Brevet FR2070724A1 — publié le 19710917

La présente invention concerne un procédé pour le refroidissement dgune barre d'acier ou d'alliage sortant dgune lingotière de coulée continue, selon lequel le débit de l'eau de refroidissement appliquée sur la surface de la barre est réglable. L'invention concerne en outre un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé. Les débits de liteau de refroidissement dans les différentes zones du circuit de refroidissement dit "secondaire" qui se raccorde à la lingotière de coulée continue sont habituellement réglés à des valeurs différentes, de manière à obtenir une température à peu près uniforme à la surface de la barre pendant le processus de solidification0 Les quantités d'eau appliquées par unité de temps sur la barre dans les différentes zones du circuit de refroidissement secondaire deviennent sautant plus faibles que la zone en question est plus éloignée de la lingotière, puisque lVépaisseur de la croûte solidifiée de la barre augmente au fur et à mesure que la distance de la lingotière croît, ce qui provoque également une augmentation de-la résistance à la conduc tibilité thermique Cette résistance agit dans une mesure de plus en plus forte sur ltensemble du processus de solidification, de sorte que l'augmentation des débits de eau de refroidissement au-delà d'une certaine valeur nta pas beaucoup de sens0 Toutefois, comme une adaptation des débits d'eau de refroidissement dans les diverses zones aux différents prélèvements de chaleur nécessaires dans chacune d'elles ntest pas possible, on est obligé, partant de données acquises par l'expérience, d'appliquer toujours des débits d'eau de refroidissement qui sont plus élevés que ceux réellement nécessaires, afin d'obtenir avec certitude le résultat recherché, Le but de l'invention est de créer un procédé du type décrit ci-dessus et un dispositif approprié pour sa mise en oeuvre, permettant de refroidir la barre dans les diverses zones dans une mesure qui correspond exactement à l'accroissement de la résistance à la conductibilité thermique de la croûte de la barre au fur et à mesure de la progression de sa solidificationO Conformément à linvention, ce resultat est obtenu par l'ajustage, au début de chaque fois au moins un processus de coulée, de valeurs de consigne du débit eau de refroidissement en fonction de la composition de la barre, de sa section et de la durée de solidification, valeurs parmi lesquelles est choisi pendant la coulée, en fonction de la valeur intégrale momentanée de la vitesse de coulée pendant le déplacement de la barre entre la surface du métal en fusion et la zone de refroidissement en question, une valeur de consigne qui correspond de telle manière à cette zone de refroidissement, cette valeur étant utilisée pour la commande de l'alimentation de leeau de refroidissement, que la température à la surface de la barre reste déterminable à lvavanceo Selon l'invention, les valeurs de consigne devant être ajustées pour le débit de loeau de refroidissement sont obtenues notamment à partir de la durée de solidification0 Paf celie-ci, il faut entendre la durée du parcours de la barre entre la surface du métal en fusion et la zone de refroidissement en question pour une vitesse de descente moyenne de la barre, Les valeurs de consigne mentionnées sont avantageusement déterminées, en fonction de la durée de solidification, à leaide dgun diagramme annexé et expliqué à la fin de la présente description, en tenant compte, comme paramètres, de la section de la barre et de la composltion de celle-ci. Il devient ainsi possible d'adapter avec une grande précision le débit de l'eau de refroidissement à l'épaisséur de la croûte-de la barre dans la zone de refroidissement en question, Si une température déterminée de la surface de la barre est donnée à lSavanceO Il est tenu compte du fait que l'épaisseur de la crotte s?accroft peu peu près proportionnellement à la racine de la durée de solidification0 La température déterminable à l'avance est de préférence localement constante dans le temps, mais il est également possible de prévoir une constante ou une allure déterminée dans le temps pour un endroit variable, La sélection dPune des.valeurs de consigne suivant la valeur intégrale momentanée de la vitesse de coulée pendant le parcours a en outre l'avantage quelle permet lwutilisation de calculatrices opérationnelles particulièrement simples puisqu1on peut employer des fonctions continues0 Dans le cas d'une formation différente de la valeur de consigne corrigée du débit d'eau de refroidissement, il faudrait utiliser une calculatrice opérationnel bien plus complexe puisqu'il faudrait alors utiliser des fonctions discontinues0 La ou les valeurs de consigne sont avantageus-ement sélectionnées uniquement pour la ou les premières zones de refroi pissement, Cela suffit en de nombreux cas parce que les effets dgune variation de la vitesse de coulée à la suite du refroidisse ment effectué conformément à ltinvention, donc dans les zones de refroidissement suivantes, deviennent de plus en plus faibles. La solution suivant l'invention apporte surtout l'avantage quelle permet de tenir compte d'une vitesse de coulée variable, LPincorporation de la valeur intégrale de la vitesse de coulée assure que toutes les variations de la vitesse de coulée pendant le déplacement de la barre entre la surface du bain de métal en