rapport arcelor mittal

Polytech’ Orléans

M. KAMAL BOULECHFAR, 5A SNM, PROMOTION 2008

Analyse et optimisation d’un système de lubrification et de refroidissement en laminage à

froid.

Développer/compléter une modélisation du système de refroidissement du laminoir afin d’identifier les actions qui permettront d’augmenter l’efficacité de l’arrosage, maximiser la

lubrification et uniformiser les pratiques.

Arcelor ResearchService: Rolling, Annealing, Finishing

Voie Romaine – BP 3032057283 Maizières-Lès-Metz

T +33 (0)3 87 70 40 69 | F +33 (0)3 87 70 41 01| www.arcelormittal.com

ANNÉE 2007-2008

Maître de stage : M. NGO Quang Tien. Tuteur enseignant : M. Alain Gasser,

STAGE DE FIN D’ETUDESAnalyse et optimisation du système de refroidissement en laminoir à froid

Titre de stage :

Analyse et optimisation d’un système de

lubrification et de refroidissement en

laminage à froid

Les partenaires de projet :

BOULECHFAR Kamal, Polytech’Orléans, 5e année SNM, Promotion 2008

BUTBrno University of Technology

i


Remerciements

Je tiens tout d’abord à remercier le Groupe ARCELORMITTAL, et plus

particulièrement l’ensemble du personnel du service RAF d’Arcelor Research pour

m’avoir accueilli dans leur département afin de réaliser mon stage de fin d’étude.

Je remercie plus particulièrement :

M. NGO Quang Tien, mon tuteur de stage, pour son soutien, sa patience et sa

disponibilité pour la réalisation de ce travail.

M. LEGRAND Nicolas, chef de projet, pour m’avoir guidé dans mon travail et

apporté les informations nécessaire.

M. GASSER Alain, mon tuteur enseignant, pour son soutien dans la rédaction de

rapport et ces conseils sur le déroulement de stage

Je tiens également à remercier l’ensemble des personnes que j’ai côtoyé pour

leurs aides et leurs sympathies.

BOULECHFAR Kamal, Polytech’Orléans, 5e année SNM, Promotion 2008 ii


Sommaire

Sommaire........................................................................................................................................iiiTable des illustrations......................................................................................................................ivRésumé:............................................................................................................................................vIntroduction......................................................................................................................................1

Premier partis : présentation de projet........................................................................................41 Mise en situation.......................................................................................................................5

1.1 Projet Optcoolub...............................................................................................................51.2 Refroidissement au laminage...........................................................................................5

1.2.1 Généralités..................................................................................................................51.2.2 Système de refroidissement........................................................................................7

1.2.2.1 Les configurations des cages...............................................................................81.2.2.2 La plaque de protection.......................................................................................91.2.2.3 Les rouleaux essoreurs......................................................................................10

1.3 Comparaisons des différents laminoirs Packaging.........................................................101.3.1 Débit.........................................................................................................................111.3.2 Pression.....................................................................................................................11

Deuxième partis : Simulateur thermique...................................................................................121 Simulateur thermique.............................................................................................................13

1.1 Situation actuelle du simulateur.....................................................................................131.1.1 Interface....................................................................................................................131.1.2 Rampes.....................................................................................................................141.1.3 Température cylindre................................................................................................141.1.4 Zones........................................................................................................................14

1.2 Méthode de calcule actuelle...........................................................................................151.2.1 La température intercage..........................................................................................151.2.2 La température emprise............................................................................................161.2.3 La rhéologie..............................................................................................................17

1.3 Amélioration de simulateur............................................................................................181.3.1 Recherche bibliographique.......................................................................................18

1.3.1.1 Étude du refroidissement par spray d’une plaque d’acier.................................181.3.1.2 Rhéologie : LUCY-BALISTIK.........................................................................21

1.4 Programmation du simulateur........................................................................................251.4.1 Modèle physique......................................................................................................25

Zone I : entrée de la cage....................................................................................................25Zone II : emprise................................................................................................................26Zone III : première sortie emprise......................................................................................26Zone IV : sortie emprise.....................................................................................................26Zone V : bande...................................................................................................................26Zone VI : intercage.............................................................................................................27

1.4.2 Mathématique...........................................................................................................27

BOULECHFAR Kamal, Polytech’Orléans, 5e année SNM, Promotion 2008 iii


1.4.3 Numérique................................................................................................................291.4.4 Algorithme de calcul................................................................................................30

1.5 Simulation, résultats et discussion..................................................................................311.5.1 Données d’entrées....................................................................................................311.5.2 Résultats...................................................................................................................32

1.5.2.1 Évolution de la température de la bande au cours de laminage........................321.5.2.2 Évolution de HTC de la bande au cours de laminage (cage 3).........................341.5.2.3 L’effet de la conduction entre le cylindre de travail et la bande.......................35

2 Conclusion..............................................................................................................................37

Troisième partis : analyse des essais de Brno university..........................................................381 Dépouillement essais roll Cooling (Brno)..............................................................................39

1.1 Expériences.....................................................................................................................411.2 Structure des fichiers de données (post-traitement).......................................................42

2 Mode opératoire d’analyse AM research...............................................................................433 Résultats et discussions..........................................................................................................45

3.1 Évolution de la température max pour toutes les configurations...................................453.2 Dépendance de HTC à la température de surface..........................................................463.3 HTC moyenne de chaque essai.......................................................................................463.4 Dépendance de flux à la température de surface............................................................473.5 Le profil de HTC dans la largeur en fonction de débit...................................................493.6 Profil transversal de HTC...............................................................................................49

Quatrième partis : essais pilote Arsa..........................................................................................511 Contexte..................................................................................................................................522 Objectifs des essais pilote :.....................................................................................................523 Conditions d’essais.................................................................................................................54

3.1 Métal :.............................................................................................................................543.2 Conditions d’arrosage :...................................................................................................553.3 Lubrification :.................................................................................................................563.4 Mesures températures à réaliser pendant les essais :......................................................57

4 Les phases des essais..............................................................................................................584.1 1ère phase d’essais :.........................................................................................................584.2 2ème phase d’essais :........................................................................................................584.3 3ème phase d’essai :..........................................................................................................59

5 Opérations post essais :..........................................................................................................596 Conclusion : Synthèse de l'étude refroidissement..................................................................607 Conclusion personnel.............................................................................................................61Table des annexes...........................................................................................................................63

BOULECHFAR Kamal, Polytech’Orléans, 5e année SNM, Promotion 2008 iv


Table des illustrations Figure 1 les cages de Ste Agathe.....................................................................................................................................6Figure 2 la tôle entre les cylindres de travail " emprise".................................................................................................6Figure 3 formation du filme sur la bande et sur le cylinder.............................................................................................7Figure 5 cages d'Aviles....................................................................................................................................................8Figure 4 Configuration du système d’arrosage................................................................................................................8Figure 6 répartition des zones de la bande au cours de laminage....................................................................................9Figure 7 le positionnement de la plaque de protection....................................................................................................9Figure 8 le positionnement des rouleaux essoreurs.......................................................................................................10Figure 9 Comparaisons des débits des différents laminoirs Packaging.........................................................................10Figure 10 Comparaisons des pressions des différents laminoirs Packaging.................................................................11Figure 11 interface de simulateur..................................................................................................................................14Figure 12 répartition des zones de la bande au cours de laminage................................................................................15Figure 13 la répartition théorique de refroidissant sur la bande « parabolique »..........................................................17Figure 14 profil de contraint-déformation selon la loi de SMATCH............................................................................18Figure 15Courbe de Nukiyama......................................................................................................................................19Figure 16 Formes d’écoulement d’un jet à surface libre sur une surface plane statique...............................................21Figure 17 couplage TACSI/LUCY/BALISTIK pour une rhéologie.............................................................................22Figure 18 courbe de contraint déformation simulation et expérience...........................................................................25Figure 19 Modèle physique de simulateur.....................................................................................................................26Figure 20 Zone I du refroidissement inter cages..........................................................................................................26Figure 21 Zone II : emprise...........................................................................................................................................27Figure 22 Zones II et III du refroidissement inter cages................................................................................................27Figure 23 Zone V du refroidissement inter cages..........................................................................................................28Figure 24 méthode de tranche........................................................................................................................................30Figure 25 Algorithme de calcul de température pour les zones refroidis......................................................................31Figure 26 simulation de la distribution de la température dans les cages......................................................................33Figure 27 simulation de la distribution de la température dans la cage 3......................................................................34Figure 28 la distribution de la température dans la zone d'emprise; cage 3..................................................................34Figure 29 simulation d' HTC au long de la bande.........................................................................................................35Figure 30 la formation du filme de refroidissant sur l'entrée de la cage........................................................................36Figure 31 la comparaison entre un laminage avec et sans la prise en compte de la conduction des cylindres.............36Figure 32 l'evolution de la température avec et sans la conduction entre la bande et le cylindre de la cage 3.............37Figure 34 l'implantation des capteurs de température du cylindre................................................................................40Figure 33 dispositif expérimental du refroidissement cylindre.....................................................................................40Figure 35 chauffage et l'arrosage du cylindre................................................................................................................41Figure 36 convention sur la position des capteurs sur le cylindre.................................................................................41Figure 37 définition de la zone d'étude " de refroidissement".......................................................................................44Figure 38 évolution de la température max au cours de refroidissement du cylindre d'essai........................................46Figure 39 la distribution de HTC en fonction de la température...................................................................................47Figure 40 comparaison de HTC moyenne pour les 13 essais (Analyse d’Arcelor).......................................................47Figure 41 comparaison de HTC moyenne pour les 13 essais (Analyse Brno university).............................................48Figure 42 profil de flux en fonction de la température pour l'essai AV8-1...................................................................48Figure 44 la comparaison entre les 13 essais en terme de flux (Analyse d'ArcelorMittal)...........................................49Figure 43 les courbes de tendances des flux pour les 13 essais.....................................................................................49Figure 45 Le profil de HTC dans la largeur en fonction de débit..................................................................................50Figure 46 Profil transversal de HTC en fonction des capteurs 1, 4 et 8........................................................................50Figure 47 Profil transversal de HTC en fonction de tous les capteurs (résultats d’autres études)................................51Figure 48 la simulation de la distribution de refroidissant sur le cylindre d'essai pour les deux modes de buses ( full con et jet plat)................................................................................................................................................................53Figure 49 la configuration HTRC de CRM (High turbulence Roll Cooling)................................................................54Figure 50 l’effet de l’angle d’ouverture de buse (opening angle) sur la zone d’impact de l’eau de refroidissement sur le cylindre. Largeur de bande = 75 mm (Cas de notre de pilote)..................................................................................56

BOULECHFAR Kamal, Polytech’Orléans, 5e année SNM, Promotion 2008 iv


BOULECHFAR Kamal, Polytech’Orléans, 5e année SNM, Promotion 2008 v


1 Résumé: En laminage à froid, une tôle d’acier (largeur ~1 mètre, épaisseur ~ 1 à 2 mm, longueur ~

plusieurs kilomètres) est réduite en épaisseur par passage successif entre cylindres en

rotation (que l’on appelle cages de laminoir).

