EP4363131A1 - Procede de prechauffage d'un cylindre de travail de laminage - Google Patents

Procede de prechauffage d'un cylindre de travail de laminage

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Publication number
EP4363131A1
EP4363131A1 EP22744806.5A EP22744806A EP4363131A1 EP 4363131 A1 EP4363131 A1 EP 4363131A1 EP 22744806 A EP22744806 A EP 22744806A EP 4363131 A1 EP4363131 A1 EP 4363131A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
profile
rolling
target
metal strip
effective
Prior art date
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Granted
Application number
EP22744806.5A
Other languages
German (de)
English (en)
Other versions
EP4363131C0 (fr
EP4363131B1 (fr
Inventor
Romain-Fabrice BERNES
Daniel BELLOT
Vincent Duhoux
Clement QUESTROY
Jean-François VERDIER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Constellium Issoire SAS
Original Assignee
Constellium Issoire SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Constellium Issoire SAS filed Critical Constellium Issoire SAS
Publication of EP4363131A1 publication Critical patent/EP4363131A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of EP4363131C0 publication Critical patent/EP4363131C0/fr
Publication of EP4363131B1 publication Critical patent/EP4363131B1/fr
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B27/00—Rolls, roll alloys or roll fabrication; Lubricating, cooling or heating rolls while in use
    • B21B27/06—Lubricating, cooling or heating rolls
    • B21B27/10—Lubricating, cooling or heating rolls externally
    • B21B27/106—Heating the rolls
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B37/00—Control devices or methods specially adapted for metal-rolling mills or the work produced thereby
    • B21B37/28—Control of flatness or profile during rolling of strip, sheets or plates
    • B21B37/30—Control of flatness or profile during rolling of strip, sheets or plates using roll camber control
    • B21B37/32—Control of flatness or profile during rolling of strip, sheets or plates using roll camber control by cooling, heating or lubricating the rolls
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B2267/00—Roll parameters
    • B21B2267/18—Roll crown; roll profile
    • B21B2267/19—Thermal crown

Definitions

  • the field of the invention is that of metallurgy and more specifically that of rolling processes, preferably hot, of flat metal products made in particular based on an aluminum alloy.
  • a rolling process carries out the shaping by plastic deformation of a metal in order to produce in particular flat products (sheets, strips, strips, etc.), that is to say a product whose thickness is less than its width, which is also less than its length.
  • flat products sheets, strips, strips, etc.
  • metal strip will be used here to speak generally of a flat product.
  • a rolling mill usually comprises one or more successive rolling stands each formed of a pair of so-called counter-rotating work rolls of the same diameter.
  • the metal strip is deformed by compression passing between the work rolls.
  • the rolling stand may comprise another pair of so-called support rolls, each arranged in contact with a work roll.
  • the rolled metal strip may have flatness defects, such as non-developable defects (eg long edges, long centres, etc.) and developable defects (eg bow, warp and twist defects). ). These defects can come from the deformation of the work rolls due to the high intensity of the mechanical stresses, as well as from the heterogeneous thermal expansion of the work rolls along their longitudinal axis.
  • non-developable defects eg long edges, long centres, etc.
  • developable defects eg bow, warp and twist defects
  • the backup rolls mentioned above can be used to reduce the deflection of the work rolls.
  • the work rolls can have a grinding crown, or grinding profile, that is to say a variation in the diameter between the center of the roll and its ends, to seek flatness of the metal strip, for example by slight long edges or long center, depending on the rolling stand considered.
  • the rolling mill may include a thermal control device suitable for cooling or heating locally the working cylinders to modify the thermal expansion profile (thermal profile).
  • the document WO00/00307A1 describes a method for hot rolling a metal strip in a rolling mill comprising a thermal control device.
  • the thermal control device makes it possible to modify the thermal expansion profile of the working rolls at the edge of the strip.
  • the work rolls can expand due to the heat produced in the grip, and have a thermal expansion profile of concave shape: the profile in diameter of each work roll then has a rounding towards the outside (bending), which leads to an increase in the thickness of the metal strip at its side edges. Note that, in this example, the work rolls do not have a grinding profile.
  • the thermal control device comprises lateral inductors arranged opposite each working roll at the edge of the strip.
  • the activation of the lateral inductors makes it possible to modify the thermal expansion profile and more precisely to increase the thermal expansion of the working rolls at the edge of the metal strip, thus reducing the local extra thickness of the latter.
  • the document FR2375920 describes another example of a rolling mill comprising an inductor thermal control device.
  • the inductors are regularly distributed along the longitudinal axis of the work rolls.
  • the thermal control device also comprises a downstream roller for measuring the distribution of tensile mechanical stresses present in the rolled metal strip, as well as a downstream sensor for measuring the thickness distribution of the rolled metal strip.
  • a feedback loop is provided to adapt the thermal power delivered by each inductor according to the measurement signals emitted by the downstream roller and the downstream sensor.
  • this process leads to a loss of material insofar as, on the one hand, the thermal profile of the work rolls may not be stabilized during the rolling of the metal strip, and on the other hand, any defects are detected. after the metal strip has passed through the right-of-way.
  • starter strips essentially intended to generate and stabilize the thermal expansion profile of the working rolls before the rolling operation, these strips starting metals are generally not recovered and can therefore be scrapped.
  • the thermal control device comprises nozzles for spraying a heating liquid (heating sprayers) and nozzles for spraying a cooling liquid (cooling sprayers), distributed along the longitudinal axis of the working cylinders.
  • the thermal control device further comprises multiple sensors for measuring the surface temperature of the work roll as well as the thermal expansion of the latter. The measured values can be compared with those calculated by a predefined thermal model, to then control the thermal power delivered by each of the heating and cooling sprayers.
  • this method requires the use of multiple sensors, including sensors for measuring the surface temperature of the work rolls.
  • the object of the invention is to remedy at least in part the drawbacks of the prior art, and more particularly to propose a method for preheating at least one of the working rolls of a rolling stand making it possible to expand the work roll according to a predefined target thermal expansion profile, quickly and efficiently, without the need to use different types of measurement sensors.
  • the object of the invention is a method for preheating at least one working roll of a rolling mill intended to roll a metal strip so that the working roll has a determined target thermal expansion profile.
  • the rolling mill comprising a thermal control device comprising Ni inductors distributed along the longitudinal axis of the work roll opposite the Ns longitudinal segments, the method comprising the following phases: a/ determination of the target thermal expansion profile at a moment's notice calculation t k , from predefined values of input parameters Pe representative of the dimensions and mechanical and thermal properties of the metal strip to be rolled, and from a first predefined physical model Ml expressing a relationship between the input parameters Pe and the target thermal expansion profile b/ determination of an effective average temperature profile along of Ns longitudinal segments of the working cylinder, from a power profile effective thermal generated by the Ni inductors and measured previously, and a second predefined physical model M2 expressing a relationship between the effective thermal power profile and the mean effective temperature c/ determination of a target average temperature profile along
  • the average temperature target thermal expansion profiles effective and target average temperature can be determined for the longitudinal segments intended to be in contact with the metal strip to be rolled.
  • the step of determining the target thermal power profile can include the following steps: identification of the longitudinal segment, of index jmax, for which the deviation is maximum, and definition of the target thermal power at a maximum value; determination of the target thermal power of others longitudinal segments such that
  • An index inductor j can only be activated when the ratio is greater than or equal to a predefined threshold value R T , otherwise it remains inactive.
  • the thermal control device may comprise coolers distributed along the longitudinal axis of the working roll opposite the Ns longitudinal segments.
  • the method may include a step of activating the coolers based on the difference between the profile target average temperature profile and the effective average temperature profile
  • the phase of determining the average effective temperature profile can be carried out by numerical simulation, the cylinder of work being discretized according to an axisymmetric mesh 2D.
  • the metal strip can be made of an aluminum alloy.
  • Another object of the invention is a rolling process comprising the following steps a) the preheating of at least one working roll, preferably the two working rolls, of a rolling mill intended to roll a metal strip according to the method according to the invention, b) the rolling of the metal strip with at least the working roll thus preheated, preferably the two working rolls.
  • Figure IA is a schematic and partial view of a rolling stand of a rolling mill according to one embodiment, in section along the longitudinal axis of the rolling mill, illustrating the thermal control device
  • Figure IB is a schematic and partial view of a work roll of the rolling stand of fig.lA, in section along the longitudinal axis of the work roll, illustrating the segmentation of the work roll into Ns longitudinal segments and the longitudinal distribution of the Ni inducers
  • FIG. 2A is a schematic and partial view of a working roll, in section along its longitudinal axis, showing an example of thermal expansion profile
  • FIG. 2B illustrates an example of a target thermal expansion profile of the working cylinder, as well as the parameters A, B, xx and u making it possible to characterize it
  • FIG. 3 is a flowchart of a preheating process implemented by the rolling mill of FIG. 1A according to one embodiment.
  • the invention relates to a method for preheating at least one work roll of a rolling stand, making it possible to thermally expand the work roll locally, according to a predetermined target profile, before the metal strip to be rolled not be brought into the right-of-way.
  • the metal strip is made from aluminium, without however the invention being limited to this type of material.
  • the target thermal expansion profile of the preheating takes into account the characteristics of the metal strip to be rolled, and corresponds substantially to that generated during the actual rolling operation, by the heat input essentially resulting from the deformation of the metal band in the right-of-way. Also, at the end of the preheating operation, the work roll then has a thermal stability close to or substantially identical to what it will be during the rolling operation. [0026]
  • the target thermal expansion profile is predefined so that, during the rolling operation, the rolled metal strip has, at the exit from the grip, the desired thickness profile and flatness.
  • the profile of a physical quantity associated with the working cylinder is the variation (or the distribution) of this physical quantity along the longitudinal axis of the cylinder.
  • the profile of the metal strip is the variation (or distribution) of thickness in a cross section along a transverse axis (width direction) of the metal strip.
  • Figure IA is a schematic and partial view of a rolling mill 1 comprising several successive rolling stands 10, in section along the longitudinal axis of the rolling mill. Here only a rolling stand 10 is shown.
  • Figure IB is a schematic and partial view of the rolling stand 10, in section along the longitudinal axis of the work roll.
  • XYZ a direct three-dimensional orthogonal reference XYZ, where the X axis is oriented along the rolling direction and corresponds to the longitudinal axis of the rolling mill 1 and the metal strip 2 in progress rolling, the Y axis corresponds to the longitudinal axis of the rolls, and the Z axis is oriented along the height of the rolling stand 10.
  • the terms 'upstream' and 'downstream' are defined with reference to the axis longitudinal of the rolling mill 1, that is to say here at the X axis.
  • the rolling mill 1 may comprise several successive rolling stands 10 for rolling the same metal strip 2. It also comprises a thermal control device 20 adapted to control the thermal expansion profile of at least one work rolls 11 by means of a plurality of inductors 21 and possibly coolers 22.
  • Each rolling stand 10 is here of the 'quarto' type and here comprises a pair of work rolls 11 (lower and upper rolls), and a pair of support rolls 12 (lower and upper). Of course, other configurations are possible, such as 'sexto' or 'Sendzimir' type cages, among others.
  • Each work roll 11 of the rolling stands 10 can be equipped with inductors 21 and possibly with coolers 22 of the thermal control device 20.
  • the rolling mill 1 can however comprise, upstream of the rolling stands 10, at least one stand reversible not equipped with inductors of the thermal control device.
