La coulée continue acier B500 est analysée pour identifier les causes des défauts de porosité sur les billettes produites dans une aciérie électrique. L’étude se concentre sur les processus de fabrication et les propriétés chimiques influençant la qualité des billettes.
Coulée continue
La coulée continue est l’étape de solidification de l’acier liquide, Le principe de cette technique est de couler l’acier liquide dans une lingotière en cuivre de section carrée.
Le métal commence à former une peau solide du côté des parois de la lingotière, violemment refroidie à l’eau. Le métal à la sortie de la lingotière est tiré vers le bas par un jeu de rouleaux, il s’achève par se solidifier. A la base de l’installation, on extrait une barre solide, carrée qui est découpée en tronçon pour une longueur souhaité. [13]
Vue D’ensemble de la coulée continue
1. Poche de coulée
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Figure. 22. Poche de coulée
Généralement, la poche de coulée est équipée d’un réservoir légèrement conique en tôle dont l’intérieur est revêtu d’un garnissage réfractaire. En aciérie, on utilise souvent une poche à quenouille qui présente dans son fond une ouverture obstruée en temps normal par un Tampon. Celui-ci peut être soulevé de son siège par une tige appelée quenouille et le métal fondu bien décanté s’écoule par le bas dans le répartiteur.
Le temps de séjour du métal fondu dans la poche doit être suffisant pour permettre la décantation des inclusions (5 à 10 minutes). La capacité de la poche peut aller de 10 tonnes (machine à billette à une ligne) à 350 tonnes (machine à brame à deux lignes). La coulée de la poche vers le répartiteur se fait toujours par l’intermédiaire d’une busette située au fond de la poche.
Répartiteur
Le répartiteur est un récipient de distribution situé directement au-dessus de la lingotière et permet
- de favoriser la décantation des inclusions ;
- d’assurer une alimentation avec un débit constant du métal liquide à la lingotière pendant les échanges de poche ;
- de distribuer le métal fondu aux différentes lingotières dans le cas d’une machine à plusieurs lignes ;
- de maintenir une hauteur régulière entre le métal fondu au-dessus des busettes et la lingotière pour assurer un écoulement uniforme en métal.
Le répartiteur est constitué d’une cuve métallique garnie de réfractaire dont le fond comporte autant de busette. Pour éviter l’entraînement des inclusions supérieures, la hauteur du répartiteur est généralement augmentée (elle est de 800 à 1100 mm).
Lingotière (moule)
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Figure.II.23 Lingotière
La lingotière a une structure creuse ouverte possédante un passage interne pour la circulation de l’eau de refroidissement primaire. Elle est donc le siège d’un transfert thermique permettant l’évacuation de la chaleur libérée par le métal liquide en cours de solidification, et donc, la formation d’une coquille solide suffisamment forte pour contenir son noyau encore liquide à la sortie. La lingotière est souvent en fonte ou en cuivre dont la surface interne est plaquée avec du chrome ou du nickel pour fournir une surface de fonctionnement plus dure. Ceci évite la collecte du cuivre sur la surface du métal qui peut faciliter leurs fissurations. Un système d’oscillation de la lingotière est prévu pour
Minimiser le frottement et empêcher le collage de la coquille solidifiée ;
Éviter la déchirure de la coquille et ainsi l’évasion du métal liquide qui peut entraîner de grands dégâts sur l’équipement et des temps d’arrêt de la machine pour nettoyage et réparations.Généralement la lingotière à une hauteur de l’ordre de 1 à 7 m. L’épaisseur des parois peut varier de 17 à 60 mm. La lingotière est refroidie énergiquement par un courant d’eau dont le débit massique est d’environ 6 fois le débit du métal coulé.
2. Refroidissement secondaire
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Figure. 24 Refroidissement secondaire par pulvérisation
Généralement, le refroidissement secondaire est assuré par une des deux méthodes suivantes :
- Une série d’injecteurs de pulvérisation d’eau ou une combinaison d’air et eau.
