P3 cours cc 2013 a

La coulée continue La coulée continue

Ecole Polytechnique de TunisieEcole Polytechnique de Tunisie

procédés II - partie procédés II - partie 33

Année universitaire 2012 - 2013

Sidérurgie : procédés

2Sidérurgie - Coulée continue - Fathi CHTIOUI - 2013

Sidérurgie : flux des matières


Plan de la cinquième partie

I- COULEE EN LINGOT

II- COULEE CONTINUE - HISTORIQUE DE LA CC - DESCRIPTIF DU PROCÉDÉ DE CC - TYPES DES MACHINES CC - PRODUITS DE COULÉE CONTINUE - AVANTAGES DE LA CC - ACIER LIQUIDE POUR LA CC - OSCILLATION ET LUBRIFICATION - RÔLE DU RÉPARTITEUR - DÉFAUTS SUR LES PRODUITS DE CC


I- COULEE EN LINGOTS


Coulée en lingot (dans un moule)


On laissait l’acier liquide se solidifier sous forme d'immenses lingots de plusieurs tonnes (coulée en lingots).

- La coulée en lingot est simple mais nécessite de nombreuses étapes.

- Utilisée maintenant pour la fabrication d'alliages spéciaux en petite série.

Lingotières pour coulée de lingots de plusieurs tonnes.

Coulée en lingot (dans un moule)


Après démoulage, on élimine environ 5 à 20% du haut (il s'agit de l'acier qui contient le plus d'impuretés).

Lors de la solidification de l’acier, les dernières impuretés migrent vers la zone encore liquide.


Coupe transversale d’un lingotMigration des impuretés.

La migration des impuretés était surtout un avantage quand l'épuration de l'acier était moins évoluée.


Zones et défauts caractéristiques d'un lingot.

Coulée en lingot


-L'oxygène dissous va s'échapper lors de la solidification (acier effervescent).

- L'oxygène va former du monoxyde de carbone. Cela ne pose pas de problème pour la coulée en lingots .

- Le brassage va emmener les impuretés vers le haut et réduire la ségrégation (séparation des différents alliages lors de la solidification).

- Il se produit également un retassage pendant la solidification (réduction de volume et naissance de crevasses).

- Les bulles restantes et les crevasses sont écrasées lors du laminage à chaud et ne posent aucun problème.

Coulée de lingot


EXEMPLES DE LINGOTS


Lingot de 200 tonnes pour colonne de presse Coulée en source par PILSEN STEEL République Tchèque

Lingot d’acier - Dia 4,2 m 600 tonnes d’acier (5 poches de 120 t)

Pièce pour réacteurs nucléaires. par Japan Steel Works

Autres exemples


forgeage d’un lingot Grosse pièce moulée

Vannes en acier de 3 tonnes Dans les années ’80 Par ELFOULADH-SOFOMECA Client : USA

Villebrequin


1 : la poche amenant le métal2 : la quenouille régulant le débit d'acier liquide3 : la lingotière 7 : rouleaux s'opposant aux déformations dues à la pression hydrostatique générée par l’acier liquide

II- COULEE CONTINUE

80 à 90 % de l’acier de l’Europe de l’Ouest est produit par CC

Coulée continue


-Produit directement des produits semi-finis (en une seule étape)

-L'acier doit être de très bonne qualité, puisque les impuretés se retrouvent partout dans le produit, le rendant fragile. -L'acier effervescent ne peut pas être utilisé en coulée continue car il augmente les risques de percée de la coulée.

-L’acier nécessite d’être calmé (désoxydation par Al et Si)

Historique de la coulée continue

1840-1846 Idée assez ancienne (SELLERS, LANG, et BESSEMER) Mise en œuvre difficile

1930 Alliages non ferreux à basse températureAvec succès

1942-1945 Premiers essais de CC d’acier Système d’oscillation de la lingotière étant la base du succès (mis au point en 1933 par JUNGHANS)

1646-1950 Premières machines pilotes - Billettes1 ou 2 lignesBG, USA, Autriche, RFA

A partir 1950 Progrès rapides

1962-1963 Age d’or de la coulée continue


La coulée continue est un procédé astucieux qui consiste à : -Former en continue dans une lingotière ouverte aux deux extrémités et refroidie énergiquement à l’eau, une carapace de métal solide assez résistante pour contenir le métal liquide du cœur.

