Brevet FR2498960A1 — publié le 19820806

La présente invention est relative à un procédé de coulée d'acier, en particulier de lingots d'acier pour la fabrication par une opération de laminage ultérieure de lingots méplats, billettes, tôles, etc..., dans lequel une quantité d'acier liquide est coulée dans un moule de coulée métallique, ainsi qu'à un dispositif aVMwOi, prié pour la mise en oeuvre de ce procédé. Dans la coulée normale en lingotière en fonte de moulage, le lingot d'acier se refroidit d'abord rapidement et est ensuite, après stripage de la lingotière, réchauffé à nouveau dans un four et amené uniformément à la température de laminage afin de pouvoir être laminé. Ce réchauffage et la normalisation du lingot ont lieu dans des fours pit ou des fours poussants et nécessitent du temps, de l'énergie et du travail. On connaît d'après la demande de brevet allemand 28 49 968 un procédé pour la mise en oeuvre d'un processus d'égalisation thermique de lingots d'acier dans lequel, après une coulée en lingo- tière du type décrit précédemment, les lingotières sont stripées alors que le lingot d'acier qui y est contenu est solidifié au moins à moitié. Le lingot d'acier encore liquide à ce4ur est ensuite muni d'une enveloppe thermiquement isolante de telle sorte qu'un échange thermique peut avoir lieu à l'intérieur du lingot d'acier. Dans ce procédé également, de l'énergie est nécessaire pour le réchauffage du lingot. L'inconvénient essentiel de ce pro- cédé connu est cependant que, lors du processus d'égalisation, les parois extérieures déjà solidifiées sont fortement chauffées par la quantité de chaleur contenue dans le coeur encore liquide et, par suite de la pression ferrostatique élevée du coeur liquide, sont cintrées vers l'extérieur. Le lingot d'acier perd en conséquence sa forme et des difficultés importantes sont rencontrées lors du processus de laminage. La présente invention se propose d'éviter les inconvénients du procédé de coulée en lingotière connu et d'améliorer le procédé du type mentionné de manière à pouvoir se dispenser d'un réchauffage du lingot à la température de laminage. Ce but est atteint selon l'invention par le fait que le moule de coulée est entouré par une enveloppe en matériau thermiquement isolant et que, après enlèvement de l'enveloppe, le lingot d'acier ainsi coulé est laminé, de préfé- rence sans réchauffage intermédiaire, avec sa chaleur propre. L'enveloppe isolante forme un écran thermique uniforme, efficace, pour autant que possible de tous côtés, et qui retarde -2- 2498960 fortement le refroidissement du lingot d'acier. Ainsi une fraction aussi faible que possible de la quantité de chaleur contenue dans la quantité d'acier liquide passe vers l'extérieur par unité de temps. La quantité de chaleur contenue dans la quantité d'acier liquide se répartit entre le moule de coulée métallique et la quantité d'acier ellemême. L'ensemble constitué par la quantité d'acier coulée et le moule de coulée prend une température relativement uniforme et le lingot d'acier se refroidit de façon sensiblement plus uniforme que dans la coulée en lingotière normale. Le lingot d'acier peut être laminé directement de façon économique sur le plan énergétique, soit après démoulage de la lingotière soit avec un moule de coulée à paroi mince soudé à lui. Un réchauffage avant le laminage n'est pas nécessaire. La quantité de chaleur contenue dans la quantité d'acier liquide est composée essentiellement de la chaleur de surchauffe, de la chaleur de solidification et de la chaleur de refroidissement. Dans la mesure o l'on ne peut laminer que des lingots d'acier largement solidifiés, il est nécessaire, dans tous les cas, d'extrai- re de la quantité d'acier liquide la chaleur de surchauffe et la plus grande partie de la chaleur de solidification. Cela est obtenu dans des moules de coulée à paroi mince par le fait que ces quanti- tés de chaleur sont évacuées vers l'extérieur à travers l'enveloppe isolante. Il est cependant très avantageux que la masse du moule de coulée soit adaptée à ces quantités de chaleur, grâce à quoi le lingot d'acier se rapproche de la température de laminage la plus élevée possible relativement rapidement et, malgré tout, de façon isolée sur le plan thermique. L'intervalle entre la coulée et le début du laminage est de ce fait plus court. Si, au contraire, le