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1
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
comprenant 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 comprend, dans un
montage quarto, deux cylindres de travail associés à deux
cylindres d'appui. Des cyclindres intermédiaires peuvent être
interposés également entre les cylindres d'appui et les
cylindres de travail dans un montage dit en sexto. L'ensemble
des cylindres est placé entre les deux montants d'une cage
rigide. Chaque cylindre est porté par deux empoises montées
coulissantes dans des fenêtres ménagées sur les deux montants
de la cage et l'on applique entre les deux cylindres d'appui
un effort de serrage qui détermine le laminage du produit, 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.
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. Avant
le laminage, le produit est réchauffé 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
telle qu'un bloom ou une brame ayant une épaisseur importante.
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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.
Dans ce type de laminoir, le laminage s'effectue par
passes successives dans un sens puis dans l'autre en
effectuant, à chaque passe, une réduction d'épaisseur dont
l'importance relative dépend des caractéristiques du produit
telles que la matière du métal, sa température et son
épaisseur.
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. Un certain pincement du produit est nécessaire pour
permettre son entraînement.
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 du niveau
où 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 entrëe 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 où la réduction
d'épaisseur est compatible avec le couple et l'effort que l'on
peut exercer sur les cylindres. En revanche, au moment de
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l'engagement du produit, les frottements s'exercent uniquement
sur les deux bords latéraux qui viennent en contact
respectivement 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 des conditions de lubrification, du
diamètre des cylindres de travail qui doit rester assez réduit
et de leur état de surface, on est donc obligé de limiter la
réduction d'épaisseur produite à chaque passe pour éviter un
"refus â'engagement". Généralement, 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 diminution de la productivité du laminoir.
Par ailleurs, pour éviter des chocs, la vitesse de
rotation des cylindres est diminuée au moment de
l'introduction du produit puis accélérée, après l'engagement,
pour venir à la vitesse de laminage normale. I1 en résulte une
augmentation brutale des charges dynamiques et du couple qui
peut entraîner des échauffements et même des ruptures de
mécanisme en raison des inerties.
L'invention a pour objet de remédier autant que
possible à l'ensemble de ces inconvénients grâce à un nouveau
procédé qui permet, à chaque passe, de réaliser la réduction
d'épaisseur optimale, tout en évitant les chocs et les refus
d'engagement.
Conformément à l'invention, le produit ayant une
épaisseur brute eo sensiblement uniforme, on donne au cylindre
de travail, pour la première passe de démarrage P1, un
écartement e1 inférieur à e2 déterminant un angle d'attaque
A1 suffisamment réduit pour éviter un refus d'engagement et,
après l'engagement, on diminue l'écartement des cylindres
jusqu'à une valeur e~ telle que la réduction totale
d'épaisseur e~ - e~ reste compatible avec la puissance et la
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force maximale du laminoir puis, pour la deuxième passe Pte, on
donne aux cylindres de travail un écartement e3 tel que la
différence e~ - e3 détermine un angle d'attaque A~ assez
réduit pour éviter un refus d'engagement et, après
l'engagement du produit, on diminue l'écartement des cylindres
jusqu'à une valeur e4 déterminée de façon que la réduction
totale d'épaisseur el - e4 soit aussi grande que possible tout
en restant compatible avec la puissance et la force maximales
du laminoir et ainsi de suite, l'écartement des cylindres de
travail étant d'abord réglé, au début de chaque passe Pn, à
une valeur eZn-~ déterminant un angle d'attaque An
suffisamment réduit pour éviter un refus d'engagement, puis
diminué, après l'engagement du produit, jusqu'à une valeur e2n
déterminant une réduction totale d'épaisseur e2r_3 - e2z
optimale et restant compatible avec la puissance et la force
maximales 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 sera effectué automatiquement 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 effectuer en deux étapes, en
fonction du couple disponible, compte tenu des
caractéristiques mécaniques et dimensionnelles du laminoir et
du produit et de la nature du métal laminé.