  • the work rolls 11 are equipped here with inductors 21 and coolers 22.
  • the thermal control device 20 comprises a plurality of inductors 21 and optionally a plurality of coolers 22, connected to a processing unit 23. It makes it possible to generate, within the framework of the preheating of the working cylinder 11 considered, and therefore, before the rolling operation, a thermal expansion profile at the work roll 11 considered which is substantially equal to a predetermined target profile.
  • the work roll 11 is discretized over its entire length, along the longitudinal axis Y, in Ns successive longitudinal segments They, preferably of the same size.
  • the working roll 11 can be discretized into several longitudinal segments They of width equal to approximately 20 mm along the Y axis.
  • the thermal control device 20 comprises Ni inductors 21, here with Ni£Ns. They are distributed along the longitudinal axis Y facing the Ns successive longitudinal segments, here at the rate of 1 inductor for several successive longitudinal segments They. All the longitudinal segments They do not necessarily include inductors 21, in particular the longitudinal segments They located at the edge of the working roll 11 and which are not intended to form the grip (no contact with the metal strip 2).
  • the inductors 21 can be placed upstream and/or downstream of the work cylinder 11. In this example, Ni inductors are located upstream and Ni inductors are located downstream of the work cylinder 11.
  • the inductors 21 are adapted to transmit thermal energy in the longitudinal segments They of the working cylinder 11. This is electromagnetic induction heating, in the sense that each inductor 21 generates a magnetic field which induces an alternating electric current in the longitudinal segment(s) They opposite which it is arranged.
  • the electromagnetic power received by the longitudinal segments They is converted by the Joule effect into calorific power, which thus leads to an increase in the average temperature of the longitudinal segments They concerned.
  • the inductors 21 are activated and deliver a thermal power in response to a control signal from the control unit 23 which defines a target value of the thermal power. However, it appears that the inductors 21 may not actually deliver the target value of the thermal power. Also, they each have a sensor (not shown) adapted to provide the processing unit 23 with a measurement of the thermal power actually delivered.
  • the thermal control device 10 can also include coolers 22, distributed along the working cylinder 11. Each cooler 22 can be a coolant spray nozzle. These coolers 22 thus make it possible to reduce the average temperature of the longitudinal segments They of the working roll. They may be more or less numerous than the inductors 21. In addition, the longitudinal arrangement of the coolers 22 may not coincide with that of the inductors 21.
  • the processing unit 23 is adapted to perform calculations at different successive calculation instants t k , and to control the inductors 21 and, where applicable, the coolers 22 so that the effective average temperature profile of the longitudinal segments They (and therefore the effective thermal expansion profile) is substantially equal to the target average temperature profile (and therefore a target thermal expansion profile).
  • the processing unit 23 includes a programmable processor capable of executing instructions recorded in an information recording medium. It further comprises a memory containing the instructions necessary for the implementation of the preheating method. It is also adapted to store the information calculated at each instant of calculation t k . It also implements two predefined physical models M1 and M2.
  • the first predefined physical model M1 expresses a relationship between, on the one hand, input parameters Pe representing dimensions and mechanical and thermal properties of the metal strip 2 to be rolled, and on the other hand, a profile target thermal expansion of the working cylinder defined at the level of the Ns longitudinal segments They.
  • the predefined physical model M1 can be a database (abacus) obtained beforehand, for example experimentally and/or numerically.
  • the predefined physical model M1 establishes a relationship between the target thermal expansion profile necessary to obtain these properties of the metal strip 2, and the input parameters Pe.
  • the input parameters Pe relate in particular to the mechanical characteristics of the metal strip 2 to be rolled, such as the type of aluminum alloy, the thermal characteristics such as the temperature of the metal strip 2 at the entrance to the stand rolling 10 and the desired winding temperature, the dimensions of the metal strip 2 to be rolled such as its width W, the initial thickness H and the output thickness h. Other Features can be taken into account.
  • These input parameters Pe make it possible to estimate the rolling force and therefore the heat produced in the grip during the rolling of the metal strip 2, as well as the bending of the work rolls under the mechanical force, these thermal expansions and mechanical being intended to be compensated by the preheating method according to the invention.
  • the target thermal expansion profile corresponds to the distribution along the longitudinal axis Y of the local variation Ad th (y) in diameter of the working cylinder 11 due to a temperature variation DT between two calculation instants t successive k . It is therefore a variation in diameter with respect to the reference profile d ref (y), whether or not the latter comprises the rectification component Ad rec (y).
  • the target thermal expansion profile is independent of the calculation instant t k , and is determined at the start of the preheating process (it can however be adjusted according to the thermal state of the previous rolling mills (e.g. roughing stand It is noted when the profile is defined along the abscissa y continuous along the axis longitudinal Y, and is denoted or more simply (vector of Ns values) when it is defined along the Ns longitudinal segments They.
  • Figure 2A illustrates a schematic and partial view, in section along the longitudinal axis Y, of a working roll 11 having a thermal expansion profile
  • the thermal expansion profile corresponds to the deviation from the reference profile d ref (y).
  • the reference profile is constant (no rectification component).
  • the thermal expansion profile is not to scale for clarity of figure.
  • FIG. 2B illustrates an example of target thermal expansion profile ⁇ d th (y) of a working roll 11 determined by the predefined physical model M1, highlighting the parameters making it possible to characterize such a profile, the values of these parameters being stored in the predefined physical model M1.
  • These parameters are noted here A, B, u and xx.
  • A is equal to 0.2mm
  • B is equal to 0.18mm
  • xx to 500mm u to 400mm
  • for a set of predefined input parameters Pe including a width W of the metal strip 2 to be rolled equal to 2000mm.
  • the target thermal expansion profile ⁇ d th (y) is here a parabola over a distance W/2- xx from the center of the working roll 11 along the longitudinal axis Y (more precisely from the center of the table of the cylinder 11), with an amplitude A at the center, and an amplitude B at the abscissa xx. Then, between position xx and the end of the table of the cylinder, the profile has a decrease given by a function erf.
  • the parameter u is used to calculate the abscissa W/2-xx+u from the center of the cylinder table for which the profile is B/2.
  • these parameters are given for illustrative purposes and other parameters can be used to characterize the target thermal expansion profile.
  • the predefined physical model M1 can in particular provide for an updating of the values of the parameters A, B, xx and u according to the amplitude of the thermal expansion profile of the working rolls 11 of the reversible stand.
  • the value of this amplitude is known and is subtracted from the value of the parameter A.
  • the reversible cage is an upstream cage which is not thermally controlled by the thermal control device 20, in the direction where it does not include inductors 21. On the other hand, it includes coolers 22 here.
  • the processing unit 23 performs its discretization along the Ns longitudinal segments They.
  • the predefined physical model M2 expresses, for each instant of calculation t k , a relationship between a measured effective thermal power profile and an effective average temperature profile of the working cylinder 11. Subsequently, for these profiles, vector notation: where the vectors have respectively Ni and Ns values.
  • the effective thermal power profile corresponds to the measurements carried out by the sensors of the Ni inductors 21 at the calculation instant t k and transmitted to the processing unit 23. From these measurements, the predefined physical model M2 determines the thermal energy mean received by the longitudinal segments They considered between the two consecutive calculation instants.
  • the predefined physical model M2 can be a database (abacus) obtained beforehand, for example experimentally and/or numerically.
  • the effective average temperature profile corresponds to the average temperature of the Ns longitudinal segments They at the time of calculation t k , and depends in particular on the average thermal energy received from the inductors 21 (and if necessary on the average thermal energy lost due to the coolers 22), and therefore of the measured profile of effective thermal power
  • This is an average temperature of the longitudinal segments They of the working cylinder 11, and not only of the average temperature of the surface of the cylinder 11 in the longitudinal segments They.
  • the average temperature is therefore constant at any point in the volume of each longitudinal segment They considered.
  • the effective average temperature profile is here determined by means of a digital simulation software by solving the predefined physical model M2 where the working cylinder 11 is discretized into an axisymmetric mesh, where the meshes are formed along the longitudinal axis Y of the Ns longitudinal segments They. It can preferably be a 1D axisymmetric mesh where each mesh corresponds to a longitudinal segment, or even a 2D axisymmetric mesh, that is to say along the longitudinal axis Y (longitudinal segments) and along an axis radial.
  • the predefined physical model M2 is a physical model which performs a balance of the incoming and outgoing heat fluxes, and takes into account the thermal diffusion along the longitudinal axis Y.
  • the physical model predefined M2 (eg axisymmetric 2D model) is solved by numerical simulation, for example in finite differences, and makes it possible to determine the effective mean temperature profile of the Ns longitudinal segments.
  • Figure 3 illustrates a flowchart of a method for preheating a working roll 11 of a rolling mill 1 according to one embodiment.
  • the method can relate to the two work rolls 11 of the rolling stand considered, as well as all the rolling stands of the rolling mill 1.
  • the method is implemented before the actual rolling operation of the strip metal 2, and stops when the rolling operation begins. Preheating can however be activated again when the convergence criterion mentioned below is no longer verified.
  • the preheating process comprises a preliminary phase 10 for determining the target thermal expansion profile of the working roll, followed then several phases carried out at each calculation instant t k , namely a phase 20 for determining the effective average temperature profile of the working cylinder, a phase 30 of determining the target average temperature profile of the cylinder of work, then, on the basis of a difference between the two profiles of average temperature and determined, of an activation phase or not of the inductors on the basis of a profile of target thermal power having been determined.
  • the work roll 11 is discretized into Ns longitudinal segments They, and the thermal control device 20 comprises Ni inductors 21 distributed along the longitudinal axis Y, here with Ns>Ni.
  • the coolers 22 that the thermal control device 20 may include are not taken into account.
  • Phase 10 determination of a target thermal expansion profile of the work cylinder 11.
  • input parameters Pe are defined which are representative of the mechanical characteristics of the metal strip 2 to be rolled, such as the type of aluminum alloy, thermal characteristics such as the temperature of the strip metal at the entrance to the rolling stand and the desired winding temperature, and the dimensions of the metal strip 2 to be rolled such as its width W, the initial thickness H and the exit thickness h.
  • the processing unit 23 determines the target thermal expansion profile from the defined input parameters Pe and by means of the model predefined physics M1 implemented in the memory of the processing unit 23.
  • the profile of the target thermal expansion is discretized on the Ns longitudinal segments They, to thus obtain the profile
  • the thermal expansion profile as well as the temperature profiles target and actual average can be set only for segments longitudinal segments They intended to be in contact with the metal strip 2, that is to say here for the longitudinal segments They with an index ranging from iwi to iwf.
  • the following phases 20 to 60 are carried out iteratively at different successive instants, the time being discretized at a predefined calculation frequency, for example all the 45 seconds.
  • a calculation instant t k also called current instant.
  • Phase 20 determination of an effective average temperature profile of the Ns longitudinal segments They of the working cylinder 11.
  • the effective average temperature profile is determined of the working cylinder 11. As indicated above, this is the average temperature of each longitudinal segment They of the working cylinder 11 (constant temperature on the surface and in the volume of the longitudinal segment), and not only the temperature of surface. This average temperature is responsible for the (average) thermal expansion of the longitudinal segment They considered.
  • Phase 30 determination of a target average temperature profile (and noted Ns longitudinal segments They of the working cylinder 11.