Dans ce procédé, le travail de déformation plastique et le frottement du produit laminé au

contact des cylindres dégagent une importante quantité de chaleur qui doit être absorbée

par l’arrosage des cylindres et du produit à raison de plusieurs dizaines de mètres cubes

par minute. Sans un tel dispositif, l’acier atteindrait des températures de plusieurs centaines

de degrés. Le refroidissement assuré par une série de rampes orientées soit vers le

cylindre, soit directement vers le produit, permet de maintenir la température du produit aux

environs de 150°C maxi. Un système de lubrification est également utilisé (lubrifiant à base

d’huile) pour contrôler le frottement entre le produit et le cylindre.

Les stratégies actuelles d’arrosage étant basées sur des règles empiriques, on ne sait

pas jugé si celles-ci sont optimales pour maintenir la température en dessous des 150°C.

De plus, le système de refroidissement peut parfois perturber le système de lubrification :

le laminoir peut alors entrer en vibrations, ce qui pénalise la productivité de l’outil (diminution

de la vitesse de laminage) et/ou la qualité du produit fabriqué (non respect de ses

tolérances dimensionnelles).

OBJECTIF(S) :

Développer/compléter une modélisation du système de refroidissement du laminoir afin

d’identifier les actions qui permettront d’augmenter l’efficacité de l’arrosage, maximiser la

lubrification et uniformiser les pratiques.

ETAPES DU TRAVAIL :

Étape 1 : état des lieux des pratiques arrosages (système de refroidissement) et de

lubrification.

Étape 2 : développement/adaptation d’un simulateur global de laminage à froid. L’étude

sera focalisée en particulier sur l’intégration d’un modèle de thermique cylindre.

Étape 3 : réalisation et analyse de campagnes de caractérisation du système de

refroidissement et de son influence potentielle sur la lubrification.

BOULECHFAR Kamal, Polytech’Orléans, 5e année SNM, Promotion 2008 vi


IntroductionCe stage de fin d’étude à pour titre « Analyse et optimisation d’un système de

lubrification et de refroidissement en laminage à froid » a été réaliser chez Arcelor

research; à Maizières-Lès-Metz pour une durée de six mois. En guise d’introduction, le

lieu de travail et les sites concernés par l’étude sont présentés :

ArcelorMittal

En 2006, le groupe Arcelor accepte la proposition de rachat de son concurrent

Mittal Steel ainsi une nouvelle entreprise apparaît sous le nom d’ArcelorMittal, qui est

dirigé par Lakshmi Mittal. ArcelorMittal se positionne comme le premier mondial de la

sidérurgie dans plus de 60 pays.

Le groupe Arcelor est un leader de la transformation de la sidérurgie au niveau

mondial. Il joue un rôle clé dans plusieurs marchés: automobile, construction,

électroménager, emballage et industrie générale. Il réalise ainsi un chiffre d’affaires de

30 milliards d’euros et également des expéditions de 47 millions de tonnes en 2004. Le

groupe emploie aujourd’hui 95 000 personnes dans plus de 60 pays.

ArcelorMittal research

Arcelor Research est une société fondée en 1946 sous le nom d’IRSID, depuis

2004 elle a changé de nom pour devenir Arcelor Research. Cet institut de recherche est

une filiale de groupe Arcelor et est le premier centre européen dans le domaine de la

recherche sidérurgique. Cette société appartient au secteur plat carbone du groupe.

Arcelor consacre des moyens importants à la recherche: environ 110 millions

d’euros de budget annuel et environ 1500 personnes sont salariés d’Arcelor Research.

BOULECHFAR Kamal, Polytech’Orléans, 5e année SNM, Promotion 2008 1


La mission principale d’Arcelor Research est de contribuer à améliorer la compétitivité

du groupe par la maîtrise des procédés et la connaissance des mécanismes

fondamentaux mis en jeu.

Le stage s’est déroulé au département RAF section « laminage à froid », qui

compte environ 60 personnes, dont 50% d’ingénieurs et cadres.

Ses missions sont de fournir des outils contribuant, d’une part à mieux connaître

et donc mieux contrôler les procédés de fabrication et d’autre part, à mieux caractériser

la qualité des produits au niveau de leurs caractéristiques dimensionnelles, de la

présence de défauts, de l’aspect de surface et de l’homogénéité de leurs propriétés

d’emploi vis-à-vis des besoins du client final.

Les domaines d’activités de RAF sont:

- Laminage à chaud

- Laminage à froid

- Planage

Les sites de laminage à froid

Les sites concernés essentiellement par cette étude sont :

France (Basse-Indre),

Implanté sur la rive nord de la Loire, à dix kilomètres de Nantes et de son port, Basse-

Indre possède une capacité de production annuelle de 410 000 tonnes.

Le site est spécialisé dans la production de TFS (acier sans étain), qui représente la

moitié de la production de l'usine. Ainsi, Basse-Indre se positionne au tout premier rang

mondial pour les couvercles de boîtes à ouverture facile.

Sa situation géographique permet un accès privilégié sur les marchés de la façade

Atlantique et de la Méditerranée.



France (Florange),

Stratégiquement implanté près de trois frontières (Luxembourg, Belgique et Allemagne),

le site de Florange bénéficie d'une position géographique qui permet de livrer tous les

produits par tous les moyens de transport (ferroviaire, routier, fluvial et maritime).

Doté d'un potentiel de 450 000 tonnes par an, le site de Florange est notamment

spécialisé dans la fabrication des aciers de faibles épaisseurs. Il peut également

fabriquer du métal pour les capsules.

Belgique (Tilleur),

Situé au cœur du carrefour autoroutier européen et proche du port d'Anvers, le site de

Liège bénéficie d'une position géographique stratégique permettant de livrer les produits

à ses clients par tous les moyens de transport (fluvial, maritime, ferroviaire et routier).

Espagne (Avilès).

Implanté dans les Asturies, le site d'Avilés est un site sidérurgique intégré côtier, avec

usines à froid et une production de toute la palette de produits revêtus. Le site compte

deux lignes de revêtement produisant du fer blanc et du DWI (acier pour boîtes

boisson). Sa capacité de production est de l'ordre de 350 000 tonnes par an.



Premier partis : présentation de projet



1 Mise en situation

1.1 Projet Optcoolub

Cette étude s’inscrit dans un vaste projet de recherche et développement

Optcoolub : Optimisation cooling lubrification. Alliant six partenaires européens :

Arcelor Research, Lechler, Voest-Alpine, Brno University, le Centre de Mise en Forme

des Matériaux de CNRS et le Centre des Recherches Métallurgique CRM.

Le but principal de ce projet vise à améliorer les méthodes refroidissement ainsi

que les propriétés des lubrifiants du laminage à froid. On estime que les gains prévu

pour l’industrie métallurgique européenne pourraient atteindre 15M€/an. Ces

améliorations passeront, vraisemblablement, par des vitesses et des réductions plus

élevées, une consommation d’huile diminuée avec une qualité moins couteuse et une

réduction notable de la consommation d’eau et de liquide réfrigérant.

1.2 Refroidissement au laminage

1.2.1 Généralités

Laminer une tôle d’acier, c’est lui conférer de manière contrôlée et reproductible

trois types de propriétés :

Une forme géométrique, avec des tolérances fixées – de plus en plus sévères.

Des propriétés mécaniques, qui requièrent une microstructure (au sens large)

adéquate.

Des propriétés de surface, au premier rang desquelles l’aspect visuel, lié à la

rugosité.



Les trains de laminage d’ArcelorMittal sont composés de quatre à cinq cages en

tandem.

La bande arrive depuis l’accumulateur

entrée train et passe par un bloc de guidage

pour rentrer dans la première cage. La

réduction d’épaisseur est faite sur les

premières cages essentiellement. La mission

de la dernière cage est plutôt d’assurer une

bonne planéité et donner la rugosité

superficielle souhaitée à la bande. L’arrivée de

la bande se fait de façon continue.

A la sortie du train la bande est orientée vers une des deux bobineuses par le

rouleau aiguilleur. Entre celui ci et la sortie de la dernière cage, on retrouve une cisaille

volante qui coupe la bande.

1.2.2 Système de refroidissement


Cage ouverte du laminoirTrain de Sainte Agathe

Figure 1 les cages de Ste Agathe

Figure 2 la tôle entre les cylindres de travail " emprise"

6


Lors de laminage, les énergies libérées du à la déformation plastique du métal et

au frottement de contact tôle/cylindre, crée un échauffement et une dilatation thermique

non homogène du cylindre. Cet échauffement est contrôlé par un système de

refroidissement.

Sur la band, comme sur le cylindre, le refroidissement du laminoir se fait par

l’envoi d’émulsion. Cette dernière s’agit d’un mélange d’eau et d’huile en proportion

variable selon la cage (de 05% à 2.5%).

Le système d’arrosage du laminoir a quatre rompes maximum selon le site de

production sauf pour la dernière cage où on trouve que celles d’amont :

Au cours de refroidissement, on assiste à la formation d’un filme de liqueurs sur

la bande et sur le cylindre. Ce filme a une grande importance sur l’échange thermique.


