Brevet FR2513552A1 — publié le 19830401

La présente invention est relative à un procédé de décintrage de produits de coulée continue courbe et à une installation pour sa mise en oeuvre. La majorité des installations de coulée continue de produits de forte section, tels que les blooms et les brames, actuellement exploitées, comportent un moule courbe. L'acier se solidifie le long d'un quart de cercle et il est nécessaire de redresser la brame (ou le bloom) pour obtenir, sur un train de rouleaux horizontal, un produit rectiligne dressé, qui est ensuite oxycoupé à des longueurs désirées, sur la table d'évacuation. Le redressage, ou décintrage, des produits de forte épaisseur, en aciers micro-alliés susceptibles à la crique, ne va pas sans poser de problèmes. En effet, quelle que soit la configuration de la cage redresseuse, les fibres inférieures, c 'est-à- dire celles de la face convexe, sont mises en compression, alors que les fibres supérieures, c'est-à-dire celles de la face concave, sont soumises à une traction importante qui provoque.l'allongement du métal accompagnant le décentrage. On comprendra l'importance des déformations auxquelles est soumis le métal par l'exemple suivant une brame (ou un bloom) d'une épaisseur de 240 mm, coulée sur une machine dotée d'un rayon de 12 m, subit, au cours du redressement, un allongement différentiel entre la face supérieure et la face inférieure de 20 mm par mètre. I1 serait possible de diminuer cet allongement différentiel en augmentant le rayon de courbure de la machine , mais cela conduit à des installations beaucoup trop conteuses, d'une part par l'importance de la machine, et d'autre part par la dimension des corsets de rouleaux de soutien qui sont necessaires pour supporter les efforts considérables engendrés par l'augmentation de la pression ferrostatique à l'intérieur de la machine, dqe à la surélévation du plancher de coulée par rapport au niveau du point de solidification finissante qui se situe à quelques mètres avant le redressage. Or, certains aciers micro-alliés supportent mal cette sollicitation dans une gamme de température Tm à TM comme le montre la courbe de forgeabilité de la Fig. 1 : lorsque la température des fibres métalliques supérieures est supérieure à la température TM (qui est la température supérieure de la plage Tm - TM), la déformation plastique par fluage, très lente (puisque les vitesses de coulée sont de l'ordre de 1 m par minute) s'effectue sans ouvrir les fissures préexistantes, et sans provoquer de nouvelles criques. Dans ce cas, le métal, convenablement refroidi dans la zone de refroidissement secondaire de l'installation de coulée continue, et qui ne comporte aucune amorce de fissure, conserve, après décintrage, un état de surface tout-à-fait satisfaisant. Lorsque la température des fibres métalliques superficielles est inférieure à la température Tm (qui est la température inférieure de la plage Tm - TM) les propriétés mécaniques du métal sont améliorées, de façon telle que l'allongement peut être réalisé sans fissuration. Mais dans cette gamme de température inférieure à Tm, les efforts de décintrage sont nettement supérieurs car les propriétés mécaniques sont très nettement améliorées à ces températures plus basses et peuvent être excessifs pour la machine. Par contre, dans la plage des température Tm à TM, le métal ne peut accomoder les sollicitations qui lui sont imposées : les amorces de fissures préexistantes s'ouvrent de façon inacceptable, et de nouvelles microfissures transversales peuvent se produire, qui sont très néfastes à la qualité de surface du produit après décintrage. Or, pour certaines nuances d'acier, il n'est pas possible de conduire le refroidissement pour faire en sorte que la température des fibres superficielles sollicitées au décintrage, soit à une valeur supérieure à la température TM qui est la température au-delà de laquelle on n'observe pas de fissuration en raison de la meilleure plasticité du métal. En effet, pour ces aciers, il est nécessaire, qu'au décintrage, la totalité de la section du métal soit entièrement solidifiée pour obtenir une santé interne métallurgique satisfaisante. Etant donné que la sollicitation est obtenue par refroidissement externe, réalisé par projection d'eau pulvérisée, la température superficielle du produit coulé en continu, à vitesse normale, se situe dans la plage critique entre Tm et TM, au moment où on effectue le décintrage, lorsque toute la section du produit est solidifiée. Pour tourner cette difficulté, il est possible d'abaisser la température superficielle en dessous de la température Tm, qui autorise un décintrage sans fissuration, en ralentissant la vitesse de coulée et en utilisant un refroidissement modéré. Mais cette façon de procéder présente les inconvénients suivants a) la réduction de la vitesse de coulée de la machine réduit sa production de façon proportionnelle; b) les efforts à exercer pour redresser le produit de forte section, entièrement solidifié et relativement froid, deviennent très importants et nécessitent l'installation d'une cage redresseuse très puissante;; c) une couche de métal