouleaux. Le mannequin 'd'une coulée continue est un organe en forme de chaîne articulée, dont une extrémité est placée à l'intérieur de la lingotière préalablement au démarrage de la coulée. C'est sur cette extrémité que s'amorce la solidification du premier métal pénétrant dans la lingotière. Une fois cette solidification amorcée, le mannequin est progressivement retiré de la machine et entraîne le produit en cours de solidification jusqu'à ce que ce dernier parvienne jusqu'aux rouleaux extracteurs. Après quoi, le mannequin est désolidarisé du produit et évacué. Avant une coulée, le mannequin est inséré dans la machine où il pénètre soit par la zone d'extraction, soit par la lingotière. I1 est déjà connu d'équiper une extrémité du mannequin (celle par laquelle débute son insertion dans la machine) de dispositifs qui, au fur et à mesure de la progression du mannequin, renseignent l'opérateur sur l'état de la machine. On peut ainsi mesurer l'écartement des rouleaux de soutien qui se font face, ou détecter les anomalies de fonctionnement des gicleurs de l'installation de refroidissement secondaire (voir l'article "Mise au point du système MISOL", Rev. de Mét. CIT mars 1992, pp 279-282). La présente invention peut s'ajouter à ces dispositifs ou être utilisée seule. Elle sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, faisant référence aux figures annexées suivantes - la figure 1 qui schématise vue en coupe l'extrémité d'un mannequin équipée d'une première variante du dispositif selon l'invention successivement au repos, en train de contrôler un rouleau sain et en train de contrôler un rouleau à la rotation défectueuse - la figure 2 qui montre un pont de Wheatstone dans lequel sont incluses les jauges de contrainte de la figure 1 pour mesurer les déformations qu'elles subissent lors du contrôle des rouleaux - la figure 3, qui montre un exemple de variation de la tension recueillie aux bornes du pont de la figure 2 lors du contrôle successivement d'un rouleau sain et d'un rouleau défectueux - la figure 4 'qui montre au repos une deuxième variante du dispositif selon l'invention - la figure 5 qui montre au repos une troisième variante du dispositif selon l'invention. La figure 1 a) montre au repos l'extrémité du mannequin 1 d'une machine de coulée continue équipée d'un dispositif permettant de mettre en oeuvre le procédé selon l'invention. Cette extrémité est celle qui est insérée la premiere dans la machine, où elle pénètre soit à partir de la lingotière, soit a partir de la zone d'extraction. Dans ce dernier cas, c'est cette extrémité qui recevra ultérieurement le premier métal liquide coulé. A cet effet, on fixe sur l'extrémité du mannequin 1 une pièce 2 dont la face avant 2' est éloignée de l'extrémité du mannequin 1 et définit avec elle un espace 2" ouvert vers le haut et vers le bas. La face avant 2' de la pièce 2 doit demeurer dans la lingotière avant la coulée, et recevoir le premier métal liquide. On n'a représenté ici, qu'une moitié de l'extrémité du mannequin, celle-ci étant équipée d'un organe 3 s'insérant à l'intérieur de l'espace 2", et qui permet de contrôler les rouleaux agissant sur l'une des grandes faces du produit coulé. L'autre moitié non représentée de l'extrémité du mannequin est équipée d'un organe similaire et symétrique au précédent, et qui peut contrôler les rouleaux qui agissent sur l'autre grande face du produit. Au début de la coulée, les organes 3 sont ainsi protégés du métal liquide par la pièce 2 dont la face avant 2' obture la lingotière. Dans la configuration exemplifiée, l'organe 3 comporte les éléments suivants - une piece coudée 4 qui comprend une première branche 5 orientée sensiblement dans le prolongement de la direction de déplacement du mannequin 1, et une deuxième branche 6 faisant un anglet, de préférence égal à 90" avec la première branche 5 - un patin 7 de forme incurvée, solidaire de l'extrémité libre de la deuxième branche 6, destiné à entrer en contact avec les rouleaux de la machine et à transmettre à la pièce coudée 4 les efforts que les rouleaux vont exercer sur lui ; il est revêtu par une couche d'un matériau présentant un coefficient de frottement élevé avec le matériau des rouleaux, ou fabriqué entièrement en un tel matériau (par exemple en caoutchouc thermorésistant du type de ceux utilisés sur les rouleaux de laminoirs à froid) - deux jauges de contrainte 8, 9 disposées sur un même côté de la pièce coudée 4, respectivement sur la première branche 5 et la deuxième branche 6, et incluses dans un circuit électrique dont il sera question plus loin. On rappelle que les jauges de contrainte (ou extensomètres à fils résistants) sont des petits circuits électriques très fins qui sont collés sur une pièce dont on veut étudier le comportement lorsqu'elle est soumise