Film 1

x

z

y

Film 2

Film 3

Figure 3 formation du filme sur la bande et sur le cylinder

7


1.2.2.1 Les configurations des cages

Les cages de Florange:

Les cages d’Aviles

Figure 5 cages d'Aviles

On remarque, d’après les figures 4 et 5, que y a des différences notables entre

les deux sites : refroidissement ou pas au niveau de la cage 5, nombre des cages, le


Cage 2 Cage 3 Cage 4 Cage 5

shapemeter

Arrosage bandeLubrificationCylindre essoreurs

Lu

Lu

E

E

S

S

B

B

Lu : Rampe d’arrosage Lubrification

E : Rampe d’arrosage Entrée

S : Rampe arrosage Sortie

B : Rampe d’arrosage Bande

Lu

Lu

E

E

Figure 4 Configuration du système d’arrosage

Arrosage cylindre

8

I.- Entrée II.- Emprise II.- Sortie IV.- Bande V.- Int Cage


nombre total des rampes…Donc la procédé de laminage ne s’effectué pas de la même

manière. Cela nous incite à faire un diagnostique et une analyse comparatif entre les

différents laminoirs concerné par cette études (§ 1.3).

En générale, la configuration d’une cage est représentée comme le montre la

figure suivante :

Figure 6 répartition des zones de la bande au cours de laminage

1.2.2.2 La plaque de protection

Ces plaques qu’on retrouve à la sortie de chaque cage. Ont pour mission

d’empêcher la bande de monter vers les cylindres de soutien et de protéger les

systèmes du laminoir en cas de rupture.

Ces plaques de protection limitent la quantité d’émulsion provenant des rampes

d’arrosage Sortie qui tombe sur la bande.


Plaque de protection

Figure 7 le positionnement de la plaque de protection

9


1.2.2.3 Les rouleaux essoreurs

Généralement, à la sortie des cages, on retrouve les rouleaux essoreurs qui se

placent au-dessus de la bande et empêchent que l’émulsion d’une cage de passer à la

suivante.

Les rouleaux essoreurs sont hors ou en service. Quand ils sont hors service les

arrosages Sortie et Bande sont fermées pour n’envoyer pas de l’émulsion sur la cage

suivante.

1.3 Comparaisons des différents laminoirs Packaging.

L’intérêt de cette comparaison est, en plus d’avoir un état des circuits des trois

sites, est de confronter les différences afin de nous aider à proposer de nouvelles voies

d’amélioration.

Les laminoirs étudiés sont celles de Florange, Basse Indre, Tilleur et Aviles. Cette

comparaison s’intéresse notamment aux types de gicleurs, le début, les angles

d’arrosage sur le cylindre, la pression et la présence ou non de la rampe.


Lu

Lu

E

E

S

S

B

B

BIC

BIC

BIC

Lu

Lu

E

E

S

S

B

B

BIC

BIC

BIC

En Service Hors Service

Figure 8 le positionnement des rouleaux essoreurs

Figure 9 Comparaisons des débits des différents laminoirs Packaging

10


1.3.1 Débit

Aviles refroidit uniquement en sortie des cages, alors que Florange, Basse Indre

et Tilleur refroidissent en entrée et en sortie.

- Cage 1, Tilleur refroidit beaucoup plus qu’Aviles et Basse Indre

- Cage 2, le refroidissement de Tilleur et supérieur a celui d’Aviles mais pas loin

de celui de Basse Indre et Florange

- Cage 3, Cage 4 le refroidissement Florange est supérieur respectivement de

Basse Indre, Tilleur et d’Aviles.

- Cage 5, le refroidissement de Tilleur est supérieur respectivement de celui

d’Aviles et Florange-Basse Indre.

Le refroidissement Total d’Aviles, est bien inférieur, respectivement, de celui de

Basse Indre, Florange et Tilleur (de l'ordre de 40%).

1.3.2 Pression

Refroidissement cylindres de travail

0

5

10

Cage 1 Cage 2 Cage 3 Cage 4 Cage 5

pre

ssio

n (

bar

)

Flo

BI

Ti

Av

Figure 10 Comparaisons des pressions des différents laminoirs Packaging

On remarque que certain sites privilèges une pression semblable sur tout leur

cages comme sur le site d’Aviles (5 bar). D’autres sites, ont des pressions variables

d’une cage à l’autre. Ainsi, le site Basse Indre travail avec des pressions relativement

élevés (entre 6 et 10 bar) et le site Tilleur a une pression de 12 bars sur la cage 1 et une

pression constante de 5 bars sur les autres cages. Le site Florange travail avec des

pressions relativement plus faibles (3 à 4 bars). Voir l’annexe B, pour comparer d’autres

paramètres : type de gicleur, les angles de jet…etc.



Deuxième partis : Simulateur thermique



1 Simulateur thermique1

Après cet aperçu général sur la situation actuel des laminoirs à froid aux seins de

différents sites de production, on a envisagé de construire un simulateur thermique plus

où moins généralisé. Ce simulateur nous permettra de prédire l’évolution de la

température de la bande pendent le laminage sur les différentes cages. Le « Simulateur

Saint Agathe » qu’est son nom d’origine, a été développé initialement par l’équipe M.

LEGRAND pour le laminoir de Florange.

Ainsi, notre travail dans cette étude est d’améliorer et développer un simulateur plus

général avec des nouvelles théories.

1.1 Situation actuelle du simulateur

1.1.1 Interface

1 Voir la manuelle d’utilisation dans l’annexe A


x 5

Figure 11 interface de simulateur

13



1.1.2 Rampes

Le simulateur permet d’ouvrir « ON » ou fermer « OFF » plusieurs rampes pour

étudier l’effet de cette action sur la température.

1.1.3 Température cylindre La température cylindre, l’utilisateur l’estime et l’introduit pour chaque cage.

1.1.4 Zones

L’utilisateur peut choisir entre « emulsion » ou « air » et sa température sur

toutes les zones de tous les inter-cages.

Les zones sont :

Figure 12 répartition des zones de la bande au cours de laminage

Les autres paramètres concernant les vitesses et les épaisseurs, sont récupères

directement par le simulateur de la table de données. L’utilisateur ne doit pas les

modifier.

Une fois que l’on a introduit les données d’entrées ainsi que les configurations de

refroidissement de laminoir sur le simulateur il nous donne directement la distribution

théorique de la température tout au long du train.



1.2 Méthode de calcule actuelle

1.2.1 La température intercage

Pour le calcul de la température de la bande dans les zones entre deux cages,

on s’est basé sur le modèle proposé par Edwards et Muller et on l’a adaptée à la

configuration de notre laminoir.

Après l’intégration de cette équation :

Avec et

L = longueur totale

x = abscisse

C = coefficient d’ajustement

kf = conductivité thermique du refroidissant

V = vitesse de la bande

f = viscosité cinématique du refroidissant

Pr = nombre de Prandtl

Cette formulation prends on compte la vitesse de laminage, les propriétés de

refroidissant et le débit d’une manière implicite. On peut remarquer que au point de jet

(à x=0) le HTC tends vers l’infini, ce qu’est incorrect.


Où : Cp = chaleur spécifique de la bande

= densité de la bande

T(x) = température de la bande

h = épaisseur de la bande

hx = HTC en fonction de l’abscisse

t = temps

Tc = température du refroidissant

15


Figure 13 la répartition théorique de refroidissant sur la bande « parabolique »

1.2.2 La température emprise

Au cours du laminage, le métal s’échauffe à cause de la déformation plastique et

du frottement avec le cylindre de travail. Le modèle utiliser pour calculer la température

est :

Où :

= densité tôle

C = chaleur spécifique tôle

T = température tôle

Tc = température cylindre

x = abscisse

0 = contrainte

h = épaisseur en x

hN = épaisseur point neutre

bt = effusivité tôle

bc = effusivité cylindre

= surface de contact

Rc = résistance de contact

R = rayon du cylindre


Point de jet d’eau

Déformationplastique

Frottement Conduction

16


Le premier terme du membre de droite représente l’énergie thermique dissipée

par déformation plastique ; le deuxième celle du frottement avec le cylindre et Le dernier

modélise les échanges conductifs avec celui-ci.

Cette équation différentielle s’intègre numériquement on utilisant la méthode des

tranches (voir Annexe).

1.2.3 La rhéologie

La distribution de contraint (figure) dans la l’équation d’échange thermique

dans l’emprise est calculer a partir de la modèle de SMATCH :

avec

Où :

= épaisseur initiale

= épaisseur à l’abscisse x

A, B, C, D, E = paramètres de la loi rhéologique de SMATCH

Figure 14 profil de contraint-déformation selon la loi de SMATCH

Le simulateur actuel est développé sous Excel. Il est de plus en plus charger est

compliquer dans son programmation et le travail sur Excel n’est plus pratique. Dans le



simulateur actuel on trouve plein d’erreur et d’omission voir même des théories

inexacte.

1.3 Amélioration de simulateur

1.3.1 Recherche bibliographique.

1.3.1.1 Étude du refroidissement par spray d’une plaque d’acier.

Lorsque on refroidie par l’eau une plaque d’acier initialement chauffer a une

température suffisamment élevé (1000 °C), cette opération passe par différent régime

de transfert de chaleur. On peu repérer ces régimes dans un courbe d’ébullition.

Figure 15Courbe de Nukiyama

Les régimes rencontrés lors de refroidissement sont :

1 - Le premier régime rencontré est celui de l’ébullition en film où un film de vapeur

isole la surface chaude de l’eau, avec un transfert de chaleur faible. La température

diminuant, nous passons le point de remouillage TR en E. Il représente le point de flux

minimum de l’ébullition en film.


Sens de lecture

18


2- l’Ébullition de transition : le film de vapeur se déchire partiellement et l’eau entre

en contact avec la surface chaude par intermittence. Ce contact favorise les échanges

de chaleur et comme le flux extrait augmente, la diminution de la température est plus

rapide. Le flux de chaleur atteint son maximum au point de flux critique FC marquant la

fin de ce régime

3- l’Ébullition nucléée : En régime d’ébullition nucléée, le flux de chaleur diminue

avec la température.

4 : régime monophasique ou la conviction naturelle : comme son nom l’indique, le

transfert de chaleur se fait par conviction naturel entre l’eau et la surface

Cette courbe dépend de paramètres comme la température de l’eau, l’état de

surface (rugosité…) ou l’hydrodynamique du système de refroidissement. Dans le cas

d’un spray,

La figure suivant nous montre ces régimes à la fois sur une surface refroidie



Figure 16 Formes d’écoulement d’un jet à surface libre sur une surface plane statique.

Cette étude nous montre que le coefficient de transfert de chaleur HTC dépend

fortement à la température de la surface de la bande dans notre laminoir. Ce coefficient

qu’est, jusqu'à présent, considérer comme invariable.

