EP4643189A1 - Systeme et procede de guidage d'une bande en defilement dans une ligne continue - Google Patents

Systeme et procede de guidage d'une bande en defilement dans une ligne continue

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Publication number
EP4643189A1
EP4643189A1 EP23833096.3A EP23833096A EP4643189A1 EP 4643189 A1 EP4643189 A1 EP 4643189A1 EP 23833096 A EP23833096 A EP 23833096A EP 4643189 A1 EP4643189 A1 EP 4643189A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
strip
line
guiding
account
belt
Prior art date
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Pending
Application number
EP23833096.3A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Dominique VERGNAUD
Fernando DA SILVA
Thierry Robin
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.)
Fives Stein SA
Original Assignee
Fives Stein SA
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Filing date
Publication date
Application filed by Fives Stein SA filed Critical Fives Stein SA
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Pending legal-status Critical Current

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    • G05B13/048—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric involving the use of models or simulators using a predictor
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    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
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    • C23C2/04—Hot-dipping or immersion processes for applying the coating material in the molten state without affecting the shape; Apparatus therefor characterised by the coating material
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    • C23C2/28—Thermal after-treatment, e.g. treatment in oil bath
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B9/00—Furnaces through which the charge is moved mechanically, e.g. of tunnel type; Similar furnaces in which the charge moves by gravity
    • F27B9/28—Furnaces through which the charge is moved mechanically, e.g. of tunnel type; Similar furnaces in which the charge moves by gravity for treating continuous lengths of work
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    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
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    • G05B13/02—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric
    • G05B13/0265—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric the criterion being a learning criterion

Definitions

  • the invention relates to continuous lines for annealing or galvanizing metal strips. It relates more particularly to guiding systems making it possible to maintain the strip in the axis of the line during its movement.
  • the continuous metal strip annealing or galvanizing lines are composed in series of different sections, from an inlet section, followed by a treatment furnace composed of hot sections and cold sections, then an outlet section, in which a strip to be treated moves at high speeds, up to several hundred m/min, on strip drive and guide rollers.
  • the strip undergoes a heat treatment which may include heating, temperature maintenance and cooling phases for the annealing and galvanizing lines, to which is added a metal coating stage for the galvanizing lines.
  • Galvanizing refers to all coatings, whether zinc coatings, aluminum coatings, zinc and aluminum alloys, or any other type of coating.
  • the strip is driven on rotating rollers using a traction force.
  • the position of the longitudinal axis of some of these rollers can move in order to exert a guiding action on the strip and prevent it from shifting relative to the center of the line.
  • the belt guidance function is dedicated to guidance units installed at several locations on the line. They are made up of a single roller or two rollers whose axes are not fixed. The belt centering effect is obtained by movement of the rollers around the axis of the line.
  • the invention provides a solution to these problems by ensuring good guidance of the strip over the entire length of the line, from the unwinders at the entry of the line to the rewinders at the exit of the line, whatever the characteristics of the line. .
  • a belt guide unit comprises a chassis consisting of a movable part on which one or two guide rollers are placed and a fixed part linked to the structure of the line, the movable part of the chassis being actuated by cylinders electric or hydraulic, a belt position detector and a control system which controls the position of the moving roller(s) according to the need for correction of the belt position.
  • the guidance units are, for example, controlled via PID-type regulation loops.
  • the guide units comprise only one roller.
  • the strip position detector is generally of the capacitive or inductive type and is usually placed downstream of the guided roller, after the correction obtained by moving the roller.
  • each guidance unit operates autonomously, independently of the other guidance units present on the line.
  • the control system adjusts the positioning of the strip by modifying the position of the guide roller according to the information delivered by its position detector, without taking into account the state of the other guide units present on the line, nor any information other than that delivered by the position detector.
  • the guidance unit reacts according to a localized band deviation, without taking other parameters into account.
  • the position of the strip is adjusted by the guiding unit according to the information delivered by its position detector, without anticipation of the evolution of the need for centering of the strip at the entrance to the guiding unit which would result from parameters affecting the position of the belt, for example the state of other guide units, geometric defects of the belt or the consideration of thermal deformation of the belt.
  • a system for guiding a moving strip in a continuous processing line for said strip comprising a plurality of guide units and a plurality of detectors of the position of the strip.
  • strip arranged along the line characterized in that it comprises a computer-assisted dynamic control model capable of taking into account the position of the strip relative to the center of the line at several points along the line for a shared control of the plurality of guidance units.
  • the position of the strip at a location on the line is determined from a position detector.
  • This position detector can be that of a guidance unit. It can also be an autonomous detector, unrelated to a guidance unit and remote from the guidance units.
  • the position of the strip at a point on the line can also be determined by calculation, by extrapolation from the information delivered by one or more position detectors arranged upstream and/or downstream of this point.
  • the number of strip position detectors and their position on the line is determined according to the configuration of the line, in particular the length of the pass line between the unwinder at the line entry and the rewinder at the line exit, the length of the strip strands, the diameter of the deflector rollers, the nature of the heating and cooling sections, according to the strip formats, in particular the maximum width and the minimum thickness, the thermal cycles carried out and in particular the maximum temperatures reached and the speeds of heating and cooling, and according to the maximum line speed and belt tension in the different sections.
