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Le laminage à froid est une étape importante de la fabrication des tôles métall

Le laminage à froid est une étape importante de la fabrication des tôles métalliques. Au cours du procédé, le métal est écrasé par passages suc- cessifs entre des cylindres jusqu’à obtenir l’épaisseur et les propriétés désirées. Pour rester compétitifs, les lamineurs cherchent en permanence à maintenir et à accroître la qualité de leurs pro- duits, la productivité et la flexibilité de l’outil industriel. Pour ce faire, il leur faut parfaitement comprendre et maî- triser toutes les étapes du procédé. ABB a développé plusieurs modèles d’optimisation des laminoirs à froid. Dans cet article, nous nous intéres- sons aux modèles adaptatifs des réglages. Modèles de laminage Des modèles adaptatifs pour les laminoirs à froid Frank Feldmann, Mark Gerdau, Andreas Vollmer 43 Revue ABB 1/2009 Maintenance et productivité 44 Revue ABB 1/2009 Modèles de laminage Maintenance et productivité tres adaptatifs sont calculés pour que les prédictions soient en accord avec les valeurs mesurées. Le modèle de laminage regroupe plu- sieurs sous-modèles étroitement liés et basés essentiellement sur les lois de la physique : Plans de passes (calcul du nombre de passes et de la répartition de l’épaisseur de la tôle pour chacune) ; Pré-positionnements (calcul de toutes les valeurs de pré-positionnement requises) ; Adaptation (adaptation du modèle au vu des mesures). Des rapports de réglages et d’adapta- tion sont élaborés pour chaque bobine et stockés dans la base de données pour analyse complémentaire et mise au point hors ligne du modèle. Sous-modèles des plans de passes Ce sous-modèle sert à calculer une répartition adéquate des réductions d’épaisseur sur plusieurs passes en fonction du type de produit laminé (matériau, nuance, largeur de bande, épaisseurs initiale et finale). Pour com- mencer, les limites dans lesquelles la ligne optimale doit se trouver sont défi- nies en calculant les réductions d’épais- seur maximales, passe après passe, Un modèle adaptatif de réglage avec calcul des plans de passes1) et des pré-positionnements ; Des automatismes avancés ; Un système et une interface convi- viale de visualisation, d’exploitation et de diagnostic. L’ encadré 1 récapitule certaines applica- tions pour lesquelles ABB a développé des modèles. Pour aider l’industriel à atteindre ses objectifs, un modèle mathématique cal- cule les plans de passes et les pré-posi- tionnements du laminoir 1 . A partir des données des bobines et des cylindres, le programme de production utilise des tables de valeurs de réduction et de traction élaborées à la fois à partir de l’expérience pratique du lamineur et de sous-modèles mathématiques pour prédire le comportement du procédé. Le modèle se compose essentiellement de 4 parties : la courbe d’écrouissage du matériau (modèle de fluage), le modèle de frottement des cylindres, le modèle d’écartement des cylindres (qui fournit la force de laminage, le couple d’entraînement, le glissement en avant et la température de la tôle laminée) et, enfin, le modèle du laminoir (qui donne les valeurs de consigne pour les actionneurs de planéité et les positions d’écartement des cylindres). Les valeurs de mesure sont collectées et filtrées au cours de chaque passe et ensuite comparées aux valeurs de pré- diction correspondantes. Des paramè- P our améliorer la qualité des pro- duits laminés, les efforts portent sur la réduction des tolérances d’épais- seur et de planéité, de même que sur l’amélioration de l’état de surface. En même temps, la flexibilité du laminoir doit être renforcée pour satisfaire une demande accrue de produits diversifiés, alors qu’une productivité élevée (pro- duction et rendement) est impérative pour rester compétitif dans une écono- mie mondialisée. L’automatisation des laminoirs permet de répondre à ces besoins. Elle s’appuie sur les éléments suivants : Un système fiable et moderne de conduite automatisée de la produc- tion ; Des capteurs et actionneurs égale- ment fiables ; ABB propose des solutions pour les applica- tions suivantes : Laminoirs monocage et multicages, Laminoirs à cylindres multiples et Sendzimir*) Trains en ligne et continus Laminoirs réversibles et non réversibles Laminoirs réducteurs, d’écrouissage, double réduction et à tôles minces Laminoirs pour produits en acier, inox, aluminium, cuivre et laiton Le modèle de laminage fournit les valeurs de réglage appropriées à l’automatisme du niveau 1 de l’architecture d’automatisation. Principaux objectifs du modèle de pré-posi- tionnements : Optimiser la qualité de la tôle laminée en termes de longueur hors-jauge, de surface et de planéité ; Optimiser la production en augmentant les vitesses d’engagement, d’accélération et maximale ; Maintenir les valeurs de