On a commencé, au sein d’AM researh, à développer une corrélation qui exprime

le flux en fonction de température de surface et d’autres paramètres comme le débit.

Cette corrélation qui a été développé initialement pas M. Hodgson sur d’autres études,

s’avère convenable pour le refroidissement dans notre laminoir.

Qs : débit spécifique

Trem : Température de remouillage

TW : Température de l’eau

TCHF : température critique

Les autres paramètres sont des coefficients

Le modèle de Hodgson peu bien être un alternatif au modèle utiliser actuellement

dans nos simulateur pour les températures supérieurs à 80°C.



1.3.1.2 Rhéologie : LUCY-BALISTIK

Le modèle LUCY BALISTIK

Le modèle actuel de calcul de distribution du contraint SMATCH a montré ces limite.

On effet, ce modèle ne tien pas en compte la variation de température, de la vitesse de

déformation et au type d’acier au cours de laminage dans notre simulateur.

Le modèle BALISTIK, associé à LUCY, apparaît satisfaisant pour décrire le

comportement dynamique lié à la viscoplasticité des aciers laminés à froid (cad

l’influence de la vitesse de déformation donc la vitesse de laminage sur la dureté du

métal).

Figure 17 couplage TACSI/LUCY/BALISTIK pour une rhéologie

Dans ce modèle, la contrainte d’écoulement est la combinaison de 3 termes :

Est la contrainte de friction du réseau

Représente la contrainte interne qui gène le glissement des dislocations dans la

microstructure.

Représente la contrainte effective nécessaire pour surmonter les obstacles locaux

dans la microstructure avec l’aide des fluctuations thermiques, et pour contrôler la

vitesse de déformation.



Donne l’expression suivante de la contrainte effective

Comportement dynamique de la ferrite :

Le tableau 1 présente la valeur des paramètres numériques utilisés pour le modèle

LUCY-BALISTIK.

Table 1 : Données numériques du modèle LUCY-BALISTIK pour les nuances d’Aviles et de Ste Agathe ferritiques et ferritoperlitiques(Les 2 derniers paramètres sont des paramètres de calage dépendant de la nuance).



Application sur trois nuances de site Aviles : B044, B031 et K021 (annexe)

Après avoir reçu les 3 nuances de sites Aviles et faire des analyses de

caractérisation (taille de grain + composition chimique), on a réalisé des tests de

compression « Chanel Die » pour les comparer avec la simulation en terme de

contraint-déformation.

Figure 18 courbe de contraint déformation simulation et expérience

L’ensemble des résultats présentés est très encourageant pour prévoir la

distribution du contraint au cours de laminage a froids. Avec LUCY-BALISTIK, nous

disposons d’un modèle global prédictif du comportement en laminage à froid dont les

seuls paramètres de calages sont G0 et V*.



1.4 Programmation du simulateur

1.4.1 Modèle physique

Figure 19 Modèle physique de simulateur

Zone I : entrée de la cage

Là on retrouve de l’émulsion chaude provenant des rampes d’arrosage Entrée et

l’émulsion froide directe qui forment une couche sur la bande de longueur variable avec

la vitesse mais que les observations révèlent d’environ 1 m.

On a divisé la zone en deux parce qu’au début on a de l’émulsion chaude qui

vient de refroidir les cylindres et après l’arrosage direct de la rampe Lubrification avec

de l’émulsion froide.

Figure 20 Zone I du refroidissement inter cages


Cylindre de travail

Émulsion froide Émulsion chaude

25


Zone II : emprise

C’est la seul zone où on utilise un modèle différent

des autres. Dans cette zone caractériser par un fort

dégagement de chaleur, du au frottement et à la

génération de chateur par déformation plastique, on

utiliser le modèle emprise décret auparavant.

Zone III : première sortie emprise

Dans cette zone, on ne va retrouver que de l’air parce que la rotation des

cylindres et la vitesse de la bande empêchent que l’émulsion y arrive. Sa longueur

estimée est de 0,2 m.

Zone IV : sortie emprise

Ici la bande reçoit la partie de l’arrosage Sortie qui passe entre le cylindre et la

plaque de protection. C’est de l’émulsion chauffée par le contact avec le cylindre. Elle

restera sur la bande. Cette zone arrive jusqu’à l’arrosage bande.


Cylindre de travail

Figure 21 Zone II : emprise

Figure 22 Zones II et III du refroidissement inter cages

26


Zone V : bande

C’est la zone où tombe l’arrosage direct de la rampe Bande. Il s’agit donc de

l’émulsion froide. Le rouleau essoreur retient l’émulsion.

Figure 23 Zone V du refroidissement inter cages

Cette zone-ci n’existe pas si l’arrosage bande est fermé. En ce cas-là cette zone

IV devient une continuation de la zone III.

Zone VI : intercage

Après le rouleau essoreur on n’a plus d’émulsion donc on considère que dans

cette zone V le refroidissement est fait par air. Après on arrive à la zone I de la cage

suivante.

1.4.2 Mathématique

Dans notre approche mathématique, on a adopté deux types d’équations, qui ont

été développé auparavant, pour déterminer la température de la bande.

Emprise : l’équation d ’échange thermique dans la bande.

Entre les cages : le bilan de chaleur de Edwards et Muller coupler avec le

modèle de Hodgson :


Rouleau essoreur

27


Si on est dans une zone de conviction avec l’air ou si la température de la bande

est inférieure de 100 °C pour l’émulsion.

Si la température de la bande est supérieur a 100°c , on utilise le modèle de

Hodgson. En effet, on a jugé avec une température de bande de 100°C, on commence

à former les premières bulles de vapeur

Pour pouvoir coupler les deux formules et avoir une continuité à la température

100°C, il faut vérifier cette équation pour une vitesse et un débit donné :

Pour ce faire, on va chercher le coefficient dans la formule de Hodgson qui vérifié

cette équation.( on considère que a 100°C, l’équation de Ed est plus proche de réalité

que celle de Hodgson. Donc, on va ajuster cette dernière pour s’adapter à la première)

On a

On pose :

Ce qui donne : .

Or

Donc la résolution de l’équation :



Implique:



1.4.3 Numérique

Dans les zones de convection, on opte aussi pour une résolution numérique est

pas analytique de l’équation de Edwards et Muller. Ainsi, on discrétise cette dernière :

Figure 24 méthode de tranche

Ce choix est fait pour remédier à l’impossibilité d’une intégrale analytique si on

veut introduire l’équation de Hodgson. La comparaison de deux méthodes montre que

l’écart entre les deux méthodes est inférieur à 1 %



1.4.4 Algorithme de calcul Ci dessues un algorithme simplifié pour le modèle intercage


Initialisation :V Vitesse d’entrée

Ti (x=0) (°C) entrée bande.

Tc (°C) émulsion.L Langueur de la zone.Constants: Cp, coef Hodgson

Calcul température pour la tranche suivant

Test Ti température de la bande

Ti < 100°C

Oui

Calcule de la température de filme

Recherche dans la base de données

Calcul HTC

3 Pr..

..)(L

Vk

x

LCxh

ff

i

)(2

1 icp

iii TT

hVC

hxTT

CHF

CHFw

2

rem

remw

w

T-T

n

w

T-Tremw

remnC100i

e1

1-1

e1

T-TT)(QC=h x

Non

Figure 25 Algorithme de calcul de température pour les zones refroidis

31


1.5 Simulation, résultats et discussion Pour cet essai, on va simuler un cas réel de laminage à froid avec les conditions

de refroidissement ci dessous

1.5.1 Données d’entrées Pour les cages : 1, 2,3 et 4 :

Entree Emprise Sortie Bande Int Cage

Coolant emulsion air emulsion air air

Tcool (ºC) 65 30 65 30 30

Long (m) 1 0.251 0.473 0.255 0.859

Zone I Zone II Zone III Zone IV Zone V

Pour la cage 5 :

Propriété mécanique :

Bobina

7050D566 CAGE1 CAGE2 CAGE3 CAGE4 CAGE5

Eps Ent Tandem 2.1 2.1 2.1 2.1 2.1Ep ENT cage (mm/s) 2.1 1.281 0.668 0.384 0.252Ep SOR cage (mm/s) 1.259 0.668 0.384 0.252 0.192F (N/mm) 10719 9034 10225 11404 8787V sortie bande (mm/s) 3225 6184 10757 16391 21514Vit Cyl (mm/s) 3106 6083 10414 15810 21353Rayon Cyl (mm) 283 258 268 282 292µ 0.0324 0.0271 0.0199 0.0151 0.0073F calculé (N/mm) 10934 9201 12258 13941 10935Trac Esp Amont (Mpa) 28 150 167 226 218Trac Esp avale (Mpa) 150 167 226 218 64


Entree Emprise Sortie Bande Int Cage

Coolant emulsion air emulsion air air

Tcool (ºC) 65 30 65 25 25

Long (m) 1 0.251 0.473 0.255 0.859

Zone I Zone II Zone III Zone IV Zone V

32


Coefficients de SMATCHE

Bobina

7050D566 CAGE1 CAGE2 CAGE3 CAGE4 CAGE5

A (Mpa) 57.7 57.7 57.7 57.7 57.7B (Mpa) 293.96 293.96 293.96 293.96 293.96C -3.91 -3.91 -3.91 -3.91 -3.91D 1.47 1.47 1.47 1.47 1.47E (MPa) 57.19 14 124 185 89

Les températures de cylindre :

Cylindre 1 2 3 4 5

Température 80 100 100 120 80

1.5.2 Résultats

1.5.2.1 Évolution de la température de la bande au cours de laminage

Figure 26 simulation de la distribution de la température dans les cages



On fait un zoome sur une cage pour voir son évolution de prés et voir la tendance

de la température dans chaque zone.

Figure 27 simulation de la distribution de la température dans la cage 3

Entrée cage I : Dans cette zone on trouve de l’émulsion chaude provenant des

rampes d’arrosage de cylindre qui tombe sur la bande.