  • position detectors on the line There may be the same number of position detectors on the line as guidance units, or a different number, in particular a higher number.
  • position detectors are placed at strategic points along the line where significant strip off-centering can occur. It can also be positioned in places where an offset of the strip with respect to the axis of the line can occur in order to anticipate it as early as possible and make corrections to prevent the off-centering from taking too long. the extent. Knowledge of possible off-centering of the belt at these points, and the importance of this, is useful to improve the guidance of the belt along the line.
  • These strategic points can be different depending on the nature of the line and its characteristics. For example, they can be located at the outlet of a rapid induction heating section or at the outlet of a rapid cooling section, for example by spraying a liquid onto the strip.
  • the guiding units are shared so as to control a guiding unit by taking into account the correction carried out by other guiding units arranged upstream and/or downstream in the direction of travel of the the band.
  • This pooling makes it possible to generally improve the band centering by reducing the total correction that must be made.
  • the computer-assisted dynamic control model comprises a predictive model making it possible to anticipate a deviation of the strip along the line.
  • the predictive model takes into account a database fed by the history of the behavior of the belts on the line, in particular according to the initial state of the belt at the entrance to the line, the operating conditions of the line, the thermal cycles carried out in the oven and the geometric characteristics of the strip.
  • the database is also enriched with data collected on other continuous lines and the predictive model takes into account the resulting lessons.
  • the predictive model anticipates the behavior of the belt according to its characteristics and the operating conditions of the line to improve the control of the guidance system according to the invention.
  • the predictive model comprises artificial intelligence. This takes advantage of “deep learning” based on information present in the database of the history of strip behavior on the line and data collected on other lines to anticipate and predict behavior. of the band and propose the best possible strategy for controlling the guidance system according to the invention.
  • the predictive model can request a shift of the strip at a point to anticipate, and thus avoid or mitigate, a shift which would occur downstream of this point without this shift.
  • the predictive model can act on the other guidance units to further pool the corrections with other guidance units.
  • the predictive model can request an adjustment of the belt traction per section of the line based on an expected belt offset in order to improve the alignment of the belt.
  • the predictive model may also request an adjustment of the web speed based on an expected web offset in order to improve the alignment of the web.
  • the guidance system according to the invention may comprise at least one device for measuring spatial inhomogeneities in the band. It includes, for example, a laser profilometer coupled to a camera.
  • the device for measuring spatial inhomogeneities in the strip also plays the role of strip position detectors.
  • thermomechanical and metallurgical models Knowing the spatial inhomogeneities in the strip at the entrance to the line, it is possible to determine the mechanical and thermal deformations of the strip which will result during its passage through the different sections of the oven, heating and cooling, by means thermomechanical and metallurgical models. So, for example, if the strip has thicker edges, if it has a long center or long edges, if it has buckles or undulations, these initial characteristics, and the anticipation of the evolution of these along the line, are taken into account by the computer-assisted dynamic control model to predict a strip offset and optimize its centering.
  • Another device for measuring spatial inhomogeneities in the strip can also be placed at another location on the line, for example at the outlet of a cooling section due to strip deformations which may occur there due to slopes. rapid cooling and the difficulty of obtaining uniform cooling across the width of the strip.
  • a device for measuring spatial inhomogeneities in the strip can also be placed at the outlet of the oven in order to loop back and improve the thermomechanical and metallurgical models for predicting mechanical and thermal deformations of the strip during its passage through the oven.
  • the guidance system may comprise at least one device for measuring the temperature profile over the width of the strip.
  • the temperature profile measuring device can also act as belt position detectors when the measured temperature profile extends beyond the width of the belt, the position of the latter being determined by a variation sudden temperature surge beyond the edges of the strip.
  • the transverse temperature profile of the strip can modify its geometric profile, for example with long edges if they are hotter than the center of the strip. This information can be taken into account by the predictive model to improve the alignment of the band.
  • Belt traction varies along the line, particularly due to belt expansion in heating sections and contraction in cooling sections.
  • Transport rollers are, for example, equipped with strain gauges to measure the tension of the belt along the line.
  • the computer-assisted dynamic control model according to the invention takes into account the tension measurements of the belt to adjust the centering of the belt.
  • the predictive model makes it possible to anticipate belt offsets that could occur due to variations in belt traction and thus improve guidance.
  • the number, nature (one or two rollers) and position of guide units on the line can be determined by modeling when designing a new line or during a study prior to modification of an existing line. Likewise, the number and position of the position detectors can be determined by modeling. This makes it possible to optimize the position of the equipment for maximum belt guiding efficiency. It also makes it possible to limit the number of equipment to that which is necessary in order to limit investment and operating costs.
  • the profiles of the transport rollers can also be determined by modeling when designing a new line or during a study prior to the modification of an existing line.