A cet effet, le modèle mathématique est programmé de
façon à calculer, en fonction de l'état prévisible du produit
à chaque passe, compte tenu de l'épaisseur atteinte à la passe
précédente et du nombre de passes précédemment effectuées, la
réduction maximale d'épaisseur possible et le resserrement des
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cylindres nécessaire à l'entrainement sans risque de refus
d'engagement et que, à chaque passe Pn, le produit à laminer
ayant, sur la plus grande partie de sa longueur, une épaisseur
e2n_~ et, sur sa queue, une épaisseur e~n_3 correspondant à
l'engagement dans la passe précédente Pn_1, le modèle
mathématique détermine, tout d'abord, en tenant compte des
caractéristiques physiques et dimensionnelles prévisibles du
produit lors de ladite passe Pn et des capacités du laminoir,
l'épaisseur de laminage e2n au cours de ladite passe Pn
permettant d'obtenir une réduction d'épaisseur maximale
ezn_3 - e~n restant compatible avec la puissance disponible et
l'effort possible, et l'écartement ezn_1 des cylindres
permettant l'introduction de la tête de la bande sans refus
d'engagement, et le système de régulation commande
l'introduction de la bande en réglant l'écartement des
cylindres à la valeur d'engagement e2n_1 et, après
l'engagement de la tête de la bande, commande le resserrement
des cylindres à l'écartement eZn calculé et le passage à la
vitesse de laminage, l'écartement e~n des rouleaux étant
maintenu jusqu'à la fin de ladite passe Pn.
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 2a, 2b.
La Figure 3 montre le processus de laminage au cours
de la deuxième passe, en deux schémas successifs 3a, 3b.
La Figure 4 montre le processus au cours d'une passe
P r, .
La Figure 5 est un organigramme du processus de
régulation.
Sur la Figure 1, on a représenté schématiquement un
laminoir classique de type quarto comprenant une cage 1
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constituée de deux montants écartés 11 munis de fenêtres 13 et
entre lesquels sont placés quatre cylindres, respectivement
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 f aces 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 permettant d'exercer sur les
empoises 21, 22', des efforts de cintrage des cylindres de
travail 2, 2'.
La cage est munie, d'autre part, de moyens de
serrage des cylindres capables de serrer en charge, par
exemple des vérins hydrauliques 4, qui prennent appui de
chaque côté sur les empoises 31 du cylindre d'appui 3, 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 détermine 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
perfectionnée, mais particulièrement au cours de ces dernières
années. Bien entendu, cette technique est adaptée aux
différentes conditions âe 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 dimensions
des cylindres ainsi que par les divers dispositifs annexes.
Par exemple, pour assurer une bonne planéité du
produit laminé en évitant des défauts qui résultent de la
déformation des cylindres et d'une répartition non homogène
~ c~ ~b ~a3
des contraintes, on peut utiliser 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 utilisé,
par exemple, pour l'opération dite "dégrossissage". Dans un
tel laminoir, 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 â 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.
D'une façon générale, le fonctionnement de
l'ensemble du laminoir et des dispositifs connexes est
commandé et contrôlé par un système de régulation 6 associé à
un calculateur 60, qui effectue un réglage automatique
d'épaisseur du produit en cours de laminage en tenant compte
de toutes les caractéristiques mécaniques et dimensionnelles
du laminoir.
Le système de régulation 6 utilise des moyens connus
et qui n'ont pas lieu d'être décrits en détail. C'est
pourquoi la Figure 1 montre seulement, à titre d'exemple, une
installation de ce type équipée d'un système de régulation 6,
60, permettant de régler le débit hydraulique d'alimentation
du vérin à son entrée 41 en fonction des indications données
par un dispositif 61 de mesure de la position de l'axe du
cylindre d'appui 3 et, par conséquent, de 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
dispositif 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
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d'un écartement des cylindres affiché sur l'entrée 62 du
système de régulation 6.