Entrée cage II : Ici, on trouve de l’émulsion froide (lubrification de la bande avant

l’entrée dans l’emprise)

Emprise : ici on retrouve la zone où il ya la génération de la chaleur par

déformation plastique et par frottement. Dans cette zone, l’évolution de la température

et très rapide dans le temps et dans l’espace :


1

2

3

34


Zone mort (juste après la sortie de l’emprise ~20 cm) : on retrouve de l’air parce

que la rotation des cylindres et la vitesse de la bande empêchent que l’émulsion y

arrive. Donc la température est presque constant (faible échange de chaleur)

Sortie emprise : Ici la bande reçoit la partie de l’émulsion chaude de la Sortie

cylindre qui passe entre le cylindre et la plaque de protection.

Arrosage bande : émulsion froid, donc on assiste à une forte diminution de la

température. A la fin de cette zone on trouve le rouleau essoreur qui retient l’émulsion.

Intercage : Après le rouleau essoreur, on retrouve de l’air. Ainsi, dans cette

zone, la température et presque constant.

1.5.2.2 Évolution de HTC de la bande au cours de laminage (cage 3)


4

5

6

7

Figure 28 la distribution de la température dans la zone d'emprise; cage 3

35


Figure 29 simulation d' HTC au long de la bande

Evolution du coefficient de transmision de la chaleur

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

35000

40000

45000

50000

5.6 6.1 6.6 7.1 7.6 8.1X Bande (m)

h (

W/m

²ºC

)

Contrairement aux zones 5 et 6, l’HTC des zone 1 et 2 est croissant car on a

considérer que l’évolution de la quantité d’émulsion sur la bande est croissant dans

cette zone :


6

1 et 2 3

4

5

7

36


Figure 30 la formation du filme de refroidissant sur l'entrée de la cage

En effet, l’arrosage d’entrée cylindre est retenue par les cylindres, forme une couche sur

la bande de longueur variable avec la vitesse mais que les observations révèlent

d’environ 1 m.

1.5.2.3 L’effet de la conduction entre le cylindre de travail et la bande

Ici on simule l’évolution de la température de la bande avec et sans prise en

compte de d’effet de la conduction au niveau de cylindre de travail

Figure 31 la comparaison entre un laminage avec et sans la prise en compte de la conduction des cylindres



Et si on observe cette comparaison au niveau de l’emprise on constate,

effectivement, l’influence de la conduction est notable et déterminent pour la

température de la bande.

Figure 32 l'evolution de la température avec et sans la conduction entre la bande et le cylindre de la cage 3

Température dans l'emprise

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

0 0.005 0.01 0.015 0.02X (m)

Tem

péra

ture

°C

sans conduction

avec conduction

#70°C

Donc, et à partir de ce constat, on peut dire que le facteur qui pilote la

température de la bande est la conduction cylindre-bande en termes de température



limite et coefficient de conduction qui reste jusqu'à maintenant des paramètres

expérimentaux et loin d’être fiable.

2 Conclusion

Cette contribution au développement d’un outil de simulation thermique de la bande est

ambitieuse et qui demande beaucoup de temps et de moyennes vu au contexte

industriel sur le terrain. Cette tentative reste théorique et loin d’être, à ce stade,

représentative de la réalité de laminage. Mais il est une initiative important pour les

études avenier qui vise à son amélioration.

Les perceptive d’amélioration :

L’intégration de modèle LUCY-BALISTIK de la rhéologie.

La recherche d’une corrélation qui permettre d’améliorer le coefficient de

chaleur bande-cylindre et cylindre –cylindre.

L’amélioration de la formule de Hodgson pour que le débit sois un

paramètre variable est ne pas fixe.

Etc



Troisième partis : analyse des essais de Brno university



1 Dépouillement essais roll Cooling (Brno)

Dans le cadre de l’étape W2 don mon projet s’inscrite, Brno university à procéder

d’une compagne des essais de refroidissement de cylindre. L’objectif est de trouver une

configuration optimale de refroidissement de cylindre de travail au point de vu

énergétique (HTC et Flux)

Pour ce faire, Un dispositif expérimental de laboratoire a été développé (voir le schéma).

Ce dernier est constitué d’un cylindre de 650 millimètres de diamètre et de 600

millimètres de longueur. Sur la longueur de cylindre on implante des capteurs de

température espacé de 50 mm en général. Le cylindre est actionné par le moteur

électrique et la vitesse de la rotation peut être ajustée dans la gamme de 0.1 sur 12 m/s.

Les essais consistent à faire varier des plusieurs paramètres : type de buse, débit,

pression, les angles de jet, etc. (tableau 1)

1 : Roulement

2 : Indicateur de pression

3 : Approvisionnement

4, 5 : spray

6 : Sonde

7 : Moteur électrique

8 : central d’acquisition

Figure 34 l'implantation des capteurs de température du cylindre


Figure 33 dispositif expérimental du refroidissement cylindre

41


La préparation d'une expérience commence par le chauffage du cylindre d'essai

(comme dans le cas de l’emprise de laminage) par un réchauffeur électrique externe. Le

cylindre est immobilisé pendant le chauffage (figure). L'expérience commence dès que

la température du segment d'essai atteindra une température uniforme, typiquement

300°C. Dans ce cas, on enlevé le réchauffeur et la rotation commence au même temps

que l’arrosage et l’acquisition des températures et des positions.

Figure 35 chauffage et l'arrosage du cylindre

Quand le cylindre est refroidi, typiquement à une température de 50°C, on arrête

l’expérience et les données captées de centrale d’acquisition sont récupérer par un PC.

Figure 36 convention sur la position des capteurs sur le cylindre

Toute donnée récupérée est soumis à des analyses (interprétation de signal et

méthode inverse). Ainsi, la température de surface, les HTC et le flux de la chaleur sont

calculés. Et chaque point de repères diffuse des informations sur la position (angle



1.1 ExpériencesTableau 1 l'ensemble des expériences réalisé :

Conditions defined for realisiation at stand #4 of Aviles TDM2 Upper Exit Side (only experiment #2 is for bottom side)

WR-Diameter: 559 mm (minimum)

NoNozzle

type

Nozzle

Spray

Angle [°]

Equivale

nt Bore

Diameter

[mm]

Nozzle

Offset

Angle [°]

Inclinati

on

Angle [°]

Water

pressure [bar]

Distance

between

Nozzles

[mm]

Vertical

Spray

Height

[mm]

Real Spray

Distance

[mm]

Nozzle

Flow Rate

[l/min]

Remarks

1 669 202 30 12 15 30 5 70 186 203 158 Existing Situation at stand #4 TDM2 Aviles - Top Exit Side

2 669 202 30 12 15 -10 5 70 155 162 158 Existing Situation at stand #4 TDM2 Aviles - Bottom Exit Side

3 669 202 30 12 15 30 3 70 186 203 122 Modification of water pressure

4 665.122 30 10 15 30 7 70 186 203 118 Modification of flow rate and water pressure *)

5 669.124 60 10 15 30 7 70 186 203 118 Modification of Nozzle spray angle

6 669.124 60 10 30 30 7 70 186 203 118 Modification of nozzle offset angle

7 669.124 60 10 30 30 5 70 186 203 100 Modification of water pressure

8 665.044 60 8 30 30 7 70 186 203 75 Modification of flow rate

9 665.044 60 8 30 30 5 70 186 203 63 Modification of water pressure

10 669.124 60 10 30 10 7 70 186 203 118Modification of inclination angle (will be not easy to realise at

TDM2)

11 669.124 60 10 45 10 7 70 186 203 118 Modification of nozzle offset angle

12 669.124 60 10 60 10 7 70 186 203 118Modification of nozzle offset angle (theorectically best testing

condition)

13 461 124 60 9 --- 30 7 70 186 203 104 Full cone nozzles for scientific comparison *)

Nozzle type are selected in regard of quick availability for tests



1.2 Structure des fichiers de données (post-traitement)

Pour une expérience, on a un fichier qui regroupe les résultats de post traitement.

Ce fichier *.txt comporte 7 colonnes :

1ère colonne – numéro d’acquisition,

2eme colonne – position (angle°),

3ème colonne - la température mesurée [oC],

4ème colonne - température de surface [oC],

5ème colonne – HTC [w/m2 K]

6ème colonne - flux de la chaleur [kilowatt/m2],

7ème colonne – énergie total épuisée [kJ/m2].

Exemple :

n° angle (°) T mesuré T surface HTC phi energy

3801 128.3 81.6 73.4 1396 102 12208

3802 130.6 82.3 74 1337 99 12209

3803 132.7 82.8 74.5 1428 106 12211

3804 134.9 83 75 1406 105 12212

3805 137.1 83.3 75.6 1306 99 12213



2 Mode opératoire d’analyse AM research

Pour le traitement de ces donner fourni par Brno, on a crée une application Excel

qui nous aide à extraire, calculer et tracer les différentes grandeurs souhaiter (HTC,

températures, flux etc.).

Quand le cylindre tourne, on obtient un historique périodique de température.

Cela est du a l’alternation de refroidissement par arrosage dans un segment de surface

et l’échauffement de celui-ci par inertie de cylindre.


Variation de flux et de température en fonction de temps

0

20

40

60

80

100

120

140

21950 22000 22050 22100 22150 22200 22250 22300 22350 22400

Température en (°C)

Pas d

e t

em

ps

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

Flu

x c

ylin

dre

en

kW/m

²

temperaturePhi

Zone d’étude

S S S

Entrée arrosage

Sortie arrosage

Zone d’étude

Figure 37 définition de la zone d'étude " de refroidissement"

45


On constat que lorsque le capteur enregistre une température maximal a la rentré

dans la zone de refroidissement et minimal au sorite de cette zone.

Dans notre étude, on veut évaluer la performance de refroidissement. Donc on va

définir focaliser l’étude sur la zone de refroidissement (figure)

apres le traitement des resultats (tableau) par l’application Excel, on obtien les les

grandeur souhaiter :

le temps et la température maximal qui temoigne de l’entrée de capteur dans la

zone de refroidissement. ( tmax, Tmax)

Le temps et la température minimal qui temoigne que le capteur a quitté la zone

de refroidissement ( tmin, Tmin)

La température moyenne (de reference)

L’integral de la courbe de flux dans la zone d’étude

Le calcule de flux moyenne épuiser dans cette zone

Le calcul de HTC moyenne dans cette zone

Spécialité



3 Résultats et discussions

3.1 Évolution de la température max pour toutes les configurations

L’évolution de la température de cylindre peut être une bonne indication sur

l’efficacité de refroidissement pour le même débit d’arrosage. Mais cette indicateur est

difficilement exploitable pour des raisons tels que :

L’arrosage n’a pas commencé à la même température initiale de cylindre

(exemple 300°C)

Les résultats des essais sont très proches


Température maximum °C

60.00

110.00

160.00

210.00

260.00

0 20 40 60 80 100 120 140

Temps

Tem

péra

ture

Max e

n °

C

AV1-4

AV2-4

AV3-4

AV4-4

AV5-4

AV6-4

AV7-4

AV8-4

AV9-4

AV10-4

AV11-4

AV12-4

AV13-4

Figure 38 évolution de la température max au cours de refroidissement du cylindre d'essai

47


3.2 Dépendance de HTC à la température de surface

Presque tous les essais montrent la même tendance (figure). Mais si on estime

que les mesures prisent à des températures inférieures à 100° ne sont pas fiable, on

peut constater que l’HTC est constant autour de la valeur 10 000 w/m²°C.