  • the modeling tools can include a digital twin of the line. This makes it possible to simulate the quality of the alignment of the strip along the line, and therefore to optimize, in particular the number, nature and location of the guiding units, position detectors, spatial inhomogeneities of the strip, devices for measuring the temperature profile over the width of the strip and the profile of the rollers, according to the operating parameters of the line, the thermal cycles carried out and the strip formats.
  • the improvement brought by the invention to the guidance of the strip along the line can make it possible to place a single roller guide unit where a two roller unit would be necessary according to the state of the art.
  • this above all allows for two additional strands of tape. This results in a shorter oven, therefore with a smaller footprint, and a lower investment cost.
  • a method for controlling a system for guiding a strip running in a continuous line, characterized in that it ensures dynamic control of a guiding system according to the invention by taking into account the position of the strip at a plurality of points along the line for controlling a guide unit.
  • the strip can be deliberately decentered by a guiding unit in order to improve the overall guidance of the strip along the line. Causing a shift in the strip can in fact prevent a larger shift from occurring at another point along the line, without a deliberate shift.
  • the method according to the invention controls a guidance unit by taking into account spatial inhomogeneities in the band. It is thus possible to anticipate and avoid band deviations which would result from these spatial inhomogeneities.
  • the method according to the invention controls a guiding unit by taking into account the temperature profile over the width of the strip. It is thus possible to anticipate and avoid band deviations which would result from a significant temperature gradient over the bandwidth.
  • the invention thus allows:
  • the implementation of the invention on a galvanizing line with a capacity of 300,000 tonnes/year can allow an annual gain in productivity equivalent to a gain of one million euros per year. increase in line speed and 1.7 million euros due to a limited number of days of downtime due to belt breakage.
  • FIG. 1 is a schematic and partially represented view of a galvanizing line according to an exemplary embodiment of the invention.
  • a vertical furnace galvanizing line 3 according to an exemplary embodiment of the invention. It comprises, successively and in the direction of travel of the strip 2, an input section comprising an unwinder 111, a welder 112, a tensioning block 113 with two rollers, a device 114 for measuring spatial inhomogeneities in the strip, an accumulator 115, a single-roller strip guiding unit 116, a strip position detector 117 and a second two-roller tensioner block 118, a direct-fire preheating section 120, a heating section 130 comprising a two-roller tape guide unit 131 and a tape position detection detector 132, a holding section 140 comprising a one-roller tape guide unit 141 and a tape position detection detector 142 , a slow cooling section 150, a rapid cooling section 160, an aging section 170 comprising a two-roller strip guiding unit 171 and a detector 172 for
  • a strip position detector 132 is positioned upstream of the guide unit 131 located in the heating section 130. It is positioned on the strip strand located just upstream of the guide unit. For another line configuration or other operating characteristics thereof, it could for example be placed on a strip strand closer to the entrance to the heating section or, conversely, be placed in a strip strand located downstream of the guide unit 131.
  • a strip position detector 142 is positioned downstream of the guide unit 141 located in the holding section 140. It is here placed three strands downstream of the guide unit but it could be placed on another strand or upstream of the guide unit for another line configuration or other operating characteristics thereof. .
  • a strip position detector 172 is positioned downstream of the guide unit 171 located in the aging section 170. It is here placed five strands downstream of the guide unit but it could be placed on another strand or upstream of the guide unit for another line configuration or other operating characteristics thereof. .
  • a belt position detector 194 is also positioned downstream of the guide unit 193 located in the final cooling section 190. It is here placed just downstream of the guidance unit which corresponds to the usual position of position detectors according to the state of the art.
  • a guide unit 116, 202 and a strip position detector 117, 203 are also placed in each accumulator.
  • a pyrometer 151 is placed at the outlet of the slow cooling section 150.
  • the temperature profile across the width of the strip measured by this pyrometer can be taken into account for controlling the guidance of the strip.
  • the line monitoring and control system includes a computer-assisted dynamic control model 300 making it possible to control the guiding units according to the positions of the strip detected along the line by the position detectors, taking into account the information operating process of the line.
  • the Model 300 also takes into account transients, for example when changing tape formats, to adjust the control of the guiding units and maintain good tape centering.
  • the model 300 includes a predictive model 301 making it possible to anticipate a deviation of the strip along the line, the latter comprising artificial intelligence 302.

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Abstract

Système (1) de guidage d'une bande (2) en défilement dans une ligne (3) de traitement en continu de ladite bande comprenant une pluralité d'unités (116, 131, 141, 171, 193, 202) de guidage et une pluralité de détecteurs (114, 117, 132, 142, 151, 172, 194, 203) de la position de la bande disposées le long de la ligne, caractérisé en ce qu'il comprend un modèle (300) de pilotage dynamique assisté par ordinateur apte à prendre en compte la position de la bande par rapport au centre de la ligne en plusieurs points le long de la ligne pour un pilotage mutualisé de la pluralité d'unités de guidage.

