Note: Descriptions are shown in the official language in which they were submitted.
201080~ GRA 862
PROCEDE DE REGLAGE DU REFROIDISSEMENT SECONDAIRE D'UNE MACHINE
DE COULEE CONTINUE DE PRODUITS METALLIQUES
L~invention concerne le réglage du refroidissement secondaire
d'une machine de coulée continue de produits metalliques notamment en
acier tels que les brames les blooms ou les billettes.
Plus précisément l'invention a trait aux procédés de réglage
de ce type dans lesquels la vitesse de défilement future du produit
dana la machine est prise en compte pour la détermination des intensi-
tés du refroidissement dans les différentes zones de la machine.
Dans une machine de coulée continue de produits m~tallurgi-
que3, le refroidissement secon& ire du produit est classiquement assu-
ré par des rampes te gicleurs qui projettent sur le produit un liquite
refroitissant généralement de l'eau mélangée ou non à te l'air. L'ar-
ro~age tu produit d~buto immédiatement SOU8 la lingotière et peut se
poursulvre ~usqu'à ce que le produit atteigne la zone de décintrsge et
d'extr-ction. hai~ le plu5 ~ouvent, l'arrosage est interrompu avant la
zon- te técintrage.
On sait au~ourt'hui que la qu~lité finale du produit coulé est
l-rgement influencée par la manière tont a été conduite son refroidis-
~ement ~econdalre. Un bon réglage de ce ternier permet notamment :
- t'a~urer la solitification complète tu produit avant son décintrage
ou ~on o~ycoupage ;
- t'a~urer une bonn tenue mécanique de la peau solidifiée le long de
1- machlne, et en particulier d'éviter les problèmes de gonflement
tu~ ~ un tempbrature de ~urface trop élev~e qui peuvent générer
deJ criquR- internes et tea ségrégations centrale~ marquées ;
- d'~JJurer une certaine régularité tans le refroidissement du produit
t d'~vit r d- brw que~ r~cha~ff _ nt~ ou refroitissements suscepti-
bleJ de créer te~ crique~ au front te solitification (criques inter-
ne~) ou tes crlques te surface :
- de maintenir la température te surface au décintrage tans la zone de
bonne forgeabilité du métal et d'éviter ainsi la formation de cri-
ques transversales sur l'intrados.
Clas d quement le refroidis~ement secondaire est divisé en
tifférente~ zones d'arrosage successives le long tu protuit coulé. A
l'intérieur to chacune de ce~ zones le debit t'eau peut 8tre réglé te
façon ind~pendante de~ autres zones. L'obtention d'un produit de bonne
qualite est liée à une téfinition correcte des débits d'eau tans les
: -
, ,
~01080~
différentes zones, en relation notamment, avec la vitesse de coulée,
c'est-a-dire la vitesse d'extraction du produit hors de la machine
Lorsque la vitesse de coulée est constante, la définition d'un
mode de refroidissement secondaire sdéquat ne poqe pas te problèmes.
Dans le C83 d'une faible variation de la vite~se de coulée, même brus-
que,le refroidissement du produit ne s'écarte que relativement peu du
schéma itéal défini pour un régime permanent, et la qualité du produit
n'en est guere affectée.
Il n'en est pas de même lorsque le défilement du produit passe
par un transitoire de forte amplitude, correspondant à une augmenta-
tion ou surtout à une diminution brutale et importante de la vitesse
de coulée, ou même a un arrêt de l'extraction.
Lorsgue survient un tel transitoire, le produit présent dans
la machine voit le cours de son refroidissement perturbé par rapport
1~ su ~chéms idéal prévu. Cette perturbation est particulierement ressen-
tie psr la portion tu produit qui, pendant ce trsnsitoire, chemine
dans la zone de la machine située entre la fin du refroidissement se-
condaire et 1~ point te décintrsge. Dans cette zone, le produit se
refroid~t naturello¢~nt, notamment par rayonnement, sans être arrosé.
