[0001] 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.
[0002] Plus précisément l'invention a trait aux procédés de réglage de ce type dans lesquels
la vitesse de défilement future du produit dans la machine est prise en compte pour
la détermination des intensités du refroidissement dans les différentes zones de
la machine.
[0003] Dans une machine de coulée continue de produits métallurgiques, le refroidissement
secondaire du produit est classiquement assuré par des rampes de gicleurs qui projettent
sur le produit un liquide refroidissant, généralement de l'eau mélangée ou non à de
l'air. L'arrosage du produit débute immédiatement sous la lingotière et peut se poursuivre
jusqu'à ce que le produit atteigne la zone de décintrage et d'extraction. Mais le
plus souvent, l'arrosage est interrompu avant la zone de décintrage.
[0004] On sait aujourd'hui que la qualité finale du produit coulé est largement influencée
par la manière dont a été conduite son refroidissement secondaire. Un bon réglage
de ce dernier permet notamment :
- d'assurer la solidification complète du produit avant son décintrage ou son oxycoupage
;
- d'assurer une bonne tenue mécanique de la peau solidifiée le long de la machine,
et en particulier d'éviter les problèmes de gonflement dus à une température de surface
trop élevée, qui peuvent générer des criques internes et des ségrégations centrales
marquées ;
- d' assurer une certaine régularité dans le refroidissement du produit et d'éviter
de brusques réchauffements ou refroidissements susceptibles de créer des criques
au front de solidification (criques internes) ou des criques de surface ;
- de maintenir la température de surface au décintrage dans la zone de bonne forgeabilité
du métal et d'éviter ainsi la formation de criques transversales sur l'intrados.
[0005] Classiquement, le refroidissement secondaire est divisé en différentes zones d'arrosage
successives le long du produit coulé. A l'intérieur de chacune de ces zones, le débit
d'eau peut être réglé de façon indépendante des autres zones. L'obtention d'un produit
de bonne qualité est liée à une définition correcte des débits d'eau dans les différentes
zones, en relation notamment, avec la vitesse de coulée, c'est-à-dire la vitesse d'extraction
du produit hors de la machine
[0006] Lorsque la vitesse de coulée est constante, la définition d'un mode de refroidissement
secondaire adéquat ne pose pas de problèmes. Dans le cas d'une faible variation de
la vitesse de coulée, même brusque,le refroidissement du produit ne s'écarte que
relativement peu du schéma idéal défini pour un régime permanent, et la qualité du
produit n'en est guère affectée.
[0007] Il n'en est pas de même lorsque le défilement du produit passe par un transitoire
de forte amplitude, correspondant à une augmentation ou surtout à une diminution
brutale et importante de la vitesse de coulée, ou même à un arrêt de l'extraction.
[0008] Lorsque survient un tel transitoire, le produit présent dans la machine voit le cours
de son refroidissement perturbé par rapport au schéma idéal prévu. Cette perturbation
est particulièrement ressentie par la portion du produit qui, pendant ce transitoire,
chemine dans la zone de la machine située entre la fin du refroidissement secondaire
et le point de décintrage. Dans cette zone, le produit se refroidit naturellement,
notamment par rayonnement, sans être arrosé. Le transitoire de vitesse a pour effet
de modifier le temps de séjour du produit dans cette zone à refroidissement naturel.
Comme les opérateurs n'ont plus la possibilité de maîtriser la vitesse de refroidissement
de cette portion du produit, cette portion parvient au point de décintrage à une température
sensiblement différente de celle qu'elle aurait eue si la vitesse de coulée était
demeurée normale. Ce phénomène est particulièrement dommageable lorsque la vitesse
de coulée devient faible ou nulle lors du transitoire. En effet, dans ces conditions,
le refroidissement du produit est accentué, et celui-ci atteint le point de décintrage
à une température qui risque d'être trop basse, car située en dehors de la zone de
bonne forgeabilité du métal.
[0009] De telles phases transitoires se produisent de façon inopinée lors d'incidents liés
au fonctionnement de la machine. Mais le plus fréquemment (dans environ 90 % des cas),
elles sont liées à des opérations habituelles et prévisibles, telles que la fin d'une
coulée, ou un changement de répartiteur.
[0010] Le Brevet Européen EP.0116496, au nom de la demanderesse, décrit un procédé de refroidissement
secondaire anticipatif. Pour l'arrosage du produit dans les différentes zones du refroidissement
secondaire, ce procédé prend en compte non seulement les vitesses de défilement présente
et passées du produit, comme cela se pratiquait jusque là, mais encore sa vitesse
de défilement future lorsqu'il est possible de prévoir à quel instant débutera un
transitoire, quelle sera sa durée et quelle sera alors la vitesse de défilement.