Description

    SYSTEME ET PROCEDE DE GUIDAGE D’UNE BANDE EN DEFILEMENT DANS UNE LIGNE CONTINUE Désignation du domaine technique concerné
  • L’invention se rapporte aux lignes continues de recuit ou de galvanisation de bandes métalliques. Elle se rapporte plus particulièrement aux systèmes de guidage permettant de maintenir la bande dans l’axe de la ligne lors de son déplacement.
    • Problèmes techniques auxquels répond l’invention
  • Les lignes continues de recuit ou de galvanisation de bandes métalliques sont composées en série de différentes sections, depuis une section d’entrée, suivie d’un four de traitement composé de sections chaudes et de sections froides, puis d’une section de sortie, dans lesquelles une bande à traiter défile à hautes vitesses, jusqu’à plusieurs centaines de m/min, sur des rouleaux d’entrainement et de guidage de bande.
  • Dans le four, la bande subit un traitement thermique pouvant comporter notamment des phases de chauffage, de maintien en température et de refroidissement pour les lignes de recuit et de galvanisation, auxquelles s’ajoute une étape de revêtement métallique pour les lignes de galvanisation.
  • Par galvanisation, on désigne tous les revêtements, qu’il s’agisse de revêtements de zinc, d’aluminium, d’alliages de zinc et d’aluminium, ou de tout autre type de revêtement.
  • De l’entrée à la sortie de la ligne, la bande est entrainée sur des rouleaux en rotation grâce à une force de traction. La position de l’axe longitudinal de certains de ces rouleaux peut bouger afin d’exercer une action de guidage de la bande et éviter un déport de celle-ci par rapport au centre de la ligne.
  • Plusieurs phénomènes peuvent entrainer un déplacement latéral de la bande. Par exemple, des défauts d’alignement de rouleaux de transports, une bande avec des défauts de surface créés en amont de la ligne de traitement, par exemple lors du laminage, une déformation de la bande dans le four lors du chauffage ou du refroidissement, ou encore un problème de traction de bande ou de rotation des rouleaux, peuvent entrainer des défauts de guidage de bande. Cela nécessite une correction afin de limiter les déports de bande qui pourraient l’amener à percuter des parties non en mouvement comme les parois du four, voir entrainer une rupture de bande.
  • La fonction de guidage de bande est dédiée à des unités de guidage implantées à plusieurs endroits de la ligne. Elles sont composées d’un rouleau simple ou de deux rouleaux dont les axes ne sont pas fixes. L’effet de centrage de la bande est obtenu par un mouvement des rouleaux autour de l’axe de la ligne.
  • Selon le type de ligne et sa capacité de production, de trois à sept unités de guidage sont généralement installées pour obtenir une correction et un réalignement de la trajectoire de la bande.
  • Les solutions de guidage de bande selon l’état de la technique ne donnent pas toujours des résultats satisfaisants, notamment pour les lignes à hautes vitesses et celles équipées de sections de chauffage et de refroidissement rapides.
  • L’invention apporte une solution à ces problèmes en permettant d’assurer un bon guidage de la bande sur toute la longueur de la ligne, depuis les débobineuses en entrée de ligne aux rembobineuses en sortie de ligne, quelles que soient les caractéristiques de la ligne.
    • Arrière-plan technique
  • Une unité de guidage de bande comprend un châssis constitué d’une partie mobile sur lequel est un placé un ou deux rouleaux de guidage et d’une partie fixe liée à la structure de la ligne, la partie mobile du châssis étant actionnée par des vérins électriques ou hydrauliques, un détecteur de la position de la bande et un système de pilotage qui contrôle la position du (des) rouleau mobile en fonction du besoin de correction de la position de la bande. Les unités de guidage sont par exemple contrôlées via des boucles de régulation de type PID.
  • Pour simplifier la description, nous considèrerons par la suite que les unités de guidage ne comprennent qu’un seul rouleau.
  • Le détecteur de la position de la bande est généralement de type capacitif ou inductif et il est disposé habituellement en aval du rouleau guidé, après la correction obtenue par un déplacement du rouleau.
  • Selon l’état de la technique, chaque unité de guidage fonctionne de manière autonome, indépendamment des autres unités de guidage présentes sur la ligne.
  • Ainsi, au niveau d’une unité, le système de pilotage ajuste le positionnement de la bande en modifiant la position du rouleau de guidage selon l’information délivrée par son détecteur de position, sans prendre en compte l’état des autres unités de guidage présentes sur la ligne, ni d’autres informations que celle délivrée par le détecteur de position. Ainsi, l’unité de guidage réagit selon une déviation de bande localisée, sans prendre en compte d’autres paramètres.
  • La position de la bande est ajustée par l’unité de guidage selon l’information délivrée par son détecteur de position, sans anticipation de l’évolution du besoin en centrage de la bande à l’entrée de l’unité de guidage qui résulterait de paramètres affectant la position de la bande, par exemple l’état des autres unités de guidage, des défauts géométriques de la bande ou la prise en compte de la déformation thermique de la bande.