Dans le cas présent, le système 6 de régulation
automatique est associé, en outre, à un modèle mathématique 63
programmé de façon à régler l'effort de serrage appliqué sur
les cylindres d'appui en fonction des dimensions du produit,
ainsi que de la nature et de l'état du métal, pour effectuer
une réduction d'épaisseur optimale correspondant aux
possibilités du laminoir.
La Figure 2 illustre schématiquement le processus de
laminage au cours de la première passe P, dite de démarrage.
Bien entendu, les réductions d'épaisseur sont
exagérées pour faciliter la compréhension du dessin.
Sur le schéma 2a, â 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 e1. On a représenté également l'angle d'attaque A1
2.0 qui correspond au dièdre compris entre chaque face latérale 51
du produit 5 et le plan tangent T au point de contact de
l'aréte 52 avec le cylindre 2. On voit que la valeur de
l'angle d'attaque Az est fonction du rapport entre le diamètre
d du cylindre et la flèche a qui est égale à la moitié de la
réduction d'épaisseur r1 = eo - e1.
Le modèle mathématique 63 associé au système de
régulation 6 est programmé de façon à calculer, à chaque
passe, la réduction d'épaisseur maximale possible compatible
avec la puissance disponible et l'effort possible, en tenant
compte, d'une part, des caractéristiques du laminoir qui
déterminent sa capacité de travail et ses déformations
éventuelles et, d'autre part, des caractéristiques physiques
et dimensionnelles du produit.
En effet, l'effort à exercer pour déterminer une
certaine réduction d'épaisseur dépend de la nature du métal et
9 ~b'~6 663
de son épaisseur, mais aussi de sa température qui s'élève au
cours du laminage. Grâce à son auto-adaptation, le modèle
mathématique 63 pourra prévoir, pour chaque passe et en
fonction des opérations déjà effectuées, l'état du métal et la
réduction maximale d'épaisseur possible sans risque de
sollicitation excessive du laminoir.
En outre, le risque de refus d'engagement dépend de
l'épaisseur du métal, de son état et des conditions de
lubrification. Le modèle 63 pourra donc aussi prévoir, selon
les passes, l'écartement des cylindres déterminant un
pincement suffisant pour l'entraînement du produit sans risque
de refus d'engagement.
Pour effectuer automatiquement le réglage de
l'écartement des cylindres et de l'effort de serrage au cours
de chaque passe, le modèle mathématique 63 affiche sur
l'entrée 62 du régulateur 6, tout d'abord, la première
consigne de position de serrage permettant de garantir un bon
engagement de la bande, compte tenu du diamètre des cylindres
et, ensuite, au cours de la passe, la consigne d'épaisseur
permettant d'obtenir la réduction optimale calculée
précédemment.
Sur la Figure 5, on a représenté schématiquement un
organigramme du processus de régulation.
Le modèle mathématique 63 est associé au calculateur
60 qui possède en mémoire toutes les caractéristiques du
laminoir 1 dont il faut tenir compte pour déterminer la
réduction d'épaisseur.
Avant de commencer le laminage d'un produit
déterminé, dans une étape d'initialisation 1, on affiche sur
une entrée 64 du modèle mathématique 63, tous les paramètres
spécifiques du produit à laminer, et correspondant, notamment,
à la nature du métal, les dimensions de départ, les dimensions
visées et la température mesurée avant l'opération.
Le produit est alors introduit dans le laminoir.
Dans une étape 2, le modèle mathématique 63 détermine, d'une
part, la réduction d'épaisseur maximale possible permettant, à
partir de l'épaisseur brute eo, d'obtenir une épaisseur
optimale e2 et, d'autre part, l'écartement el des cylindres
qui garantit un bon engagement du produit 5, compte tenu de
l'épaisseur brute eo et des diamètres d des cylindres 2, ainsi
que des conditions de lubrification.
Cet engagement est effectué à vitesse réduite avec
pincement du produit 5 dont l'épaisseur est réduite à el entre
les cylindres 2, 2'.
Dès que le produit est engagé, le dispositif de
régulation 6 commande le resserrement des cylindres jusqu'à
l'écartement e2 calculé précédemment puis le passage à la
vitesse de laminage.