interne à la brame, parallèle à la surface, se trouve, au décintrage, dans la plage de température Tm - TM et des criques internes peuvent se produire qui comprc,mettsnt la dualité du produit On peut aussi remédier à cette difficulté en réduisant encore la vitesse de coul et en utilisant un refroidissement extrêment limité pour conserver la température des fibres superficielles au-dessus de la température TM qui autorise aussi un décentrage sans fissuration, mais la réduction de production de la machine est encore plus catastrophique.Et les vitesses de coulées sont tellement lentes que, même si on coupe, sur le refroidissement secondaire, la pulvérisation d'eau, le refroidissement par simple rayonnement et convection à l'air est tel que l'on court le risque d'avoir au décintrage une température superficielle à l'intérieur de la plage critique Tm - TM. La présente invention vise à remédier à ces inconvénients grace à un procédé permettant, tout en conservant une qualité interne satisfaisante du produit métallurgique coulé en continu, dans une lingotière courbe, d'obtenir un redressage du produit (dans des cages redresseuses clasiques), , ont toute la section est so- lidifiée, sans fissuration superficielle, tout en maintenant le refroidissement et la vitesse de coulée à leur valeur de fonctionnement optimale. La présente invention a ainsi pour objet un procédé de décintrage de produits de coulée continue courbe, en aciers mico-alliés susceptibles à la crique, cractérisé en ce que l'on conduit la machine à vitesse normale et avec son ref--o dissement normal, pour obtenir une solidification complète du produit avant redressage, et on soumet, immédiatement avant le décintrage, la partie superficielle d'au moins une des faces courbes de ce produit, à un réchaffage. On entend xar partie superficielle de la face du produit, la surface elle-meme ainsi que l'épaisseur de la couche immédiatement acus jacente dans laquelle naissent ou s'oeuvrent ler issures. Selon un mode nO 1 de réalisation de l'invention, on soumet uniquement la face concave (ou supérieure) du produit à un réchauffage, immédiatement avant le décintrage, afin de porter la fibre superficielle à une température T supérieure à TM (borne supérieure de la plage critique de température à l'intérieur de laquelle le métal est particulièrement susceptible à lacritique)-, ce qui évite la formation de nouvelles fissures dans le métal, et en particulier, des microfissures transversales qui peuvent affecter radicalement la qualité de la surface du produit, après redressage. Selon une forme de réalisation préférée de l'invention, on soumet la fibre superficielle à une température telle que la striction du métal à cette température est au moins de 50%. Selon un mode nO 2 de réalisation de la présente invention, on soumet uniquement la face convexe (ou inférieure) à un réchauffement, immédiatement avant le décintrage, afin de porter la fibre superficielle inférieure de cette face, à une température T supérieure à la température à laquelle le métal, devenu très plastique, se déforme en compression presque sans effort. Cette température est de préférence telle que la striction du métal est alors d'au moins 80%. Dans ces conditions, la fibre. de la face convexe s'écrase en compression, sans soumettre pour autant la fibre de la face concave à des efforts de tension excessifs étant donné que l'allongement des fibres de la face concave est diminué du montant de la compression des fibres de la face convexe. Selon un mode nO 3 préféré de réalisation, on soumet à la fois la face concave et la face convexe à des chauffages tels que décrits précédemment. Ce mode de réalisation préféré qui consiste à réchauffer simultanément les fibres superficielles de la face convexe et de la face concave, présente évidemment l'avantage de permettre l'obtention, après redressement, d'un produit dont l'état thermique est quasi symétrique et n'a, par conséquent, aucune raison de subir de déformation quelconque au cours du refroidissement ultime, lorsque le produit a été redressé sur les tables d'évacuation. Le procédé de la présente invention est applicable aux aciers micro-alliés susceptibles à la crique tels que des aciers ou carbone-manganèse micro-alliés ou vanadium, niobium et/ou molybdène, des aciers inoxydables, des aciers ou carbone pour fils, des aciers ou bore, etc... Grâce au procédé de la présente invention, on réalise un faible gradient de température entre le coeur solidifié et la surface de la fac réchauffée du produit coulé , qui permet, tout en conservant des qualités internes satisfaisantes du produit, d'éviter la fissuration superficielle lors du redressage. Ce gradient de température est très atténué par rapport au gradient de température normalement obtenu par refroidissement extérieur à laide d'une pulvérisation d'eau, et à vitesse de coulée normale. Le réchauffage de la peau du produit coulé peut être obtenu par tout moyen approprié, et notamment à l'aide d'un inducteur magnétique, à fréquence convenable, placé immédiatement à proximité de la surface du produit. On dispose de préférence deux inducteurs, l'un au-dessus