  • Si le déport de bande constaté par le détecteur de position est trop important pour pouvoir être corrigé par l’unité de guidage, un opérateur doit intervenir manuellement. Il réduit la vitesse de la bande pour faciliter son recentrage et limiter le risque d’un déport excessif qui pourrait conduire à une collision de la bande avec une partie fixe de la ligne ou à une casse de celle-ci. Cette réduction de la vitesse de défilement entraine une baisse de production de la ligne.
  • L’effet d’une unité de guidage étant localisé à l’endroit où celle-ci est positionnée, il est nécessaire de placer plusieurs unités de guidage le long de la ligne, d’où un coup important d’investissement et de maintenance pour la fonction guidage de bande.
    •
  • Selon un premier aspect de l’invention, il est proposé un système de guidage d’une bande en défilement dans une ligne de traitement en continu de ladite bande comprenant une pluralité d’unités de guidage et une pluralité de détecteurs de la position de la bande disposées le long de la ligne, caractérisé en ce qu’il comprend un modèle de pilotage dynamique assisté par ordinateur apte à prendre en compte la position de la bande par rapport au centre de la ligne en plusieurs points le long de la ligne pour un pilotage mutualisé de la pluralité d’unités de guidage.
  • La position de la bande en un endroit de la ligne est déterminée à partir d’un détecteur de position. Ce détecteur de position peut être celui d’une unité de guidage. Il peut également s’agir d’un détecteur autonome, sans lien avec une unité de guidage et distant des unités de guidage.
  • La position de la bande en un point de la ligne peut également être déterminée par calcul, par extrapolation à partir de l’information délivrée par un ou plusieurs détecteurs de position disposés en amont et/ou en aval de ce point.
  • Le nombre de détecteurs de position de la bande et leur position sur la ligne est déterminé selon la configuration de la ligne, notamment la longueur de la ligne de passe entre la débobineuse en entrée de ligne et la rembobineuse en sortie de ligne, la longueur des brins de bande, le diamètre des rouleaux déflecteurs, la nature des sections de chauffage et de refroidissement, selon les formats de bande, notamment la largeur maximale et l’épaisseur minimale, les cycles thermiques réalisés et notamment les températures maximales atteintes et les vitesses de chauffage et de refroidissement, et selon la vitesse maximale de la ligne et la tension de la bande dans les différentes sections.
  • Il peut y avoir le même nombre de détecteurs de position sur la ligne que d’unités de guidage, ou un nombre différent, en particulier plus élevé.
  • Avantageusement, des détecteurs de position sont placés en des points stratégiques le long de la ligne où il peut se produire un décentrage important de bande. Il peut également être positionné aux endroits où un décalage de la bande vis-à-vis de l’axe de la ligne peut prendre naissance de sorte d’anticiper au plus tôt celui-ci et apporter des corrections évitant que le décentrage ne prenne de l’ampleur. La connaissance d’un décentrage éventuel de la bande en ces points, et de l’importance de celui-ci, est utile pour améliorer le guidage de la bande le long de la ligne. Ces points stratégiques peuvent être différents selon la nature de la ligne et ses caractéristiques. Par exemple, ils peuvent être situés en sortie d’une section de chauffage rapide par induction ou en sortie d’une section de refroidissement rapide, par exemple par projection d’un liquide sur la bande.
  • La prise en compte de la position de la bande en plusieurs points de la ligne, et donc de l’importance du décentrage éventuel de la bande en ces points, permet la mise en œuvre d’une stratégie globale de centrage de la bande. Il est ainsi possible d’apporter une correction au niveau d’une unité de guidage en anticipant la répercussion de cette correction sur l’ensemble des points de la ligne, puis de vérifier celle-ci là où une détection de la position de la bande est réalisée.
  • Ainsi, avantageusement selon l’invention, les unités de guidage sont mutualisées de sorte de piloter une unité de guidage en prenant en compte la correction réalisée par d’autres unités de guidage disposées en amont et/ou en aval dans le sens de défilement de la bande. Cette mutualisation permet d’améliorer globalement le centrage de bande en réduisant la correction totale devant être apportée.
  • Selon un exemple de réalisation de l’invention, le modèle de pilotage dynamique assisté par ordinateur comprend un modèle prédictif permettant d’anticiper une déviation de la bande le long de la ligne. Le modèle prédictif prend en compte une base de données alimentée par l’historique du comportement de bandes sur la ligne, notamment selon l’état initial de la bande à l’entrée de la ligne, les conditions d’exploitation de la ligne, les cycles thermiques réalisés dans le four et les caractéristiques géométriques de la bande. La base de données est également enrichie de données collectées sur d’autres lignes continues et le modèle prédictif prend en compte les enseignements qui en résultent.
  • A partir de l’expérience acquise disponible dans la base de données, le modèle prédictif anticipe le comportement de la bande selon ses caractéristiques et les conditions d’exploitation de la ligne pour améliorer le pilotage du système de guidage selon l’invention.
  • Avantageusement selon l’invention, le modèle prédictif comprend une intelligence artificielle. Cette-ci tire profit d’un apprentissage en « deep learning » à partir des informations présentes dans la base de données de l’historique du comportement de bandes sur la ligne et de données collectées sur d’autres lignes pour anticiper et prédire le comportement de la bande et proposer la meilleure stratégie possible de pilotage du système de guidage selon l’invention.
