P3 cours cc 2013 a

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P3 cours cc 2013 a

  1. 1. Ecole Polytechnique de Tunisie procédés II - partie 3 La coulée continue Année universitaire 2012 - 2013
  2. 2. Sidérurgie : procédés 2Sidérurgie - Coulée continue - Fathi CHTIOUI - 2013
  3. 3. Sidérurgie : flux des matières 3Sidérurgie - Coulée continue - Fathi CHTIOUI - 2013
  4. 4. 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 4Sidérurgie - Coulée continue - Fathi CHTIOUI - 2013
  5. 5. I- COULEE EN LINGOTS 5Sidérurgie - Coulée continue - Fathi CHTIOUI - 2013
  6. 6. Coulée en lingot (dans un moule)On laissait l’acier liquide se solidifier sous forme dimmenses lingots de plusieurstonnes (coulée en lingots). Lingotières pour coulée de lingots de plusieurs tonnes.- La coulée en lingot est simple mais nécessite de nombreuses étapes.- Utilisée maintenant pour la fabrication dalliages spéciaux en petite série. 6 Sidérurgie - Coulée continue - Fathi CHTIOUI - 2013
  7. 7. Coulée en lingot (dans un moule) Lors de la solidification de l’acier, les dernières impuretés migrent vers la zone encore liquide.Après démoulage, on élimine environ 5 à 20% du haut (il sagitde lacier qui contient le plus dimpuretés). 7 Sidérurgie - Coulée continue - Fathi CHTIOUI - 2013
  8. 8. Coupe transversale d’un lingot Migration des impuretés. La migration des impuretés était surtout un avantage quand lépuration de lacier était moins évoluée. 8Sidérurgie - Coulée continue - Fathi CHTIOUI - 2013
  9. 9. Zones et défauts caractéristiques dun lingot. 9Sidérurgie - Coulée continue - Fathi CHTIOUI - 2013
  10. 10. Coulée en lingot -Loxygène dissous va séchapper lors de la solidification (acier effervescent). - Loxygène 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. 10Sidérurgie - Coulée continue - Fathi CHTIOUI - 2013
  11. 11. Coulée de lingot 11Sidérurgie - Coulée continue - Fathi CHTIOUI - 2013
  12. 12. 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 12Sidérurgie - Coulée continue - Fathi CHTIOUI - 2013
  13. 13. Autres exemplesforgeage d’un lingot Grosse pièce moulée Villebrequin Vannes en acier de 3 tonnes Dans les années ’80 Par ELFOULADH- SOFOMECA Client : USA 13Sidérurgie - Coulée continue - Fathi CHTIOUI - 2013
  14. 14. II- COULEE CONTINUE 80 à 90 % de l’acier de l’Europe de l’Ouest est produit par CC 1 : la poche amenant le métal 2 : la quenouille régulant le débit dacier liquide 3 : la lingotière 7 : rouleaux sopposant aux déformations dues à la pression hydrostatique générée par l’acier liquide 14Sidérurgie - Coulée continue - Fathi CHTIOUI - 2013
  15. 15. Coulée continue-Produit directement des produits semi-finis (en uneseule étape)-Lacier doit être de très bonne qualité, puisque lesimpuretés se retrouvent partout dans le produit, lerendant fragile.-Lacier effervescent ne peut pas être utilisé en couléecontinue car il augmente les risques de percée de lacoulée.-L’acier nécessite d’être calmé (désoxydation par Al etSi) 15Sidérurgie - Coulée continue - Fathi CHTIOUI - 2013
  16. 16. Historique de la coulée continue 1840-1846 Idée assez ancienne (SELLERS, LANG, et BESSEMER) Mise en œuvre difficile 1930 Alliages non ferreux à basse température Avec 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 - Billettes 1 ou 2 lignes BG, USA, Autriche, RFAA partir 1950 Progrès rapides 1962-1963 Age d’or de la coulée continue 16 Sidérurgie - Coulée continue - Fathi CHTIOUI - 2013
  17. 17. Descriptif du procédéLa coulée continue est un procédé astucieux quiconsiste à :-Former en continue dans une lingotière ouverte auxdeux extrémités et refroidie énergiquement à l’eau,une carapace de métal solide assez résistante pourcontenir le métal liquide du cœur.- Faire avancer cette carapace qui se détache de lalingotière grâce à la contraction du métal et enachever le refroidissement par aspersion d’eau. 17 Sidérurgie - Coulée continue - Fathi CHTIOUI - 2013
  18. 18. Eau déminéralisée jet d’acier Descriptif du procédé Lingotière1 Piston de démarrage (mannequin) Eau déminéralisée 2 Carapace Piston de démarrage (croûte solidifiée) (mannequin) 18 Sidérurgie - Coulée continue - Fathi CHTIOUI - 2013
  19. 19. Descriptif du procédé Eau déminéralisée jet d’acier Lingotière 3 Eau déminéralisée Coupe à la longueur 19Sidérurgie - Coulée continue - Fathi CHTIOUI - 2013
  20. 20. TYPES DE MACHINES DE CC  Machine verticale (hauteur = 30m)  Machine radiale (rayon de courbure constant)  Machine curviligne (rayon de courbure variable)  Machine horizontale (pente faible) 20Sidérurgie - Coulée continue - Fathi CHTIOUI - 2013
  21. 21. Poche de coulée Schéma d’une MCC continue verticale Répartiteur (tundish) H2 O Lingotière (refroidissement primaire) refroidissement secondaireZone de coupe Dégagement 21 Sidérurgie - Coulée continue - Fathi CHTIOUI - 2013
  22. 22. MCC radiale Rayon de courbure constant < 22Sidérurgie - Coulée continue - Fathi CHTIOUI - 2013
  23. 23. MCC curviligne Rayon de courbure variable R=∞ R =∞ R=8m 23Sidérurgie - Coulée continue - Fathi CHTIOUI - 2013