procédé selon l'invention est mis en oeuvre avec des moules de coulée à paroi relativement mince, l'intervalle de temps disponible entre le processus de coulée et le processus de laminage est plus grand et peut être utilisé pour un transport du lingot d'acier dans son enveloppe, relativement légère, jusqu'à un train de laminage éloigné. L'avantage principal de l'invention réside dans le fait que l'on peut laminer directement à partir de la chaleur de coulée. Le refroidissement depuis la température de coulée (1.550 à 1.600'C) jusqu'à la température de laminage (1.450 à 1.1000C) nécessite, selon le poids du lingot, environ 5 à 25 heures ou plus. Ainsi le procédé selon l'invention permet des réserves de temps et de tempé- rature suffisantes pour l'étirage du lingot en vue du laminage. Il est très avantageux d'utiliser un moule de coulée dont la masse est adaptée à la quantité de chaleur, en particulier la chaleur de solidification, de la quantité d'acier liquide à couler, de telle manière que le moule de coulée, après réception de la quantité d'acier, s'échauffe fortement, de préférence au-dessus de 1.1000C, mais cependant au-dessous de sa température de liquidus. Au contraire des moules de coulée à paroi mince, ces moulés de culée ne se soudent pas avec la quantité d'acier introduite. Ainsi la réalisation du moule de coulée pour chaque coulée individuelle est très simple. On obtient une combinaison idéale d'une part de moules de coulée réutilisables et d'autre part d'une utilisation optimale de la chaleur de coulée pour le processus de laminage ultérieur. Il est ainsi décisif que la chaleur de solidification et la chaleur de surchauffe soient extraites de la quantité d'acier liquide et évacuées par le moule de coulée. En comparaison de la coulée en lingotière habituelle (voir par exemple "The making, shaping and treating of steel, USS, 1964, page 465) le poids du moule de coulée est sensiblement plus faible, de l'ordre seulement du quart d'une lingotière traditionnelle. Ainsi on économise de la matière et de l'énergie. On note en outre l'appa- rition de moins de criques de tension. Dans l'ensemble, le procédé permet ainsi d'une part la conservation de la technologie normale de la coulée en lingotière mais facilite d'autre part le travail avec la lingotière, par suite du poids plus faible et des exigences ainsi réduites en ce qui concerne les ponts stripeurs, du fait d'une, meilleure possibilité de manipulation et d'une charge thérilhque amé- liorée de la lingotière. Celle-ci assure, par suite de l'enveloppe thermiquement isolante, une répartition de température relativement homogène. Lors de la coulée, la température de sortie de poche peut être maintenue très basse lorsque l'on moule des lingots relativement grands car la coulée ne prend pas beaucoup de temps. L'enveloppe de protection thermique est soit, fermement reliée au moule de coulée, soit est une enveloppe autostable, éventuellement portée par un moule métallique externe qui entoure latéralement et en bas le moVle de coulée selon l'invention, en particulier la lingotière à paroi mince. Dans les deux cas, l'envelop pe de protection thermique est retirée après la coulée peu avant le début du processus de laminage afin de permettre de maintenir une -4- isolation thermique et une égalisation thermique aussi longtemps que possible à l'intérieur du lingot d'acier. Lorsque le moule de coulée n'est pas soudé avec le lingot d'acier, ce qui est le cas avec des moules de coulée suffisamment épais, il peut être stripé de manière connue. Avec des moules de coulée minces, un stripage n'est pas nécessaire. Dans l'ensemble on économise de l'énergie thermique et le lingot d'acier solidifié peut être laminé à la température de laminage la plus élevée possible sans phase de réchauffage supplémen- taire. La chaleur élevée de son coeur conduit à une aptitude au laminage améliorée par rapport au lingot d'acier réchauffé ultérieure- ment et ainsi est moins chaud à l'intérieur. Lorsque après la coulée la lingotière ou analogue utilisée comme moule de coulée a reçu la chaleur de solidification de l'acier coulé, ce moule de coulée présente des températures relativement élevées. De ce fait, le moule de coulée ne présente plus les valeurs de résistance statique suffisantes et ne peut donc absorber seul la pression ferrostatique de l'acier liquide