  • the target average temperature profile of the Ns longitudinal segments They of the working cylinder 11, from the effective mean temperature profile and the target thermal expansion profile For this, we take as a reference a longitudinal segment 11, here of index iwi, where one of the side edges of the metal strip 2 is located. Then, the average target temperature is calculated from the following relationship: where d ref (j) is the reference diameter at index j, and where ⁇ is the average coefficient of thermal expansion of the working cylinder 11. Of course, other calculations are possible. [0069] Phase 40: determination of a difference between the average temperature profile target and effective average temperature profile
  • a maximum difference is determined here between the profile of target mean temperature and effective mean temperature profile
  • index jmax located between iwi and iwf for which the temperature difference is maximum:
  • the objective is here to identify the inductor 21 closest to this longitudinal segment of index jmax whose target thermal power will be brought to a maximum value.
  • Phase 50 convergence criterion
  • a convergence criterion is determined in which a difference Ec(t k ) representative of the difference between the profile of target average temperature and the average effective temperature profile
  • This difference Ec(t k ) is therefore also representative of the difference between the target thermal expansion profile and the effective thermal expansion profile
  • the deviation Ec(t k ) can be defined in different ways. This can be the local maximum value between the target average temperature profile and the mean effective temperature It can also be a point-by-point comparison point between the target average temperature profile and the average temperature profile effective, for example an average or a possibly weighted sum of the difference in absolute value between these two profiles. It can also be a duration of activation of the inductor 21 associated with the longitudinal segment of index jmax, that is to say the one for which the difference in temperature is maximal.
  • the convergence criterion is considered verified when the difference Ec(t k ) is less than or equal to the threshold value zero, in which case the preheating of the working roll(s) is considered to be finished (step 70). Information can then be given to the user of rolling mill 1, for example the difference Ec(t k ) in question, or information on the remaining heating time (ratio between the difference in temperature and the thermal power injected).
  • the convergence criterion is considered not to be verified when the deviation Ec(t k ) is greater than the threshold value zero, in which case the preheating process continues with phase 60.
  • phase 50 is carried out here between phases 40 and 60, but it can obviously be carried out at other times of the process, for example after phase 60. In the case where the convergence criterion is not verified, we continue with phase 60 .
  • Phase 60 determination of a target thermal power profile noted and activation of inductors accordingly.
  • the target thermal power profile is determined at delivered by the inductors 21. Provision can be made in this regard to activate only the inductors 21 intended to face the metal strip during the rolling operation, that is to say those located opposite the segments longitudinal They have indices between iwi and iwf. For this, the target thermal power of the inductor 21 of index jmax is defined at 100% of the maximum thermal power P Q,max .
  • the target thermal power to be delivered by the other inductors 21 of index j is equal to the maximum thermal power P Q,max modulated by the ratio
  • an activation threshold can be taken into account: thus, when the ratio is lower than a predefined threshold R T , the inductor 21 of index j considered is not activated. This gives the target thermal power profile of the inductors 21.
  • a control signal is transmitted by the processing unit 23 to the inductors 21 so that they deliver a target thermal power Depending on the value of the target thermal power the inductors 21 are activated or not and deliver (or attempt to deliver) the determined target heat output. Equivalently, a control signal can be transmitted to the coolers 22 when the local effective average temperature is higher than the local target average temperature, so as to reduce the corresponding deviation.
  • each sensor of the inductors 21 measures the thermal power actually delivered, here simultaneously with their operation, and in transmits the measured value to the processing unit 23.
  • phases 20 to 50 are then repeated, and the time of calculation t k is incremented.
  • this phase 60 may not have been carried out, and the information is given to the operator of the rolling mill 1 that the effective average temperature profile has converged towards the temperature profile target average and therefore the effective thermal expansion profile has converged to the expansion profile thermal target
  • the rolling operation of the metal strip 2 can therefore start and the inductors 21 can be deactivated, immediately (or not), insofar as the heat produced by the rolling of the metal strip 2 in the grip will cause a thermal expansion of the work roll 21 corresponding to the target profile target thermal expansion Ad (h ).
  • the use of inductors 21 and of a predefined physical model M2 receiving the measurements of the effective thermal power of the inductors 21 make it possible to quickly and precisely modify the effective average temperature profile so that it tends towards the profile target average temperature.
  • the inductors 21 modify the average temperature at the surface and in volume of the longitudinal segments They, and not only the surface temperature like the nozzles for spraying a heating liquid, which makes it possible to use a model simplified predefined physics M2, for example a model of the 2D axisymmetric type, which directly determines the average temperature of the longitudinal segments of the working cylinder without going through the measurement of the surface temperature.
  • a model simplified predefined physics M2 for example a model of the 2D axisymmetric type, which directly determines the average temperature of the longitudinal segments of the working cylinder without going through the measurement of the surface temperature.
  • the physical model needs to be more complex and must determine the average temperature from the measurement of the surface temperature (hence the user of dedicated sensors).
  • the thermal control device can comprise coolers distributed along the longitudinal axis Y of the work roll, and the processing unit can transmit a control signal to the coolers on the basis of the difference between the profile of target mean temperature and effective mean temperature profile
  • the metal strip comprises an aluminum alloy, preferably the aluminum alloy is an alloy chosen, according to the designation of the aluminum association, from among the AA2014 alloy, YY2017, YY2024, YY2027, YY2046, AA2050, AA2056, AA2060, AA2074, AA2098, AA2139, AA2195, AA2198, AA2214, AA2219,
  • AA5005 AA5049, AA5050, AA5052, AA5083, AA5086, AA5088, AA5150, AA5154, AA5182,
  • the metal strip is a clad aluminum alloy.
  • the aluminum alloy is plated on at least one side, preferably two sides, with an alloy of the 1000 series according to the association of aluminum, preferably the alloy AA1050 or with the alloy AA7072.
  • the central portion of the clad aluminum is AA2024 or AA2524 alloy and the clad is a 1000 series alloy, preferably AA1050.
  • the central portion of the clad aluminum is AA7075, AA7175 or AA7475 alloy and the clad is AA7072 alloy.
  • Clad aluminum alloys are known as clad product in standard NF EN 12258-1.
  • the rolling of the metal strip is hot rolling.
  • the hot rolling is carried out with a rolling mill which is part of a plurality of hot rolling mills operating in tandem, preferably preceded by a reversible hot rolling mill.
  • the temperature of the aluminum alloy, optionally plated, before its hot rolling is at least 350° C. and at most 510° C. or 490° C. or 470° C. or 450°C or 430°C or 410°C or 390°C or 370°C. In another embodiment, the temperature of the aluminum alloy, optionally plated, before its hot rolling is at least 370° C. and at most 510° C. or 490° C. or 470° C. or 450° C. C or 430°C or 410°C or 390°C. In another embodiment, the temperature of the aluminum alloy, optionally plated, before its hot rolling is at least 390° C. and at most 510° C. or 490° C. or 470° C.
  • the temperature of the aluminum alloy, optionally plated, before its hot rolling is at least 410° C. and at most 510° C. or 490° C. or 470° C. or 450° C. C or 430°C.
  • the temperature of the aluminum alloy, optionally plated, before its hot rolling is at least 430° C. and at most 510° C. or 490° C. or 470° C. or 450° C. vs.
  • the temperature of the aluminum alloy, possibly plated, before its hot rolling is at least 450°C and at most 510°C or 490°C or 470°C.
  • the temperature of the aluminum alloy, optionally plated, before its hot rolling is at least 470°C and at most 510°C or 490°C. In another embodiment, the temperature of the aluminum alloy, possibly plated, before its hot rolling is at least 490°C and at most 510°C.
  • the temperature of the aluminum alloy, optionally plated, after its hot rolling is at least 230° C. and at most 370° C. or 350° C. or 330° C. or 310°C or 290°C or 270°C or 250°C. In another embodiment, the temperature of the aluminum alloy, optionally plated, after its hot rolling is at least 250° C. and at most 370° C. or 350° C. or 330° C. or 310° C. C or 290°C or 270°C. In another embodiment, the temperature of the aluminum alloy, optionally plated, after its hot rolling is at least 270° C. and at most 370° C. or 350° C. or 330° C. or 310° C. C or 290°C.
  • the temperature of the aluminum alloy, optionally plated, after its hot rolling is at least 290° C. and at most 370° C. or 350° C. or 330° C. or 310° C. vs. In another embodiment, the temperature of the aluminum alloy, optionally plated, after its hot rolling is at least 310°C and at most 370°C or 350°C or 330°C. In another embodiment, the temperature of the aluminum alloy, optionally plated, after its hot rolling is at least 330°C and at most 370°C or 350°C. In another embodiment, the temperature of the aluminum alloy, optionally plated, after its hot rolling is at least 350°C and at most 370°C.
  • the surface temperature of the preheated working roll is at least 200° C. and at most 320° C. or 300° C. or 280° C. or 260° C. or 240° C. or 220° C. °C.
  • the surface roll temperature during hot rolling is a minimum of 220°C and a maximum of 320°C or 300°C or 280°C or 260°C or 240°C.
  • the surface roll temperature during hot rolling is a minimum of 240°C and a maximum of 320°C or 300°C or 280°C or 260°C.
  • the surface roll temperature during hot rolling is a minimum of 260°C and a maximum of 320°C or 300°C or 280°C. In another embodiment, the surface roll temperature during hot rolling is a minimum of 280°C and a maximum of 320°C or 300°C. In another embodiment, the surface roll temperature during hot rolling is a minimum of 300°C and a maximum of 320°C.
  • the rolling of the metal strip is cold rolling. Preferably, the cold rolling is carried out with a rolling mill which is part of a plurality of cold rolling mills operating in tandem.
  • the surface temperature of the preheated working roll is at least 100°C and at most 200°C or 180°C or 160°C or 140°C or 120°C.
  • the surface roll temperature during cold rolling is a minimum of 120°C and a maximum of 200°C or 180°C or 160°C or 140°C.
  • the surface roll temperature during cold rolling is a minimum of 140°C and a maximum of 200°C or 180°C or 160°C.
  • the surface roll temperature during cold rolling is a minimum of 160°C and a maximum of 200°C or 180°C.
  • the surface roll temperature during cold rolling is a minimum of 180°C and a maximum of 200°C.
  • the two working rolls, 700 mm in diameter, of a hot rolling mill were each equipped with 33 inductors of 80 mm along the length of said rolls.
  • the working rolls were discretized into segments of 20 mm in length for the implementation of the preheating method according to the invention.
  • the use of the roll preheating process has eliminated the use of metal starter strips to stabilize the thermal profile required for hot rolling aluminum alloys. This improvement concerns in particular the AA5083, AA5086, AA5088, AA5182, AA5052, AA5754, AA2098, AA2198, AA2195, AA2024 and AA2524 alloys.
  • This improvement also concerns plated aluminum alloys, the central part being an AA2024 or AA2524 aluminum alloy and the plating being I ⁇ A1050.
  • This improvement also concerns clad aluminum alloys whose central part is an aluminum alloy AA7075 or AA7175 and whose plating is I ⁇ A7072.

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Abstract

L'invention porte sur un procédé de préchauffage d'au moins un cylindre de travail de laminage comportant des phases de : - détermination d'un profil de dilatation thermique cible, - détermination d'un profil de température moyenne effective de segments longitudinaux du cylindre de travail, et d'un profil de température moyenne cible; - activation d'une pluralité d'inducteurs répartis le long du cylindre de travail pour réduire un écart entre la température moyenne effective et la température moyenne cible.

