Brevet FR2773505A1 — publié le 19990716

i Procédé de pilotage d'une opération d'écrouissage en continu d'une bande métallique. L'invention concerne un procédé de pilotage d'une opération d'écrouissage en continu d'une bande métallique dans une installation d'écrouissage, comportant au moins deux cages successives de laminage. Une installation d'écrouissage est par exemple une installation dénommée " skin-pass " en langue anglaise. Une cage de laminage ou d'écrouissage comporte deux cylindres de travail tournant en sens contraires dans l'entrefer desquels une bande métallique peut être laminée ou écrouie; en fonction de la force de serrage de ces cylindres, I'épaisseur de la bande métallique est réduite et sa longueur, au contraire, augmentée. Pour une bande métallique donnée, le taux d'allongement obtenu est fonction de la force de serrage de la cage. On entend par opération d'écrouissage de bande métallique (" skin- pass "), une opération de laminage au cours de laquelle la longueur de la bande métallique peut augmenter jusque 60% environ. Dans les installations d'écrouissage en continu comportant au moins deux cages de laminage, la vitesse de rotation des cylindres de deux cages successives (dénommée " vitesse de cage " en style abrégé) doit être contrôlée avec précision de manière à maintenir entre ces cages un niveau de tension de bande suffisamment élevé pour éviter l'apparition de plis mais aussi suffisamment faible pour éviter tout risque de rupture de la bande. Entre deux cages successives, le différentiel de vitesse de cage dépend donc du taux d'allongement de la bande. Pour le pilotage d'installations d'écrouissage en continu comportant au moins deux cages de laminage, on mesure donc généralement d'une part le taux d'allongement de la bande au passage dans l'installation et d'autre part la tension de la bande entre les cages, et, en fonction des valeurs mesurées, on agit sur les actionneurs suivants: la force de serrage de chaque cage et la vitesse des cylindres de chaque cage. Pour mesurer le taux d'allongement de la bande dans une cage, on procède généralement par mesure de la vitesse de bande sortante et de la vitesse de bande rentrante, le taux d'allongement se déduisant de la différence entre ces mesures de vitesse; un tel procédé est décrit dans le brevet britannique 794 290 o les mesures de vitesse sont effectuées à l'aide de moyens tachymétriques montés sur des rouleaux support de bande en amont et en aval de la cage de laminage. L'invention concerne un procédé pour régler ces actionneurs en fonction de ces mesures. Dans la plupart des procédés de pilotage de ce type d'installations d'écrouissage, on procède selon une double régulation: A - régulation des vitesses de deux cages successives en fonction de la valeur de tension de la bande entre ces cages, adaptée pour éviter la rupture de bande ou l'apparition de plis. B - régulation de la force de serrage d'une cage en fonction de la différence entre le taux d'allongement de bande apporté par cette cage et une consigne prédéterminée de taux d'allongement. La fonction de transfert de la régulation B est complexe car la loi de comportement liant la force et l'allongement n'est pas du tout linéaire; cette loi de comportement est semblable à la loi de comportement classique liant la traction et l'allongement, tel qu'illustré à la figure 2. Selon cette loi, au fur et à mesure que l'allongement croît à partir de zéro, la traction commence par croître très fortement, puis décroît légèrement de manière irrégulière, avant de reprendre une légère croissance et de se stabiliser. Comme les actions sur la force de serrage (actionneur de la régulation B) ont une incidence sur la valeur de tension de la bande entre deux cages (mesure de la régulation A), la boucle de régulation A va interagir dans la boucle de régulation B. Il importe donc que le temps de réponse de la régulation A soit suffisamment rapide au regard de celui de la régulation B pour que les modifications de la force de serrage ne risquent pas de provoquer des ruptures de bande ou des plis entre deux cages successives. Ainsi, dans ce type de procédé, la régulation B est du type " à bande morte ". Un tel procédé de pilotage d'installation d'écrouissage présente de nombreux inconvénients au niveau de la régulation du taux d'allongement de bande (régulation B), parmi lesquels: - un temps de réponse trop long, car il doit rester supérieur à celui de la régulation A; - une précision insuffisante, notamment à cause de la bande morte et de la complexité (non linéarité) de la fonction de transfert. L'invention a pour but de remédier à ces inconvénients. A cet effet, I'invention a pour objet un procédé de pilotage d'une opération d'écrouissage en continu d'une bande métallique B dans lequel: on fait passer la dite bande dans l'entrefer des cylindres de travail d'au moins deux cages de laminage successives, une cage amont et une cage aval, et dans lequel, afin de régler en continu la vitesse de rotation et la force de serrage des cylindres de la cage amont, - on mesure le taux d'allongement de la bande apporté par la cage amont, - on mesure la tension de la