Procédé de réglage du refroidissement secondaire d'une machine de coulée continue

Abstract

 Selon ce procédé de réglage du refroidissement secondaire d'une machine de coulée continue d'un produit métallurgique soumis à une opération de décintrage, on prend en compte, comme connu en soi, les vitesses actuelle et passée du produit, et on prend en compte également la vitesse future (b) du produit de façon à compenser par anticipation un changement de température du produit dans la zone de décintragre dû à une modification prévue ou prévisible de sa vitesse par une modification préalable en sens inverse de la température obtenue par modification du régime de refroidissement.
Lorsque le refroidissement secondaire est géré par un système de régulation paramétré sur la vitesse de coulée actuelle du produit, on compense par anticipation le changement de température en introduisant dans le système de régulation, à la place de la vitesse réelle (b), une vitesse fictive (c, d, e) comprise entre la vitesse réelle et la vitesse future dont on veut compenser les effets sur la température.

Description

[0001] L'invention concerne un procédé de réglage du refroidissement secondaire d'une machine de coulée continue d'un produit métallurgique, du type selon lequel on prend en compte, comme connu en soi, la vitesse actuelle et la vitesse passée du produit métallurgique.

[0002] L'importance du refroidissement secondaire, tant sur la qualité des produits coulés que sur la productivité de la machine de coulée n'est plus à démontrer. Un bon réglage du refroidissement secondaire permet notamment :

. - d'assurer la solidification complète du produit avant un certain niveau dans la machine (redressage/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 et générateurs de criques internes et de ségrégation centrales marquées,

- d'assurer une certaine régularité dans le refroidissement du produit et d'éviter par suite les brusques réchauffements ou refroidissements susceptibles de créer des criques au front de solidification (criques médianes),

- 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.

[0003] En régime permanent, trouver le réglage optimal du refroidissement secondaire revient à trouver une répartition de l'eau le long du produit coulé dans les différentes zones de refroidissement de la machine qui assure ces conditions en optimisant un autre paramètre en relation directe avec la productivité de la machine : la vitesse de coulée. Cette optimisation est à l'heure actuelle bien maîtrisée.

[0004] En régime variable où l'évolution de la vitesse de coulée est imposée, optimiser revient à trouver un mode de gestion des débits d'eau permettant à chaque instant de satisfaire au mieux les conditions précitées.

[0005] Différents modèles de gestion du refroidissement secondaire ont déjà été proposés. Ils utilisent tous la vitesse de coulée comme paramètre actif pour le calcul des débits d'eau, mais peuvent se répartir en différents groupes suivant la méthode adoptée : on trouve notamment un premier groupe de modèles selon lesquels on détermine les débits d'eau dans les différentes zones d'arrosage en fonction uniquement de la vitesse de coulée instantanée (modèles ne tenant compte que du présent). Ces modèles sont en général mal adaptés à la coulée de brames pour tôles fortes, par exemple ils ne permettent généralement pas, lors de brusques ralentissements de la coulée, de maintenir la température de surface de la brame hors de la zone de mauvaise forgeabilité de la nuance coulée.

[0006] Dans un deuxième groupe de modèles, on détermine ces débits d'eau en fonction d'une vitesse moyenne définie à partir de l'histoire passée et présente de la vitesse de coulée (modèles tenant compte du passé et du présent).

[0007] Ces modèles sont donc basés sur :

1. La définition d'un paramètre caractérisant dans chaque zone d'arrosage l'histoire passée et présente du produit coulé. Dans la plupart des cas, il s'agira de l'âge moyen des éléments de produit présents à chaque instant dans une zone déterminée ; l'âge d'un élément de produit est défini comme le temps passé par cet élément dans la machine depuis sa création en lingotière (le produit étant, pour les besoins du modèle, virtuellement considéré comme une suite de tronçons élémentaires ou "éléments").

2. Le choix d'une courbe d'arrosage basée sur des critères métallurgiques et indiquant pour chaque zone le débit d'eau à pulvériser en fonction de la valeur du paramètre précédemment décrit.

[0008] Ils sont caractérisés par une répartition d'eau non constante entre les différentes zones, et la nécessité d'utiliser un ordinateur par suite des nombreux calculs à effectuer pour déterminer, à intervalles de temps réguliers, l'âge moyen des éléments dans les différentes zones.

[0009] Les différents modèles de ce groupe se différencient entre eux par le choix des courbes d'arrosage et les critères de refroidissement auxquels elles obéissent, et la méthode de calcul de l'âge moyen.