Description

DESCRIPTION
TITRE : PROCEDE DE PRECHAUFFAGE D'UN CYLINDRE DE TRAVAIL DE LAMINAGE
DOMAINE TECHNIQUE
[001] Le domaine de l'invention est celui de la métallurgie et plus précisément celui des procédés de laminage, de préférence à chaud, de produits plats métalliques réalisés en particulier à base d'un alliage d'aluminium.
ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE
[002] En métallurgie, un procédé de laminage effectue la mise en forme par déformation plastique d'un métal pour produire notamment des produits plats (tôles, bandes, feuillards...), c'est-à-dire un produit dont l'épaisseur est inférieure à sa largeur, laquelle est également inférieure à sa longueur. On utilisera ici le terme de bande métallique pour parler d'une manière générale d'un produit plat.
[003] Pour cela, un laminoir comporte habituellement une ou plusieurs cages de laminage successives formées chacune d'une paire de cylindres contrarotatifs dits de travail de même diamètre. La bande métallique est déformée par compression en passant entre les cylindres de travail. Pour limiter la déformation des cylindres de travail, la cage de laminage peut comporter une autre paire de cylindres dits d'appui, disposés chacun au contact d'un cylindre de travail.
[004] Cependant, la bande métallique laminée peut présenter des défauts de planéité, tels que des défauts non développables (par ex. bords longs, centres longs...) et des défauts développables (par ex. défauts de cintre, tuile et vrillage...). Ces défauts peuvent provenir de la déformation des cylindres de travail du fait de la forte intensité des contraintes mécaniques, ainsi que de la dilatation thermique hétérogène des cylindres de travail suivant leur axe longitudinal.
[005] Pour limiter l'apparition de ces défauts et obtenir une bande métallique laminée qui présente le profil et la planéité voulus, différentes solutions peuvent être mises en oeuvre. A titre d'exemple, les cylindres d'appui mentionnés plus haut peuvent être utilisés pour réduire la flexion des cylindres de travail. De plus, les cylindres de travail peuvent présenter un bombé de rectification, ou profil de rectification, c'est-à-dire une variation du diamètre entre le centre du cylindre et ses extrémités, pour rechercher une planéité de la bande métallique par exemple en légers bords longs ou centre long, en fonction de la cage de laminage considérée. Par ailleurs, le laminoir peut comporter un dispositif de contrôle thermique adapté à refroidir ou chauffer localement les cylindres de travail pour modifier le profil de dilatation thermique (profil thermique).
[006] A ce titre, le document WO00/00307A1 décrit un procédé de laminage à chaud d'une bande métallique dans un laminoir comportant un dispositif de contrôle thermique. Dans cet exemple, le dispositif de contrôle thermique permet de modifier le profil de dilatation thermique des cylindres de travail en bord de bande.
[007] Lors du laminage, les cylindres de travail peuvent se dilater du fait de la chaleur produite dans l'emprise, et présentent un profil de dilatation thermique de forme concave : le profil en diamètre de chaque cylindre de travail présente alors un arrondi vers l'extérieur (bombage), qui conduit à une augmentation d'épaisseur de la bande métallique au niveau de ses bords latéraux. Notons que, dans cet exemple, les cylindres de travail ne présentent pas de profil de rectification.
[008] Pour limiter cette surépaisseur en bordure de bande, le dispositif de contrôle thermique comporte des inducteurs latéraux disposés en regard de chaque cylindre de travail au niveau du bord de bande. Ainsi, l'activation des inducteurs latéraux permet de modifier le profil de dilatation thermique et plus précisément d'augmenter la dilatation thermique des cylindres de travail en bordure de la bande métallique, réduisant ainsi la surépaisseur locale de celle-ci.
[009] Le document FR2375920 décrit un autre exemple de laminoir comportant un dispositif de contrôle thermique à inducteurs. Dans cet exemple, les inducteurs sont régulièrement répartis suivant l'axe longitudinal des cylindres de travail. Le dispositif de contrôle thermique comporte également un rouleau aval de mesure de la distribution de contraintes mécaniques en tension présentes dans la bande métallique laminée, ainsi qu'un capteur aval de mesure de la distribution d'épaisseur de la bande métallique laminée. Une boucle de rétroaction est prévue pour adapter la puissance thermique délivrée par chaque inducteur en fonction des signaux de mesure émis par le rouleau aval et le capteur aval. Cependant, ce procédé conduit à une perte de matériau dans la mesure où, d'une part le profil thermique des cylindres de travail peut n'être pas stabilisé lors du laminage de la bande métallique, et d'autre part les éventuels défauts sont détectés après le passage de la bande métallique dans l'emprise.
[0010] Aussi, il peut être utile de préchauffer les cylindres de travail avant de procéder à l'opération de laminage proprement dite. Cela permet notamment d'éviter d'avoir recours à des bandes métalliques, dites de démarrage, destinées essentiellement à générer et stabiliser le profil de dilatation thermique des cylindres de travail avant l'opération de laminage, ces bandes métalliques de démarrage n'étant généralement pas valorisées et pouvant donc être mises au rebut.
[0011] A ce titre, le document WO2017/053343A1 décrit un procédé de préchauffage des cylindres de travail. Le dispositif de contrôle thermique comporte des buses de pulvérisation d'un liquide chauffant (pulvérisateurs chauffants) et des buses de pulvérisation d'un liquide refroidissant (pulvérisateurs refroidissants), réparties suivant l'axe longitudinal des cylindres de travail. Le dispositif de contrôle thermique comporte en outre de multiples capteurs pour mesurer la température de surface du cylindre de travail ainsi que la dilatation thermique de ce dernier. Les valeurs mesurées peuvent être comparées à celles calculées par un modèle thermique prédéfini, pour ensuite contrôler la puissance thermique délivrée par chacun des pulvérisateurs chauffants et refroidissants. Cependant, ce procédé nécessite d'avoir recours à de multiples capteurs, dont des capteurs de mesure de la température de surface des cylindres de travail.
EXPOSÉ DE L'INVENTION [0012] L'invention a pour objectif de remédier au moins en partie aux inconvénients de l'art antérieur, et plus particulièrement de proposer un procédé de préchauffage d'au moins l'un des cylindres de travail d'une cage de laminage permettant de dilater le cylindre de travail selon un profil de dilatation thermique cible prédéfini, de manière rapide et efficace, sans qu'il soit nécessaire d'avoir recours à différents types de capteurs de mesure.
[0013] Pour cela, l'objet de l'invention est un procédé de préchauffage d'au moins un cylindre de travail d'un laminoir destiné à laminer une bande métallique pour que le cylindre de travail présente un profil de dilatation thermique cible déterminé le long de Ns segments longitudinaux du cylindre de travail, le laminoir comportant un dispositif de contrôle thermique comportant Ni inducteurs répartis suivant l'axe longitudinal du cylindre de travail en regard des Ns segments longitudinaux, le procédé comportant les phases suivantes : a / détermination du profil de dilatation thermique cible à un instant de calcul tk, à partir de valeurs prédéfinies de paramètres d'entrée Pe représentatifs des dimensions et de propriétés mécanique et thermique de la bande métallique à laminer, et d'un premier modèle physique prédéfini Ml exprimant une relation entre les paramètres d'entrée Pe et le profil de dilatation thermique cible b/ détermination d'un profil de température moyenne effective le long de Ns segments longitudinaux du cylindre de travail, à partir d'un profil de puissance thermique effectif généré par les Ni inducteurs et mesuré préalablement, et d'un deuxième modèle physique prédéfini M2 exprimant une relation entre le profil de puissance thermique effectif et le profil de température moyenne effective c/ détermination d'un profil de température moyenne cible le long des
Ns segments longitudinaux du cylindre de travail, à partir du profil de dilatation thermique cible déterminé et du profil de température moyenne effective déterminé ; d/ détermination d'un écart entre le profil de température moyenne cible et le profil de température moyenne effective e/ détermination d'un critère de convergence à partir de l'écart AT(tk) déterminé, et arrêt du préchauffage lorsque le critère de convergence est vérifié, et poursuite des phases du procédé de préchauffage lorsque le critère de convergence n'est pas vérifié ; f/ activation des inducteurs comportant les étapes suivantes : détermination d'un profil de puissance thermique cible à délivrer par les Ni inducteurs à partir de l'écart déterminé ; activation des inducteurs de sorte qu'ils délivrent le profil de puissance thermique cible déterminé ; mesure d'un profil de puissance thermique effectif délivré effectivement par les inducteurs ; réitération des étapes b/ à f / jusqu'à ce que le critère de convergence soit vérifié, en incrémentant l'instant de calcul tk.
[0014] Certains aspects préférés mais non limitatifs de ce procédé de préchauffage sont les suivants.
[0015] Les profils de dilatation thermique cible de température moyenne effective et de température moyenne cible peuvent être déterminés pour les segments longitudinaux destinés à être au contact de la bande métallique à laminer. [0016] L'étape de détermination du profil de puissance thermique cible peut comporter les étapes suivantes : identification du segment longitudinal, d'indice jmax, pour lequel l'écart est maximal, et définition de la puissance thermique cible à une valeur maximale ; détermination de la puissance thermique cible des autres segments longitudinaux telle que
[0017] Un inducteur d'indice j peut n'être activé que lorsque le rapport est supérieur ou égal à une valeur seuil RT prédéfinie, sinon il reste inactif.
[0018] Le dispositif de contrôle thermique peut comporter des refroidisseurs répartis suivant l'axe longitudinal du cylindre de travail en regard des Ns segments longitudinaux. Le procédé peut comporter une étape d'activation des refroidisseurs à partir de l'écart entre le profil de température moyenne cible et le profil de température moyenne effective
[0019] La phase de détermination du profil de température moyenne effective peut être effectuée par simulation numérique, le cylindre de travail étant discrétisé selon un maillage axisymétrique 2D.
[0020] La bande métallique peut être réalisée en un alliage d'aluminium.
[0021] Un autre objet de l'invention est un procédé de laminage comportant les étapes suivantes a) le préchauffage d'au moins un cylindre de travail, préférentiellement des deux cylindres de travail, d'un laminoir destiné à laminer une bande métallique selon le procédé selon l'invention, b) le laminage de la bande métallique avec le au moins cylindre de travail ainsi pré chauffé, préférentiellement les deux cylindres de travail.
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS [0022] D’autres aspects, buts, avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée suivante de formes de réalisation préférées de celle-ci, donnée à titre d’exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : la figure IA est une vue schématique et partielle d'une cage de laminage d'un laminoir selon un mode de réalisation, en coupe suivant l'axe longitudinal du laminoir, illustrant le dispositif de contrôle thermique ; la figure IB est une vue schématique et partielle d'un cylindre de travail de la cage de laminage de la fig.lA, en coupe suivant l'axe longitudinal du cylindre de travail, illustrant la segmentation du cylindre de travail en Ns segments longitudinaux et la répartition longitudinale des Ni inducteurs ; la figure 2A est une vue schématique et partielle d'un cylindre de travail, en coupe suivant son axe longitudinal, mettant en évidence un exemple de profil de dilatation thermique ; la figure 2B illustre un exemple d'un profil de dilatation thermique cible du cylindre de travail, ainsi que les paramètres A, B, xx et u permettant de le caractériser ; la figure 3 est un organigramme d'un procédé de préchauffage mis en oeuvre par le laminoir de la fig.lA selon un mode de réalisation.