[0011] Ceci est réalisé en introduisant temporairement dans le système de régulation, à
la place de la vitesse d'extraction réelle, une vitesse "leurre" comprise entre la
vitesse réelle et la vitesse future. On peut ainsi tendre à compenser, par anticipation,
le refroidissement supplémentaire qui sera procuré par un ralentissement ou un arrêt
de l'extraction, en diminuant le refroidissement du produit avant même que n'ait lieu
la variation de la vitesse de coulée. Un raisonnement analogue peut être suivi si
on prévoit une brusque augmentation de la vitesse de coulée : l'intensité du refroidissement
doit alors être augmentée par anticipation et la vitesse fictive doit être supérieure
à la vitesse réelle et inférieure à la vitesse future.
[0012] Ce procédé est bien adapté aux cas où la variation de vitesse n'est pas trop importante,
ou s'effectue de façon progressive. Mais en cas de transitoire très sévère, tel qu'un
arrêt brusque de l'extraction, l'action sur le refroidissement secondaire peut ne
pas être assez vive pour limiter suffisamment la chute de température du produit.
Il n'est, en effet, pas souhaitable d'imposer au début de l'anticipation une vitesse
fictive très faible, qui serait bien adaptée aux tranches qui subiront le régime transitoire,
mais qui perturberait trop le refroidissement des portions du produit qui sont présentement
en train d'être coulées, et qui ne seront pas concernées par ce transitoire.
[0013] Le but de l'invention est de proposer une méthode de réglage du refroidissement secondaire
qui fonctionne également par anticipation des événements qui conduiront à des changements
de la vitesse de coulée, mais qui serait mieux adaptée que les méthodes existantes
au cas des régimes transitoires conduisant à des variations brusques et de grande
amplitude de cette vitesse.
[0014] A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de refroidissement secondaire d'un
produit métallique, notamment en acier, tel qu'une brame, un bloom ou une billette,
et coulé en continu sur une machine dont le refroidissement secondaire est divisé
en n zones étagées indépendantes à l'intérieur desquelles un débit de fluide refroidissant,
paramétré sur la vitesse de coulée du produit, est projeté sur ledit produit, procédé
dans lequel on compense par anticipation un 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 décintrage, au-delà duquel on ne souhaite plus maîtriser la température
du produit, ce changement de température étant dû à une variation prévue ou prévisible
de la vitesse de coulée débutant à l'instant t
Vo, caractérisé en ce que :
- on détermine par l'intermédiaire de la vitesse de coulée l'instant t
o auquel naît, à la partie supérieure de la lingotière, la portion de produit qui,
à l'instant t
Vo, parviendra au point HD,
- on détermine les instants t₁,...t
i,...t
n auxquels la portion de produit née à t
o sortira des zones 1,...i,...n du refroidissement secondaire,
- à partir de l'instant t
i, on impose dans la zone i un débit de fluide refroidissant adapté à la compensation
dudit changement de température,
- et, à partir de l'instant t
Vo, on revient au mode de refroidissement habituellement utilisé sur la machine, paramétré
sur la vitesse de coulée réelle.
[0015] Comme on l'aura compris, l'invention consiste à appliquer aux portions de produit
concernées par le régime transitoire un refroidissement particulier indépendant de
la vitesse de coulée présente et destiné à compenser le surcroît 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 secondaire. Ceci permet d'adapter de
façon plus fine que par les méthodes antérieures le mode de refroidissement d'une
portion de produit donnée à l'histoire de son cheminement.
[0016] 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 vitesse
prend une valeur constante et non nulle V1 jusqu 'à un instant t
Vo, où elle devient nulle à la suite d'un évènement tel qu'un changement de répartiteur.
Elle demeure nulle jusqu'à un instant t
V1, où elle reprend la valeur V1 précédente.
[0017] 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 infiniment minces, appelées
tranches, qui ont pris naissance à divers instants t
o, t
B, t
C, t
D, t
V1 à la partie supérieure de la lingotière. L'ordonnée d'un point d'une de ce courbes
exprime la cote en machine H à laquelle se trouve la tranche correspondante à l'instant
porté en abscisse. La longueur de la machine est divisée en plusieurs zones que le
produit traverse successivement :
- la lingotière, notée L sur le diagramme, s'étendant de la cote 0 à la cote H1,
- la première zone de refroidissement secondaire, notée Z1, s'étendant de la cote
H1 à la cote H2,
- la deuxième zone de refroidissement secondaire, notée Z2, s'étendant de la cote
H2 à la cote HR,
- une zone où le produit n'est pas arrosé et se refroidit naturellement par rayonnement,
notée R, s'étendant de la cote HR à la cote HD,
- la zone de décintrage, notée D, qui débute à la cote HD dite "point de décintrage".