3.3 HTC moyenne de chaque essai Pour savoir quelle est la configuration favorable parmi ces 13 essais en terme

d’HTC, on va comparer les HTS moyennes de chaque essai sur la zone d’étude.


HTC mesuré et HTC Loi en fonction de la température moyenne de surface de cylindre

0

5000

10000

15000

20000

25000

0 50 100 150 200 250 300

Température moyenne de surface cyl °C

HT

C (

w/m

²K)

HTCmoy w/m²K

HTC Loi

Essai1

Figure 39 la distribution de HTC en fonction de la température

48


Figure 40 comparaison de HTC moyenne pour les 13 essais (Analyse d’Arcelor)

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

HT

C (

w/m

²K)

HTC moyenne pour chaque essai position 4

HTC moyenne

Le graphique montre que les essais 13, 12 et 6 sont les plus favorables

configurations en terme d’HTC. Mais ces résultats restent très relatifs car on doit

prendre en compte le débit versé. Ici, on peut dire que la configuration 13 est favorable

par rapport aux autres même si on prend en compte le débit.

Les résultats obtenu par Brno University ne sont pas très loin de la nôtre, sauf

pour l’essai 12. On peut expliquer cela par le fait que Brno University utilise la moitie de



surface de cylindre comme surface de référence tandis que on utilise la zone de surface

d’empreinte d’arrosage “zone d’étude“.

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

16000

18000

20000

HT

C m

oyen

ne

+- 200

+- 500

3.4 Dépendance de flux à la température de surface

Les résultats montrent que la tendance de flux en fonction de la température de

la surface est plus représentative que celle de HTC. Ici on voie l’effet de la température

de surface sur l’échange de chaleur ce qui confirme les hypothèses de Hodgson et les

phénomènes associées (ébullition nucléé)

Les résultats d’essai sont semblable et montre la même tendance


Flux en fonction de la tmpérature Moyenne de surface de cylindre

0

200

400

600

800

1000

1200

0 50 100 150 200 250 300

Température moyenne de surface (°C)

flu

x (k

w/m

²)

Phi(T)

Polynomial (Phi(T))

AV8-1

Flux en fonction de la température moyenne de surface de cylindre

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

0 50 100 150 200 250 300 350

Température moyenne de surface cyl °C

flu

x (w

/m²)

AV4

AV3

AV8

AV5

AV7

AV11

AV6

AV10

AV12

AV13

AV1

AV2

AV9

Capteur n° 4. Pour T°>100°C

Figure 41 comparaison de HTC moyenne pour les 13 essais (Analyse Brno university)

Figure 42 profil de flux en fonction de la température pour l'essai AV8-1

Figure 43 les courbes de tendances des flux pour les 13 essais

50


Contrairement à Brno University, on estime que l’indicateur de flux est plus

fiable que celle de HTC pour comparer les configurations. Le flux donne un indice

plus générale : prise en compte de la température de surface et de refroidissant

(Tc – Ts).

Figure 44 la comparaison entre les 13 essais en terme de flux (Analyse d'ArcelorMittal)

D’après la figure, les configurations le plus optimal en terme de flux est la 13, la

12, la 1 et la 6

3.5 Le profil de HTC dans la largeur en fonction de débit

Ici, on veut voire s’il y a une relation entre la répartition de débit sur la largeur de

cylindre avec la distribution de HTC. A partir de la figure, il s’avère difficile de conclure

qu’il y a une corrélation entre les points de jet et la distribution de HTC sur la largeur



3.6 Profil transversal de HTCLe but ici et de vérifier s’il y a une symétrie, en d’autre terme, si les positions 1 et

8 sont symétrique par rapport a la position 4. Et d’après la figure si joint on s’aperçoit

que effectivement, on trouve cette symétrie pour les mesures de la température.

Ce constat confirme aussi les résultats des autres essais effectué dans le cadre

d’une autre étude similaire.


1 84

Capteurs

Flux en fonction de la température moyenne de surface de cylindre

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150

Température moyenne de surface (°C)

flu

x (k

w/m

²)

AV13-1

AV13-4

AV13-8

-300 -250 -200 -150 -100 -50 0 50 100 150 200 250 300

Position [mm]

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

2200

2465.6

Liq

uid

level

[l/m

in.m

]Liquid level (VK=42.56%) Mean value (1847.53 l/min.m)

Roll surface

AV1 0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

-250 -200 -150 -100 -50 0 50 100 150 200

HTC w/mｲ°C

Figure 45 Le profil de HTC dans la largeur en fonction de débit

Figure 46 Profil transversal de HTC en fonction des capteurs 1, 4 et 8

52


Figure 47 Profil transversal de HTC en fonction de tous les capteurs (résultats d’autres études)



Quatrième partis : essais pilote Arsa



1 Contexte

Ces essais sont effectués dans le cadre du projet Optcoolub dont le but est

d’optimiser les systèmes de refroidissement en laminage à froid :

- disposer d’un refroidissement plus efficace afin de diminuer la consommation d’eau.

- diminuer la consommation d’huile et utiliser des huiles de moins bonne qualité

(donc moins chères) grâce à une meilleure maitrise de l’interaction entre le

système de lubrification et le système de refroidissement.

Lors de ces essais, on vise plus particulièrement à optimiser le refroidissement

cylindre des cages intermédiaires du laminoir tandem à froid d’Avilès.

2 Objectifs des essais pilote :

Comparaison de 6 configurations de refroidissement cylindre :

- 4 configurations utilisant des buses à jet plat

- 1 configuration utilisant des buses full cone

l/min.m²

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

550

600

650

700

750

800

850

900

950

1000

1050

1100

1150

1200

1250

1300

1363,69

l/min.m²

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

5000

5500

6000

6649,22

Figure 48 la simulation de la distribution de refroidissant sur le cylindre d'essai pour les deux modes de buses ( full con et jet plat)



- 1 configuration utilisant le HTRC de CRM (High turbulence Roll Cooling)

Les critères de comparaison de ces différentes configurations d’arrosage seront :

Capacité maximum d’extraction de chaleur du cylindre (= température

cylindre)

Capacité à ne pas faire craquer l’huile de laminage.

Capacité à limiter les fines de fer et le taux d’huile résiduelle.

Une classification de ces 6 configurations sera effectuée sur base des 3 critères ci-

dessus.


Figure 49 la configuration HTRC de CRM (High turbulence Roll Cooling)

56


3 Conditions d’essais

3.1 Métal :

-Bobine d’acier de nuance calmé alu (nuance M653, origine Florange)

-Épaisseur =0.75 mm .

-Poids total = 1.25 tonne.

-Largeur 75 mm.

-Rugosité tôle = FINI LISSE.

-Diamètre intérieur bobineau = 508 mm.

-Diamètre extérieur bobineau = 900 mm.

- longueur bobineaux ~ 900 mètres.

- nombre de bobineaux issus de la bobine mère : 32

Diamètre cylindre de travail = 480 mm en configurations duo

rugosité cylindre après rodage de 0.55~0.6m

Vitesse de laminage = 200m/min. (avec et sans racleur bande possible ?)

Température eau = 40°C.

Pyromètre mesurant la température du cylindre en entrée de cage pendant le

laminage afin de pouvoir comparer les différentes configurations d’arrosage

testées (L. Depalo)

Acquisition de température bande pyromètre actuel.

Point de fonctionnement :

o Red. = 30%

o Traction entrée ~ 15.5 kg/mm2, Traction sortie ~ 13 kg/mm2



3.2 Conditions d’arrosage :Les conditions d’arrosage à comparer sont décrites dans le tableau 1.

Table 2 description des configurations d’arrosage

NoNozzle type

Nozzle Spray Angle [°]

Equivalent Bore Diameter [mm]

Nozzle Offset Angle [°]

Inclination Angle [°]

Water pressure [bar]

Distance between Nozzles [mm]

Vertical Spray Height [mm]

Real Spray Distance [mm]

Nozzle Flow Rate [l/min]

1 669 202 30 12 15 30 5 70 186 203 158

6 669.124 60 10 30 30 7 70 186 203 118

8 665.044 60 8 30 30 7 70 186 203 75

12 669.124 60 10 60 10 7 70 186 203 118

13 461 124 60 9 --- 30 7 70 186 203 104

HTRC High Turbulence Roll Cooling (HTRC)

L’arrosage est appliqué en sortie de cage (correspond à la configuration d’arrosage

d’Aviles).

Pour les essais avec buses (1, 6, 8, 12 et 13), une seule buse est utilisée dans la

largeur de table du cylindre (1 buse sur le cylindre supérieur, 1 buse sur le cylindre

inférieur), ce qui est suffisant car la surface d’impact de la buse sur le cylindre est

beaucoup plus large que la largeur de bande : 75 mm (voir figure 1) :

Demi largeur d’impact dans le cas d’une buse avec 30° d’ouverture2 = tan(15°)x250 = 67

mm on arrose le cylindre sur 67 mm x 2= 134 mm pour tôle de 75 mm de large.

2 Distance buse-surface cylindre = 250 mm sur le laminoir pilote ARSA


Figure 50 l’effet de l’angle d’ouverture de buse (opening angle) sur la zone d’impact de l’eau de refroidissement sur le cylindre. Largeur de bande = 75 mm (Cas de notre de pilote)

58


Commentaires :

D’après la figure 1, on peut remarquer que si on a le même débit de jet avec 2 angles

d’ouverture différents, on n’aura pas la même quantité d’eau qui tombe sur la bande.