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS [0023] Sur les figures et dans la suite de la description, les mêmes références représentent les éléments identiques ou similaires. De plus, les différents éléments ne sont pas représentés à l'échelle de manière à privilégier la clarté des figures. Par ailleurs, les différents modes de réalisation et variantes ne sont pas exclusifs les uns des autres et peuvent être combinés entre eux. Sauf indication contraire, les termes « sensiblement », « environ », « de l'ordre de » signifient à 10% près, et de préférence à 5% près. Par ailleurs, les termes « compris entre ... et ... » et équivalents signifient que les bornes sont incluses, sauf mention contraire.
[0024] L'invention porte sur un procédé de préchauffage d'au moins un cylindre de travail d'une cage de laminage, permettant de dilater thermiquement le cylindre de travail localement, selon un profil cible prédéterminé, avant que la bande métallique à laminer ne soit introduite dans l'emprise. Dans la suite de la description, la bande métallique est réalisée à base d'aluminium, sans que l'invention ne soit toutefois limitée à ce type de matériau.
[0025] Le profil de dilatation thermique cible du préchauffage tient compte des caractéristiques de la bande métallique à laminer, et correspond sensiblement à celui généré lors de l'opération de laminage proprement dite, par l'apport de chaleur issu essentiellement de la déformation de la bande métallique dans l'emprise. Aussi, à l'issu de l'opération de préchauffage, le cylindre de travail présente alors une stabilité thermique proche ou sensiblement identique à ce qu'elle sera lors de l'opération de laminage. [0026] Le profil de dilatation thermique cible est prédéfini de sorte que, lors de l'opération de laminage, la bande métallique laminée présente, en sortie de l'emprise, le profil d'épaisseur et la planéité voulue. A ce titre, la planéité d'une bande métallique laminée est définie à partir d'un index IP correspondant au rapport de l'allongement d'une fibre matérielle par rapport à la longueur moyenne L des fibres, tel que : IP = AL/LxlO5.
[0027] Dans la suite de la description, le profil d'une grandeur physique associée au cylindre de travail est la variation (ou la distribution) de cette grandeur physique suivant l'axe longitudinal du cylindre. En revanche, le profil de la bande métallique est la variation (ou la distribution) d'épaisseur dans une section droite suivant un axe transversal (sens de la largeur) de la bande métallique.
[0028] La figure IA est une vue schématique et partielle d'un laminoir 1 comportant plusieurs cages de laminage 10 successives, en coupe suivant l'axe longitudinal du laminoir. Ici seule une cage de laminage 10 est représentée. La figure IB est une vue schématique et partielle de la cage de laminage 10, en coupe suivant l'axe longitudinal du cylindre de travail. [0029] On définit ici et pour la suite de la description un repère direct tridimensionnel orthogonal XYZ, où l'axe X est orienté suivant la direction de laminage et correspond à l'axe longitudinal du laminoir 1 et de la bande métallique 2 en cours de laminage, l'axe Y correspond à l'axe longitudinal des cylindres, et l'axe Z est orienté suivant la hauteur de la cage de laminage 10. Les termes 'amont' et 'aval' sont définis en référence à l'axe longitudinal du laminoir 1, c'est- à-dire ici à l'axe X.
[0030] Dans cet exemple, le laminoir 1 peut comporter plusieurs cages de laminage 10 successives pour laminer une même bande métallique 2. Il comporte également un dispositif de contrôle thermique 20 adapté à contrôler le profil de dilatation thermique d'au moins l'un des cylindres de travail 11 au moyen d'une pluralité d'inducteurs 21 et éventuellement de refroidisseurs 22.
[0031] Chaque cage de laminage 10 est ici de type 'quarto' et comporte ici un couple de cylindres de travail 11 (cylindres inférieur et supérieur), et un couple de cylindres d'appui 12 (inférieur et supérieur). Bien entendu, d'autres configurations sont possibles, telles que les cages de type 'sexto' ou encore 'Sendzimir', entre autres. Chaque cylindre de travail 11 des cages de laminage 10 peut être équipé d'inducteurs 21 et éventuellement de refroidisseurs 22 du dispositif de contrôle thermique 20. Le laminoir 1 peut toutefois comporter, en amont des cages de laminage 10, d'au moins une cage réversible non équipée d'inducteurs du dispositif de contrôle thermique. [0032] Les cylindres de travail 11 sont équipés ici d'inducteurs 21 et de refroidisseurs 22. Ils présentent chacun un diamètre dref à température ambiante, hors fonctionnement, qui est ici constant suivant l'axe longitudinal Y : dref(y) = d0. Ce diamètre peut, en variante, ne pas être constant et peut présenter un profil de rectification : dref(y) = do + Δdrec(y) mentionné plus haut. [0033] Le dispositif de contrôle thermique 20 comporte une pluralité d'inducteurs 21 et éventuellement une pluralité de refroidisseurs 22, connectés à une unité de traitement 23. Il permet de générer, dans le cadre du préchauffage du cylindre de travail 11 considéré, et donc avant l'opération de laminage, un profil de dilatation thermique au cylindre de travail 11 considéré qui soit sensiblement égal à un profil cible prédéterminé. [0034] Pour cela, on considère que le cylindre de travail 11 est discrétisé sur toute sa longueur, suivant l'axe longitudinal Y, en Ns segments longitudinaux Ils successifs, de préférence de même dimension. A titre d'exemple, le cylindre de travail 11 peut être discrétisé en plusieurs segments longitudinaux Ils de largeur égale à 20 mm environ suivant l'axe Y.
[0035] Le dispositif de contrôle thermique 20 comporte Ni inducteurs 21, avec ici Ni£Ns. Ils sont répartis suivant l'axe longitudinal Y en regard des Ns segments longitudinaux successifs, à raison ici de 1 inducteur pour plusieurs segments longitudinaux Ils successifs. Tous les segments longitudinaux Ils ne comportent pas forcément d'inducteurs 21, notamment les segments longitudinaux Ils situés en bordure du cylindre de travail 11 et qui ne sont pas destinés à former l'emprise (pas de contact avec la bande métallique 2). Les inducteurs 21 peuvent être placés en amont et/ou en aval du cylindre de travail 11. Dans cet exemple, Ni inducteurs sont situés en amont et Ni inducteurs sont situés en aval du cylindre de travail 11.
[0036] Les inducteurs 21 sont adaptés à transmettre une énergie thermique dans les segments longitudinaux Ils du cylindre de travail 11. Il s'agit ici d'un chauffage par induction électromagnétique, dans le sens où chaque inducteur 21 génère un champ magnétique qui induit un courant électrique alternatif dans le ou les segments longitudinaux Ils en regard desquels il est disposé. La puissance électromagnétique reçue par les segments longitudinaux Ils est convertie par effet Joule en puissance calorifique, qui conduit ainsi à une augmentation de la température moyenne des segments longitudinaux Ils concernés.
[0037] Les inducteurs 21 sont activés et délivrent une puissance thermique en réponse à un signal de commande de l'unité de commande 23 qui définit une valeur cible de la puissance thermique. Cependant, il apparaît que les inducteurs 21 peuvent ne pas délivrer effectivement la valeur cible de la puissance thermique. Aussi, ils comportent chacun un capteur (non représenté) adapté à fournir à l'unité de traitement 23 une mesure de la puissance thermique effectivement délivrée.
[0038] Le dispositif de contrôle thermique 10 peut également comporter des refroidisseurs 22, répartis le long du cylindre de travail 11. Chaque refroidisseur 22 peut être une buse de pulvérisation d'un liquide de refroidissement. Ces refroidisseurs 22 permettent ainsi de diminuer la température moyenne des segments longitudinaux Ils du cylindre de travail. Ils peuvent être plus ou moins nombreux que les inducteurs 21. De plus, l'agencement longitudinal des refroidisseurs 22 peut ne pas coïncider avec celui des inducteurs 21.
[0039] L'unité de traitement 23 est adaptée à effectuer des calculs à différents instants de calcul successifs tk, et à commander les inducteurs 21 et le cas échéant les refroidisseurs 22 de sorte que le profil de température moyenne effectif des segments longitudinaux Ils (et donc le profil de dilatation thermique effectif) soit sensiblement égal au profil de température moyenne cible (et donc à un profil de dilatation thermique cible).
[0040] L'unité de traitement 23 comporte un processeur programmable apte à exécuter des instructions enregistrées dans un support d'enregistrement d'informations. Elle comporte en outre une mémoire contenant les instructions nécessaires pour la mise en oeuvre du procédé de préchauffage. Elle est également adaptée à stocker les informations calculées à chaque instant de calcul tk. Elle implémente par ailleurs deux modèles physiques prédéfinis Ml et M2.
[0041] Le premier modèle physique prédéfini Ml exprime une relation entre, d'une part, des paramètres d'entrée Pe représentatifs de dimensions et des propriétés mécaniques et thermiques de la bande métallique 2 à laminer, et d'autre part, un profil de dilatation thermique cible du cylindre de travail défini au niveau des Ns segments longitudinaux Ils.
[0042] Le modèle physique prédéfini Ml peut être une base de données (abaques) obtenue préalablement par exemple de manière expérimentale et/ou de manière numérique. Ainsi, pour obtenir les propriétés souhaitées de la bande métallique 2 (profil d'épaisseur, planéité...) en sortie de l'emprise, le modèle physique prédéfini Ml établit une relation entre le profil de dilatation thermique cible nécessaire pour obtenir ces propriétés de la bande métallique 2, et les paramètres d'entrée Pe.
[0043] Les paramètres d'entrée Pe portent notamment sur les caractéristiques mécaniques de la bande métallique 2 à laminer telles que le type d'alliage d'aluminium, les caractéristiques thermiques telles que la température de la bande métallique 2 en entrée de la cage de laminage 10 et la température de bobinage souhaitée, les dimensions de la bande métallique 2 à laminer telles que sa largeur W, l'épaisseur initiale H et l'épaisseur de sortie h. D'autres caractéristiques peuvent être prises en compte. Ces paramètres d'entrée Pe permettent d'estimer l'effort de laminage et donc la chaleur produite dans l'emprise lors du laminage de la bande métallique 2, ainsi que la flexion des cylindres de travail sous l'effort mécanique, ces dilatations thermiques et mécaniques étant destinées à être compensées par le procédé de préchauffage selon l'invention.
[0044] Le profil de dilatation thermique cible correspond à la distribution suivant l'axe longitudinal Y de la variation locale Adth(y) de diamètre du cylindre de travail 11 du fait d'une variation de température DT entre deux instants de calcul tk successifs. Il s'agit donc d'une variation de diamètre par rapport au profil de référence dref(y), que celui-ci comporte ou non la composante de rectification Adrec(y). Le profil de dilatation thermique cible est indépendant de l'instant de calcul tk, et est déterminé au début du procédé de préchauffage (il peut toutefois être ajusté en fonction de l'état thermique des laminoirs précédents (par ex. cage d'ébauchage). Il est noté lorsque le profil est défini suivant l'abscisse y continu le long de l'axe longitudinal Y, et est noté ou plus simplement (vecteur de Ns valeurs) lorsqu'il est défini le long des Ns segments longitudinaux Ils.