- Faire avancer cette carapace qui se détache de la lingotière grâce à la contraction du métal et en achever le refroidissement par aspersion d’eau.

Descriptif du procédé


Eau déminéralisée

jet d’acier

Lingotière

Piston de démarrage (mannequin)


Carapace(croûte solidifiée)

1

2

18


Piston de démarrage (mannequin)

Sidérurgie - Coulée continue - Fathi CHTIOUI - 2013


jet d’acier

Lingotière


3

Coupe à la longueur

19



Machine verticale Machine verticale (hauteur = 30m)(hauteur = 30m)

Machine radiale Machine radiale (rayon de courbure constant)(rayon de courbure constant)

Machine curviligne Machine curviligne (rayon de courbure variable)(rayon de courbure variable)

Machine horizontale Machine horizontale (pente faible)(pente faible)

TYPES DE MACHINES DE CCTYPES DE MACHINES DE CC


Poche de coulée

Répartiteur (tundish)

H2O Lingotière (refroidissement primaire)

refroidissement secondaire

DégagementZone de coupe

21

Schéma d’une MCC continue verticale


22

MCC radiale


Rayon de courbure constant

<

23

MCC curviligne


R = ∞ Rayon de courbure variable

R = 8 m

R =∞

24

Schéma d’une MCC horizontale


Transformation des produits de coulée continue


RAB en barres

Fil en couronnes

Produits de coulée continue

- Billette : 100 mm à

100 mm 150 mm

150 mm

- Bloom : 180 – 240 mm à

180 – 240 mm max 600 mm

150-300 mmmax 350 mm

- Brame : 600 – 2200 mm (max 2700 mm)

150-300 mm

-Ebauches : servent à fabriquer de moyens et gros profilés

Nuances : la coulée continue est utilisée pour pratiquement toutes les nuances d’aciers au carbone et d’aciers alliés destinés aux usages courant et à la construction.

Sections :


Rails

• Meilleur rendement métallique (presque pas de chutage pour retassure)

• Lingots de petite section (directement adaptés aux laminoirs finisseurs)

• Économie d’énergie

• Économie de main-d’œuvre

• Meilleure qualité d’acier (moins de ségrégation et meilleure homogénéité)

• Cycle de fabrication plus court

• Meilleures conditions de travail

Avantages de la coulée continue


- La masse volumique varie avec la température (dilatation) , et la composition chimique (arrangement atomique et défauts).

- Pour les aciers au carbone ou faiblement alliés, elle est de l’ordre (par convention) de :

7,85 g/cm3 à la température ambiante

7 - 7,2 g/cm3 à T°fusion

Masse volumique de l’acier


Une formule empirique simplifiée permet de déterminer la température de fusion (Tliquidus) d’un acier :

Tliquidus = 1536,6 °C – [88,2 C + 5 Mn + 8 Si + 25 S + 30 P +

4 Ni + 1,5 Cr + 5 Cu + 18 Ti + 3,4 Al + 2 Mo + 2 Va + 8,7 Nb + 1,3 Co + 0,7 W] -C, Mn, …W : teneurs exprimées en % massique-formule applicable au aciers au carbone, aux aciers faiblement ou moyennement alliés et pour des teneurs usuelles.

Validité des coefficients jusqu’à

C 4 % Ti 15 %Mn 85 % V 30 % Si 20 % Nb 20 %Cr 25 % Co 30 %Mo 35 % W 15 %

Température de fusion de l’acier


Surchauffe : C’est la différence entre la température de l’acier dans le répartiteur et la température du liquidus.

∆T = T répartiteur – T liquidus

T liquidus = 1536 - 80,5 Céq.

T solidus = 1536 - 410 Céq. quand Céq. < 0,1

T solidus = 1495 quand 0,1 < Céq. < 0,21

T solidus = 1536 - 184 Céq. quand Céq. > 0,21

30

Surchauffe de l’acier liquide pour CC


- La surchauffe idéale pour la coulée continue est de 20 – 35°C.

- Une surchauffe faible (10 – 20°C) donne

• mauvaise qualité de peau• bouchage des busettes.