Ainsi on ne peut pas conclure que d’une manière approximative sur l’efficacité d’une

configuration.

L’idéal serait d’avoir une largeur de bande assez grande pour couvrir toute la zone de

jet.

3.3 Lubrification :

La lubrification recirculée (REC) sera utilisée pour les essais :

Tableau 2 : lubrification recirculée (REC)

Type huileConcentration

émulsion %

Température

émulsion °CRemarques

Q705 7 40 --

Remarque : la lubrification recirculée (REC) a été préférée à l’application directe (AD)

pour ces essais car l’AD présente l’inconvénient suivant :

Au cours d’une campagne de laminage sur le pilote, l’eau de refroidissement utilisée

pour refroidir le cylindre se charge progressivement en gras (provenant du circuit de

lubrification par émulsion appliqué en entrée), ce qui pourrait modifier la capacité de

l’eau à extraire la chaleur du cylindre (ce qui sera gênant lors de la comparaison des

résultats).

La lubrification recirculée (REC) ne présente pas cet inconvénient puisque c’est le

même fluide utilisé pour refroidir et pour lubrifier (l’émulsion).



3.4 Mesures températures à réaliser pendant les essais : Mesure température cylindre juste avant le laminage avec un thermocouple à

contact

Mesure température cylindre juste après le laminage avec un thermocouple à

contact : mesure à effectuer 1 et 3 minutes après la fin du laminage3.

4. Déroulement des essais :

Temps de laminage identique par bobine.

Avant chaque essai : Afin de remettre la température du cylindre dans une situation

stable identique pour chaque configuration testée, avant laminage de chaque nouvelle

bobine, il faut faire tourner à vide le laminoir avec refroidissement au maximum (T =

40°C) pour mettre le cylindre dans un état thermique identique à chaque fois.

Pendant chaque essai : 1 bobine laminée par configuration d’arrosage : mesurer la

température du cylindre après chaque bobine (1 minute et 3 minutes après la fin du

laminage) afin d’avoir une autre mesure de la température cylindre (en cas de problème

avec la mesure pyromètre cylindre).

3 Pour comparaison avec la mesure en ligne par pyromètre et au cas où celle-ci serait inexploitable.



4 Les phases des essais

4.1 1ère phase d’essais :Vérification de notre capacité à discriminer les différentes configurations

d’arrosage

Commencer par tester les configurations #13 et #1 = conditions d’arrosage extrèmes

déjà testées en laboratoire (#13 a normalement une capacité de refroidissement

meilleure que #1).

On vérifie qu’avec la procédure d’essais définie en 3., on discrimine bien ces 2

configurations d’arrosage extrèmes :

Si on distingue une différence significative entre les deux essais #1 et #13, on

continue avec les essais #6, #8, #12 et HTRC.

Si on ne voit pas de différence notable de résultats, on change de procédure

d’essai (réunion à organiser )

4.2 2ème phase d’essais : Étude de sensibilité à différents paramètres de refroidissement

Sur la meilleure configuration d’arrosage trouvée en phase 1, cette phase vise à évaluer

les effets de différents facteurs :

Effets de débit : on essai 2 valeur de débit différents.

Effets vitesse de laminage : tester des vitesses supérieures à 200 m/min

Effet de Trefroidissant tester plusieurs températures de coolant : 20°C, 40°C et

60°C



4.3 3ème phase d’essai : Capacité du refroidissement à repousser l’apparition des griffes de chaleur

(config. AD)

Configuration AD : huiles 1279

En fonction des résultats obtenus aux 2 phases précédentes,

Adopter la procédure de décembre 2007 : utilisation d’une huile bas de gamme (N1279).

Système de refroidissement standard (#1) : en jouant sur la réduction, faire

apparaître des griffes de chaleur sur la bande.

Système de refrodissement amélioré : en jouant sur la réduction, faire appaitre des

griffes de chaleur.

But : Comme le système de refroidissement est meilleur, on espère repousser

l’apparition des griffes de chaleur par rapport au refroidissement standard.

5 Opérations post essais :

Prélèvement d’échantillons pour analyse chimie (taux d’huile et de fine de fer).



6 Conclusion : Synthèse de l'étude refroidissement

L’objectif principale de ce stage et de développer un modèle numérique modélisant

le la répartition de la température sur la bande d’un laminoir à froid. Ce simulateur

thermique, malgré la théorie avancé qu’a aider à sont construction, reste loin d’être

représentatif de la réalité de laminoir et il reste des points à améliorer :

L’intégration de la modèle de rhéologie LUCY-BALISTIK

L’intégration de modèle du cylindre (température variable de cylindre)

Le calage des coefficients avec des données réelles de laminage.

Néanmoins le simulateur a été une réalisation en sois qui vas permettre de continuer

cette étude.

Pour la deuxième objective de ce stage, les essais sont toujours en cours et on

attend leur achèvement pour s’en sortir avec des conclusions.



7 Conclusion personnel

Ce stage présente un intérêt particulier du fait qu’il soit le dernier de mon cursus

d’ingénieur en Polytech’Orléans, et à travers lequel j’ai acquis une nouvelle expérience

professionnelle d’une durée de six mois.

Sur le plan technique, ce stage m’a permis d’approfondir mes connaissances dans le

domaine de la mécanique, l’informatique et la thermique. Etre dans un centre de

recherche est le meilleur moyen d’acquérir des connaissances théoriques du fait qu’on

soit entouré par plusieurs chercheurs compétents. J’ai été chanceux d’être encadré par

M. NGO Quang Tien, issu de l’école polytechnique de paris et récemment embaucher

chez ArcelorMittal, et qui a de très bonnes connaissances théoriques. J’ai eu à ma

disposition plusieurs documents concernant le laminage ainsi que d’autres rapports de

travaux précédents qui ont servi de point de départ pour mon étude.

Pendant ce stage, J’ai pu mettre en application mais connaissances en

programmation sous le tableur Excel, ainsi que sous VBA pour le traitement et le

dépouillement des essais.

Sur le plan humain, j’ai apprécié le fait que des personnes plus expérimentés que

moi, me consacrent du temps pour m’expliquer des notions ou des formulations et qu’ils

soient aussi intéressés par les différents résultats que je trouve.

En général, j’ai trouvé ce stage très intéressant, malgré que la période de stage

n’était pas suffisante pour finir toute l’étude. Je regrette aussi de ne pas avoir traité la

dernière partie de ce stage : « suivi d’essais pilotes et dépouillement de ces résultats »



Bibliographie

Mid-Term Report Optcoolub: technical report n° 3Contractors: ArcelorMittal Research, Lechler, VAS, BUT, ArcelorEspaña, CNRS-Cemef, CRMJuly 1st 2006, December 31st , 2007J. LÓPEZ LARRODERARapport de stage: « optimisation du système de refroidissement d’un laminoir a froid » Arcelor Espagne août 2005C.XHOFFER, S.CLAESSENS« Minispangle on Aluzinc »OCAS Research Centre of SIDMAR GroupSeptember 2001I. MUDAWAR« Synthèse de l’étude du refroidissement par spray réalisé par l’équipe de I.Mudawar à l’université de Purdue »IRSID – Themef n 05/138Mai 1974HOOGENDOORN, DEN HONDProc. 5th Int. Heat Transfer Conf.Paper B3.12, pp. 135-138Tokyo 1974SANTINO A. DOMANTI, W. JOHN EDWARDS, PETER J. THOMAS« Design of rolling mill strip and roll cooling systems »Industrial Automation Services (Teralba, Australia)G. F. BRYANT« Automation of tandem mills »The Iron and Steel InstituteChap. 11 pp. 232-233P. MONTMITONNET« Techniques de l’ingénieur, traité de matériaux métalliques »Laminage à froid : modélisation pp. M616-12 et M616-13H. SCHLICTING« Boundary layer theory »4 ed ; 1960, New York, Mc Graw-HillS. HEURTAULT, M.O.REYNAUD« Théorie du laminage à froid »Tome I Chapitre 2.3 : « La mécanique du laminage et sa modélisation »CESSID (Centre d’Etudes Supérieures de la Sidérurgie Française)Session LAMINAGE 1989D.R. BLAND, H. FORD« The calculation of roll force and torque in cold strip rolling with tensions »Proc. Inst. Mech. Eng. 1948, 159 pp 144-153HITCHCOCK« Roll Neck Bearings »American Society of Mechanical Engineers1935



Table des annexes

Annexe A : Manuel d’utilisation du simulateur thermique............................................................62Annexe B:comparaison des sites de laminage à froid....................................................................68Annexe C:la rhéologie des 3 nuances d’acier (Aviles ).................................................................71



Annexe A : Manuel d’utilisation du simulateur thermique

Le simulateur thermique permet de calculer la distribution des températures à l’intérieur du train de laminage.

Il utilise un modèle thermique par cage comme celui de la figure.

Son fonctionnement est simple mais il faut suivre plusieurs étapes :

Il faut alimenter le simulateur avec les paramètres de laminage sur la feuille Excel « Table Données Simulateur ».


Modèle thermiqueCYLINDRE

Modèle thermiqueEMPRISE

ModèleEMPRISE

Modèle températureINTER CAGE

Modèle thermique pour une cage

Températurecylindre

Energie entrantedans les cylindres

Températuresortie bande

Températureentrée bande

Températureentrée cage

suivante

Modèle de comportement thermique d’une cage de laminoir

67


Simulateur

On ouvre la feuille Excel du simulateur « Simulateur_thermique». On va sur l’onglet « Mécanique » pour l’alimenter en paramètre mécanique demander.



ROLLGAP

On ouvre la feuille Excel « RollGap », on choisit « Activer les macros ».Il faut remplir les cellules vertes avec les valeurs récupérées de la base de données comme

est indiqué sur la figure :

Les valeurs du Module d’Young et du Coefficient de Poisson normalement ne varient pas si on fait des simulations sur tôle d’acier. Température, Capacité (thermique), B1, B2, B3, B4 et EBP0 on ne les utilise pas dans ce type de calcul.

La loi rhéo doit être la 3 et le modèle peut être le 0 ou le 2.