[0045] A ce titre, la figure 2A illustre une vue schématique et partielle, en coupe suivant l'axe longitudinal Y, d'un cylindre de travail 11 présentant un profil de dilatation thermique Le profil de dilatation thermique correspond à l'écart au profil de référence dref(y). Dans cet exemple, le profil de référence est constant (pas de composante de rectification). Bien entendu, le profil de dilatation thermique n'est pas à l'échelle pour privilégier la clarté de la figure.
[0046] La figure 2B illustre un exemple de profil de dilatation thermique cible Δdth(y) d'un cylindre de travail 11 déterminé par le modèle physique prédéfini Ml, mettant en évidence les paramètres permettant de caractériser un tel profil, les valeurs de ces paramètres étant stockés dans le modèle physique prédéfini Ml. Ces paramètres sont notés ici A, B, u et xx. Dans cet exemple, A est égal à 0.2mm, B est égal à 0.18mm, xx à 500mm, u à 400mm, pour un ensemble de paramètres d'entrée Pe prédéfinis, dont une largeur W de la bande métallique 2 à laminer égale à 2000mm.
[0047] Le profil de dilatation thermique cible Δdth(y) est ici une parabole sur une distance W/2- xx depuis le centre du cylindre de travail 11 selon l'axe longitudinal Y (plus précisément depuis le centre de la table du cylindre 11), avec une amplitude A au centre, et une amplitude B à l'abscisse xx. Puis, entre la position xx et l'extrémité de la table du cylindre, le profil présente une décroissance donnée par une fonction erf. Le paramètre u permet de calculer l'abscisse W/2-xx+u depuis le centre de la table du cylindre pour laquelle le profil vaut B/2. Bien entendu, ces paramètres sont donnés à titre illustratif et d'autres paramètres peuvent être utilisés pour caractériser le profil de dilatation thermique cible.
[0048] Le modèle physique prédéfini Ml comporte donc les valeurs des paramètres A, B, xx et u, qui dépendent des paramètres d'entrée Pe. Ces valeurs peuvent en outre correspondre à un profil normalisé pour un rapport W sur H (largeur de la bande métallique 2 sur l'épaisseur d'entrée H) de référence, par exemple ici pour W=1800mm et H=18mm. Cette normalisation pour un rapport W/H de référence étant utile lorsque l'épaisseur d'entrée dépend notamment des limites de la cage de laminage. Ces valeurs peuvent être données pour la cage de laminage 10 considérée, notamment pour la première cage de laminage 10 ainsi que pour les cages de laminage 10 suivantes (moyennant par exemple une adaptation par homothétie). En effet, le procédé de préchauffage peut consister à chauffer les différentes cages de laminage 10 du laminoir avant l'opération de laminage proprement dite.
[0049] Par ailleurs, lorsque le laminoir 1 comporte une cage réversible en amont des cages de laminage 10, le modèle physique prédéfini Ml peut notamment prévoir une actualisation des valeurs des paramètres A, B, xx et u en fonction de l'amplitude du profil de dilatation thermique des cylindres de travail 11 de la cage réversible. Ainsi, à titre d'exemple, la valeur de cette amplitude est connue et est soustraite à la valeur du paramètre A. La cage réversible est une cage amont qui n'est pas thermiquement commandée par le dispositif de contrôle thermique 20, dans le sens où elle ne comporte pas d'inducteurs 21. Elle comporte en revanche ici des refroidisseurs 22.
[0050] Enfin, comme indiqué plus loin, lorsque le profil de dilatation thermique cible a été déterminé, l'unité de traitement 23 effectue sa discrétisation suivant les Ns segments longitudinaux Ils.
[0051] Le modèle physique prédéfini M2 exprime, pour chaque instant de calcul tk, une relation entre un profil mesuré de puissance thermique effective et un profil de température moyenne effective du cylindre de travail 11. Par la suite, on utilise pour ces profils la notation vectorielle : où les vecteurs comportent respectivement Ni et Ns valeurs. [0052] Le profil de puissance thermique effective correspond aux mesures effectuées par les capteurs des Ni inducteurs 21 à l'instant de calcul tk et transmises à l'unité de traitement 23. A partir de ces mesures, le modèle physique prédéfini M2 détermine l'énergie thermique moyenne reçue par les segments longitudinaux Ils considéré entre les deux instants de calcul consécutifs. Le modèle physique prédéfini M2 peut être une base de données (abaques) obtenue préalablement par exemple de manière expérimentale et/ou de manière numérique.
[0053] Le profil de température moyenne effective correspond à la température moyenne des Ns segments longitudinaux Ils à l'instant de calcul tk, et dépend notamment de l'énergie thermique moyenne reçue de la part des inducteurs 21 (et le cas échéant de l'énergie thermique moyenne perdue du fait des refroidisseurs 22), et donc du profil mesuré de puissance thermique effective Il s'agit d'une température moyenne des segments longitudinaux Ils du cylindre de travail 11, et non pas seulement de la température moyenne de la surface du cylindre 11 dans les segments longitudinaux Ils. La température moyenne est donc constante en tout point du volume de chaque segment longitudinal Ils considéré.
[0054] Le profil de température moyenne effective est ici déterminé au moyen d'un logiciel de simulation numérique par résolution du modèle physique prédéfini M2 où le cylindre de travail 11 est discrétisé en un maillage axisymétrique, où les mailles sont formées suivant l'axe longitudinal Y des Ns segments longitudinaux Ils. Il peut s'agir de préférence d'un maillage axisymétrique 1D où chaque maille correspond à un segment longitudinal, voire d'un maillage axisymétrique 2D c'est-à-dire suivant l'axe longitudinal Y (segments longitudinaux) et suivant un axe radial. Le modèle physique prédéfini M2 est un modèle physique qui effectue un bilan des flux thermiques entrants et sortants, et tient compte de la diffusion thermique suivant l'axe longitudinal Y. Ainsi, en fonction de l'énergie thermique moyenne reçue par chaque segment longitudinal Ils (inducteurs 21) et de l'énergie thermique moyenne perdue (refroidisseurs), des paramètres d'entrée qui permettent d'estimer un effort mécanique et donc une énergie thermique produite dans l'emprise lors de l'opération de laminage, le modèle physique prédéfini M2 (par ex. modèle 2D axisymétrique) est résolu par simulation numérique, par exemple en différences finies, et permet de déterminer le profil de température moyenne effective des Ns segments longitudinaux.
[0055] La figure 3 illustre un organigramme d'un procédé de préchauffage d'un cylindre de travail 11 d'un laminoir 1 selon un mode de réalisation. Bien entendu, le procédé peut concerner les deux cylindres de travail 11 de la cage de laminage considérée, ainsi que l'ensemble des cages de laminage du laminoir 1. Le procédé est mis en oeuvre avant l'opération de laminage proprement dite de la bande métallique 2, et s'arrête lorsque l'opération de laminage commence. Le préchauffage peut toutefois être à nouveau activé lorsque le critère de convergence mentionné plus bas n'est plus vérifié. [0056] D'une manière générale, le procédé de préchauffage comporte une phase préalable 10 de détermination du profil de dilatation thermique cible du cylindre de travail, suivie ensuite de plusieurs phases effectuées à chaque instant de calcul tk, à savoir une phase 20 de détermination du profil de température moyenne effective du cylindre de travail, une phase 30 de détermination du profil de température moyenne cible du cylindre de travail, puis, sur la base d'un écart entre les deux profils de température moyenne et déterminés, d'une phase d'activation ou non des inducteurs sur la base d'un profil de puissance thermique cible ayant été déterminé.
[0057] Comme indiqué précédemment, le cylindre de travail 11 est discrétisé en Ns segments longitudinaux Ils, et le dispositif de contrôle thermique 20 comporte Ni inducteurs 21 répartis suivant l'axe longitudinal Y, avec ici Ns > Ni. Dans cet exemple, par souci de clarté, on ne tient pas compte des refroidisseurs 22 que peut comporter le dispositif de contrôle thermique 20.
[0058] Phase 10 : détermination d'un profil de dilatation thermique cible du cylindre de travail 11. On utilise par la suite la notation vectorielle [0059] Lors d'une étape 11, on définit des paramètres d'entrée Pe représentatifs des caractéristiques mécaniques de la bande métallique 2 à laminer telle que le type d'alliage d'aluminium, des caractéristiques thermiques telles que la température de la bande métallique en entrée de la cage de laminage et la température de bobinage souhaitée, et les dimensions de la bande métallique 2 à laminer telles que sa largeur W, l'épaisseur initiale H et l'épaisseur de sortie h.
[0060] Lors d'une étape 12, l'unité de traitement 23 détermine ensuite le profil de dilatation thermique cible à partir des paramètres d'entrée Pe définis et au moyen du modèle physique prédéfini Ml implémenté dans la mémoire de l'unité de traitement 23.
[0061] Lors d'une étape 13, on discrétise le profil de la dilatation thermique cible sur les Ns segments longitudinaux Ils, pour obtenir ainsi le profil
[0062] Notons que le profil de dilatation thermique ainsi que les profils de température moyenne cible et effective peuvent n'être définis que pour les segments longitudinaux Ils destinés à être au contact de la bande métallique 2, c'est-à-dire ici pour les segments longitudinaux Ils d'indice allant de iwi à iwf. [0063] Les phases suivantes 20 à 60 sont effectuées de manière itérative à différents instants successifs, le temps étant discrétisé à une fréquence de calcul prédéfinie, par exemple toutes les 45 secondes. Ainsi, à chaque itération de rang k est associé un instant de calcul tk également appelé instant courant.
[0064] Phase 20 : détermination d'un profil de température moyenne effective des Ns segments longitudinaux Ils du cylindre de travail 11. [0065] Lors d'une étape 21, on détermine le profil de température moyenne effective du cylindre de travail 11. Comme indiqué précédemment, il s'agit de la température moyenne de chaque segment longitudinal Ils du cylindre de travail 11 (température constante sur la surface et dans le volume du segment longitudinal), et non pas seulement la température de surface. Cette température moyenne est responsable de la dilatation thermique (moyenne) du segment longitudinal Ils considéré.
[0066] Ce profil est déterminé à partir d'un profil de puissance thermique effectif (et noté de manière vectorielle délivré par les inducteurs 21 et mesuré préalablement par les capteurs des inducteurs 21 à l'instant de calcul et au moyen du deuxième modèle physique prédéfini M2 exprimant une relation entre le profil de puissance thermique effective et le profil de température moyenne effective Lors du premier instant de calcul tk=i, les inducteurs 21 n'ayant pas encore délivré de la puissance thermique, le profil de température effective peut être égal à la température ambiante, voire peut être égal à une température (uniforme ou non) prédéfinie correspondant à l'état thermique des cylindres de travail à la suite par exemple d'opérations de laminage antérieures.
[0067] Phase 30 : détermination d'un profil de température moyenne cible (et noté des Ns segments longitudinaux Ils du cylindre de travail 11.