  24. 24. Schéma d’une MCC horizontale 24Sidérurgie - Coulée continue - Fathi CHTIOUI - 2013
  25. 25. Transformation des produits de coulée continue RAB en barres Fil en couronnes 25Sidérurgie - Coulée continue - Fathi CHTIOUI - 2013
  26. 26. Produits de coulée continueSections : 100 mm 150 mm - Billette : 100 mm à 150 mm max 600 mm 180 – 240 mm 150-300 mm - Bloom : 180 – 240 mm à max 350 mm - Brame : 600 – 2200 mm (max 2700 mm) 150-300 mm Rails -Ebauches : servent à fabriquer de moyens et gros profilésNuances : la coulée continue est utilisée pourpratiquement toutes les nuances d’aciers aucarbone et d’aciers alliés destinés aux usagescourant et à la construction. 26 Sidérurgie - Coulée continue - Fathi CHTIOUI - 2013
  27. 27. Avantages de la coulée continue• 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 27Sidérurgie - Coulée continue - Fathi CHTIOUI - 2013
  28. 28. Masse volumique de l’acier- 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 28 Sidérurgie - Coulée continue - Fathi CHTIOUI - 2013
  29. 29. Température de fusion de l’acierUne formule empirique simplifiée permet de déterminer latempérature 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 faiblementou 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 % 29 Sidérurgie - Coulée continue - Fathi CHTIOUI - 2013
  30. 30. Surchauffe de l’acier liquide pour CC 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 30Sidérurgie - Coulée continue - Fathi CHTIOUI - 2013
  31. 31. Acier liquide pour la CC - surchauffe- 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 31 Sidérurgie - Coulée continue - Fathi CHTIOUI - 2013
  32. 32. Maîtrise de la surchauffeTempérature de coulée Immersion d’un lingot pendant un laps de temps Tcp TV Tb Tcp : Température de coulée en poche T v : Température visée T b : Température du bain avant coulée Coulée en poche Temps 32 Sidérurgie - Coulée continue - Fathi CHTIOUI - 2013
  33. 33. Longueur métallurgique- C’est la distance entre le niveau du métaldans la lingotière et le point où la dernièregoutte de liquide est solidifiée (solidification àcœur). Lv-Elle dépend de la section de la lingotièreet de la vitesse d’extraction du produit.- Pour les billettes : Lv = 0,024 . a2 . V a (cm) V (m/mn) 33Sidérurgie - Coulée continue - Fathi CHTIOUI - 2013
  34. 34. 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. 34Sidérurgie - Coulée continue - Fathi CHTIOUI - 2013
  35. 35. Rôle du répartiteur- En plus de la distribution de l’acier auxdifférentes lingotières (plusieurs lignes), le répartiteur(TUNDISH) remplit aussi une fonction essentielle,à savoir l’abaissement de la pressionferrostatique au niveau de la lingotière. Répartiteur Pression ferrostatique : (tundish) P = P0 + ρ . g . h (Pa) (105 Pa) ( 7,2g/cm3) (9,81m/s2) (mm) 105 Pa = 1 bar - Dans certains cas le répartiteur peut êtreéquipé de barrages filtrants : chicanesréfractaires pour la rétention desinclusions. - Le répartiteur qui sert de réservoir tampon peut être équipé d’obturateur permettant de réguler le débit. 35 Sidérurgie - Coulée continue - Fathi CHTIOUI - 2013
  36. 36. Propreté du l’acier - La propreté de l’acier dépend de sa teneur en O 2 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 36Sidérurgie - Coulée continue - Fathi CHTIOUI - 2013
  37. 37. Défauts sur les produits de coulée continue- La plupart des défauts sont dus aux conditions de coulage.- Les défauts peuvent être internes ou externes.- Exemples : * Crique longitudinale : * Crique longitudinale de coin : Causes : •Refroidissement irrégulier de la lingotière •Température élevée •S et P élevé 37Sidérurgie - Coulée continue - Fathi CHTIOUI - 2013
  38. 38. Défauts sur les produits de coulée continue* Crique transversale : Causes : •Refroidissement excessif de la surface • Accrochage du produit dans la lingotière (dans les angles) • Lingotière • Lubrification insuffisante* Incrustation de laitier : Causes : • Répartiteur sale • Niveau d’acier dans le répartiteur bas 38Sidérurgie - Coulée continue - Fathi CHTIOUI - 2013
  39. 39. Défauts sur les produits de coulée continue* Interruption de coulée (ressoudure) : * Fissure axiale : 39Sidérurgie - Coulée continue - Fathi CHTIOUI - 2013
  40. 40. Exemple d’application Métal 1 de la CC La température de fusion de M2 doit être < à celle de M1 ex: Acier (M1) /Cuivre (M2) Métal 2 40Sidérurgie - Coulée continue - Fathi CHTIOUI - 2013
  41. 41. BIBLIOGRAPHIE •Cours de Métallurgie, CH4 de Chimie, Faculté des sciences de Tunis, 1979 •Cours de Métallurgie et matériaux , J. TALBOT, DEA de chimie appliquée, Ecole 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 •Blast furnace pig iron production, V..N. KHOMICH and P.D. TOPORENKO, summary of lectures, UNIDO training programme, zaporzhye, 1987 •Bthe practice of steel teeming and ingot formation processes, K.P. UDICHEV and O.I. LEGKOSTUP, summary of lectures, UNIDO training programme, zaporzhye, 1987 •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 41Sidérurgie - Coulée continue - Fathi CHTIOUI - 2013

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