Brevet FR2522287A1 — publié le 19830902

La présente invention se rapporte à un procédé de fabrication de tôles ou plaques d'acier par la technique de coulée en brames minces. La coulée continue, qui présente de nombreux avantages comparativement à la production de lingots, est devenue rapidement d'utilisation courante. Toutefois, la coulée continue présente plusieurs inconvénients, indiqués ci-après (a) Une brame coulée, dont l'épaisseur est beaucoupplus grande que la valeur spécifiée pour le produit, est soumise à un laminage. Autrement dit, on coule des brames coulées plus épaisses, qui nécessitent un laminage plus important que celui qui suffirait pour obtenir les caractéristiques requises pour le produit. Par suite, un appareil de coulée continue et un laminoir de plus grande dimension sont nécessaires et, par conséquent, le cotit de l'équipement est très élevé. (b) La longue durée de solidification provoque un accroissement de la ségrégation, le développement d'inclusions non métalliques, la formation de bulles et autres dans les brames couldes,de sorte que les brames coulées et les produits obtenus sont de qualité médiocre. Ces inconvénients sont évités, dans le cas où les produits sont des tôles ou plaques d'acier, si on choisit une épaisseur relativement petite pour les brames cou lées et si ces dernières sont solidifiées rapidement. La technique basée sur ce principe est appelée technique de coulée en brames minces. Bien que cette technique ait déjà été utilisée de façon pratique pour des métaux qui ont des points de fusion plus bas et une conductivité thermique plus grande, par exemple le cuivre et l'aluminium, on considère qu'il est difficile de l'utiliser en pratique pour l'acier, qui ne possède pas les propriétés indiquées cidessus. Ainsi, plusieurs procédés pour l'application pratique à l'acier de la technique de coulée en brames minces ont été proposés mais aucun n'est utilisé en pratique. La présente invention a pour premier objet un procédé de fabrication de tôles ou plaques d'acier de haute qualité et avec un bon rendement, par la technique de coulée en brames minces, qui permet d'obtenir des brames coulées dans lesquelles la ségrégation, les inclusions non métalliques, les bulles et autres défauts sont diminués. L'invention a pour deuxième objet un procédé de fabrication de tôles ou plaques d'acier au moyen d'un équipement simplifié, sans utilisation d'appareil de coulée continue de grande dimension et de laminoir de grande dimens ion. La présente invention a pour troisième objet un procédé de fabrication de tôles ou plaques d'acier, dans lequel la coulée continue et le laminage à chaud sont ef fectués de façon continue, l'énergie thermique des brames coulées est effectivement utilisée et la productivité est sensiblement augmentée. La présente invention a pour quatrième objet un procédé de fabrication de tôles ou plaques d'acier, qui permet d'obtenir une grande souplesse de fonctionnement ainsi qu'une grande cadence de travail de l'appareil de coulée continue et du laminoir, par disjonction du processus de coulée continue et du processus de laminage. Le procédé suivant la présente invention est essentiellement caractérisé en ce qu'il comprend une opération dans laquelle l'acier en fusion est introduit dans une machine de coulée continue dont le coefficient de vitesse de solidification est de 15 à 30 mm/mn0'5 et on coule des brames coulées d'une épaisseur inférieure à 80 mm, et une opération dans laquelle les brames coulées résultantes sont introduites dans un laminoir et laminées pour obtenir des tôles ou plaques d'acier d'une épaisseur inférieure à 26 mm. Les brames coulées peuvent être introduites de façon continue dans un laminoir à chaud, à partir d'une machine de coulée continue. En outre, les brames coulées peuvent être d'abord coupées et envoyées dans un laminoir à chaud ou à froid. Les brames coulées peuvent être coupées en pièces relativement longues et enroulées en bobines, ou elles peuvent être coupées en pièces relativement courtes en forme de plaques. D'autres objets et avantages de l'invention apparaitront aux hommes de l'art à la lecture de la présente description de ses