- Une surchauffe élevée (30 – 60°C) donne

• Meilleure décantation des inclusions (métal plus propre)

• Meilleur état de surface•Moins de risque de bouchage des busettes• Risques de percées• Structure dendritique défavorable• Porosité axiale plus importante• Macro-ségrégation

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Acier liquide pour la CC - surchauffe


TempsCoulée en poche

Immersion d’un lingot pendant un laps de temps

Température de coulée

Tcp

TV

TbTcp : Température de coulée en poche

T b : Température du bain avant coulée

T v : Température visée

Maîtrise de la surchauffe


Longueur métallurgique

- C’est la distance entre le niveau du métal dans la lingotière et le point où la dernière goutte de liquide est solidifiée (solidification à cœur).

-Elle dépend de la section de la lingotière et de la vitesse d’extraction du produit.

- Pour les billettes :

Lv = 0,024 . a2 . V

a (cm) V (m/mn)

Lv


Oscillation de la lingotière et lubrification

- Les oscillations créent un mouvement relatif de la file d’acier avec la lingotière pour éviter tout collage.

- Le décollement de l’acier est facilité par l’adjonction de lubrifiants (fondants ou huile) au niveau du ménisque de l’acier.


Rôle du répartiteur

- En plus de la distribution de l’acier aux différentes lingotières (plusieurs lignes), le répartiteur

(TUNDISH) remplit aussi une fonction essentielle,

à savoir l’abaissement de la pression ferrostatique au niveau de la lingotière.

- Dans certains cas le répartiteur peut être

équipé de barrages filtrants : chicanes réfractaires pour la rétention des inclusions.

Répartiteur (tundish)Pression ferrostatique :

P = P0 + ρ . g . h (Pa) (105 Pa) ( 7,2g/cm3) (9,81m/s2) (mm)

105 Pa = 1 bar


- Le répartiteur qui sert de réservoir tampon peut être équipé d’obturateur permettant de réguler le débit.

- La propreté de l’acier dépend de sa teneur en O2 dissous.

- Il convient de réaliser une désoxydation par précipitation (par Si et Al).

- Cette désoxydation consiste en la formation d’inclusions d’oxydes et leur séparation du métal par :

• Brassage en poche

• Chicanes (répartiteur à barrages filtrants)

• Géométrie des busettes

• Brassage électromagnétique en lingotières

Propreté du l’acier


- La plupart des défauts sont dus aux conditions de coulage.

- Les défauts peuvent être internes ou externes.

Défauts sur les produits de coulée continue

- Exemples :

* Crique longitudinale :

* Crique longitudinale de coin :

Causes :•Refroidissement irrégulier de la lingotière•Température élevée•S et P élevé


* Crique transversale :

Causes :•Refroidissement excessif de la surface• Accrochage du produit dans la lingotière (dans les angles)• Lingotière• Lubrification insuffisante

Causes :• Répartiteur sale• Niveau d’acier dans le répartiteur bas

* Incrustation de laitier :

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* Interruption de coulée (ressoudure) :

* Fissure axiale :

39



Exemple d’application de la CCMétal 1

Métal 2


La température de fusion de M2 doit être < à celle de M1ex: Acier (M1) /Cuivre (M2)

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BIBLIOGRAPHIE

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Nationale Supérieure de Chimie de Paris, Université Pierre et Marie Curie, Paris VI , 1980•Cours de Sidérurgie, P. BELIAKOV and O.A.KUGARENKO, Formation pour

ingénieurs aciéristes, Centre de formation de zaporozhye, Ukraine, programme UNIDO, 1987•Les cahiers du CESSID, l’aciérie électrique, C. BARBAZANGES et M. POCHERAY,

1965•Rapport de la mission Japonaise à ELFOULADH, CODOSTEEL, 1977

•Collection Techniques de l’ingénieur, M7, Sidérurgie•Electric arc furnace steelmaging, Volume I, Désign, opération and practice, edited by

CLARENCE E. SIMS, New York-London, 1962•Electric arc furnace steelmaging, Volume II, Theory and fundamentals, edited by

CLARENCE E. SIMS, New York-London, 1963•The international steel trade, Peter M FISH, Cambridge, England, 1995

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•Production of slabs, V.V. LASHIN, summary of lectures, UNIDO training programme, zaporzhye, 1987

•Production of steel in oxygen converters, V.I. BAPTISMANSKY, summary of lectures , UNIDO training programme, zaporzhye, 1987

•Desulfurization of hot metal and steel , F. CHTIOUI and S. KAYALI, technical report, UNIDO training programme, zaporzhye, 1987

•Cours enrichi par des données prises dans des sites internet


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