à un effort mécanique. Ces jauges subissent les mêmes déformations que la pièce, ce qui entraîne une variation de leur résistance électrique. En mesurant ces variations ou des grandeurs qui en dépendent, on peut donc déduire des informations sur les déformations subies par la pièce et les contraintes qui les ont provoquées. On peut ainsi facilement détecter des déformations de l'ordre de 1 Sm/m. La figure 1 b) représente le même dispositif lors du contrôle d'un rouleau 10 dont la libre rotation autour de son axe 11 peut s'effectuer avec un frottement minimal et satisfaisant, comme indiqué par la flèche 12. Lors de la progression du mannequin 1 (symbolisée par la flèche 13) et du passage de l'organe 3 face au rouleau 10, le patin 7 dont la forme et les dimensions ont été calculées pour cela, vient au contact du rouleau 10 qu'il met en rotation. La bonne qualité de la rotation du rouleau 10 fait que celui-ci n'exerce pratiquement aucune résistance à l'avancement du mannequin 1, et l'effort exercé sur la pièce coudée 4 se résume essentiellement à une force sensiblement verticale, qui fait s'incurver les branches 5, 6 de la pièce coudée 4 comme représenté, à savoir - la première branche 5 a sa concavité tournée du côté opposé au rouleau 10 ; la jauge 8 qui est disposée sur la face de la première branche 5 tournée vers le rouleau travaille donc en traction - la deuxième branche 6 a sa concavité tournée vers le mannequin 1 ; la jauge 9 qui est disposée sur la face de la branche 6 tournée vers le mannequin travaille donc en compression. La figure 1 b) représente le même dispositif lors du contrôle d'un rouleau 14 défectueux, dont la libre rotation autour de son axe 15 est gênée par un frottement excessif. Cette mauvaise rotation est symbolisée par la flèche 16. Dans ces conditions, en plus de l'effort vertical exercé par le rouleau 14 de manière identique au cas précédent, la pièce coudée 4 subit de la part du rouleau 14 un effort qui tend à s'opposer à l'avancement du mannequin 1, ce qui induit les déformations suivantes pour les branches 5, 6 de la pièce coudée 4 - la première branche 5 a sa concavité tournée vers le rouleau 14 et la jauge 8 travaille cette fois en compression - la deuxième branche 6 a sa concavité tournée du côté opposé au mannequin 1, et la jauge 9 travaille cette fois en traction. Pour une bonne précision des mesures, il est, bien entendu, préférable que les jauges 8 et 9 soient placées dans les zones des branches 5 et 6 ou celles-ci subissent une déformation maximale. La pièce coudée 4 doit être en un matériau résistant à l'oxydation, du fait de l'humidité et de la température possiblement élevée du milieu ambiant. Il doit également présenter une limite d'élasticité importante pour éviter qu'il ne se déforme de manière définitive, et une bonne résistance à la fatigue. Un acier à ressorts de nuance V325, par exemple, est bien adapté à cet usage. La figure 2 représente les éléments essentiels du circuit électrique dans lequel sont incluses les jauges 8 et 9. Ce circuit comporte un générateur de courant 17 relié à un pont de Wheatstone 18 dans lequel les jauges 8 et 9 sont placées sur des branches opposées. Ce pont comporte un voltmètre 19 mesurant la tension entre les bornes du pont non reliées au générateur 17. Le pont 18 comporte également dans ses autres branches des résistances 20, 21 dont la valeur est choisie pour que, lorsque la pièce coulée 4 n'est soumise à aucune contrainte mécanique, le pont soit équilibré, c'est-à- dire que la tension V indiquée par le voltmètre 19 soit nulle. La figure 3 représente un exemple de courbe V = traduisant l'évolution de la tension V au cours du temps t lorsque le mannequin 1 progresse dans la machine. Lorsque la pièce coudée 4 n'est soumise à aucune contrainte (intervalle t = 0 à t = t1), la tension V est nulle. A l'instant t1, le patin 7 vient au contact du rouleau 10 qui présente une rotation satisfaisante. Les variations des résistances des jauges 8 et 9 induites par les déformations de la pièce coudée 4, conformes à la figure 1 b), provoquent la création d'une tension non nulle entre les bornes du pont 18 reliées au voltmètre 19, cette tension atteignant sa valeur maximale (en valeur absolue) lorsque la déformation de la pièce coudée est maximale. A l'instant t2 à partir duquel le patin 7 et le rouleau 10 ne sont plus en contact, la pièce coudée 4 retrouve sa forme normale et la tension V redevient nulle. A l'instant t3, le patin 7 vient au contact du rouleau défectueux 14 et la pièce coudée 4 se déforme comme indiqué sur la figure 1 c). Cette déformation provoque ici encore la création d'une tension non nulle entre les bornes du pont 18 reliées au voltmètre 19. Mais cette tension, comme le traduit la courbe 23, est de signe opposé par rapport à celle créée