Lo transitoire te vitesse a pour effet de modifier le temps de sé~our
du protuit dsn~ c-tte zone a refroidi~sement naturel. Comme les opéra-
t-urJ n'ont plu~ la possibilité de ma~triser la vitesse de refroidis-
sement de cette portion du produit, cette portion parvient au point de
déc~ntrage a uno tempérsture sensiblement différente de celle qu'elle
sursit eue si la vitesse de coulée était demeurée normale. Ce phéno-
mene e~t psrticulierement dommageable lorsgue la vitesse de coulée
devient faible ou nulle lors du trsnsitoire. En effet, dans ces condi-
tionJ, le refroidissement du produit est wcentué, et celui-ci atteint
1- point do décintrage a une température qui risque t'être trop basse,
c-r situ~- en dehors de la zone de bonne forgeabilité du m~tal.
De telles phases transitoires se produisent de fac,on inopinée
lors d'incidents liés au fonctionnement de la machine. Mais le plus
fréquemment (dans environ 90 X des cas), elles sont liées à des opérs-
tions habituelles et prévisibles, telles que la fin d'une coulée, ou
un changement de répartiteur.
Le Prevet Européen EP.0116496, au nom de la demanderesse,
décrit un procéd~ de refroidissement secondaire anticipatif. Pour
l'arrosage du produit dans les différentes zones du refroidissement ~;
secondaire, ce procédé prend el~ compte non seulement les vitesses de
défilement présente et pas~ées tu produit, comme cela se pratiquait
.; , ~ -
.. ~ . . ,. ~, -,
; ' . . , . ~ ,'!. ..
3 20~0~
jusque là, mais enc~re sa vitesse de défilement future lorsqu~il est
possible de prévoir a quel instant débutera un transitoire, quelle sera
~a durée et quelle sera alors la vitesse de défilement.
Ceci est réalisé en introduisant temporairement dans le sys-
t~me de r~gulation, à la place de la vitesse d~extraction réelle, une
vitesse "leurre" comprise entre la vitesse réelle et la vitesse futu-
re. On peut ainsi tendre a compenser, par anticipation, le refroidis-
sement supplémentaire qui sera procuré par un ralentissement ou un
arr~t de l'extraction, en diminuant le refroidissement du produit
avant meme que n'ait lieu la variation de la vitesse de coulée. Un
raisonnement analogue peut atre suivi si on prévoit une brusque aug-
mentation de la vitesse de coulée : l'intensité du refroidissement
dolt alors ~tre augmentée par anticipation et la vitesse fictive doit
être supérieure a la vitesse réelle et inférieure a la vitesse
1~ future,
Ce procét~ est bien atapté aux cas o~ la variation de vitesse
n'est pas trop importante, ou ~'effectue de fac,on progressive. ~ai~ en
ca~ to transitoire tres sévere, tel qu'un arrêt brusque te l'extrac-
tion, l'action ~ur le refroidissement secondaire peut ne pas ~tre
asJez vive pour l~miter su~fisamment la chute de température du pro-
tuit. Il n'est, en effet, pas souhaitable d'imposer 8U début de l'an-
ticipation une vitesse fictive tra~ faible, qui ~erait bien ataptée
aux tranch0s qui subiront le régime transitoire, mais qui perturberait
trop le refroitissement tes portions du protuit qui sont présentement
en train d'être coulées, et qui ne ~eront pas concernées par ce tran-
8~ toire.
Le but te l'invention est te proposer une méthote te réglage
tu r-froiti~eme~t secondaire qui fonctionne également par anticipa-
tion d ~ évenements qui contuiront à tes changements de la vitesse te
coulA~, mais qui serait mieux adaptée que les méthotes existantes au
cas te~ régimeJ transitoires contuisant à tes variations brusques et
te grante amplitude te cette vitesse.
A cet effet, l'invention a pour objet un procété te refroitis-
sement secontaire d'un protuit métallique, notamment en acier, tel
35 qu'une brame, un bloom ou une billette, et coulé en continu sur une
machine tont le refroidis~ement secondaire est tivisé en n zones éta-
gées intépendantes ~ l'intérieur te~quelles un débit de fluide refroi-
tissant, paramétré sur la vitesse de coulée du produit, est projeté
sur ledit produit, procédé dans lequel on compense par anticipation un
; : ,
.,- ' ' ' .