- Ruissellement d’eau
Le refroidissement secondaire permet un refroidissement direct et un contrôle de la solidification du produit coulé à travers toute la ligne de coulée au bas de la lingotière. Des aimants sont parfois installés au-dessous de la lingotière et entre les rouleaux de maintient pour agiter le métal fondu dans la coquille solidifiée par induction électromagnétique et d’augmenter ainsi les dendrites équiaxées. Le transfert de chaleur dans cette zone remplit les fonctions suivantes :
- Augmente et contrôle le taux de solidification (pour certains cas, la solidification est complète dans cette région) ;
- Régulation de la température du produit en ajustant l’intensité de l’eau pulvérisée ;
- Assure une meilleure rigidité de la ligne de coulée pour supporter les efforts des rouleaux de guidage
- empêche la croissance des fissures en ajustant l’intensité de l’eau pulvérisée.
- Evite le réchauffement de la partie solidifiée.
- Assure le refroidissement des rouleaux situés dans cette zone.
3. Cintrage et redressage
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Figure. 25. Section de cintrage à Figure. 26. Unités de redressement à multi multi lignes de coulée lignes de coulée
Les forces de cintrage et les forces de redressement ont également un grand rôle dans le soutient et le guidage des lignes de coulée du plan vertical au plan horizontal.
Au cours du cintrage, le rayon externe de la coquille solidifiée est soumis à la traction, tandis que le rayon interne est soumis à la compression. Si la contrainte au long du rayon externe est excessive, des fissures peuvent apparaître affectant sérieusement la qualité du métal. Ces contraintes sont minimisées en utilisant un cintrage à multipoint où le rayon augmente progressivement (redressage graduel du produit dans le plan horizontal).
Cisaillement
Après redressement, le produit est transféré sur des tables roulantes pour le cisaillement. Pour des sections inférieures à 250 cm2 on utilise le plus souvent des cisailles hydrauliques. Pour des sections plus importantes on utilise des chalumeaux à oxyacétylénique ou oxypropane. Le produit est évacué par la suite vers le stockage (produit semi-fini) ou vers un four de réchauffement pour être laminé en produits plats ou en produits longs.
Description de procédure de solidification :
A la coulée continue, l’acier liquide se solidifie sous forme des billettes. Tout d’abord le pont de coulée place la poche (ladle) à acier dans des deux bras du tourniquet. Le tourniquet effectue un mouvement de 180° pour amener la poche en position de coulée. Lors de l’ouverture du fond de la poche à acier, l’acier liquide est coulé dans un répartiteur (tundish). Le répartiteur a cinq trous de coulée qui mènent chacun à une lingotière (mould) qui va déterminer la taille de la billette.
Lorsque le fond de la poche à acier est ouvert, l’acier s’écoule jusqu’à vider complètement la poche.
Grâce à la grande capacité des répartiteurs, une poche à acier vide peut aisément être remplacée par une poche pleine sans interrompre le processus de coulée continue. Cela se fait en pivotant simplement le tourniquet de 180°. C’est ce qui permet d’avoir un procédé en continu.
Après avoir quitté la lingotière, l’acier liquide est supporté par une série de rouleaux – groupés en segments – au travers des quels il est guidé. Une très grande quantité d’eau refroidie est aspergée sur l’acier entre les rouleaux pour solidifier les billettes. L’acier est coulé verticalement mais est progressivement courbé de sorte qu’il sorte horizontalement de la machine. Les billettes qui sortent de la coulée continue sont coupées en longueur au moyen d’installations alimentées en gaz naturel et en oxygène sous haute pression. [13]
Conclusion sur la coulée continue
Pour obtenir une belle surface des billettes, il faut que les machines de coulée continues radiales soient bien réglées mécaniquement, avec un arrosage correct, une pression hydraulique adaptées, l’usage de produits appropriés et une bonne inspection avant l’enfournement donc il faut que les billettes enfournées aux fours du laminoir soient sans défauts.