formes de réalisation, non limitatives, représentées sur les dessins annexés dans lesquels la figure 1 illustre schématiquement un mode préféré de réalisation d'un équipement pour la mise en oeuvre d'un procédé conforme à la présente invention ; la figure 2 illustre schématiquement un autre mode de réalisation d'un équipement pour la mise en oeuvre d'un procédé conforme à la présente invention ; la figure 3 est un graphique qui illustre une relation entre l'épaisseur des brames coulées et l'état de ségrégation dans l'axe ; la figure 4 est un graphique qui illustre les influences de la vitesse de transfert de bande et du débit d'alimentation en acier en fusion, sur les caractéristiques de la surface des brames coulées ;; la figure 5 est un graphique qui illustre les influences de la largeur des brames coulées et de la largeur d'alimentation en acier en fusion, sur les propriétés de la surface des brames coulées ; et la figure 6 est un graphique illustrant une relation entre les caractéristiques mécaniques et les rapports de réduction. Un procédé conforme à la présente invention est décrit ci-après, de façon concrète. La figure 1 illustre schématiquement un mode préféré de réalisation d'un équipement pour la mise en oeuvre d'un procédé conforme à la présente invention. De l'acier en fusion, contenu dans un four b cuve 1, est introduit dans une machine 2 de coulée continue de type connu à bandes jumelées, par l'intermédiaire d'une tubulure du four 1. L'acier en fusion est refroidi dans la zone de refroidissement primaire de la machine 2 de coulée continue, de manière à obtenir une brame coulée à la surface de laquelle est formée une carapace solidifiée. La brame coulée résultante passe dans la zone de refroidissement secondaire 3 de la machine 2 de coulée continue. La brame coulée est à nouveau refroidie dans cette zone, jusqu'à solidification.La brame coulée est introduite entre des cylindres entrarneurs 4, pour l'extraire de la zone de refroidissement secondaire 3. Cette dernière peut ne pas être nécessaire, selon les cas. Les cylindres entraineurs 4 sont entraînées en synchronisme avec la machine 2 de cou lée continue. La brame coulée, qui est libérée des cylindres entraineurs 4, est introduite dans un dispositif de coupe 5 dans lesquel la brame coulée est tronçonnée au poids et à la longueur prévus par la spécificatiion, ou d'une autre façon. Pour le dispositif de coupe 5, on peut utiliser un appareil de coupe au gaz ou une scie. La brame coulée, qui a été tronçonnée par le dispositif de coupe 5, est introduite dans un appareil 6 de correction de section. Cet appareil est utilisé pour râcler ou couper les crasses qui adhèrent sur le plan de coupe, ou pour corriger la déformation de section du fait de la faible épaisseur de la brame coulée. Un appareil optique ou électromagnétique 11 de contrôle de surface, permettant de vérifier les caractéristiques de la surface de la brame coulée, est prévu à la sortie de l'appareil 6 de correction de section. La brame coulée est envoyée dans un appareil 7 d' égalisation de température,placé après l'appareil 6 de correction de section. Comme décrit plus loin, conformément à la présente invention, l'appareil 7 d'égalisation de température chauffe principalement les deux parties d' extrêmité de la brame coulée, afin d'uniformiser la répartition de température dans le sens de la largeur de la brame coulée, de manière à effectuer le laminage à chaud de la brame coulée dans une condition d'égalisation dans le sens de la largeur de la brame coulée. En effet, l'épaisseur de la brame coulée est inférieure à 80 mm, de sorte que la température des deux parties d'extrêmité de la brame coulée risquerait d'être inférieure à celle de sa partie centrale (9500 C environ). La brame coulée, dont la température est ainsi uniformisée, est traitée par un laminoir à chaud 8 et le laminoir continu suivant 9, puis elle est coupée à la longueur et au poids prédéterminés,par une cisaille 10. On obtient ainsi le produit final sous la forme d'une tôle, d'une plaque ou d'une bobine. Dans le mode préféré de réalisation décrit cidessus, une tôle ou plaque d'acier laminée à chaud est obtenue, à partir