4 20~.0~0~
,
changement non désiré de la température en surface du produit en un
point HD de la longueur métallurgique de la machine, tel que le point
de decintrage, au-delà duquel on ne souhaite plus maitriser la
température du produit, ce changement de température étant dû à une
varlatlon prévue ou prévisible de la vitesse de coulée débutant à
l'lnstant tVo, caractérisé en ce que :
- on détermine par l'intermédiaire de la vitesse de coulée
l'ln~tant to auquel na~t, à la partie supérieure de la lingotière, la
portlon de produit qui, à l'instant tVo, parviendra au point HD,
- on détermine les instants tl~..... ti,... tn auxquels la portion
de produit n~e à to sortira des zones l,i,...... .n du refroidissement
secondaire,
- a partir de l'instant ti, on impose dans la zone i un débit de
flulde refroldlssant adapté a la compensation dudit changement de
température,
- et, ~ partir de l'lnstant tVo, on revient au mode de
refroidLssement habltuellement utilisé sur la machine, paramétré sur
la vitesse de coulée réelle.
Comme on l'aura compris, l'invention consiste a appliquer aux
portions de produit concernées par le régime transitoire un
reSroidi3sement particulier indépendant de la vitesse de coulée
présente et destiné a compenser le surcroit ou le manque de
refroidissement de ces portions qui, sans cela, résulterait du
transitoire. Ce refroidissement particulier n'est pas appliqué
d'emblée dans toute la machine, mais il est mis en service
successivement dans les différentes zones du refroidissement
secondalre. Ceci permet d'adapter de fason plus fine que par les
méthodes antérieures le mode de refroidissement d'une portion de
prodult donnée a l'histoire de son cheminement.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description
qui suit, donnée en référence à la figure unique annexée. La figure
unique se compose de deux diagrammes, dont l'axe des abscisses est
commun. Le diagramme supérieur représente l'évolution, au cours du
temps t, de la vitesse de coulée V. Dans l'exemple décrit, cette
35 vitesse prend une valeur constante et non nulle Vl jusqu'à un instant
tVo, où elle devient nulle à la suite d'un évènement tel qu'un
changement de répartiteur. Elle demeure nulle jusqu'à un instant t
où elle reprend la valeur Vlprécédente.
201083~
Les courbes A, B, C, D, E du diagramme inférieur représentent le
cheminement dans la machine au cours du temps t de portions de produit
lnfiniment minces, appelées tranches, qui ont pris naissance à divers
instants to, tB~ tc, tD~ tVl à la partie supérieure de la lingotière.
S L'ordonnée d'un point d'une de ce courbes exprime la cote en machine h
~ laquelle se trouve la tranche correspondante à l'instant porté en
ab~cisse. La longueur de la machins est divisée en plusieurs zones que
le produit traverse successivement :
- la lingotière, notée L sur le diagramme, s'étendant de la cote
0 a la cote Hl,
- la première zone de refroidissement secondaire, notée Zl,
s'~tendant de la cote Hl à la cote H2,
- la deuxi~me zone de refroidissement secondaire, notée Z2,
s'étendant de la cote H2 à la cote HR,
lS - une zone où le produit n'est pas arrosé et se refroidit
naturellement par rayonnement,notée R, s'étendant de la cote HR ~ la
cote HD,
- la zone de décintrage, notée D, qui débute à la cote HD dite
"point de décintrage".
On considere que dans la zone D, le mode de refroidissement du
prodult n'a plu9 d'influence sur la qualité du produit, et on ne
cherche plus à le ma~triser.
La conduite par anticipation du refroidissement secondaire est
effectuée de la maniere suivante. A l'instant (tvo-tANT), l'opérateur
responsable du fonctionnement de la machine est averti que, a
l'instant tVo qui est encore à venir, un évenement quelconque
l'obllgera a interrompre l'extraction du produit, qui ne reprendra
qu'a l'lnstant tVl. L'opérateur (ou l'ordinateur qui, de préférence,
assure la gestion du refroidissement secondaire) détermine alors
l'instant to correspondant à la naissance, a la partie supérieure de
la lingotière (c'est-à-dire à la cote 0), de la tranche infiniment
mince de produit qui, a l'instant tVo, se trouvera à la cote HD,
c'est-à-dire au point de décintrage. Les tranches nées postérieurement
à to ne seront donc pas encore parvenues au point de décintrage
35 lorsque débutera l'arrêt de l'extraction, et ce sont elles qui devront
subir un refroidissement secondaire modifié.