de la surface concave du produit et l'autre, plus puissant, au-dessous de la surface convexe du produit. Ces deux inducteurs sont placés immédiatement en amont de la cage redresseuse. A l'aide de ces inducteurs magnétiques, on réchauffe la fibre métallique superficielle de la face concave à une température T > TM et les fibres métalliques superficielles de la face convexe à une température su périeure à la température où le métal est devenu très plastique. On considère qu'il n'est pas raisonnable de construire des machines de plus de 12 m de rayon, pour les brames, et de plus de 15 m de rayon pour les blooms. La présente invention a également pour objet une installation de décintrage de produits métallurgiques coulés sur une machine de coulé continue courbe, caractérisée en ce qu'elle comprend, immédiatement en amont de la cage décintreuse à proximité d'au moins une des faces courbes du produit coulé, un dispositif de réchauffage de la partie superficielle de cette face. Ce dispositif de chauffage peut être notamment un inducteur magnétique à fréquence appropriée, protégé par un écran thermique et refroidi pour résister au rayon nement du métal chaud dont il doit supporter la prsxiniite. L'épaisseur des produits métallurgiques (bra- mes-blooms) étant au moins de 180 mm et pouvant atteindre 300 mm, une induction à la fréquence d réseau (50 hertz en France) peut être satisfaisante pour surchauffer les fibres superficielles. Mais il peut y avoir intérêt, dans certains cas, à utiliser des fréquences plus élevées (250 hertz) pour limiter le réchauffage à une épaisseur de peau suffisamment faible qui ne ralentisse pas significativement le refroidissement du coeur du produit. La puissance des inducteurs est modulée en fonction de la température de la peau du métal, avant redressage, qui peut être soit mesurée par des lunettes à radiation totale, soit calculée par le calculateur de fonctionnement de la machine (qui contrôle et pilote le refroidissement secondaire par arrosage).Cette puissance doit être ajustée de façon à ce que la température des fibres superficielles de la face concave soit porte à une température supérieure à la temperature TM et la température des fibres superficielles de la face conven :-cit portée à une température supérieure à la température et le métal est devenu nu très plastique. Ces températures qui caractérisent l'aptitude à la déformation plastique du métal à chaud, sont bienconnuespour chaque nuance d'acier micro-allié, susceptible à la fissuration ou à la crique lors du décintrage. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention seront mieux compris àla lecture de la description qui va suivre, faite en se référant au dessin annexé sur lequel - la Fig. 1 présente, pour un acier destiné à la fabrication de tôles fortes pour tubes à hautes caractéristiques en particulier à très basse température, la courbe de forgeabilité qui détermine les valeurs des températures Tm - TM, caractéristiques de cet acier; - la Fig. 2 représente la répartition des températures à travers l'épaisseur du produit coulé (brame ou bloom), en trait plein avec un mode opératoire selon la technique antérieure, en pointillé avec le premier mode de réchauffage des fibres supérieures du produit et en trait constitue de ++ avec le second mode de réchauffage des fibres inférierures du produit;; - la Fig. 3 représente la répartition des températures à travers lépaisseur du produit coulé (brame ou bloom) pour le mode de réalisation préféré dans lequel à la fois les fibres supérieures et inférieures du produit sont réchauffées - la Fig. 4 e: une vue schEmatique en coupe d'une installation de couvée continue munie des dispositifs de réchauffage immédiatement en amont de la cage redresseuse. Sur la Fig. 1 est illustré la courbe de forgeabilité pour un acier selon la norme API-X-75, qui indique la gamme Tm et TM des températures à l'intérieur de laquelle ne doit pas se trouver la température superficielle des faces courbes de la brame. Sur la Fig. 2, est représenté en trait plein le profil de température obvenu pour une brame refroidie de façon classique après une coulée à vitesse habituelle. On constate que les faces inférieures et supérieures à une température de 8500C se situent dans la partie intérieure défavorable de la gamme Tm - TM. Selon le mode de réalisation nO 1 du procédé de la présente invention, on réchauffe la face supérieure à une température supérieure à la valeur TM de 9000C et qui est par exemple de 9500C comme illustré sur la Fig. 2. La valeur de la striction, donnée sur la Fig. 1, pour cette température est alors de 70% environ. Selon ce mode de réalisation 1, seule cette face est réchauffée, la partie inférieure de la brame, dirigée vers la face inférieure, ayant un profil de température non modifié comme indiqué par le trait plein. Selon le mode de réalisation nO 2, on réchauffe la face inférieure à une température de 10000C par exemple, comme illustré à la Fig. 2 en trait représenté par ++, la valeur de la striction pour cette température étant alors de 958 environ, c'est- -dire une valeur où le métal est devenu très plastique et se