pré-positionne- ment dans les limites des matériaux et du laminoir ; Eviter les ruptures de bande, la dégrada- tion des cylindres et les arrêts pour enga- gement de la tôle ; Stabiliser les conditions de laminage ; Minimiser les interventions de l’opérateur. Note *) Laminoir équipé de cylindres de travail de faible diamètre qui s’appuient chacun sur 2 gros cylindres qui, à leur tour, prennent appui sur 3 cylindres. Ce type de laminoir est souvent utilisé pour l’acier à haute résistance et l’acier inox. Encadré 1 Solution ABB pour les laminoirs Note 1) Opération de réduction d’épaisseur qui inclut les phases d’engagement de la tôle, de laminage à vitesse constante, de décélération et de dégage- ment. Un plan de passes est la série de valeurs prédéfinies (ex., épaisseur, vitesse et force). 1 Interaction des données et des fonctions au cours du procédé de laminage Données cylindres Pratiques de réduction Adaptation Modèle du laminoir Pratiques de traction Paramètres du modèle Valeurs de réglage Paramètres d’adaptation Valeurs de mesure Epaisseur, traction, vitesse Force, couple, tem- pérature de laminage CVC, HS, flexion de position Données bobines Réglages opérateur Plan de passes 400 350 300 250 200 150 100 50 0 0 0.5 1 1.5 2 Log deformation Yield stress 3542 Modèle d’écartement des cylindres 45 Revue ABB 1/2009 Modèles de laminage Maintenance et productivité Parfois, les données (ex., épaisseurs et tractions) proviennent d’une table de plans de passes ou sont fournies par un système externe (PPS, EPR, niveau 3 de l’architecture d’automatisation). Le calcul des pré-positionnements nécessite les données suivantes : Epaisseur en entrée, largeur, tempé- rature en entrée ; Epaisseur du laminage à chaud ou épasseur lors du dernier recuit ; Matériau, type de recuit ; Profil de la tôle, diamètre externe de la bobine ; Epaisseur (laminoirs réducteurs) ou allongement (laminoirs d’écrouis- sage) ciblé en sortie. Les valeurs des cylindres comme le dia- mètre, la couronne, le renflement, la longueur et la texture sont également importantes pour la précision des calculs. Pour satisfaire à des contraintes opéra- tionnelles comme, par exemple, le chargement ou le déchargement de la bobine d’un côté précis du laminoir, un nombre de passes pair ou impair peut être imposé. Une réduction fixe au cours de la passe finale est également définie. Pendant une passe, le système recalcule et corrige les passes suivantes si, par exemple, une épaisseur intermédiaire n’a pas été obtenue ou si le matériau laminé est plus dur que prévu. Un composant important du calcul des plans de passes est un modèle d’écarte- ment des cylindres basé sur les lois de la physique. Outre les valeurs d’épais- seur et de traction en entrée et en sortie, d’autres données doivent être fournies au modèle : résistance à la déformation du matériau, caractéristiques du frotte- ment entre les cylindres et la bande. La résistance à la déformation est décrite sous la forme d’une courbe de fluage qui, à son tour, est basée sur les résul- tats d’essais de traction sur des échan- tillons de la tôle à chaque étape du laminage. On considère que la dureté des cylindres et la vitesse de laminage exercent une influence majeure sur les conditions de frottement de corrosion des cylindres. L’incidence des variations de frottement sur la force de laminage est clairement perceptible dans le cas de l’acier doux et des tôles minces 3 . Sous-modèle de pré-positionnements Une fois déterminé le plan de passes, le sous-modèle de pré-positionnements calcule les autres valeurs de réglage. depuis l’épaisseur initiale en avant, puis à nouveau depuis l’épaisseur finale en arrière 2 . Ensuite, en tenant compte des conditions aux limites établies pour le laminoir et par les pratiques, une ligne de réduction est recherchée qui se rapproche le plus du critère retenu ; celui-ci peut, par exemple, être simple- ment la minimisation du temps de laminage ou l’obtention des mêmes forces de laminage pour toutes les passes. Les seuils pratiques précités sont des conditions aux limites du procédé défi- nies dans des tables selon le groupe de produits et peuvent spécifier, par exemple, les réductions maximales, les valeurs de traction de la bobine au cours de la première et de la dernière passes, etc. La répartition de la réduction par passe peut être optimisée selon plusieurs cri- tères. Or des critères de productivité ou de qualité (ex., planéité et surface de la tôle) sont parfois contradictoires. Des plans peuvent être élaborés pour satis- faire à des exigences de limites de réduction et de force de même que de courbes de réduction et de pression (ex., réduction constante par passe ou diminution de la force de laminage spécifique par passe). Les plans sont optimisés pour obtenir une vitesse de laminage maximale en uploads/Industriel/ 43-48-1m924-fra72dpi.pdf