bande entre la cage amont et la cage aval, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à: - régler la vitesse des cylindres de la cage amont par rapport à celle des cylindres de la cage aval de manière à minimiser la différence entre ledit taux d'allongement mesuré et une consigne prédéterminée de taux d'allongement; - régler la force de serrage de la cage amont en fonction de ladite mesure de tension de manière à éviter la rupture de la bande ou l'apparition de plis entre les deux cages, le temps de réponse pour le réglage de la force de serrage étant choisi très supérieur au temps de réponse pour le réglage de la vitesse. L'invention peut également présenter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes: - pour mesurer ledit taux d'allongement, on mesure la vitesse entrante de la bande B à l'entrée de la cage amont, on mesure la vitesse sortante de la bande B à la sortie de la cage amont et on déduit ledit taux d'allongement par différence entre la vitesse sortante et la vitesse entrante. - on règle la force de serrage de la cage amont de manière à maintenir ladite tension de bande dans une fourchette prédéterminée de valeurs, la modification éventuelle de la force de serrage n'intervenant que lorsque ladite tension de bande sort de ladite fourchette; ce type de réglage est classiquement dénommé " régulation de type bande morte ". L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif, et en référence aux figures annexées sur lesquelles: - la figure 1 représente une vue schématique en perspective d'une installation d'écrouissage qui peut être pilotée par le procédé selon l'invention. - la figure 2 représente une loi de comportement typique de variation de la traction (N/mm2) de la bande en fonction de son allongement (%) dans une cage de laminage ou d'écrouissage. - les figures 3 et 4 illustrent les performances de régulation d'installation d'écrouissage, exprimées en stabilité de la valeur d'allongement (%) en fonction du temps (secondes), dans le cas d'une régulation selon l'art antérieur (figure 3) et d'une régulation selon l'invention (figure 4). En se référant à la figure 1, I'installation d'écrouissage de bande métallique en continu comporte, dans le sens de défilement de la bande B, une dérouleuse 1, un bloc en S d'entrée 2, une première cage 3 puis une deuxième cage 4, un bloc en S de sortie 5 et une enrouleuse 6. La dérouleuse 1 et l'enrouleuse 6 sont d'un type classique et ne seront pas décrites en détail. Les blocs " en S " 2, 5, composés de deux rouleaux de support de bande, servent d'une manière classique à faire varier la tension de la bande B; l'un des rouleaux de chaque bloc est doté de moyens tachymétriques adaptés pour mesurer avec précision la vitesse de passage de la bande B dans ces blocs 2, 5. Chaque cage 3, 4 comporte deux cylindres de travail supportés chacun par un cylindre d'appui; des moyens non représentés permettent de faire varier la force de serrage des cylindres de travail l'un vers l'autre; d'autres moyens non représentés permettent de faire varier la vitesse de rotation de cylindres de travail de chaque cage. Enfin, I'installation d'écrouissage comporte également des moyens (non représentés) pour mesurer la tension de la bande entre les cages 3 et 4. On va maintenant décrire le fonctionnement de l'installation d'écrouissage selon l'invention. Pendant le défilement de la bande B dans l'installation (dans le sens de la flèche apposée sur la bande B entre les cages 3 et 4 - cf. figure 1), au niveau de la dernière cage, c'est à dire de la cage 4, on ne projette aucun lubrifiant sur la bande B dans l'entrefer de cette cage de manière à n'obtenir aucun allongement ou un allongement très réduit de la bande B à ce niveau; la force de serrage de cette cage 4 est adaptée pour régler, d'une manière connue en elle-même, la planéité de la bande B en sortie de cage l'allongement très réduit peut être de l'ordre de 0, 1 à 0,5 % et reste suffisamment stable pour ne pas perturber la régulation. Pendant le défilement de la bande B dans l'installation, selon l'invention, on procède alors selon la double régulation suivante: A' régulation des vitesses des cages successives amont 3 et aval 4 en fonction de la différence entre le taux d'allongement de bande apporté par la cage amont 3 et une consigne prédéterminée de taux d'allongement. B' - régulation de la force de serrage de la cage amont 3 en fonction de la mesure de tension de la bande entre la cage amont 3 et la cage aval 4, adaptée pour éviter la rupture de bande ou l'apparition de plis. Pour la régulation A', la mesure de taux d'allongement de la cage amont 3 découle classiquement des mesures tachymétriques pratiquées en continu au niveau du bloc en S d'entrée 2 et de sortie 5, après déduction du taux d'allongement réduit de la cage 4. La régulation B' est généralement du type " à bande morte ", c'est à dire que l'on n'agit sur la force de serrage que si la tension de la bande sort d'une plage prédéterminée de valeurs (le maximum correspondant à un risque de rupture, le minimum à un risque d'apparition de plis). Selon l'invention, le gain de la régulation B' doit être adapté