dans le cas précédent, du fait que les contraintes auquelles sont soumises les jauges 8 et 9 sont inversées. A l'instant t4 où cesse le contact entre le rouleau 14 et le patin 7, la tension V redevient nulle. L'opérateur chargé du fonctionnement de la machine de coulée continue dispose de moyens lui permettant de connaître la tension V, tels qu'un cadran ou un écran de visualisation. Par ailleurs, les instruments classiques de surveillance de la machine lui permettent de connaître à tout instant la position de l'extrémité du mannequin, et ainsi d'identifier le rouleau qui est en train d'être contrôlé. En observant quelles valeurs prend la tension V lors du passage de la pièce coudée 4 devant un rouleau donné, on peut donc déduire si ' ce rouleau présente une rotation satisfaisante ou non. Cette tension V peut prendre toutes les valeurs comprises dans un intervalle cumin, Vmax], Vmax étant une tension positive (par exemple) traduisant une rotation du rouleau avec un frottement aussi faible que possible, et Vmin étant une tension négative (si Vmax est positive) traduisant un blocage total de la rotation du rouleau. Les caractéristiques mécaniques et dimensionnelles de la pièce coudée 4 et les caractéristiques électriques et les emplacements des jauges 8 et 9 sont préférentiellement calculés de telle manière que le changement de signe de la tension V corresponde au passage d'un état satisfaisant de la rotation du rouleau à un état non satisfaisant nécessitant une réparation. Un tel calcul peut être aisément effectué par un homme du métier qui a l'habitude d'utiliser des jauges de contrainte pour évaluer les efforts et déformations subis par des éléments d'une installation quelconque. La configuration qui vient d'être décrite n'est qu'un exemple, susceptible de modifications. On peut prévoir une forme différente de celle représentée pour la pièce coudée 4, l'essentiel étant qu'elle comporte deux branches dont les orientations forment un angle g , de préférence perpendiculaires pour une meilleure précision des mesures, et sur lesquelles peuvent être installées des jauges de contrainte. Une autre variante, représentée sur la figure 4, consiste à n'utiliser qu'une seule jauge de contrainte 24, fixée sur l'une ou l'autre des branches 5, 6 de la pièce coudée 4. Pour savoir si un rouleau a une rotation défectueuse ou non, on s'intéresse à la valeur extrême de la tension V qui s'établit lors du passage de la pièce coudée 4 devant lui, et on définit un seuil au delà duquel on considère que cette tension V traduit un état de rotation non satisfaisant. Un tel dispositif a toutefois une précision moindre que le dispositif à deux jauges précedemment décrit. Une dernière variante, représentée sur la figure 5, consiste à utiliser quatre jauges 25, 26, 27, 28, disposées par couples. Chaque couple de jauges est implanté sur une branche différente de la pièce coudée 4, les deux jauges d'un même couple étant disposées en regard l'une de l'autre sur des faces opposées de leur branche. Ces jauges 25, 26, 27, 28 sont chacune intégrées à une branche du pont 18 et on s'arrange pour que le pont soit équilibré lorsque le dispositif est au repos, par exemple en choisissant des jauges ayant des résistances au repos égales. Avec ce type de montage, les courbes V = f(t) ont une configuration différente de celle qui est représentée sur la figure 3. Avec un rouleau tournant normalement, on obtient tout d'abord à partir du contact patin-rouleau une tension positive, puis nulle, puis négative, puis à nouveau nulle lorsque le patin quitte le rouleau. Avec un rouleau dont la rotation est bloquée ou sérieusement gênée, on n'obtient pour le même montage électrique qu'une tension en permanence négative qui ne s'annule qu'au moment où le patin 7 quitte le rouleau, et présentant une valeur minimale inférieure à la valeur minimale constatée lorsque le rouleau tourne normalement. L'appréciation de la qualité de la rotation du rouleau peut être faite en fonction soit de la valeur minimale prise par V, soit de sa valeur maximale. (NB : les signes des tensions dont on vient de parler peuvent être inversés selon le montage électrique adopté). On peut ainsi améliorer la précision de la détection des défauts de rotation des rouleaux, au prix d'une plus grande complexité du dispositif. Comme on l'a dit, il faut de préférence équiper le mannequin de deux dispositifs du type de ceux qu'on vient de décrire, de manière à contrôler simultanément les deux groupes de rouleaux de la machine qui soutiennent chacun une des grandes faces du produit. On peut également, de manière connue dans les utilisations classiques des jauges de contrainte, intégrer au circuit électrique des composants spéciaux ou des circuits compensateurs qui permettent de compenser les variations des