[0068] Lors d'une étape 31, on détermine le profil de température moyenne cible des Ns segments longitudinaux Ils du cylindre de travail 11, à partir du profil de température moyenne effective et du profil de dilatation thermique cible Pour cela, on prend comme référence un segment longitudinal 11, ici d'indice iwi, où se situe l'une des bordures latérales de la bande métallique 2. Puis, on calcule la température moyenne cible à partir de la relation suivante : où dref(j) est le diamètre de référence à l'indice j, et où α est le coefficient de dilatation thermique moyen du cylindre de travail 11. Bien entendu, d'autres calculs sont possibles. [0069] Phase 40 : détermination d'un écart entre le profil de température moyenne cible et le profil de température moyenne effective
[0070] Lors d'une étape 41, on détermine ici un écart maximal entre le profil de température moyenne cible et le profil de température moyenne effective Pour cela, on identifie le segment longitudinal Ils d'indice jmax situé entre iwi et iwf pour lequel l'écart en température est maximal : L'objectif est ici d'identifier l'inducteur 21 le plus proche de ce segment longitudinal d'indice jmax dont la puissance thermique cible sera portée à une valeur maximale.
[0071] Phase 50 : critère de convergence [0072] Lors d'une étape 50, on détermine un critère de convergence dans lequel on compare à une valeur seuil e prédéfinie un écart Ec(tk) représentatif de l'écart entre le profil de température moyenne cible et le profil de température moyenne effective Cet écart Ec(tk) est donc également représentatif de l'écart entre le profil de dilatation thermique cible et le profil de dilatation thermique effectif [0073] L'écart Ec(tk) peut être défini de différentes manières. Il peut s'agir de la valeur maximale locale entre le profil de température moyenne cible et le profil de température moyenne effective Il peut s'agir également d'une comparaison point par point entre le profil de température moyenne cible et le profil de température moyenne effective par exemple une moyenne ou une somme éventuellement pondérée de la différence en valeur absolue entre ces deux profils. Il peut également s'agir d'une durée d'activation de l'inducteur 21 associé au segment longitudinal d'indice jmax, c'est-à-dire celui pour lequel l'écart en température est maximal.
[0074] Le critère de convergence est considéré comme vérifié lorsque l'écart Ec(tk) est inférieur ou égal à la valeur seuil e, auquel cas le préchauffage du ou des cylindres de travail est considéré comme étant terminé (étape 70). Une information peut alors être donnée à l'utilisateur du laminoir 1, par exemple l'écart Ec(tk) en question, ou une information de temps de chauffage restant (rapport entre l'écart en température et la puissance thermique injectée). En revanche, le critère de convergence est considéré comme n'étant pas vérifié lorsque l'écart Ec(tk) est supérieur à la valeur seuil e, auquel cas le procédé de préchauffage continue avec la phase 60. Notons que la phase 50 est effectuée ici entre les phases 40 et 60, mais elle peut évidemment être effectuée à d'autres moments du procédé, par exemple après la phase 60. Dans le cas où le critère de convergence n'est pas vérifié, on continue avec la phase 60. [0075] Phase 60 : détermination d'un profil de puissance thermique cible noté et activation des inducteurs en conséquence.
[0076] Lors d'une étape 61, on détermine le profil de puissance thermique cible à délivrer par les inducteurs 21. On peut à ce titre prévoir de n'activer que les inducteurs 21 destinés à être en regard de la bande métallique lors de l'opération de laminage, c'est-à-dire ceux situés en regard des segments longitudinaux Ils d'indices compris entre iwi et iwf. Pour cela, on définit la puissance thermique cible de l'inducteur 21 d'indice jmax à 100% de la puissance thermique maximale PQ,max. On définit ensuite la puissance thermique cible à délivrer par les autres inducteurs 21 d'indice j comme étant égal à la puissance thermique maximale PQ,max modulée par le rapport Pour tenir compte de la diffusion thermique latérale, un seuil d'activation peut être pris en compte : ainsi, lorsque le rapport est inférieur à un seuil RT prédéfini, l'inducteur 21 d'indice j considéré n'est pas activé. On obtient ainsi le profil de puissance thermique cible des inducteurs 21. [0077] Lors d'une étape 62, un signal de commande est transmis par l'unité de traitement 23 aux inducteurs 21 pour qu'ils délivrent une puissance thermique cible En fonction de la valeur de la puissance thermique cible les inducteurs 21 s'activent ou non et délivrent (ou tentent de délivrer) la puissance thermique cible déterminée. De manière équivalente, un signal de commande peut être transmis aux refroidisseurs 22 lorsque la température moyenne effective locale est supérieure à la température moyenne cible locale, de manière à réduire l'écart correspondant.
[0078] Lors d'une étape 63, chaque capteur des inducteurs 21 mesure la puissance thermique effectivement délivrée, ici de manière simultanée à leur fonctionnement, et en transmet la valeur mesurée à l'unité de traitement 23. Ces valeurs forment ainsi un profil de puissance thermique effective
[0079] Lorsque le critère de convergence n'a pas été vérifié, on réitère ensuite les phases 20 à 50, et on incrémente l'instant de calcul tk.
[0080] En revanche, lorsqu'il a été vérifié, cette phase 60 peut ne pas avoir été effectuée, et l'information est donnée à l'opérateur du laminoir 1 que le profil de température moyenne effective a convergé vers le profil de température moyenne cible et donc que le profil de dilatation thermique effectif a convergé vers le profil de dilatation thermique cible L'opération de laminage de la bande métallique 2 peut donc commencer et les inducteurs 21 peuvent être désactivés, de manière immédiate (ou non), dans la mesure où la chaleur produite par le laminage de la bande métallique 2 dans l'emprise va provoquer une dilatation thermique du cylindre de travail 21 correspondant au profil cible dilatation thermique cible Ad(h. [0081] Il apparaît que le procédé de préchauffage selon l'invention permet de préchauffer de manière simple et efficace le ou les cylindres de travail 11 avant la mise en oeuvre du laminage de la bande métallique 2 proprement dit. En effet, l'utilisation d'inducteurs 21 et d'un modèle physique prédéfini M2 recevant les mesures de la puissance thermique effective des inducteurs 21 permettent de modifier rapidement et précisément le profil de température moyenne effective pour qu'il tende vers le profil de température moyenne cible.
[0082] En effet, les inducteurs 21 modifient la température moyenne en surface et en volume des segments longitudinaux Ils, et non pas seulement la température de surface comme les buses de pulvérisation d'un liquide chauffant, ce qui permet d'utiliser un modèle physique prédéfini M2 simplifié, par exemple un modèle du type axisymétrique 2D, qui détermine directement la température moyenne des segments longitudinaux du cylindre de travail sans passer par la mesure de la température de surface. En revanche, dans l'art antérieur où des buses de pulvérisation d'un liquide chauffant sont prévues, le modèle physique nécessite d'être plus complexe et doit déterminer la température moyenne à partir de la mesure de la température de surface (d'où l'utilisateur de capteurs dédiés). De plus, la puissance thermique injectée est transmise directement dans les segments longitudinaux du cylindre de travail, sans coefficient d'échange, puisqu'il y a échauffement par effet Joule des courants de Foucault induits. Au contraire, avec un liquide chauffant (eau par ex.), l'efficacité énergétique est impactée par le coefficient d'échange, et l'échauffement maximal est limité par la température d'ébullition du liquide. [0083] Des modes de réalisation particuliers viennent d'être décrits. Différentes variantes et modifications sont possibles dans le cadre de l'invention. Ainsi, comme mentionné précédemment, le dispositif de contrôle thermique peut comporter des refroidisseurs répartis suivant l'axe longitudinal Y du cylindre de travail, et l'unité de traitement peut transmettre un signal de commande aux refroidisseurs sur la base de l'écart entre le profil de température moyenne cible et le profil de température moyenne effective
[0084] Dans un mode de réalisation préféré, la bande métallique comprend un alliage d'aluminium, préférentiellement l'alliage d'aluminium est un alliage choisi, selon la désignation de l'association de l'aluminium, parmi l'alliage AA2014, AA2017, AA2024, AA2027, AA2046, AA2050, AA2056, AA2060, AA2074, AA2098, AA2139, AA2195, AA2198, AA2214, AA2219,
AA2519, AA2524, AA2618, AA2654, AA3003, AA3004, AA3005, AA3103, AA3104, AA3105,
AA5005, AA5049, AA5050, AA5052, AA5083, AA5086, AA5088, AA5150, AA5154, AA5182,
AA5186, AA5200, AA5251, AA5252, AA5254, AA5383, AA5454, AA5456, AA5657, AA5754, AA6016, AA6056, AA6060, AA6061, AA6063, AA6082, AA6156, AA6182, AA6909, AA7010,
AA7011, AA7017, AA7019, AA7020, AA7021, AA7022, AA7039, AA7040, AA7049, AA7050,
AA7056, AA7072, AA7075, AA7079, AA7099, AA7122, AA7150, AA7175, AA7178, AA7449,
AA7450 ou AA7475.
[0085] Dans un mode de réalisation, la bande métallique est un alliage d'aluminium plaqué. Dans un mode de réalisation, l'alliage d'aluminium est plaqué sur au moins face, préférentiellement deux faces avec un alliage de la série 1000 selon l'association de l'aluminium, préférentiellement l'alliage l'AA1050 ou avec l'alliage AA7072. Dans un mode de réalisation préféré, la partie centrale de l'aluminium plaqué est l'alliage AA2024 ou AA2524 et le placage est un alliage de la série 1000, préférentiellement l'AA1050. Dans un autre mode de réalisation préféré, la partie centrale de l'aluminium plaqué est l'alliage AA7075, AA7175 ou AA7475 et le placage est l'alliage AA7072. Les alliages d'aluminium plaqués sont connus sous le nom de produit plaqué dans la norme NF EN 12258-1.
[0086] Dans un mode de réalisation préféré, le laminage de la bande métallique est un laminage à chaud. Préférentiellement le laminage à chaud est réalisé avec un laminoir qui fait partie d'une pluralité de laminoir à chaud fonctionnant en tandem, préférentiellement précédée par un laminoir réversible à chaud.
[0087] Dans un mode de réalisation, la température de l'alliage d'aluminium, éventuellement plaqué, avant son laminage à chaud est au minimum de 350°C et au maximum de 510°C ou 490°C ou 470°C ou 450°C ou 430 °C ou 410°C ou 390°C ou 370°C. Dans un autre mode de réalisation, la température de l'alliage d'aluminium, éventuellement plaqué, avant son laminage à chaud est au minimum de 370°C et au maximum de 510°C ou 490°C ou 470°C ou 450°C ou 430 °C ou 410°C ou 390°C. Dans un autre mode de réalisation, la température de l'alliage d'aluminium, éventuellement plaqué, avant son laminage à chaud est au minimum de 390°C et au maximum de 510°C ou 490°C ou 470°C ou 450°C ou 430 °C ou 410°C. Dans un autre mode de réalisation, la température de l'alliage d'aluminium, éventuellement plaqué, avant son laminage à chaud est au minimum de 410°C et au maximum de 510°C ou 490°C ou 470°C ou 450°C ou 430 °C. Dans un autre mode de réalisation, la température de l'alliage d'aluminium, éventuellement plaqué, avant son laminage à chaud est au minimum de 430°C et au maximum de 510°C ou 490°C ou 470°C ou 450°C. Dans un autre mode de réalisation, la température de l'alliage d'aluminium, éventuellement plaqué, avant son laminage à chaud est au minimum de 450°C et au maximum de 510°C ou 490°C ou 470°C. Dans un autre mode de réalisation, la température de l'alliage d'aluminium, éventuellement plaqué, avant son laminage à chaud est au minimum de 470°C et au maximum de 510°C ou 490°C. Dans un autre mode de réalisation, la température de l'alliage d'aluminium, éventuellement plaqué, avant son laminage à chaud est au minimum de 490°C et au maximum de 510°C.