d'une brame coulée, par des procédés continus, de sorte que la vitesse de production des tôles d'acier est élevée. Autrement dit, les tôles ou plaques d'acier laminées à chaud peuvent être fabriquées en 30 minutes environ à partir du début de la coulée. D'autre part, conformément au mode préféré de réalisation décrit ci-dessus, les brames coulées sont traitées immédiatement par un laminoir à chaud, de sorte que le rendement thermique est élevé. La figure 2 illustre une autre forme préférée de réalisation de la présente invention dans laquelle le processus de coulée et le processus de laminage sont effectués de façon discontinue. Dans cette forme préférée de réalisation, l'acier en fusion est introduit dans une machine 2 de coulée continue du type à bandes jumelées,à partir d'un four à cuve 1. La brame coulée, obtenue par passage à travers la zone 3 de refroidissement secondaire et les cylindres entraîneurs 4, est coupée à la longueur prédéterminée, au moyen d'un dispositif de coupe 5, et la brame coulée ainsi coupée est bobinée. La zone 3 de refroidissement secondaire peut ne pas être nécessaire, selon les cas. La bobine de brame coulée est ensuite chauffée dans un four de réchauffage 12, puis traitée par un laminoir à chaud 8 et un laminoir continu 9.La brame coulée laminée est coupée à la longueur et au poids prédéterminés, au moyen d'une cisaille 10. En outre, suivant ce procédé, des moyens de laminage léger peuvent être prévus à la sortie des cylindres entraîneurs 4, pour corriger les caractéristiques de la surface de la brame coulée. Conformément à ce procédé, la brame coulée peut être stockée sous la forme d'une bobine et un laminoir à chaud peut être mis en service en fonction du programme d'expédition, c'est-àdire que la souplesse d'utilisation est élevée.Bien que la vitesse de fabrication des tôles et plaques d'acier soit déterminée par la vitesse de coulée, inférieure à celle de laminage à chaud dans le cas où le processus de coulée et le processus de laminage à chaud sont exécutés de façon continue, la cadence de fabrication de l'appareil et le rendement de production peuvent être augmentés par installation de plusieurs machines de coulée et envoi dans le laminoir à chaud commun de la bobine de brame coulée obtenue. En outre, la brame coulée peut être coupée, au moyen du dispositif de coupe 5, en forme de plaque dont la longueur est inférieure à ce qui est indiqué plus haut. On peut obtenir également, dans ce cas, le même effet que dans le cas d'une bobine. Lorsque les brames de coulée sont coupées et bobinées, ou coupées en forme de plaques comme indiqué ci-dessus, la bobine ou la plaque peut être envoyée à un laminoir à froid. La présente invention a été mise au point après divers essais et recherches effectués par la demanderesse et des tôles et plaques d'acier de haute qualité peuvent être préparés efficacement, dans des conditions définies basées sur le résultat de ces essais. On sait que la ségrégation, par laquelle la région qui se solidifie en dernier (axe de la brame coulée) est enrichie en composants du soluté, se produit parce que l'acier en fusion est en dehors de l'état d'équilibre lorsqu'il se solidifie. Les essais effectués par la demanderesse montrent que l'état de ségrégation à cet axe dépend de la vitesse de solidification et de l'épaisseur de la brame coulée. La figure 3 est un graphique illustrant la relation entre l'épaisseur des brames coulées et l'état de ségrégation à l'axe.Sur ce graphique, la courbe 1 représente les résultats expérimentaux dans le cas où le coefficient K de vitesse de solidification est de 15 mm/mn0,5 D étant l'épaisseur de carapace solidifiée (mm) et t étant la durée (mon)1 ; la courbe 2 représente les résultats expérimentaux lorsque ce coeffi 0,5 cient K de vitesse de solidification est de 20 mm/mn0'5 et la courbe 3 représente les résultats expérimentaux lorsque ce coefficient K de vitesse de solidification est de 30 mm/mn0t5- L'état de ségrégation à l'axe est évalué sur la base du rapport (xZy) de la teneur x en carbone dans un échantillon foré de 3 mm de diamètre prélevé dans les brames coulées, à la teneur y en carbone déterminée par l'analyse