On a deux façons de travailler avec RollGap : en mode direct, en mode inversé : Pour travailler en mode direct, on introduit une valeur estimée pour le « frottement

imposé » (1) (on peut commencer avec 0,05) et une autre pour le paramètre « A5 » (2) (E de la loi rhéologique de Smatch) zéro par exemple. On lance le calcul en faisant : « Modèles » et « RollGap Direct ». Le calcul va nous donner la valeur correspondante du glissement (3) et elle


30686-01 du 21/04/2005 à 15h28 CAGE 2Eps Ent Tandem 3,95

V entrée cage (mm/sec) 2046,74Ep ENT cage (mm/sec) 3,95Ep SOR cage (mm/sec) 2,55Trac Esp Amont (Mpa) 53,13Trac Esp avale (Mpa) 108,96Effort imposé (kN/m) 10910,00

Glissement imposé (%) 0,93Rayon Cyl (mm) 270,50

A (Mpa) 434,00B (Mpa) 152,00

C 0,35D 8,80

Vits Cyl (mm/sec) 3141,67

Epaisseur entrée Tandem (mm) 3,95

V entrée cage (mm/sec) 2046,7 Modèle 0

Produit Cylindres RhéologieModule d'Young (Mpa) 210000 Module d'Young (Mpa) 210000 loi rhéo 3Coefficient de Poisson 0,3 Coefficient de Poisson 0,3 A1 (Mpa) 434,0Epaisseur entrée cage (mm) 3,950 Rayon (mm) 270,5 A2 (Mpa) 152,0Epaisseur sortiee cage (mm) 2,550 Résultats loc moy A3 0,35Traction spécifique amont (MPa) 53,13 Longueur de contact (mm) 18,2 18,2 A4 8,8Traction spécifique avale (MPa) 108,96 Reduction cage (%) 32,4 A5 (Mpa)Température entrée (°K) 293,0 Force linéique (kN/m) 9872,9 9873,2 B1 0,00Capacité 3,4 Couple(N) 48307 48319,9 B2 0,00Frottement imposé Glissement (%) 0,8000 1 B3 0,00Effort imposé (kN/m) 10910,000 Frottement 0,055 B4 (°K) 0,00pas du tracé 1 Sigma (Mpa) 546,1 EBP0 0,00Glissement imposé (%) Frottement identifiéMu_zero E identifié AE_zero BDelta_mu désiré CDelta_E désiré DCouple imposé (N.m/m) E

(4)

69


doit être la même que sur le tableau de données (4). Si ce n’est pas le cas, on essaie avec d’autres valeurs de frottement et de A5, et ainsi de suite.

Si on préfère le mode inversé, on doit donner la valeur du glissement et les conditions de l’itération et RollGap trouvera les valeurs correspondantes de frottement et A5. Un exemple des valeurs de l’itération peut être :

Pour lancer le calcul on va sur « Modèles », « RollGap_inversé_deux paramètres », « RollGap Inversé sur l’Effort et le glissement ». Après le calcul on récupère les valeurs du frottement et du coefficient E.

Dans le deux cas RollGap va nous donner un fichier (RollGap_0_2.res dans le même dossier de la feuille Excel RollGap) avec la relation « contrainte – épaisseur » que l’on introduira sur le simulateur Sainte Agathe. Il faudra aussi copier les valeurs définitives du frottement et du coefficient E de la loi de Smatch au-dessous des valeurs récupérées de la base de données.

Introduction des valeurs dans le simulateur Sainte Agathe

Pour récupérer les résultats donnés par RollGap il faut lancer Excel et ouvrir le fichier RollGap_0_2.res. Comme il ne s’agit pas d’une feuille Excel il faut préciser les limites des colonnes. Pour faire cela on choisit « Délimité », « OK », après « Espace » et « Point-virgule », « OK », « Terminer ».

On a déjà toutes les valeurs mais il faut supprimer les cellules vides (attention à ne pas déplacer les colonnes) et changer les points par des virgules (comme on avait fait avant).

Une fois que l’on a toutes les valeurs bien rangées par colonnes et les points substitués par des virgules, on sélectionne tout le tableau (depuis A2 jusqu’à G1002), on fait click droit, « Copier ».


Epaisseur entrée Tandem (mm) 3,95

V entrée cage (mm/sec) 2046,7 Modèle 0

Produit Cylindres RhéologieModule d'Young (Mpa) 210000 Module d'Young (Mpa) 210000 loi rhéo 3Coefficient de Poisson 0,3 Coefficient de Poisson 0,3 A1 (Mpa) 434,0Epaisseur entrée cage (mm)Epaisseur sortiee cage (mm) 2,550 Résultats loc moy A3 0,35Traction spécifique amont (MPa) 53,13 Longueur de contact (mm) 18,2 18,2 A4 8,8Traction spécifique avale (MPa) 108,96 Reduction cage (%) 32,4 A5 (Mpa)Température entrée (°K) 293,0 Force linéique (kN/m) 9872,9 9873,2 B1 0,00Capacité 3,4 Couple(N) 48307 48319,9 B2 0,00Frottement imposé Glissement (%) 0,8000 1 B3 0,00Effort imposé (kN/m) 10910,000 Frottement 0,055 B4 (°K) 0,00pas du tracé 1 Sigma (Mpa) 546,1 EBP0 0,00Glissement imposé (%) Frottement identifiéMu_zero E identifié A

(1)

(2)

(3)

pas du tracé 1Glissement imposé (%) 0,93Mu_zero 0,05E_zero 0,0000Delta_mu désiré 0,0025Delta_E désiré 1Couple imposé (N.m/m)

(4)

70


On revient maintenant sur le simulateur Sainte Agathe, et on va sur l’onglet de la cage souhaitée (BF_CAGE 2 par exemple), on se situe sur la cellule A5 et on fait click droit et « Coller ».

Pour les valeurs du frottement et du coefficient E, on va sur l’onglet Données et on les écrit sur les cellules correspondantes.

Il faut répéter le même processus pour les quatre cages. On recommande de laisser toutes les applications ouvertes tout le temps et de faire des enregistrements périodiques.

Utilisation du simulateur

Une fois que l’on a introduit les données sur le simulateur il nous donne directement la distribution de la température tout au long du train (1).

On peut faire différentes actions et modifier plusieurs paramètres pour adapter la simulation aux conditions réelles ou simplement pour étudier l’effet que ces modifications auraient sur le profil de température.


(7) (1)

(3)

(4)

(5)

(6)

71



Valeurs de référence (2)Si on veut comparer la simulation avec des mesures de température réelles par exemple,

on peut introduire des valeurs qui seront présentées sur le graphique.

Ouverture des rampes (3)Le simulateur permet d’ouvrir ou fermer plusieurs rampes pour étudier l’effet de cette

action sur la température. Il faut simplement écrire « ON » ou « OFF » dans la cellule correspondant. Si on ferme l’arrosage Sortie de la cage 4 on suppose que le rouleau essoreur a été enlevé. Si on ferme la rampe Bande de la cage 4, on simule l’arrosage bande de la cage 4 comme étant en mode AUTO interne, c’est-à-dire avec un débit très faible de 200 l/min.

Température Cylindre (4)La température cylindre, l’utilisateur l’estime et l’introduit pour chaque cage.

Zones (5)L’utilisateur peut choisir entre « emulsion » ou « air » et sa température sur toutes les

zones de toutes les inter cages.Les zones sont :

Température entrée tandem (6)On peut fixer aussi la température de la bande à l’entrée du train.

NB : LES AUTRES PARAMETRES CONCERNANT LES VITESSES ET LES EPAISSEURS, SONT RECUPERES DIRECTEMENT PAR LE SIMULATEUR DE LA TABLE DE DONNEES. L’UTILISATEUR NE DOIT PAS LES MODIFIER.

COEFFICIENTS DE CORRECTION

Pour le calage du simulateur plusieurs coefficients d’ajustement ont été définis. On peut les retrouver derrière cette « porte » (7). Sa modification répercute sur tout le simulateur donc elle doit être faite avec précaution.

Une fois calé, on n’aurait pas besoin de modifier ces coefficients.



Annexe B:comparaison des sites de laminage à froid



FLO BI TI AV FLO BI TI AV FLO BI TI AV

-15 0 ->45 0 55 65 77 70 500 295 500 455

0 0 -> 25 0 50 65 77 70 420 670 810 434

0 -> 25 0 65 77 500 585

0 0 -> 25 0 50 65 48 70 470 350 500 455

0 77 550

0 0 -> 25 0 50 65 77 70 440 650 810 434

0 -> 25 0 65 77 460 585

-13 à -18 0 0 50 65 77 70 400 380 500 455

0 77 550

20 à 24 0 -> 25 0 50 65 77 70 450 690 810 434

0 -> 25 0 65 77 470 585

0 0 -> 45 0 50 65 77 70 410 360 500 455

0 77 550

0 -45 -> + 45 0 50 65 77 410 680 810 434

0 50 482

0 50 482

0 50 412

0 50 412

02 CO et 2 CM à 90 autres de 0 à 45

120 65 52 350 310

Entraxe gicleur ( mm ) Entraxe gicleur - cylindre Hauteur gicleur-bande

Entraxe gicleur ( mm ) Entraxe gicleur - cylindre ( mm )

Hauteur gicleur-bande( mm )

Angle recouvrement gicleurs( degrés )



FLO BI TI AV FLO BI TI AV FLO BI TI AV FLO BI TI AV FLO BI TI

350 470 508 425 3 9 12 5 30 15 738 559 1306

420 480 469 215 3 9 12 5 30 15 819 559 1306

440 705 8 5 518 839

350 490 508 425 3 5,5 5 5 30 15 1625 1231 839

290 5 1318

370 460 469 215 3 5,5 5 5 30 15 1638 866 839

410 705 9 5 559 839

390 470 508 425 4 6,3 5 5 30 15 2826 1781 839

290 5 839

390 440 469 215 4 6,2 5 5 30 15 2856 1377 839

400 705 8 5 1036 839

450 440 508 425 4 8 5 15 2826 1069 839

290 5 839

450 480 469 215 4 8 5 5 30 15 2856 1069 839

686 5 853

602 6 1393

nc 6 1393

383 5 853

570 470 413 2,5 10 5 35 34 656 470

5 30

Hauteur gicleur-bande

Hauteur gicleur-bande( mm )

Pression d'utilisation ( bars )

spray angle Off set ( )

Débit rampe moyen ( l/min/m )



Annexe C:la rhéologie des 3 nuances d’acier (Aviles )


rapport arcelor mittal

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