[0010] On se reportera en particulier à la demande de brevet français n° 80/05592 (FCB) ou au modèle décrit par J. FAusSAL dans une publication de la Revue de Métallurgie - Juin 1978, p. 404-415, et dont l'organigramme en vue de l'écriture du programme informatique est donné dans les trois dernières pages du présent mémoire.

[0011] Les courbes d'arrosage sont choisies pour réaliser au mieux les objectifs du refroidissement, en particulier maintenir la température de surface dans la zone de décrintrage au-dessus de la poche de mauvaise forgeabilité du produit coulé (à savoir au-dessus de 900 °C environ en règle générale) pour éviter la formation de criques transversales sur l'intrados.

[0012] Les systèmes de gestion du refroidissement secondaire, même les plus perfectionnés, ont encore des difficultés à attein- dre à coup sûr cet objectif, en raison des importants régimes transitoires propres à la coulée continue, comme le changement de nuance d'acier, le remplacement du répartiteur ou plus simplement les démarrages et fins de coulées.

[0013] Ceci est d'autant plus vrai que les dernières zones de refroidissement sont très limitées en plage de réglage du refroidissement. En général, d'ailleurs, la dernière zone juste en amont du point de décintrage est souvent démunie de moyens de refroidissement. Aussi, en cas de variations sensibles de la vitesse, on ne peut plus faire grand chose pour corriger le profil thermique de la partie du produit située dans ces zones terminales. Ceci n'est pas très grave, si la transition consiste en une augmentation de la vitesse, car, dans ce cas, la température augmente. Mais il ne faut pas aller trop loin dans cette voie, en raison des risques de gonflement ou de découpe du produit sur coeur liquide.

[0014] Par contre, la gravité peut être systématique en cas de ralentissement (ou arrêt) du produit, car, dans ce cas, la température chute irrésistiblement et peut se retrouver dans la région de mauvaise forgeabilité et ceci même si on stoppe le refroidissement, par le simple jeu de la perte par rayonnement.

[0015] Le but de l'invention est de proposer un procédé de réglage du refroidissement qui soit exempt des inconvénients mentionnés.

[0016] Ce but est atteint, dans le cadre d'un procédé du type précité en tête de ce mémoire, du fait que l'on prend en compte non seulement les vitesses présentes et passées du produit mais également sa vitesse future de façon à compenser par anticipation un changement de la température du produit dans la zone de décintrage dû à une modification prévue ou prévisible de sa vitesse.

[0017] De façon plus spécifique, le refroidissement secondaire étant géré par un système de régulation paramétré sur la vitesse de coulée réelle du produit, on compense par anticipation le changement de température au point de décintrage en introduisant temporairement dans le système de régulation à la place de la vitesse réelle une vitesse fictive comprise entre la vitesse actuelle et la vitesse future dont on veut compenser les effets sur la température.

[0018] Autrement dit, on introduit un "leurre" dans le système de régulation.

[0019] L'invention repose en partie sur l'analyse des situations rencontrées dans le processus de coulée continue, cette analyse montrant qu'environ 90 % des événements sont prévisibles : on peut ainsi prévoir un changement du panier répartiteur, ou un retard d'alimentation avec, par exemple, une demi-heure d'avance. On peut donc intervenir par anticipation et compenser le refroidissement ultérieur du produit dans la zone finale suite au ralentissement, par une surchauffe préalable (par rapport au régime normal) grâce à un abaissement par anticipation du régime de refroidissement.

[0020] L'invention sera mieux comprise grâce à la description qui va en être faite et se référant aux dessins annexés sur lesquels :

- la figure 1 est un graphique des profils de vitesse de coulée réelle ou factice,

- la figure 2 est un graphique de l'évolution de température en fonction de la progression d'un élément donné du produit, dans trois cas respectivement idéal, modifié par un événement, et corrigé par anticipation selon l'invention,

- la figure 3 est un graphique de l'évolution de température du produit au niveau du décintrage pour les éléments successifs qui y parviennent.

[0021] Sur la figure 1 est représentée l'évolution de la vitesse de coulée V en fonction du temps t. La courbe pleine représente la vitesse réelle de coulée : la vitesse reste constante un certain temps (partie a), puis, un événement, par exemple un changement de répartiteur, impose une modification de vitesse, selon un profil b, allant jusqu'à l'arrêt éventuel de la coulée.