[0018] On considère que dans la zone D, le mode de refroidissement du produit n'a plus d'influence
sur la qualité du produit, et on ne cherche plus à le maîtriser.
[0019] La conduite par anticipation du refroidissement secondaire est effectuée de la manière
suivante. A l'instant (t
Vo-t
ANT), l'opérateur responsable du fonctionnement de la machine est averti que, à l'instant
t
Vo qui est encore à venir, un évènement quelconque l'obligera à interrompre l'extraction
du produit, qui ne reprendra qu'à l'instant t
V1. L'opérateur (ou l'ordinateur qui, de préférence, assure la gestion du refroidissement
secondaire) détermine alors l'instant to correspondant à la naissance, à la partie
supérieure de la lingotière (c'est-à-dire à la cote 0), de la tranche infiniment mince
de produit qui, à l'instant t
Vo, se trouvera à la cote HD, c'est-à-dire au point de décintrage. Les tranches nées
postérieurement à t
o ne seront donc pas encore parvenues au point de décintrage lorsque débutera l'arrêt
de l'extraction, et ce sont elles qui devront subir un refroidissement secondaire
modifié.
[0020] A cet effet, on détermine à quel instant t₁ la tranche née à t
o sortira de la zone Z1. A partir de l'instant t₁, on applique dans la zone Z1 un débit
d'eau minimal prédéterminé. Ce débit minimal peut être 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'anticipation
qui s'étend de t₁, à t
Vo. Le choix du débit minimal est déterminé 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 qui serait provoqué par
l'arrêt de l'extraction. De manière générale, on détermine les instants t
i i étant un entier inférieur ou égal au nombre n de zone du refroidissement secondaire,
auxquels la tranche née à t
o sortira des diverses zones Zi. Postérieurement à t
i on applique dans Zi un débit d'eau minimal prédéterminé tel qu'il vient d'être défini.
Ce débit minimal peut être différent dans chaque zone. Dans le cas illustré, le nombre
n de zones du refroidissement secondaire est égal à 2, mais il peut prendre, bien
entendu, une valeur supérieure quelconque. A l'instant t
Vo, cette procédure est interrompue et on revient à l'utilisation du mode de refroidissement
habituellement employé sur la machine en cas d'arrêt de l'extraction, puis de reprise
de celle-ci.
[0021] Deux cas peuvent être envisagés :
- on prévoit à (t
Vo-t
ANT) que l'extraction sera arrêtée à t
Vo, et dans l'instant t
o, déduit de cette prévision, est encore à venir. Dans ce cas, la procédure de refroidissement
secondaire par anticipation concernera toutes les tranches nées entre t
o et t
Vo, comme on vient de le décrire.
- A l'instant (t
Vo-t
ANT), on prévoit l'arrêt de l'extraction à t
Vo, alors que l'instant t
o déduit de cette prévision est déjà dépassé. La procédure de refroidissement secondaire
par anticipation est alors lancée immédiatement. Si l'instant t
j est le dernier des instants t
i à 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 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 au cas où aucune action particulière sur le refroidissement
n'aurait eu lieu.
[0022] La figure unique illustre le cas où la prévision de l'arrêt d'extraction a pu être
effectuée avant l'instant t
o. Les diverses portions des courbes A, B, C, D, E sont tracées en trait plein pour
les intervalles de temps où la tranche qu'elles représentent a été arrosée selon les
procédures habituelles, (correspondant à V = V1 avant t
Vo et après t
V1, et à V = 0 entre t
Vo et t
V1), et en pointillés pour les intervalles de temps où elles ont subi un arrosage minimal,
consécutif à la procédure d'anticipation. Notons que, dans cet exemple, le refroidissement
de la portion de produit présente en lingotière n'est pas modifié lors de la procédure
d'anticipation.
[0023] La tranche née à t
o (courbe A) subit, comme les précédentes, un refroidissement du type habituel sur
tout son trajet. La tranche née à t
B (courbe B) subit un arrosage minimal dans la fin de sa traversée de la zone Z1 et
dans la fin de sa traversée de la zone Z2. la tranche née à tc (courbe C) subit un
arrosage minimal pendant la totalité de sa traversée de la zone de refroidissement
secondaire. La tranche née à t
D (courbe D) subit un arrosage minimal entre son entrée dans la zone Z1 et l'instant
t
Vo où elle s'immobilise à l'intérieur de Z1. La tranche née à t
Vo (courbe E) demeure à la cote 0 pendant toute la durée de l'arrêt de l'extraction,
et est la première tranche, depuis celle née à t
o, à subir sur tout son trajet un refroidissement selon les procédures habituelles,
d'abord pour V = 0, puis pour Y = V1.