pour que le temps de réponse de cette régulation soit largement supérieur au temps de réponse la régulation A'. En variante, l'opération de régulation B' peut même être réalisée " manuellement " par l'opérateur de l'installation. Cette nouvelle configuration de la régulation de l'installation d'écrouissage apporte les avantages suivants: - une très grande précision du taux d'allongement de la bande: pour des taux d'allongement généralement compris entre 0,4% et 4%, on atteint une précision de + 0,05 %. - une très grande " robustesse " de régulation, car la fonction de transfert de la régulation A' est linéaire puisque ce sont des mesures de vitesse de bande qui agissent sur un actionneur de vitesse. - une très grande régularité dans la précision et un temps de réponse très court, ce qui permet de diminuer sensiblement le chutage de bande; I'actionneur de vitesse étant beaucoup plus rapide que l'actionneur de serrage, pour la régulation A', on atteint un temps de réponse de 200 ms. Dans le cas d'une installation de laminage et/ou d'écrouissage comportant trois cages successives, on peut mettre en oeuvre l'invention de la manière suivante: - une première cage joue le rôle du " bloc en S " 2 de l'installation précédemment décrite, sa vitesse servant à régler la traction devant la deuxième cage 3; cette première cage ne réalise quasiment aucun allongement comme la dernière cage 4 de l'exemple précédent; cette première cage a donc une fonction de " pinceur " de bande. - les deux autres cages fonctionnent comme les cages 3 et 4 de l'exemple précédent. L'exemple suivant illustre les avantages apportés par l'invention. Exemple: Cet exemple a pour but de comparer les performances de la régulation selon l'invention par rapport à celles d'une régulation classique de l'art antérieur dans le cas d'une opération de laminage de bande d'acier effectué après recuit (appelé " double réduction "). Pour évaluer les performances, on mesure le taux d'allongement de la bande (%) en fonction du temps (secondes) face à une perturbation volontaire provoquée sur la cage qui réduit, et on évalue les fluctuations de ce taux d'allongement; les performances de la régulation sont d'autant meilleures que ces fluctuations sont faibles ou que le taux d'allongement est stable. La figure 3 illustre ces fluctuations dans le cas classique o les tractions sont régulées par la vitesse et o l'allongement (ou épaisseur) de bande est régulé soit directement par le serrage de la cage qui réduit soit indirectement par la traction intercage avec recentrage par le serrage de la cage qui réduit; on constate des fluctuations importantes de l'allongement: + 3 % autour de la valeur moyenne de 37,5 %. La figure 4 illustre, face à la même perturbation, ces fluctuations dans le cas selon l'invention o la traction intercage est régulée par le serrage de la cage qui réduit et o l'allongement est régulé directement par la vitesse de la dernière cage; on constate que l'allongement reste quasiment constant, les fluctuations étant réduites d'un facteur d'au moins 5 par rapport au cas précédent. On a constaté en outre que, grâce au procédé de régulation selon l'invention, on réduisait d'un facteur 3 les lots de bande à mettre au rebut pour dépassement des tolérances d'allongement (ou d'épaisseur). REVENDICATIONS 1.- Procédé de pilotage d'une opération d'écrouissage en continu d'une bande métallique B dans lequel: - on fait passer la dite bande dans l'entrefer des cylindres de travail d'au moins deux cages de laminage successives, une cage amont (3) et une cage aval (4), et dans lequel, afin de régler en continu la vitesse de rotation et la force de serrage des cylindres de la cage amont (3), - on mesure le taux d'allongement de la bande apporté par la cage amont (3), - on mesure la tension de la bande entre la cage amont (3) et la cage aval (4), caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à - régler la vitesse des cylindres de la cage amont (3) par rapport à celle des cylindres de la cage aval (4) de manière à minimiser la différence entre ledit taux d'allongement mesuré et une consigne prédéterminée de taux d'allongement; - régler la force de serrage de la cage amont (3) en fonction de ladite mesure de tension de manière à éviter la rupture de la bande ou l'apparition de plis entre les deux cages (3, 4), le temps de réponse pour le réglage de la force de serrage étant choisi très supérieur au temps de réponse pour le réglage de la vitesse. 2.- Procédé selon la revendication caractérisé en ce que, pour mesurer ledit taux d'allongement, on mesure la vitesse entrante de la bande B à l'entrée de la cage amont (3), on mesure la vitesse sortante de la bande B à la sortie de la cage amont (3) et on déduit ledit taux d'allongement par différence entre la vitesse sortante et la vitesse entrante. 3.- Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que l'on règle la force de serrage de la cage amont (3) de manière à maintenir ladite tension de bande dans une fourchette prédéterminée de valeurs, la modification éventuelle de la force de serrage n'intervenant que lorsque ladite tension de bande sort de ladite fourchette.