  • Le modèle prédictif peut demander un décentrage de la bande en un point pour anticiper, et ainsi éviter ou atténuer, un déport qui se produirait en aval de ce point sans ce décentrage.
  • De même, pour éviter qu’une unité de guidage n’arrive en butée en position de correction maximale, le modèle prédictif peut agir sur les autres unités de guidage pour davantage mutualiser les corrections avec d’autres unités de guidage.
  • Le modèle prédictif peut demander un ajustement de la traction de bande par section de la ligne en fonction d’un déport de bande attendu de sorte d’améliorer l’alignement de la bande.
  • Le modèle prédictif peut également demander un ajustement de la vitesse de défilement de la bande en fonction d’un déport de bande attendu de sorte d’améliorer l’alignement de la bande.
  • Le système de guidage selon l’invention peut comprendre au moins un dispositif de mesure d’inhomogénéités spatiales dans la bande. Il comprend par exemple un profilomètre laser couplé à une caméra. Le dispositif de mesure d’inhomogénéités spatiale dans la bande joue également le rôle de détecteurs de position de la bande.
  • Celui-ci peut être placé avant l’entrée de la bande dans le four de sorte que, connaissant la géométrie de la bande avant son entrée dans le four, le modèle anticipe le comportement de la bande lors de son déplacement dans la ligne.
  • Connaissant les inhomogénéités spatiales dans la bande à l’entrée de la ligne, il est possible de déterminer les déformations mécaniques et thermiques de la bande qui en résulteront lors de son passage dans les différentes sections du four, de chauffage et de refroidissement, au moyen de modèles thermomécaniques et métallurgiques. Ainsi, par exemple, si la bande a des bords plus épais, si elle a un centre long ou des rives longues, si elle a du flambage (buckles en anglais) ou des ondulations, ces caractéristiques initiales, et l’anticipation de l’évolution de celles-ci le long de la ligne, sont prises en compte par le modèle de pilotage dynamique assisté par ordinateur pour prévoir un déport de bande et optimiser le centrage de celle-ci.
  • Un autre dispositif de mesure d’inhomogénéités spatiales dans la bande peut également être placé à un autre endroit sur la ligne, par exemple en sortie d’une section de refroidissement en raison des déformations de bande qui peuvent s’y produire du fait de pentes de refroidissement rapides et de la difficulté d’obtenir un refroidissement homogène sur la largeur de la bande.
  • Un dispositif de mesure d’inhomogénéités spatiales dans la bande peut également être placé en sortie du four afin de reboucler et améliorer les modèles thermomécaniques et métallurgiques de prédiction des déformations mécaniques et thermiques de la bande lors de son passage dans le four.
  • Le système de guidage selon l’invention peut comprendre au moins un dispositif de mesure du profil de température sur la largeur de la bande. Celui-ci comprend par exemple un scanner ou un ensemble de pyromètres. Le dispositif de mesure du profil de température peut également jouer le rôle de détecteurs de position de la bande lorsque le profil de température mesuré s’étend au-delà de la largeur de la bande, la position de celle-ci étant déterminée par une variation brusque de température au-delà des rives de la bande.
  • Le profil transversal de température de la bande peut modifier son profil géométrique, par exemple avec des bords longs s’ils sont plus chauds que le centre de la bande. Cette information peut être prise en compte par le modèle prédictif pour améliorer l’alignement de la bande.
  • La traction de bande varie le long de la ligne, notamment en raison de la dilation de la bande dans les sections de chauffage et de sa contraction dans les sections de refroidissement. Des rouleaux de transport sont, par exemple, équipés de jauges de contraintes pour mesurer la traction de la bande le long de la ligne. Le modèle de pilotage dynamique assisté par ordinateur selon l’invention prend en compte les mesures de traction de la bande pour ajuster le centrage de la bande. Le modèle prédictif permet d’anticiper des déports de bande qui pourraient survenir en raison de variation de tractions de bande et ainsi améliorer le guidage.
  • Le nombre, la nature (à un ou à deux rouleaux) et la position des unités de guidage sur la ligne peuvent être déterminés par modélisation lors de la conception d’une nouvelle ligne ou à l’occasion d’une étude préalable à la modification d’une ligne existante. De même, le nombre et la position des détecteurs de position peuvent être déterminés par modélisation. Celle-ci permet d’optimiser la position des équipements pour une efficacité maximale du guidage de la bande. Elle permet également de limiter le nombre d’équipements à celui qui est nécessaire de sorte de limiter les coûts d’investissement et d’exploitation.
  • Les profils des rouleaux de transport peuvent également être déterminés par modélisation lors de la conception d’une nouvelle ligne ou à l’occasion d’une étude préalable à la modification d’une ligne existante.