de l'acier fondu. Le niveau de l'état de ségrégation à l'axe, indiqué par vigne a-a sur la figure 3, est la limite supérieure admissible pour le contrôle de qualité. Les résultats reportés sur la figure 3 montrent clairement que le risque de ségrégation peut entre évité par le choix d'une épaisseur de brame coulée inférieure à 80 mm, lorsqu'on utilise une machine de coulée continue dont le coefficient K de vitesse de solidification est de 20 mm/mn0'5. Ce coefficient K de vitesse de solidification peut être supérieur à 20 mm/mn0,5. Un coefficient de vites se de solidification supérieur à ladite valeur de 20 mm/ mu0'5 est souhaitable et il est possible de l'augmenter jusqu'à 30 mm/mn0,5 par réglage de la quantité d'eau pour le refroidissement des bandes.D'autre part, bien que la ségrégation soit au-dessous du niveau de la ligne a-a lorsque le coefficient de vitesse de solidification est de 30 mm/mn0,5, même avec une épaisseur de brame coulée supérieure à 80 mm, comme représenté sur la figure 3, la limite supérieure de l'épaisseur des brames coulées est fixée à 80 mm pour tenir compte d'une dimension raisonnable de laminoir. En outre, il est nécessaire de réduire l'épaisseur des brames coulées lorsque le coefficient de vitesse de solidification est inférieur à 20 mm/mn0'5. I1 n'est toutefois pas souhaitable, du point de vue de la capacité de la machine 2 de coulée continue et pour l'équilibre avec le processus de laminage, que l'épaisseur des brames coulées soit trop réduite. Par conséquent, la limite inférieure du coefficient de vitesse de solidification de 0,5 vrait être de 15 mm/mn0'5. Les caractéristiques de la surfaces des brames coulées sont toutefois influencées par la vitesse de transfert V1 de la bande et la vitesse d'alimentation V2 en acier fondu,dans le cas d'une machine de coulée continue du type à bandes jumelées. La figure 4 est un graphique illustrant les résultats des recherches de la demanderesse concernant de telles influences. La répartition de la qualité de la surface des brames coulées est représentée en fonction de V1 et (V2-V1). Sur la figure 4, les cercles blancs signifient une "bonne" qualité, les cercles noirs signifient une "mauvaise"qualité et les cercles à moitié noirs signifient une alimentation insuffisante en acier en fusion (le métal fondu peut ne pas être distribué suffisamment sur toute la brame coulée de sorte que des défauts partiels,peau rugueuse ou autres se forment sur la brame coulée).La limite, indiquée par une ligne en pointillé, entre la zone de distribution de "bonne" qualité et la zone de distribution de "mauvaise" qualité est nettement visible et il est important d'effectuer l'opération de façon à ce que les caractéristiques de la surface des brames coulées se trouvent au-dessous de cette limite, c'est-à-dire que l'équation V2 - V1 4 V1 x 1,5 doit être vérifiée et que la différence de vitesse (V2 - V1) ne doit pas aboutir à une alimentation insuffisante en acier fondu. Un autre point important dans le fonctionnement d'une machine de coulée continue du type à bandes jumelées est une relation entre la largeur W1 des brames coulées et la largeur W2 de l'alimentation en acier en fusion. Cette relation a également une influence sur la qualité de la surface des brames coulées. La figure 5 est un graphique qui illustre cette influence de W1 et W2. Sur la figure 5, les marques circulaires désignent les résultats obtenus lorsque la coulée est effectuée pendant 40 secondes à V1 = 5 m/mn et les marques triangulaires indiquent les résultats obtenus lorsque la coulée est effectuée pendant 20 secondes à V2 = 10 m/mn. Les marques circulaires blanches et les marques triangulaires blanches indiquent une "bonne" qualité de surface, tandis que les marques circulaires noires et les marques triangulaires noire s indiquent une "mauvaise" qualité de surface. Les chiffres portés sur les lignes en pointillé reliant ces marques séparément indiquent les pentes (W2/W1) de ces lignes en pointillé, en pourcentage. Ce graphique montre qu'il est souhaitable d'avoir (W2/W1) x 100 > 70%. D'autre part, bien qu'il soit souhaitable, d'un point de vue pratique, que la longueur effec d'unç bande