coulé qui n'est solidifié qu'à l'extérieur mais est encore liquide à l'intérieur, pendant l'égalisation thermique qui se produit. La pression ferrostatique est absorbée par l'enveloppe de protection thermique qui empêche un bombement du moule de coulée. L'enveloppe de protection thermique doit de ce fait être réalisée de manière à pouvoir absorber la pression ferrostatique, et, de préférence, elle est supportée par un moule externe qui est, par exemple, réalisé sous forme d'enveloppe métallique. L'enveloppe d'isolation présente outre sa fonction d'isolateur thermique, la fonction supplémentaire de servir d'appui de l'extérieur au moule de coulée. L'épaisseur de couche de l'enve- loppe isolante est choisie de manière à obtenir une bonne égalisa- tion de température à l'intérieur du lingot d'acier coulé. Elle est en outre, en fonction des possibilités de l'atelier, réalisée suffi- samment épaisse pour que la température de laminage la plus élevée possible soit maintenue aussi longtemps que les conditions de l'ate- lier l'exigent. Si le processus de laminage doit par exemple être réalisé dans un train de laminage éloigné, l'enveloppe isolante est réalisée avec une paroi relativement épaisse afin de pouvoir mainte- nir la chaleur de coulée également pendant le transport. Il s'agit là d'un avantage particulier de l'invention qui est particulièrement intéressant pour des petits ateliers qui n'ont pas la capacité de laminage pour des lingots d'acier de grandes dimensions. La zone de fond et la zone de tête du moule de coulée sont réalisées en particulier en forme de cuve ou de prisme de telle sorte que les pertes lors du processus de laminage ultérieur soient aussi faibles que possible. La poche de tête qui se forme est fermée de façona tique vis-à-vis de l'oxydation par une plaque posée par-dessus sur la surface liquide du lingot d'acier et est fermée lors du processus de laminage ultérieur. En vue d'expliquer le procédé selon l'invention et les dispositifs appropriés pour la mise en oeuvre du procédé, on va dé- crire dans ce qui suit deux exemples de réalisation en se référant au dessin annexé dans lequel: La figure 1 est une coupe longitudinale d'une lingotiére liée fermement avec une enveloppe isolante, avec la partie d'accro- chage du pont stripeur et, La figure 2 est une coupe longitudinale d'une lingotière avec une enveloppe séparée. L'on voit dans la figure 1, un moule de coulX*e-I paroi relativement mince 1 qui est réalisé sous la forme d'une lingotière présentant une épaisseur de paroi d'environ 8 cm. Le moule s'élargit vers son extrémité inférieure avec un angle de cône de 4 et possède ainsi une conicité sensiblement double de celle des lingotières nor- males habituellement utilisées et sensiblement plus épaisses (environ quatre fois plus lourdes). Le moule est mis en place sur une plaque de base 2 de même épaisseur qui, cependant, n'est pas indispensable comme le montre l'exemple de réalisation de la figure 2. La plaqutl de base est, à son tour, mise en place sur une plaque de fond 3 sensiblement plus grande qui constitue une partie de l'enveloppe isolante selon l'invention et empêche un transfert de chaleur vers le bas. Cette plaque de fond 3 se trouve à son tour sur un chariot 4 qui peut être déplacé sur une voie 5 perpendiculairement au plan du dessin, ces derniers éléments étant en eux-mêmes connus. Au moule de coulée 1, réalisé sous la forme d'une lingo- tière, est liée fermement une enveloppe latérale 6 à paroi rela- tivement épaisse. Elle possède dans sa zone inférieure un évidement 7 pour la plaque de fond 3 et des orifices 8 accessibles par le haut dans chacun desquels peut s'engager un bras de pince 9 d'une pince de pont stripeur (non représenté ici). Les orifices 8 restent jusqu'à l'opération de stripage libres de matière car la collerette supérieure épaissie du moule de coulée 1 procure un appui statique -6- suffisant contre la pression ferrostatique. Avant l'opération de stripage, qui est illustrée dans la figure 1, on a déjà enlevé un couvercle supérieur 11 (voir figure 1). La plaque de fond 3, l'enveloppe latérale 6 et le couvercle il constituent, ensemble, l'enveloppe isolante. Ainsi l'épaisseur de paroi du couvercle supérieur 11 est sensiblement plus grande que l'épaisseur dé paroi des deux autres parties 3, 6 de l'enveloppe isolante afin de maintenir les pertes