A cet effet, on détermine à quel instant tl la tranche née à t
sortira de la zone Z~. A partir de l'instant t l! on applique dans la
, .. . .
''' : '~
. ,
,~ :
6 ?,9~.0~0~;
zone Zl un débit d~eau minimal prédéterminé. Ce débit minimal peut
~tre le débit nul, le minimum technologique accessible sur cette zone
1, ou un débit minimum préalablement défini différent des deux débits
précédents. Ce débit est maintenu constant pendant toute la phase
d'anticlpation qui s'étènd de tl à tVo. Le choix du débit minimal est
d~terminé avant la coulée. Il doit respecter des contraintes de
sauvegarde de la machine de coulée continue, et être adapté à la
compensation du changement de température du produit au point de
décintrage qul serait provoqué par l'arrêt de l'extraction. De manière
~énérale, on détermine les instants ti, i étant un entier inférieur ou
~gal au nombre n de zone du refroidissement secondaire, auxquels la
tranche née ~ to sortira des diverses zones Zi. Postérieurement à ti
on appllque dans Zl un débit d'eau mlnimal prédéterminé tel qu'il
vlent d'~tre définl. Ce débit minimal peut être différent dans chaque
zone. Dans le cas illustré, le nombre n de zones du refroidissement
~econdalre est égal a 2, mais 11 peut prendre, bien entendu, une
valeur supérieure quelconque. A l'instant tVo, cette procédure est
lnterrompue et on revient a l'utilisatlon du mode de refroidissement
habltuellement employé sur la machine en cas d'arrêt de l'extraction,
puls de reprlse de celle-cl.
Deux cas peuvent ~tre envisagés :
- on prévoit à (tvo-tANT) que l'extractlon sera arrêtée à t
et dans l'lnstant to, dédult de cette prévision, est encore à venir.
Dans ce cas, la procédure de refroidissement secondaire par
antlclpation concernera toutes les tranches nées entre to et tVo,
comme on vlent de le décrire.
1 instant (tvo-tANT), on prévolt l'arrêt de l'extraction à
tVo, alors que l'instant to déduit de cette prévision est déja
d~pass~. La procédure de refroidissement secondaire par anticipation
est alors lancée immédiatement. Si l'instant tj est le dernier des
instants ti a avoir été dépassé, les plus anciennes des tranches de
produit déjà coulées auront subi un refroidissement normal dans au
moins une partie de la zone j et des zones précédentes, et non un
refroidissement selon l'invention. Elles risquent donc de se retrouver
35 avec une température au point de décintrage située hors de la gamme
désirée. Néanmoins, l'application, même tardive, de la procédure de
refroidissement secondaire par anticipation aura permis de couler dans
de bonnes conditions une plus grande longueur du produit par rapport
..:,:: , ~ - : : : -
~ ,. . , . , . . : : .