fusion danse la lingotière et le point d'application du réfrigérant provoquent une application quantitative correspondante de ce réfrigérant0 Selon un mode de mise en oeuvre avantageux de l'in- vention, les valeurs de consigne mentionnées sont en outre modifiées à peu près proportionnellement à la température de coulée. Cela permet de tenir compte également de la diminution de la température de coulée qui se produit normalement pendant ltopéra- tion de coulée, si bien que son effet sur l'épaisseur de la croûte de la barre ne se traduit pas non plus par une augmentation ou une diminution excessive du débit de 11 eau de refroidissement0 Afin d'adapter davantage le débit de l'eau de refroidissement à la température de la surface de la barre dans la zone d'application du réfrigérant, -on prévoit la mesure de la température superficielle de la barre et on applique la valeur mesurée à un circuit de comparaison produisant un signal électrique modifiant la valeur de consigne si cette température superficielle svécarte dsune valeur donnée à L'avance Cette application par une boucle de réaction de la grandeur régulée à la valeur de consigne est particulièrement avantageuse pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention puisqutelle permet de maintenir les amplitudes d'oscillation du circuit de régulation à des valeurs très faibles0 Le procédé selon l'invention est mis en oeuvre au moyen d'une calculatrice opérationnelle présentant des entrées pour toutes les variables agissant sur la valeur de consigne, et produisant à sa sortie la ou les valeurs de consigne pour plusieurs zones de refroidissement, cette sortie étant reliée par linters médiaire d'un amplificateur à un organe moteur d'une vanne pour lxalimentation de l'eau.Un circuit de régulation de la température surveille avantageusement un circuit pour la régulation des débits dteau ajustés conformément au procédé de leinvention. La calcula trice présente donc notamment des entrées pour la vitesse de coulée, la température de coulée et la température de la surface de la barre, de m8me que des entrées pour la section de la barre, la composition chimique de celle-ci, la fonction perturbatrice découlant de la couche de calamine, laitier et vapeur, la surface, effective pour le refroidissement, de la partie encore liquide de la barre, la fonction de refroidissement déterminée empiriquement, et la fonction du besoin specifique d'eau, en fonction du temps. Les différentes variables mentionnées sont précisées dans ce qui suite Le besoin spécifique d'eau est une fonction-du temps. En effet, suivant la vitesse de coulée, un tronçon déterminé de la barre quitte la lingotière plus t8t ou plus tard. Cela a pour conséquence que la fonction de solidification dans la chambre de refroidissement doit être déclenchée avec un décalage chronologique correspondant0 Toutefois, comme les différences pendant ltexploi- tation pratique sont faibles, on peut simplifier et considérer la valeur de 1 m/mn comme valeur moyenne pour la fonction de la vitesse de coulée. Comme surface effective pour le refroidissement, on considère la surface de la partie encore liquide de la barre. Pour déterminer la grandeur de cette surface, il faut donc tenir compte de l'épaisseur de la croûte solidifiée de la barre. Suivant la vitesse de coulée, on obtient chaque fois une épaisseur de croûte différente dans les diverses zones du circuit de refroidis serment, Pour l'exploitation pratique, on peut choisir comme valeur moyenne, ltépaisseur de croûte correspondant à une vitesse de coulée de 1 m/mnO Avec ces valeurs et en tenant compte de la longueur de la zone de refroidissement en question, on peut ensuite établir pour chaque zone une formule permettant le calcul de la surface effective pour le refroidissement e Pour chaque zone, on determine une valeur de consigne du débit de base de 17 eau de refroidissement à partir des éléments détaillés cisaprès a a) Le besoin spécifique d'eau par unité de surface, Pour simplifier la détermination du besoin spécifique d'eau, on considère chaque fols le milieu de la zone de refroidissement. Le besoin spécifique dgeau par unité de surface pour l'ensemble de la surface d'une zone de refroidissement peut être calculé à laide de la formule donnant la surface effective pour le refroidissement et le besoin spécifique d'eau. La distribution de l'eau est obtenue au moyen de vannes à commande manuelle et par une disposition correspondante des buses de pulvérisation ou de.e éléments analogues. b) La composition de l'acier ou de la matière dont est formée la barre, Suivant la matière utilisée, le besoin d'eau par unité de surface est multiplié par un facteur dépendant de la matière0 c) Le refroidissement est perturbé par les couches isolantes de calamine ou de laitier dont les effets diffèrent dans chaque zone0 Le changement que cela implique dans le débit de base de lVeau de refroidissement dans les diverses zones est déterminé par des essais d) la couche de vapeur.La couche de vapeur qui se forme en fonction du débit d'eau de refroidissement produit également un effet isolant, suivant la pression de l'eau Son effet peut également être détermine par des essais, Ia valeur de consigne ainsi prédéterminée subit ensuite d'autres modifications, décrite ci après, qui dépendent de la vitesse et de la température de coulée0 En effet, ces dernières variables subissent également