de chaleur vers le haut plus faibles que celles vers les côtés et vers le bas. L'enveloppe latérale 6 a été réalisée en tenant compte de deux critères: tout d'abord elle doit constituer un isolateur thermique avec une qualité réfractaire et des propriétés d'isolation suffisantes, et d'autre part elle doit cependant absorber également une partie de la pression ferrostatique. Après la coulée d'un lingot d'acier dans le moule de coulée 1, le moule de coulée 1 est chauffé à température relativement élevée. Le lingot d'acier se solidifie dans sa zone de bord en contact avec le moule de coulée 1 mais reste cependant liquide dans sa zone de coeur. Cette zone de coeur liqui- de, lors du processus d'égalisation thermique ultérieur, évacue vers l'extérieur sa chaleur de solidification, également au moule de coulée 1. Celui-ci, du fait qu'il est thermiquement isolé par son enveloppe latérale 6, est chauffé à nouveau et peut être soumis à des températures auxquelles il ne peut plus résister à la pression ferrostatique sans se déformer. De Ce fait, l'enveloppe 6 est réalisée de manière à pouvoir absorber elle-même, le cas échéant, la pression ferrostatique. L'enveloppe extérieure de l'enveloppe laté- rale 6 est, par exemple, réalisée de plusieurs couches de cordon d'amiante qui sont appliqués hélicoldalement sous la forme de spires en contact étroit et ainsi évitent un bombement du moule de coulée 1 vers l'extérieur. Lors de l'opération de stripage, le lingot d'acier 12 est pressé de façon en soi connue au moyen d'un poinçon de presse 13 en direction de la plaque de base 2 pendant que les bras de pince 9 lèvent vers le haut le moule de coulée avec l'enveloppe latérale 6. Au contraire de l'exemple de réalisation selon la figure 1, l'enveloppe latérale 6, dans l'exemple de réalisation de la figure 2, n'est pas liée fermement au moule de coulée 1; bien plus, on met en place, entre le moule de coulée 1 et ltenveloppe latérale 6 de forme rigide, une partie supplémentaire d'enveloppe latérale 6 sous la forme d'une couche mince 14 en un matériau réfractaire -7- fluide, par exemple du sable. En outre la plaque de base 2 est omise. Enfin l'enveloppe latérale 6 n'est plus réalisée de façon à pouvoir absorber elle-même la pression ferrostatique qui peut exister, mais ce résultat est obtenu par une enveloppe mét àllI e qui entoure de l'extérieur l'enveloppe latérale 6 et forme avec el] un ensemble transportable réutilisable. En même temps, elle protège le matériau de l'enveloppe latérale 6 contre des endowmagents mécaniques. En vue de mieux pouvoir tenir le matériau de l'envelopp latérale 6, elle est pliée vers le bas en forme de L. Enfin elle présente, en haut, des oeillets 16 qui servent au soulèvement de l'enveloppe métallique 15 avec l'enveloppe latérale 6 qui y est fixée. La plaque de fond 3 est entourée par une cuve métallique 18 qui possède une collerette 19 en saillie vers le haut qui s'en- gage, de l'extérieur, autour de l'enveloppe métallique 15. On a illustré à la figure 2, le moment vers lafin de la coulée et précédant de peu la mise en place du couvercle 11. Dans 1l - moule de coulée se trouve le lingot d'acier, encore liquide, 12, sui lequel est mise en place, A partir du haut, une plaque de tôle d'acier d'environ 2 à 5 mm. Celle-ci se '8Oed*0' * atMr ngot d'acier de manière connue qui a été décrite par exemple dans la demande de brevet allemand 31 09 589 dont le contenu est incorporé dans la présente demande à titre de référence. Après l'égalisation thermique etc..., et peu avant le processus de laminage l'enveloppe métallique 15 est soulevée vers l1 haut à l'aide des oeillets 16 avec l'enveloppe latérale 6 fixée à elle, la couche 14 coule vers le bas et est reçue dans la cuve 18, en particulier grâce à la collerette 19. Il reste le moule de couléE 1 qui peut être stripé par des procédés usuels connus. REVENDICATIONS 1. Procédé de coulée d'acier, en particulier de lingots d'acier pour la fabrication par une opération de laminage ultérieure de lingots méplats, billettes, tôles, etc..., dans lequel une quan- tité d'acier liquide est coulée dans un moule de coulée métallique, caractérisé par le fait que le moule de coulée est entouré par une enveloppe en matériau thermiquement isolant et que, après enlèvement de l'enveloppe, le lingot d'acier ainsi coulé est laminé, de préfé- rence sans réchauffage intermédiaire, avec sa chaleur propre. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la masse (le poids) du moule de coulée est adaptée à la quantité de chaleur de la quantité d'acier liquide à couler qui y est contenue, en particulier à sa chaleur de solidification, de telle manière que le moule de coulée, après réception de la quantité d'acier, s'échauffe fortement, de préférence audessus de 1.1000C (1373 K),-mais cependant en-dessous de sa température de liquidus. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé par le fait que le moule de coulée est une lingotière à paroi relativement mince. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la quantité d'acier liquide est coulée dans un caisson d'acier à paroi mince, correspondant à la forme ultérieure du lingot, qui est entouré par l'enveloppe constituée d'un matériau réfractaire thermiquement isolant, et que l'acier liquide est soudé avec les tôles du caisson formant la surface ultérieure du lingot sans provoquer de dissolution complète dans l'épaisseur de paroi. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé par le fait que l'épaisseur de paroi du caisson correspond à 0,2 à 2% du plus grand côté de section du lingot et est adaptée à la chaleur de surchauffe du lingot. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 4 et , caractérisé par le fait que le côté intérieur métalliquement blanc du caisson est recouvert de revêtements de coulée qui ne sont détruits et brûlés que lors du mouillage par l'acier liquide. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que la quantité d'acier liquide lors de la coulée dans le moule de coulée, possède une température seulement légèrement supérieure à la température de liquidus de l'acier utilisé. -9- 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que l'enveloppe de protection thermique n'est enlevée que peu avant l'opération de laminage. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait que le lingot d'acier solidifié est; laminé à la température de laminage la plus élevée possible. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé par le fait que l'épaisseur de couche totale de l'enveloppe isolante est comprise entre environ 5 et environ 4Oi'de la plus grande dimension de section du lingot d'acier. 11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé par le fait que l'épaisseur de couche et la nature des matériaux isolants sont choisies en se basant sur les valeurs de conductibilité ther- mique spécifique et de capacité calorifique d'une évacuation de chaleur faible et uniforme de tous côtés, afin de pouvoir établir la plage des températures de laminage usuelles, à savoir entre 1.450 et 1.1300C à coup sûr après au moins plusieurs heures. 12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé par le fait qu'immédiatement après la coulée, le lingot est recouvert par-dessus à l'aide d'un matériau isolant ré- fractaire. 13. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé par le fait que l'on pose après la coulée, sur la surface liquide du lingot d'acier, une plaque métalliquement blan- che, revêtue de préférence sur son côté inférieur d'une laque de coulée fortement réfractaire, d'une épaisseur d'environ 5 à 30 mmn, qui plonge dans l'acier liquide de telle manière que de tous les côtés entre la plaque et les parois latérales du moule de coulée, une faible quantité de l'acier liquide remonte et qu'ainsi la plaque se trouve soudée de façon hermétique sur les bords. 14. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé par le fait qu'il comprend un moule de coulée (1) fermement relié sur ses bords avec une enveloppe latérale (6) constituée d'un matériau thermique- ment isolant. 15. Dispositif selon la revendication 14, caractérisé par le fait que l'enveloppe latérale (6) présente des ouvertures (8) pour l'engagement de bras à pinces (9) d'un pont stripeur. 16. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé par le fait -10- que le moule de coulée (1) et l'enveloppe latérale (6) sont des ensembles manipulables de façon séparée qui, à l'état assemblé, sont séparés l'un de l'autre par un espace susceptible d'être rempli par un matériau fluide (14). 17. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 14 à 16, caractérisé par le fait que la conicité du moule de coulée (1) est supérieure à 3 et est de préférence de 4 .