déforme en compression pratiquement sans effort. Dans ce cas, seule la face inférieure est réchauffée, le partie supérieure de la brame conservant à partir du coeur le profil de température indiqué en trait plein. Selon le mode de réalisation nO 3, illustré à la Fig. 3, on opere un chauffage simultané de la face supérieure et de la face inférieure à des températures telles qu'indiquées à la Fig. 2, pour obtenir le profil de température représenté. Les valeurs de température données aux Fig. 1 à 3 varient en fonction de chaque acier et sont bien connues pour chaque nuance. On met alors en oeuvre le procédé de la présente invention en chauffant la face supérieure à une température supérieure à TM et de préférence au moins égale à celle pour laquelle la valeur de la striction est de 60% au moins. La face inférieure est chauffée à une température supérieure pour laquelle le métal est devenu très plastique, c'est-à-dire de préférence pour laquelle la striction est d'au moins 80%. Sur la Fig. 4, une poche 1 d'acier en fusion, placée sur son chariot 2 est amenée au-dessus du bassin répartiteur 3, dans lequel est coulé l'acier en fusion au moyen de la busette à tiroir 4. L'acier en fusion issu du bassin répartiteur 4 est introduit au moyen de la busette 5 dans la lingotière courbe 6 où il commence sa solidification au contact avec les surfaces des parois internes de la lingotière refroidie. La brame d'acier 7 dont les peaux sont solidifiées mais qui comporte encore une coeur d'acier liquide en son centre, est supportée par des corsets de rouleaux de soutien 8. Ces corsets de rouleaux de soutien contiennent des rampes d'arrosage qui assurent le refroidissement secondaire de la brame et des rouleaux. La brame est extraite à l'aide d'une cage redresseuse d'extraction 9 d'où elle sort plane, avant d'être oxycoupée à une longueur prédéterminée dans un poste d'oxycoupage 10. La brame est ensuite évacuée par des moyens appropriées. L'installation de décintrage, selon la présente invention comporte, immédiatement en amont de la cage décintreuse 9, respectivement au-dessus et au-dessous de la face concave et de la face convexe de la brame, deux inducteurs magnétiques de réchauffage 11 et 12 qui utilisent un courant à la fréquence du réseau. Les deux inducteurs magnétiques 11 et 12 sont respectivement munis d'écrans thermiques 13 et 14 pour les protéger de la chaleur rayonnée par le produit coulé en continu. On donnera au tableau I ci-après les puissances de chauffage à la fréquence de 50 hertz qui sont nécessai res pour l'obtention des profils de températures illutrès aux Fig. 2 et 3, pour une brame de largeur de 2 m et 250 mm d'épaisseur coulée, à la vitesse de lm/mn, ces puissances étant calculées pour fournir un chauffage de la peau sur une épaisseur de 7 cm. TABLEAU I Puissance en KW/inducteur Mode 1 Mode 2 Mode 3 Inducteur supérieur pi = O Ps3 = 600 600 1500 Inducteur inférieur O P2 = Pi3 = 900 900 On donnera au Tableau II suivant les puissances nécessaires ou réchauffage de la même brame dans des conditions identiques mais en utilisant en courant d'induction à la fréquence de 250 Hz qui n'affecte l'épaisseur de la trame que sur 3 cm. TABLEAU II Puisance en KW/inducteur Mode 1 Mode 2 Mode 3 Inducteur supérieur 300 0 250 + 650 Inducteur inférieur 0 450 400 REVENDICATIONS 1 - Procédé de décintrage de produits de coulée continue courbe, d'aciers micro-alliés, susceptibles à la crique et à la fissuration, caractérisé en ce que l'on maintient la vitesse de coulée normale et le refroidissement classique par pulvérisation d'eau, pour obtenir une solidification complète du produit avant le redressage, et on soumet la partie superficielle d'au moins une des deux faces courbes de ce produit à un réchauffage. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on soumet uniquement la face concave à un réchauffage. 3 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on soumet uniquement la face convexe à un réchauffage. 4 ~ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on soumet les deux faces concave et convexe à un réchauffage. 5 - Procédé sleon les l'une quelconque des revendications 1 à 4, cQractérise en ce que la face concave est portée à une température pour laquelle la striction est d'au moins 60%. 6 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la face convexe est portée à une température pour laquelle la striction est d'au moins 80%. 7 - Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le chauffage de la partie superfit-ielle de la face est obtenu à l'aide d'un inducteur magnétique. 8 - Installation de décintrage de produits métallurgiques issus de couléecontinuecourbe, caractérisée en ce qu'elle comprend, immédiatement en amont de la cage décintreuse, à proximité d'au moins une des faces courbes du produit coulé, un dispositif de calorifugeage et de réchauffage de la partie superficielle du produit. 9 - Installation selon la revendication 8, caractérisée en ce que le chauffage est obtenu à l'aide d'un inducteur magnétique à basse fréquence. 10 - Installation selon la revendication 9, caractérisée en ce que la fréquence est de 50 à 250 Hz environ.