[0024] Un raisonnement similaire pourrait être conduit pour le cas où la modification momentanée
de la vitesse de coulée serait non pas un arrêt de l'extraction, mais un simple ralentissement.
[0025] Un aspect important dans l'exploitation d'un modèle du type selon l'invention est
la prévision, avec un degré suffisant de certitude, de l'instant t
Vo auquel débutera le régime transitoire. Si cet instant survient en fait sensiblement
plus tard que ce qui avait été initialement prévu, des portions importantes du produit
auront entre temps subi un refroidissement trop faible. Cela risque d'amener ces portions
de produit au point de décintrage dans un état de solidification insuffisamment avancé,
pouvant entraîner la formation de défauts lors du décintrage.
[0026] Les conséquences de cette difficulté peuvent être limitées, si l'opérateur affecte
à la prévision de l'instant t
Vo un degré de certitude "CERT". CERT est d'abord pris égal à 0 lorsque la prévision
est encore incertaine, et à 1 dès que t
Vo peut être déterminée de façon certaine.
[0027] Selon cette variante du modèle, 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 pendant pendant la procédure de refroidissement par
anticipation. Ces zones 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 à entrer
dans la zone R dans laquelle plus aucune action ne sera possible. Si en fin de compte
le transitoire n'a pas lieu, ou ne débute pas à t
Vo mais à un instant ultérieur, ces portions n'auront subi un refroidissement inadapté
que dans la ou les dernières zones, et les conséquences sur la qualité du produit
seront moindres que si le refroidissement avait été inadapté dans toutes les zones.
[0028] Lorsque l'opérateur devient certain que le transitoire débutera bien à t
Vo, il impose CERT = 1 au modèle. Alors l'ensemble du refroidissement secondaire peut
fonctionner selon la procédure décrite précédemment.
[0029] Si au contraire, l'opérateur apprend à l'instant (t′
Vo - t′
ANT), postérieur à (t
Vo - t
ANT), que le transitoire débutera à l'instant t′
Vo, différent de t
Vo, avec un degré de certitude CERT′, la procédure d'anticipation qui était en vigueur
est aussitôt interrompue. Elle est immédiatement remplacée par une procédure fondée
sur les nouvelles informations qui sont parvenues à l'opérateur à l'instant (t′
Vo - t′
ANT).
[0030] Bien entendu, le procédé peut également être appliqué au cas des coulées continues
droites, dans lesquelles le produit n'a pas besoin d'être décintré. Dans le raisonnement
précédent, on remplace alors le point de décintrage par le point où le produit est
tronçonné, ou plus généralement par un point quelconque au-delà duquel on estime que
le mode de refroidissement du produit n'influe plus sur sa qualité.
1) Procédé de refroidissement secondaire d'un produit métallique notamment en acier,
tel qu'une brame, un bloom ou une billette, et coulé en continu sur ume machine dont
le refroidissement secondaire est divisé en "n" zones étagées indépendantes à l 'intérieur
desquelles un débit de fluide refroidissant, paramétré sur la vitesse de coulée du
produit, est projeté sur ledit produit, procédé dans lequel on compense par anticipation
un 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 décintrage, au-delà duquel
on ne souhaite plus maîtriser la température du produit, ce changement de température
étant dû à une modification prévue ou prévisible de la vitesse de coulée débutant
à l'instant tVo, caractérisé en ce que :
- on détermine, par l'intermédiaire de la vitesse de coulée, l'instant to auquel naît, à la partie supérieure de la lingotière, la portion de produit qui,
à l'instant tVo, parviendra au point HD,
- on détermine les instants t₁,...ti,...tn auxquels la portion de produit née à to sortira des zones ₁,...,i,...n du refroidissement secondaire,
- à partir de l'instant ti, on impose dans la zone i un débit de fluide refroidissant adapté à la compensation
dudit changement de température,
- et, à partir de l'instant tVo, on revient au mode de refroidissement habituellement utilisé sur la machine, paramétré
sur la vitesse de coulée réelle.
2) Procédé de refroidissement secondaire selon la revendication 1, caractérisé en
ce que on affecte un degré de certitude "CERT" à la prévision de l'instant tVo, en posant CERT = 0 tant que cette prévision est incertaine, et CERT = 1 à partir
du moment où cette prévision devient certaine, et tant que CERT = 0, on n'applique
la procédure de refroidissement secondaire par anticipation que dans la ou les zones
finales du refroidissement secondaire, et, lorsque CERT = 1, on applique la procédure
de refroidssement secondaire par anticipation sur l'ensemble du refroidissement secondaire.