  • Avantageusement, les outils de modélisation peuvent inclure un jumeau numérique de la ligne. Celui-ci permet de simuler la qualité de l’alignement de la bande le long de la ligne, et donc d’optimiser, notamment le nombre, la nature et la localisation des unités de guidage, des détecteurs de position, de détecteurs d’inhomogénéités spatiales de la bande, de dispositifs de mesure du profil de température sur la largeur de la bande et le profil des rouleaux, selon les paramètres de fonctionnement de la ligne, les cycles thermiques réalisés et les formats de bandes.
  • L’amélioration apportée par l’invention sur le guidage de la bande le long de la ligne peut permettre de placer une unité de guidage à simple rouleau là où une unité à deux rouleaux serait nécessaire selon l’état de la technique. Outre le coût plus faible d’une unité à un seul rouleau, cela permet surtout de disposer de deux brins de bande supplémentaires. Il en résulte un four plus court, donc avec une empreinte au sol plus réduite, et un moindre coût d’investissement.
  • Selon un second aspect de l’invention, il est proposé un procédé de pilotage d’un système de guidage d’une bande en défilement dans une ligne continue, caractérisé en ce qu’il assure un pilotage dynamique d’un système de guidage selon l’invention en prenant en compte la position de la bande en une pluralité de points le long de la ligne pour le pilotage d’une unité de guidage.
  • Avantageusement selon l’invention, la bande peut être volontairement décentrée par une unité de guidage afin d’améliorer le guidage global de la bande le long de la ligne. Provoquer un décalage de la bande peut en effet permettre d’éviter qu’il ne se produise un décalage plus important en un autre point le long de la ligne, sans se décalage volontaire.
  • Selon un exemple de réalisation, le procédé selon l’invention pilote une unité de guidage en prenant en compte des inhomogénéités spatiales dans la bande. Il est ainsi possible d’anticiper et d’éviter des déviations de bande qui résulteraient de ces inhomogénéités spatiales.
  • Selon un exemple de réalisation, le procédé selon l’invention pilote une unité de guidage en prenant en compte le profil de température sur la largeur de la bande. Il est ainsi possible d’anticiper et d’éviter des déviations de bande qui résulteraient d’un gradient important de température sur la largeur de bande.
  • L’invention permet ainsi :
  • . D’optimiser la capacité totale de guidage des unités de guidage présentes sur la ligne ;
  • . D’optimiser le design de la ligne et en particulier du four ;
  • . De réduire le coût, l’empreinte au sol et l’impact environnemental de la ligne ;
  • . D’anticiper une déviation de la bande ;
  • . Un gain en productivité de la ligne par une augmentation de vitesse de la ligne autorisée par un meilleur guidage ;
  • . Un gain en productivité et en coût d’exploitation de la ligne par la réduction des arrêts de ligne qui résultent d’une casse de bande suite à un problème de guidage ;
  • . De limiter l’intervention des opérateurs pour le pilotage et la maintenance de la ligne, d’où une réduction du risque d’accident lors des interventions qui font suite à une rupture de bande.
  • A titre d’exemple, la mise en œuvre de l’invention sur une ligne de galvanisation d’une capacité de 300 000 tonnes/an peut permettre un gain annuel en productivité équivalent à un gain d’un million d’euros par l’augmentation de la vitesse de la ligne et à 1,7 million d’euros du fait d’un nombre limité de jours d’arrêt pour casse de bande.
    •  Brève description des figures
  • D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront au cours de la lecture de la description détaillée qui va suivre pour la compréhension de laquelle on se reportera au dessin annexé dans lesquel :
  • est une vue schématique et partiellement représentée d’une ligne de galvanisation selon un exemple de réalisation de l’invention.
  • En se reportant au schéma de la , on peut voir schématiquement et partiellement représentée, en vue longitudinale, une ligne 3 de galvanisation à four vertical selon un exemple de réalisation de l’invention. Elle comprend, successivement et dans le sens de défilement de la bande 2, une section d’entrée comprenant une débobineuse 111, une soudeuse 112, un bloc 113 tensionneur à deux rouleaux, un dispositif 114 de mesure d’inhomogénéités spatiales dans la bande, un accumulateur 115, une unité 116 de guidage de bande à un rouleau, un détecteur de la position de la bande 117 et un second bloc 118 tensionneur à deux rouleaux, une section 120 de préchauffage à feu direct, une section 130 de chauffage comprenant une unité 131 de guidage de bande à deux rouleaux et un détecteur 132 de détection de la position de la bande, une section 140 de maintien comprenant une unité 141 de guidage de bande à un rouleau et un détecteur 142 de détection de la position de la bande, une section 150 de refroidissement lent, une section 160 de refroidissement rapide, une section 170 de vieillissement comprenant une unité 171 de guidage de bande à deux rouleaux et un détecteur 172 de détection de la position de la bande, une section 180 de sortie et de revêtement comprenant un bloc 181 tensionneur à 3 rouleaux et une cuve 182 de revêtement au trempé, une section 190 de refroidissement final après revêtement comprenant un bloc 191 tensionneur à deux rouleaux, un bac à eau 192, une unité 193 de guidage de bande à deux rouleaux et un détecteur 194 de la position de la bande et une section 200 de sortie comprenant un accumulateur 201, une unité 202 de guidage à un rouleau, un détecteur 203 de la position de la bande un bloc 204 tensionneur à deux rouleaux, une cisaille 205 et une bobineuse 206.
