16/06/2017 - 14H00 - Amphitéâtre G à l'ENSG - 2 Rue du Doyen Marcel Roubault - 54518 Vandoeuvre-lès-Nancy 
"Contrôle du frottement entre l'outil et le produit dans le laminage à chaud à l'aide d'une lubrification flexible."
(Thèse Loic BERTRAND)
Résumé :
Cette thèse porte sur l'amélioration du laminage à chaud, un procédé de fabrication sidérurgique permettant de transformer une brame de métal (10m de long, 1.5m de large et 250mm d'épaisseur) en une bande de tôle bobinée (1000m de long, 1m de large et 2mm d'épaisseur).
Afin d'obtenir certaines propriétés mécaniques et de faciliter la phase de laminage, la brame est réchauffée à 1300°C et dégrossi avant d'être envoyé vers le train finisseur où elle est laminée en passant successivement dans plusieurs cages (ensemble de cylindres qui écrasent le métal) et qui permettent de réduire l'épaisseur à la valeur finale souhaitée. Le produit est finalement refroidi puis bobiné avant d'être envoyé au client.
La thèse se focalise sur l'amélioration du train finisseur en proposant un contrôle du frottement entre la bande et les cylindres de travail à l'aide d'une lubrification. La lubrification consiste à déposer de l'huile sur le cylindre en vaporisant une émulsion d'eau et d'huile. L'huile déposée modifie l'interface entre la bande et le cylindre et diminue le coefficient de frottement. Cette diminution du coefficient de frottement a plusieurs avantages : elle permet de réduire l'usure des cylindres, d'améliorer l'état de surface de la bande, de réduire l'effort nécessaire de laminage donc la consommation d'énergie et d'augmenter la capacité du train. A l'inverse, un frottement trop bas dû à une lubrification trop importante peut causer un patinage de la bande entraînant l'arrêt du train. Il est donc important de contrôler le niveau de frottement de manière sécurisée.
La conception du contrôle s'est faite à travers deux principales étapes :La modélisation et l'identification de l'effet de la lubrification sur le coefficient de frottement, la conception du contrôle du frottement
Le modèle est issu d'une campagne d'essais industriels. Pour faire ces essais un système de lubrification dédié a été conçu et installé à l'usine de Florange (usine pilote). La modélisation et l'identification ont conduit à retenir,sur la base de testes statistiques, un modèle non linéaire à retard avec saturation et dépendant de la nuance d'acier laminé. La non linéarité observée sur les essais (et corroborée par les essais laboratoire de la littérature) concerne la caractéristique statique de l'effet de la lubrification sur le coefficient de frottement.
Le contrôleur privilégié est de type Intégral-Proportionnel avec une structure en cascade.Cette structure simple est ensuite enrichie pour pallier aux effets induits par les non linéarités (retard, saturation, gain statique variable). La prise en compte du retard est obtenue sur chaque boucle à l'aide de prédicteurs de Smith non linéaires. Enfin, l'effet d'emballement lié à la saturation est corrigé avec une compensation « anti-emballement »au niveau de l'intégrateur.
Une étude de robustesse est proposée par une analyse de Stabilité Entrée - Etat (ISS). Une première formulation d'Inégalités Matricielles Linéaires (LMIs) permet de dimensionner les paramètres du correcteur et de garantir l'ISS pour le système sans retard. Cette étude minimise les gains ISS vis à vis de l'incertitude de modélisation sur le gain variable.Une seconde formulation de LMIs garantit l'ISS pour le système avec retard en conservant les propriétés de la formulation sans retard.
Le contrôle est finalement testé sur un simulateur du train finisseur (repris et amélioré durant ce travail de thèse) afin d'approuver la conception et d'assurer la bonne implémentation du contrôle dans le train finisseur de Florange. Le modèle et le contrôle sont en cours de déploiement à l'usine de Florange.
| Jury : | |
| - Rapporteurs : | Frédéric KRATZ - Professeur - INSA - Centre-Val de Loire Bourges |
| OLIVIER bachelier - Professeur - LIAS - Université de Poitiers | |
| - Autres membres : | Examinateur et encadrant entreprise : Christian MORETTO - Arcelormittal Maizières R&D Examinatrice : Claire VALENTIN - Professeur - LAGEP - Université Claude Bernard Lyon 1 |