[0022] Alors que dans le système de régulation connu on prend cette vitesse réelle comme paramètre de, régulation, selon l'invention on introduit dans le système régulateur une consigne factice anticipée, telle que c, d ou e selon le degré d'anticipation choisi ou possible. Les événements ne sont en effet pas tous prévisibles avec la même avance. De plus, quand bien même ils sont prévisibles avec une grande avance, on n'anticipe pas obligatoirement leur venue avec l'avance totale : en règle générale (mais non critique) on adopte l'anticipation maximale compatible avec l'ensemble des contraintes métallurgiques de la coulée. C'est ainsi qu'on évite une anticipation trop grande qui peut entraîner une température au-delà du seuil acceptable à la surface du produit au niveau du décintrage ou le long du produit.

[0023] Le profil de vitesse anticipé n'est pas nécessairement identique au profil réel de vitesse au moment de l'événement, d'autant que, si l'événement est en lui-même prévisible, le profil exact de vitesse n'est pas obligatoirement connu avec exactitude à l'avance, et ce, d'autant plus que l'on maîtrise en général assez mal en pratique les chutes de vitesse.

[0024] La figure 2 représente en fonction de la position L d'un élément du produit coulé sur la hauteur métallurgique, l'évolution de la température T dudit élément. La courbe discontinue f représente le profil idéal de température où l'on voit la température décroître depuis la température maximale à la sortie de la lingotière jusqu'à la température correspondant au seuil de forgeabilité M, généralement autour de 900 °C au niveau de la zone de décintrage N.

[0025] La courbe & représente le profil de la température lors d'un événement caractérisé par une chute de vitesse de coulée. Cet événement perturbe la régulation et fait descendre la température de surface au-dessous du seuil de forgeabilité, notamment au niveau de la zone de décrintrage. Ce problème intervient notamment du fait que la régulation de chaleur s'opère assez bien pour l'acier liquide, mais se maîtrise plus difficilement pour l'acier solide, donc, essentiellement au niveau des derniers éléments, en-dessous du puits liquide du produit.

[0026] La courbe h représente la courbe de température obtenue grâce à l'invention, où, ayant introduit dans le système de gestion de la régulation, un profil de vitesse factice anticipé, il a été possible de maintenir le profil de température au-dessus du seuil de forgeabilité M.

[0027] La figure 3 représente la courbe d'évolution de la température de surface au niveau de la zone de décintrage, pour des éléments sortis de la lingotière à des instants S. On a représenté quatre courbes : la courbe w correspond à l'évolution constante dans un système classique de gestion de la régulation paramétré sur la courbe de vitesse réelle ab ; les courbes x, y, z correspondent à l'évolution constatée dans le cadre de l'invention en anticipant l'événement selon les profils de vitesse respectifs c, d, e de la figure 1.

[0028] Si l'on fixe par exemple à 1000 °C le seuil de mauvaise forgeabilité (représenté par la ligne k), on voit que le changement de répartiteur entraîne chaque courbe w, x, y. z en-dessous dudit seuil, à partir du point A. Mais alors que pour un système classique, la courbe w ne remonte au-dessus du seuil qu'au point _B, pour la régulation conforme à l'invention selon la courbe z, on se trouve au-dessus du seuil dès le point C, situé à mi-distance environ entre A et B. Autrement dit, grâce à la régulation z, on divise sensiblement par deux la longueur du produit coulé atteignant le décintrage à une température en-dessous du seuil de bonne forgeabilité.

[0029] La réalisation du programme d'ordinateur pour la mise en oeuvre de l'invention ne posera aucune difficulté majeure à partir de l'enseignement contenu dans la publication mentionnée au début et de l'organigramme donné dans les pages suivantes et qu'il suffira de compléter en insérant une procédure d'anticipation définissant une vitesse fictive de coulée qui permet d'intervenir sur le refroidissement du produit avant que l'événement perturbateur ne se produise réellement.

Revendications

1) Procédé de réglage du refroidissement secondaire d'une machine de coulée continue d'un produit métallurgique soumis à une opération de décintrage, procédé du type selon lequel on prend en compte, comme connu en soi, les vitesses actuelle et passée du produit, caractérisé en ce qu'on prend en compte également la vitesse future du produit de façon à compenser par anticipation un changement de température du produit dans la zone de décintrage dû à une modification prévue ou prévisible de sa vitesse par une modification préalable en sens inverse de la température obtenue par modification du régime de refroidissement.

2) Procédé selon la revendication 1 du type selon lequel le refroidissement secondaire est géré par un système de régulation paramétré sur la vitesse de coulée actuelle du produit, caractérisé en ce qu'on compense par anticipation le changement de température en introduisant dans le système de régulation, à la place de la vitesse réelle, une vitesse fictive comprise entre la vitesse réelle et la vitesse future dont on veut compenser les effets sur la température.

3) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'on compense un ralentissement de la vitesse de coulée par une diminution anticipée du refroidissement.

Dessins