Le laminage se poursuit de façon normale,
l'épaisseur e2 étant régulée par le système 6. A sa sortie du
laminoir, le produit présente donc, sur la plus grande partie
de sa longueur et jusqu'à son extrémité aval 54, une épaisseur
e2, à l'exclusion de la tête 50 qui présente une épaisseur
plus grande e~.
La première passe de démarrage P1 qui, comme indiqué
par une flèche sur la Figure 2, s'est effectuée de gauche
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 P2
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
d'épaisseur e2.
Comme précédemment, le modèle mathématique 63
détermine tout d'abord, dans une étape 3, l'épaisseur optimale
e4 que l'on peut obtenir, qui correspond à la réduction
maximale d'épaisseur possible compatible avec les capacités du
laminoir, en tenant compte du fait que, la queue du produit
étant plus épaisse, la réduction â effectuer est égale à e1 -
e4. Ensuite, dans une étape 4, le modèle mathématique
détermine l'écartement e3 qu'il y a lieu de donner aux
cylindres pour permettre l'introduction du produit sans refus
d'engagement, compte tenu de l'épaisseur du produit.
Le produit 5 s'engage alors entre les cylindres 2 et
2' en prenant l'épaisseur e3. Dès que l'engagement est assuré,
le système de régulation 6 commande le resserrement des
cylindres à l'écartement e4 et le passage à la vitesse de
laminage.
Le produit laminé à la fin de cette deuxième passe
Pa présente donc une épaisseur e4 sur la plus grande partie 56
de sa longueur et une tête 55 d'épaisseur e3.
On effectue ainsi, à chaque passe Pn, une réduction
d'épaisseur en deux étapes.
Comme on l'a indiqué, on peut déterminer, par
expérience, l'état prévisible du produit, notamment sa
température, après un certain nombre de passes et ainsi
programmer le modèle mathématique 63 pour qu'il détermine, à
chaque passe Pn et en fonction de l'épaisseur ezn_Z atteinte à
2p la passe précédente Pn_1, la réduction maximale d'épaisseur
e2n-3 - ezn qu'il pourra effectuer sans dépasser la capacité
du laminoir et l'écartement ezn-1 qu'il faudra donner aux
cylindres pour éviter un refus d'engagement.
Le processus décrit précédemment pour la deuxième
Passe PZ pourra donc se reproduire à chaque passe jusqu'à ce
que le rapport entre le diamètre d des cylindres de travail
qui reste sensiblement fixe et l'épaisseur du produit qui
diminue à chaque passe soit tel que, en réalisant
immédiatement la réduction d'épaisseur maximale compatible
avec la puissance de laminage, on ne risque pas un refus
d'engagement.
L'épaisseur visée étant (e), on peut définir à
l'avance l'épaisseur e+x à partir de laquelle le refus
d'engagement n'est plus à craindre. Ainsi, à la fin de chaque
a
.._ 12
passe Pn, dans une étape 6 du processus, l'épaisseur atteinte
e2n est comparée au paramètre e+x et, dès qu'elle devient
inférieure à ce paramètre, le processus décrit précédemment
est arrêté et le laminage se poursuit normalement, dans une
étape 7, jusqu'à obtention de l'épaisseur visée (e).
On constate que, à chaque passe Pn, la réduction
totale d'épaisseur e2n_3 - e2n est supérieure à celle que l'on
devait respecter auparavant pour éviter un refus d.'engagement.
Le nombre total de passes sera ainsi sensiblement diminué.
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 applicable de la même façon à un
duo ou à un sexto ou à tout autre type de laminoir.
De méme, d'autres systèmes de régulation pourraient
être imaginés pour déterminer le nombre minimal de passes de
laminage compatible avec la puissance du laminoir.
Les signes de référence, insérés après les
caractéristiques techniques mentionnées dans les
revendications, ont pour seul but de faciliter la
compréhension de ces dernières et n'en limitent aucunement la
portée.
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