dtimportantes variations pendant un processus de couliez Conformément à l'invention, il est tenu compte de ces variations du fait que les conditions de solidification de a barre jusqu'à une zone de refroidissement donnée, ces conditions variant surtout en raison du changement de la vitesse de coulée, ruent dans le processus de détermination des valeurs reglssant e refroidissement0 DBautres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif, ainsi que des dessins annexés dans lesquels la figure 1 est une représentation schématique dun dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention; la figure 2 est un diagramme permettant la détermination du débit d'eau en fonction du temps de solidification. La figure 1 représente une calculatrice 1y présentant plusieurs entrées pour les variables mentionnées, notamment une entrée 2 pour la vitesse de coulée et une entre 3 pour la température de coulée. Elle présente en outre une entrée 4 pour la boucle de réaction à travers laquelle est appliquée la température superficielle de la barre. Cette dernière ngest pas nécessairement maintenue constante dans les diverses zones de refroldissement; elle peut au contraire avoir des valeurs variant con- formément à un programme prédéterminé dans lesdites zones de refroidissement e Il est cependant essentiel que la température reste pratiquement constante pendant le processus de coulée. La calculatrice 1 présente une sortie 5 par laquelle la valeur de consigne est appliquée, par l'intermédiaire de l'amplificateur 6, au moteur de commande 7 de la vanne g pour l'admission eau de refroidissementO Cette vanne 8 est suivie par un convertisseur de mesure 9 qui contrôle le débit d'veau ajuste et qui transmet la valeur mesurée à un étage de comparaison de l'amplificateur 6, permettant ainsi une correction éventuelle. Lteau de refroidissement est. projetée par la rampe à buses 10 contre la surface de la barre non représentée. La température de cette surface est mesurée au moyen dgun appareil de mesure optique il et la valeur determinée est réintroduite de la façon déjà décrite dans la calculatrice. Comme représenté sur la figure 1, on peut également utiliser une valeur de consigne fixe ajustée sur le potentiomètre 13. L'inverseur 12 est S cet effet relié à la sortie de ce potentiomètre 13o Le diagramme de la figure 2 montre schématiquement l'allure de la valeur de consigne à prédéterminer du débit spécifique d'eau en fonction du temps que nécessite la matière composant la barre pour passer de la surface du bain de métal en fusion dans la lingotière jusqutà la zone de refroidissement en question, pour une vitesse moyenne donnée. Comme la longueur du parcours entre la surface du bain de métal en fusion et la zone de refroidissement est toujours connue, et comme la composition de la barre et sa section ne se modifient pas pendant un processus de coulée, on peut déterminer les valeurs de consigne du débit d'eau de refroidissement à l'aide de cette fonction - pouvant facilement être reproduite dans la calculatrice opérationnelle par la multiplication avec la surface effective pour le refroi dissement de la barre. REVENDICATIONS 1e Procédé pour le refroidissement dwune barre ou d'alliage sortant d'une lingotière de coulée continue, selon lequel le débit de l'eau de refroidissement appliquée sur la surface de la barre est réglable, caractérisé par lYajustage, au début de chaque fols au moins un processus de coulée, de valeurs de consigne du débit d'eau de refroidissement en fonction de la composition de la barre, de sa section et de la durée de solidifi cation, valeurs parmi lesquelles est choisie, pendant la coulée, en fonction de la valeur intégrale momentanée de la vitesse de coulée pendant le déplacement de la barre entre la surface du métal en fusion et la zone de refroidissement en question, une valeur de consigne qui correspond de telle manière à cette zone de refroidissement, cette valeur étant utilisée pour la commande de l'alimentation de liteau de refroidissement, que la température à la surface de la barre reste déterminable à l'avance. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la ou les valeurs de consigne sont uniquement choisies pour la ou les premières zones de refroidissement. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les valeurs de consigne sont variées à peu près propor tionnellement à la température de coulée. 4e Procédé selon leune quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par la mesure de la température superficielle de la barre dans la zone d'application de réfrigérant, et par ltintro- duction de la valeur mesurée dans un circuit de comparaison produit sant un signal électrique modifiant la valeur de consigne, si la température superficielle de la barre s'écarte d'une valeur donnée à l'avance. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qutil comporte une calculatrice opérationnelle présentant des entrées pour toutes les variables agissant sur-la valeur de consigne, et produisant à sa sortie la ou les valeurs de consigne pour plusieurs zones de refroidissement, cette sortie étant reliée par ltinterM médiaire d'un amplificateur à un organe moteur d'une vanne pour ltalimentation de l'eau. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce quVun circuit de régulation de la température surveille un circuit pour la régulation du débit d'eau de refroidissement ajuste,