[0088] Dans un mode de réalisation, la température de l'alliage d'aluminium, éventuellement plaqué, après son laminage à chaud est au minimum de 230°C et au maximum de 370°C ou 350°C ou 330°C ou 310°C ou 290 °C ou 270°C ou 250°C. Dans un autre mode de réalisation, la température de l'alliage d'aluminium, éventuellement plaqué, après son laminage à chaud est au minimum de 250°C et au maximum de 370°C ou 350°C ou 330°C ou 310°C ou 290 °C ou 270°C. Dans un autre mode de réalisation, la température de l'alliage d'aluminium, éventuellement plaqué, après son laminage à chaud est au minimum de 270°C et au maximum de 370°C ou 350°C ou 330°C ou 310°C ou 290 °C. Dans un autre mode de réalisation, la température de l'alliage d'aluminium, éventuellement plaqué, après son laminage à chaud est au minimum de 290°C et au maximum de 370°C ou 350°C ou 330°C ou 310°C. Dans un autre mode de réalisation, la température de l'alliage d'aluminium, éventuellement plaqué, après son laminage à chaud est au minimum de 310°C et au maximum de 370°C ou 350°C ou 330°C. Dans un autre mode de réalisation, la température de l'alliage d'aluminium, éventuellement plaqué, après son laminage à chaud est au minimum de 330°C et au maximum de 370°C ou 350°C. Dans un autre mode de réalisation, la température de l'alliage d'aluminium, éventuellement plaqué, après son laminage à chaud est au minimum de 350°C et au maximum de 370°C.
[0089] Dans un mode de réalisation, la température en surface du cylindre de travail préchauffé est au minimum de 200°C et au maximum de 320°C ou 300°C ou 280°C ou 260°C ou 240°C ou 220°C. Dans un autre mode de réalisation, la température des cylindres en surface pendant le laminage à chaud est au minimum de 220°C et au maximum de 320°C ou 300°C ou 280°C ou 260°C ou 240°C. Dans un autre mode de réalisation, la température des cylindres en surface pendant le laminage à chaud est au minimum de 240°C et au maximum de 320°C ou 300°C ou 280°C ou 260°C. Dans un autre mode de réalisation, la température des cylindres en surface pendant le laminage à chaud est au minimum de 260°C et au maximum de 320°C ou 300°C ou 280°C. Dans un autre mode de réalisation, la température des cylindres en surface pendant le laminage à chaud est au minimum de 280°C et au maximum de 320°C ou 300°C. Dans un autre mode de réalisation, la température des cylindres en surface pendant le laminage à chaud est au minimum de 300°C et au maximum de 320°C. [0090] Dans un autre mode de réalisation préféré, le laminage de la bande métallique est un laminage à froid. Préférentiellement le laminage à froid est réalisé avec un laminoir qui fait partie d'une pluralité de laminoir à froid fonctionnant en tandem.
[0091] Dans un mode de réalisation, la température en surface du cylindre de travail préchauffé est au minimum de 100°C et au maximum de 200°C ou 180°C ou 160°C ou 140°C ou 120°C. Dans un autre mode de réalisation, la température des cylindres en surface pendant le laminage à froid est au minimum de 120°C et au maximum de 200°C ou 180°C ou 160°C ou 140°C. Dans un autre mode de réalisation, la température des cylindres en surface pendant le laminage à froid est au minimum de 140°C et au maximum de 200°C ou 180°C ou 160°C. Dans un autre mode de réalisation, la température des cylindres en surface pendant le laminage à froid est au minimum de 160°C et au maximum de 200°C ou 180°C. Dans un autre mode de réalisation, la température des cylindres en surface pendant le laminage à froid est au minimum de 180°C et au maximum de 200°C.
[0092] A titre d'exemple, les deux cylindres de travail, de diamètre 700mm, d'un laminoir à chaud ont été équipés chacun de 33 inducteurs de 80mm selon la longueur desdits cylindres. Les cylindres de travail ont été discrétisés en segment de 20mm de longueur pour la mise en oeuvre du procédé de préchauffage selon l'invention. L'utilisation du procédé de préchauffage des cylindres a permis de supprimer l'utilisation de bande métalliques de démarrage pour stabiliser le profil thermiques nécessaire pour laminer à chaud des alliages d'aluminium. Cette amélioration concerne en particulier les alliages AA5083, AA5086, AA5088, AA5182, AA5052, AA5754, AA2098, AA2198, AA2195, AA2024 et AA2524. Cette amélioration concerne également les alliages d'aluminium plaqués, la partie centrale étant un alliage d'aluminium AA2024 ou AA2524 et le placage étant de IΆA1050. Cette amélioration concerne également les alliages d'aluminium plaqués dont la partie centrale est un alliage d'aluminium AA7075 ou AA7175 et dont le placage est de IΆA7072.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de préchauffage d'au moins un cylindre de travail (11) d'un laminoir (1) destiné à laminer une bande métallique (2) pour que le cylindre de travail (11) présente un profil de dilatation thermique cible déterminé le long de Ns segments longitudinaux du cylindre de travail, le laminoir (1) comportant un dispositif de contrôle thermique (20) comportant Ni inducteurs (21) répartis suivant l'axe longitudinal du cylindre de travail (11) en regard des Ns segments longitudinaux (Ils), le procédé comportant les phases suivantes : a. détermination (10) du profil de dilatation thermique cible , à un instant de calcul tk,
• à partir de valeurs prédéfinies de paramètres d'entrée Pe représentatifs des dimensions et de propriétés mécanique et thermique de la bande métallique à laminer,
• et d'un premier modèle physique prédéfini Ml exprimant une relation entre les paramètres d'entrée Pe et le profil de dilatation thermique cible b. détermination (20) d'un profil de température moyenne effective le long de Ns segments longitudinaux du cylindre de travail, à partir d'un profil de puissance thermique effectif généré par les
Ni inducteurs et mesuré préalablement,
• et d'un deuxième modèle physique prédéfini M2 exprimant une relation entre le profil de puissance thermique effectif et le profil de température moyenne effective c. détermination (30) d'un profil de température moyenne cible le long des
Ns segments longitudinaux du cylindre de travail, à partir du profil de dilatation thermique cible déterminé et du profil de température moyenne effective déterminé ; d. détermination (40) d'un écart entre le profil de température moyenne cible et le profil de température moyenne effective e. détermination (50) d'un critère de convergence à partir de l'écart déterminé, et arrêt du préchauffage (70) lorsque le critère de convergence est vérifié, et poursuite des phases du procédé de préchauffage lorsque le critère de convergence n'est pas vérifié ; f. activation (60) des inducteurs comportant les étapes suivantes :
• détermination d'un profil de puissance thermique cible à délivrer par les Ni inducteurs à partir de l'écart déterminé ;
• activation des inducteurs de sorte qu'ils délivrent le profil de puissance thermique cible déterminé ;
• mesure d'un profil de puissance thermique effectif délivré effectivement par les inducteurs ; g· réitération des étapes b/ à f / jusqu'à ce que le critère de convergence soit vérifié, en incrémentant l'instant de calcul tk.
2. Procédé de préchauffage selon la revendication 1, dans lequel les profils de dilatation thermique cible de température moyenne effective et de température moyenne cible sont déterminés pour les segments longitudinaux destinés à être au contact de la bande métallique (2) à laminer.
3. Procédé de préchauffage selon la revendication 1 ou 2, dans lequel l'étape de détermination du profil de puissance thermique cible comporte les étapes suivantes :
• identification du segment longitudinal, d'indice jmax, pour lequel l'écart est maximal, et définition de la puissance thermique cible à une valeur maximale ;
• détermination de la puissance thermique cible des autres segments longitudinaux telle que
4. Procédé de préchauffage selon la revendication 3, dans lequel un inducteur (21) d'indice j n'est activé que lorsque le rapport est supérieur ou égal à une valeur seuil RT prédéfinie, sinon il reste inactif.
5. Procédé de préchauffage selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel le dispositif de contrôle thermique (20) comporte des refroidisseurs (23) répartis suivant l'axe longitudinal du cylindre de travail (11) en regard des Ns segments longitudinaux (Ils), et comportant une étape d'activation des refroidisseurs (23) à partir de l'écart entre le profil de température moyenne cible et le profil de température moyenne effective
6. Procédé de préchauffage selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel la phase de détermination du profil de température moyenne effective est effectuée par simulation numérique, le cylindre de travail (11) étant discrétisé selon un maillage axisymétrique 2D.
7. Procédé de préchauffage selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel la bande métallique (2) est réalisée en un alliage d'aluminium.
8. Procédé de laminage comportant les étapes suivantes a. le préchauffage d'au moins un cylindre de travail, préférentiellement des deux cylindres de travail, d'un laminoir destiné à laminer une bande métallique selon le procédé d'une des revendication 1 à 7, b. le laminage de la bande métallique avec le au moins cylindre de travail ainsi pré chauffé, préférentiellement les deux cylindres de travail.
9. Procédé de laminage selon la revendication 8 caractérisé en ce que la bande métallique comprend un alliage d'aluminium, préférentiellement l'alliage d'aluminium est un alliage choisi parmi l'alliage AA2014, AA2017, AA2024, AA2027, AA2046, AA2050, AA2056, AA2060, AA2074, AA2098, AA2139, AA2195, AA2198, AA2214, AA2219, AA2519, AA2524, AA2618, AA2654,
AA3003, AA3004, AA3005, AA3103, AA3104, AA3105, AA5005, AA5049, AA5050, AA5052, AA5083, AA5086, AA5088, AA5150, AA5154, AA5182, AA5186, AA5200, AA5251, AA5252,
AA5254, AA5383, AA5454, AA5456, AA5657, AA5754, AA6016, AA6056, AA6060, AA6061,
AA6063, AA6082, AA6156, AA6182, AA6909, AA7010, AA7011, AA7017, AA7019, AA7020,
AA7021, AA7022, AA7039, AA7040, AA7049, AA7050, AA7056, AA7072, AA7075, AA7079,
AA7099, AA7122, AA7150, AA7175, AA7178, AA7449, AA7450 ou AA7475.
10. Procédé de laminage selon la revendication 9 caractérisé en ce que l'alliage d'aluminium est plaqué sur au moins face, préférentiellement deux faces avec un alliage de la série 1000 selon l'association de l'aluminium, préférentiellement l'alliage l'AA1050 ou avec l'alliage IΆA7072.
11. Procédé de laminage selon l'une des revendications 8 à 10 caractérisé en ce que le laminage de la bande métallique est un laminage à chaud.
12. Procédé de laminage selon la revendication 11 caractérisé en ce que la température de l'alliage d'aluminium, éventuellement plaqué, avant son laminage à chaud est au minimum de 350°C et au maximum de 510°C.
13. Procédé de laminage selon la revendication 11 ou 12 caractérisé en ce que la température en surface du cylindre de travail préchauffé est au minimum de 200°C et au maximum de 320°C.
14. Procédé de laminage selon l'une des revendications 8 à 10 caractérisé en ce que le laminage de la bande métallique est un laminage à froid.
15. Procédé de laminage selon la revendication 14 caractérisé en ce que la température en surface du cylindre de travail préchauffé est au minimum de 100°C et au maximum de 200°C.
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