7 20~0~05
au cas ou aucune action particulière sur le refroidissement n'aurait
eu lieu
La figure unique illustre le cas où la prévision de l'arrêt
d'extraction a pu être effectuée avant l'instant to Les diverses
portion~ des courbes A, s, C, D, E sont tracées en trait plein pour
les intervalles de temps ou la tranche qu'elles représentent a été
arro~ée ~elon les procédures habituelles, (correspondant à V = Vl
avant tVo et apres tvl, et a V = 0 entre tVo et tvl), et en pointillés
pour le~ lntervalles de temps o~ ~lles ont subi un arrosage minimal,
consécutlf à la procédure d'anticipation Notons que, dans cet
exemple, le refroidissement de la portion de produit présente en
lingotlere n'est pas modifié lors de la procédure d'anticipation
La tranche née a to (courbe A) subit, comme le~ pr~cétentes,
un re~roidissement tu type hab~tuel sur tout son tra~et La tranche
1~ n~e ~ tB ~courbe B) subit un arrosage minimal tan~ la fin de sa tra-
v-r~ée te la zone Zl et tans la fin te sa traVerJée te la zone Z2 la
tranche née a tc (courbe C) subit un arrosage minimal pentant la
totalit~ de sa traversée te la zone te refroitissement secontaire La
tranch nee a tD (courbe D) ~ubit un arrosage minimal entre son en-
trée dans la zone Zl et l'instant tVo où elle s'immobilise àl'intérieur te Zl La tranche née a tVo (courbe E) temeure a la
cot- 0 pendant toute la turée te l'arret te l'extraction, et est la
premlere tranche, tepuis celle née a to~ à subir sur tout ~on trajet
un refroiti~-ment ~elon les procédures habituelle~, d'abort pour V -
2S 0, pui~ pour V - Vl
Un rai-onnement similaire pourra~t être conduit pour le cas où
1- modi~ication momentanée de la vites~e de coulée serait non pa~ un
arr~t t l'extraction, mui8 un simple ralentissement
Un a~pect important tans l'exploitation d'un modèle du type
selon l'invention est la prévision, avec un tegré suffisant de certi-
tude, te l'instant tVo auquel débutera le régime transitoire Si
cet in~tant survient en fait sensiblement plus tart que ce qui avait
été initialement pré w , tes portions importantes tu protuit auront
entre temps subi un refroidissement trop faible Cela risque d'amener
ces portions te produit au point te técintrage tans un état te soliti-
fication insuffisamment avancé, pouvant entraîner la formation te
défauts lors du décintrage
.. ' ;;~ :
.: . .. .
.
,. :. ~ .:,
~o~ n~
Les conséquences de cette tifficulté peuvent être limitées, si
l'opérateur affecte à la prévision te l'instant tVo un degré de
certitude "CERTn. CERT est d'abord pris ~gal à 0 lorsque la prévision
est encore incertaine, et a 1 dès que tVo peut être déterminée te
façon certaine.
Selon cette variante du modble, tant que CERT ~ 0, seules la
ou les zones terminales du refroidissement secondaire (par exemple les
zones 5 et 6 s'il comporte 6 zones) seront mises au débit minimal pen-
dant pendant la procédure de refroidissement par anticipation. Ces
1~ zonas sont, en effet, celles sur lesquelles il est le plus urgent
d'agir, puisque les portions de produit qui s'y trouvent seront les
premières a entrer dans la zone R dans laquelle plus aucune action ne
sera possible. Sl en fin de compte le transitoire n'a pas lieu, ou ne
débute pss ~ tVo mais a un instant ultérieur, ces portions
n'auront subi un refroidissement inadapté que tans la ou les dernieres
zones, et les conséquences sur la qualité du produit seront moindres
qu- 1 le refro~dissement avait été inatapté dans toutes les zones.
Lorsque l'opérateur devient certain que le transitoire débute-
ra b~en à tVo, il ~mpose CERT - 1 au modèle. Alors l'ensemble du
refroid~ssement secondaire peut fonctionner selon la procédure técrite
précétemment.
Si au contraire, l'opérateur apprend a l'instant (t'vo -
t'ANT), postérieur à (tVo - t~NT), que le transitoire
débutera a l'instant t'vo, différent de tVo, avec un degré
te certitute CERT', la procédure d'anticipation qui était en vigueur
est ussit~t ~nt-rrompue. Elle est immédiatement remplacée par une
proc~dur- font~ sur les nouvelles informations qui sont parvenues a
1'op~rateur ~ l'instant (t'Vo ~ t'ANT)-
Bi-n entendu, le procété peut également etre appliqué au cas
te~ coulées continues troites, tans lesquelles le produit n'a pas
besoin t'être décintré. Dans le raisonnement précétent, on remplace
alors le point de décintrage par le point où le protuit est tron~onné,
ou plus gén~ralement par un point quelconque au-tela tuquel on estime
que le te de refroidissement du produit n'influe plus sur sa qua-
lité.
.. ... :- :..,;:: : -
., ., . : , ,