caractéristiques des jauges pouvant résulter des variations de température du milieu lors du cheminement du mannequin. Par rapport aux procédés et dispositifs existants, l'invention se caractérise par la simplicité de sa mise en oeuvre et par la rapidité avec laquelle une série complète de mesures peut être effectuée : la durée de cette série de mesures est tout simplement égale à la durée de défilement du mannequin dans la machine. De plus, ces mesures peuvent être effectuées à chaque fois que le mannequin est inséré dans la machine, sans qu'il soit nécessaire d'attendre le refroidissement complet de celle-ci. La fréquence des mesures peut donc être nettement supérieure à la fréquence habituelle des dispositifs existants, et le suivi de l'état de la machine s'en trouve grandement amélioré. L'invention s'applique à toute machine de coulée continue des métaux du type comportant des rouleaux de soutien et un mannequin que l'on insère dans la machine préalablement à la coulée. REVENDICATIONS 1) Procédé de contrôle des rouleaux de soutien d'une machine de coulée continue des métaux équipée d'un mannequin, caractérisé en ce qu'au cours de l'insertion dudit mannequin dans la machine, on applique successivement à chacun desdits rouleaux des efforts tendant à lui imposer une rotation au moyen d'un organe solidaire du mannequin, on mesure une grandeur représentative de la résistance opposée auxdits efforts par ledit rouleau, et on en déduit des informations sur la qualité de la rotation dudit rouleau. 2) Dispositif de contrôle de la qualité de la rotation des rouleaux de soutien (10, 14) d'une machine de coulée continue des métaux du type comportant un mannequin (1), caractérisé en ce qu'il comprend - au moins une pièce élastique (4) comportant au moins deux branches (5, ' 6) dont les orientations respectives forment un angle & , une extrémité de ladite pièce élastique (4) étant fixée à l'extrémité du mannequin (1), l'autre extrémité de ladite pièce élastique (4) comportant un patin (7) venant au contact desdits rouleaux (10,14) lorsque ledit mannequin (1) défile dans la machine et que ladite pièce élastique (4) passe devant chacun desdits rouleaux (10, 14), ledit patin (7) étant conçu pour mettre aisément en rotation lesdits rouleaux (10, 14) lorsque ceux-ci ont une rotation de qualité normale - une jauge de contrainte (24) fixée sur l'une desdites branches (5, 6) - des moyens pour fournir un signal électrique représentatif des contraintes relatives subies par ladite jauge (24) lorsque ledit patin (7) vient au contact de chaque rouleau (10,14). 3) Dispositif de contrôle de la qualité de la rotation des rouleaux de soutien (10, 14) d'une machine de coulée continue des métaux du type comportant un mannequin (1), caractérisé en ce qu'il comprend - au moins une pièce élastique (4) comportant au moins deux branches (5, 6) dont les orientations respectives forment un angle ;, une extrémité de ladite pièce élastique (4) étant fixée à l'extrémité du mannequin (1), l'autre extrémité de ladite pièce élastique (4) comportant un patin (7) venant au contact desdits rouleaux (10,14) lorsque ledit mannequin (1) défile dans la machine et que ladite pièce élastique (4) passe devant chacun desdits rouleaux (10, 14), ledit patin (7) étant conçu pour mettre aisément en rotation lesdits rouleaux (10, 14) lorsque ceux-ci ont une rotation de qualité normale - une paire de jauges de contrainte (8, 9, 25, 27), lesdites jauges étant disposées chacune sur l'une desdites branches (5, 6) de ladite pièce élastique (4) et situées sur la même face de ladite pièce élastique (4) - des moyens pour fournir un signal électrique représentatif des contraintes relatives subies par ladite jauge (24) lorsque ledit patin (7) vient au contact de chaque rouleau (10,14). 4) Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend également une deuxième paire de jauges de contrainte (26, 28), disposées chacune sur l'une desdites branches (5, 6) de ladite pièce élastique (4), sur la face de la pièce élastique (4) opposée à celle où se trouve la première paire de jauges de contrainte (25, 27) et en regard de celles-ci, et en ce que lesdits moyens pour fournir un signal électrique représentatif des contraintes relatives subies par ladite première paire de jauges (25, 27) sont conçus de manière à traduire également les contraintes subies par ladite deuxième paire de jauges de contrainte (26, 28). 5) Dispositif selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que lesdits moyens pour fournir un signal électrique représentatif des contraintes subies par la ou lesdites jauges (8, 9, 24, 25, 26, 27, 28) comportent un générateur de courant électrique (17) et un montage (18) de résistances en pont de Wheatstone dans lequel sont incluses lesdites jauges (8, 9, 24, 25, 26, 27, 28).