  • Dans l’exemple de réalisation de la , un détecteur 132 de position de la bande est positionné en amont de l’unité 131 de guidage située dans la section 130 de chauffage. Il est positionné sur le brin de bande situé juste en amont de l’unité de guidage. Pour une autre configuration de ligne ou d’autres caractéristiques d’exploitation de celle-ci, il pourrait par exemple être placé sur un brin de bande plus proche de l’entrée de la section de chauffage ou, à l’inverse, être placé dans un brin de bande situé en aval de l’unité 131 de guidage.
  • De même, un détecteur 142 de position de la bande est positionné en aval de l’unité 141 de guidage située dans la section 140 de maintien. Il est ici placé trois brins en aval de l’unité de guidage mais il pourrait être placé sur un autre brin ou en amont de l’unité de guidage pour une autre configuration de ligne ou d’autres caractéristiques d’exploitation de celle-ci.
  • Toujours pour cet exemple de réalisation de la , un détecteur 172 de position de la bande est positionné en aval de l’unité 171 de guidage située dans la section 170 de vieillissement. Il est ici placé cinq brins en aval de l’unité de guidage mais il pourrait être placé sur un autre brin ou en amont de l’unité de guidage pour une autre configuration de ligne ou d’autres caractéristiques d’exploitation de celle-ci.
  • Un détecteur 194 de position de la bande est également positionné en aval de l’unité 193 de guidage située dans la section 190 de refroidissement final. Il est ici placé juste en aval de l’unité de guidage ce qui correspond à la position habituelle des détecteurs de position selon l’état de la technique.
  • Une unité 116, 202 de guidage et un détecteur 117, 203 de position de la bande sont également placés dans chaque accumulateur.
  • Dans cet exemple de réalisation représenté en , un pyromètre 151 est disposé en sortie de la section 150 de refroidissement lent. Le profil de température sur la largeur de la bande mesuré par ce pyromètre peut être pris en compte pour le pilotage du guidage de la bande.
  • Le système de contrôle et de commande de la ligne comprend un modèle 300 de pilotage dynamique assisté par ordinateur permettant de piloter les unités de guidage selon les positions de la bande détectées le long de la ligne par les détecteurs de position en prenant en compte les informations de process de fonctionnement de la ligne. Le modèle 300 prend également en compte les transitoires, par exemple lors d’un changement de format de bande, pour ajuster le contrôle des unités de guidage et maintenir un bon centrage de la bande.
  • Le modèle 300 comprend un modèle prédictif 301 permettant d’anticiper une déviation de la bande le long de la ligne, ce dernier comprenant une intelligence artificielle 302.
    •

Claims (10)

  1. Système (1) de guidage d’une bande (2) en défilement dans une ligne (3) de traitement en continu de ladite bande comprenant une pluralité d’unités (116, 131, 141, 171, 193, 202) de guidage et une pluralité de détecteurs (114, 117, 132, 142, 151, 172, 194, 203) de la position de la bande disposées le long de la ligne, caractérisé en ce qu’il comprend un modèle (300) de pilotage dynamique assisté par ordinateur apte à prendre en compte la position de la bande par rapport au centre de la ligne en plusieurs points le long de la ligne pour un pilotage mutualisé de la pluralité d’unités de guidage.
  2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que le modèle (300) de pilotage dynamique comprend un modèle (301) prédictif permettant d’anticiper une déviation de la bande en un point le long de la ligne.
  3. Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que le modèle (301) prédictif comprend une intelligence artificielle (302).
  4. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce qu’il comprend un dispositif (114) de mesure d’inhomogénéités spatiales dans la bande.
  5. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce qu’il comprend un dispositif (151) de mesure du profil de température sur la largeur de la bande.
  6. Ligne (3) de traitement en continu d’une bande (2) métallique, caractérisé en ce qu’elle comprend un système (1) de guidage de la bande selon l’une des revendications 1 à 5.
  7. Procédé de pilotage d’un système (1) de guidage d’une bande (2) en défilement dans une ligne (3) continue, caractérisé en ce qu’il assure un pilotage dynamique du système de guidage selon l’une des revendications 1 à 5 en prenant en compte la position de la bande en une pluralité de points le long de la ligne pour le pilotage d’une unité (116, 131, 141, 171, 193, 202) de guidage.
  8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu’il pilote une unité (116, 131, 141, 171, 193, 202) de guidage en prenant en compte des inhomogénéités spatiales dans la bande.
  9. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu’il pilote une unité (116, 131, 141, 171, 193, 202) de guidage en prenant en compte le profil de température sur la largeur de la bande.
  10. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que l’alignement de la bande est volontairement décentré par une unité (116, 131, 141, 171, 193, 202) de guidage afin d’améliorer le guidage global de la bande le long de la ligne.
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