tive/soit intérieure ou au plus égale à 5 mètres, il est nécessaire de former la carapace solidifiée des brames cou lées avec une épaisseur supérieure à la valeur définie, afin d'empêcher le gonflement des brames coulées du fait de la pression statique de l'acier fondu, puisque les brames coulées sont libérées d'une bande avant d'être complètement solidifiées, dans le cas d'une machine de coulée continue du type à bandes jumelées dans laquelle la longueur d'une bande est de 5 m ou moins.Par exemple, il est nécessaire d'obtenir une carapace solidifiée d'une épaisseur de 12,25 mm,lorsque des brames coulées dont l'épaisseur est de 70 mm sont coulées au moyen d'une machine de coulée continue du type à bandes jumelées dans laquelle une bande a une longueur effective de 5 m et est inclinée de 250. Cela peut être facilement obtenu par augmentation de la capacité de refroidissement de la zone de refroidissement primaire d'une machine de coulée continue. On décrit maintenant l'effet de l'épaisseur des produits dans le processus de laminage à chaud. La figure 6 illustre la relation entre les caractéristiques mécaniques des tôles ou plaques d'acier (réduction de section et allongement) et les rapports (h1/h2) de réduction d'épaisseur (rapport de l'épaisseur h1 de tôles ou plaques d'acier avant laminage à leur épaisseur h2 après laminage). Les marques circulaires blanches indiquent les résultats obtenus pour les échantillons prélevés dans la partie des brames coulées qui se trouve à une profondeur du quart de leur épaisseur à partir de leur surface et les marques circulaires noire s indiquent les résultats obtenus pour les échantillons prélevés dans la partie des brames coulées qui se trouve à une profondeur de -la moitié de leur épaisseur à partir de leur surface. Ce graphique montre clairement que la réduction de section et l'allongement sont sensiblement diminués lorsque le rapport de réduction d'épaisseur est de 3 ou moins et, par conséquent, un rapport de réduction d'épaisseur de 3 ou moins n'est pas souhaitable. Autrement dit, une réduction de section et un allongement convenables peuvent être obtenus lorsque le rapport de réduction d'épaisseur est de l'ordre de 3 ou davantage. Bien que l'épaisseur h2 des tôles ou plaques d'acier après laminage, lorsque h1 est de 80 mm, soit portée sur l'axe des abscisses, comme décrit plus haut, l'épaisseur des tôles ou plaques d'acier laminées à chaud est limitée à 26 mm ou moins lorsque l'épaisseur des brames coulées est de 80 mm ou moins et le rapport de réduction d'épaisseur est de l'ordre de 3 ou davantage. Il est entendu que des modifications de détail peuvent être apportées dans la forme et la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention, sans sortir du cadre de celle-ci. Revendications 1. Procédé de fabrication de tôles ou plaques- d'acier, caractérisé en ce qu'il comprend une opération dans laquelle l'acier en fusion est introduit dans une machine de coulée continue du type à bandes jumelées dont le coefficient K de vitesse de solidification (K = D/ , D étant l'épaisseur en mm de la carapace solidifiée et t étant la durée en minutes) est de 15 à 30 mm/mn0'5 et des brames coulées d'une épaisseur inférieure à 80 mm sont coulées, et une opération dans laquelle les brames coulées résultantes sont envoyées dans un laminoir et laminées pour obtenir des tôles ou plaques d'acier d'une épaisseur inférieure à 26 mm. 2. Procédé de fabrication de tôles ou plaques d'acier, caractérisé en ce qu'il comprend une opération dans laquelle l'acier en fusion est introduit dans une machine de coulée continue du type à bandes jumelées dont le coefficient K de vitesse de solidification est de 15 à 30 mm/ mu0,5 et des brames coulées d'une épaisseur inférieure à 80 mm sont coulées, une opération de coupe des brames coulées résultantes et une opération dans laquelle les brames coulées et coupées sont envoyées dans un laminoir et laminées pour obtenir des tôles ou plaques d'acier d'une épaisseur inférieure à 26 mm. 3. Procédé de fabrication de tôles ou plaques d'acier suivant la revendication 2, caractérisé en ce que les brames coulées résultantes sont coupées et bobinées. 4. Procédé de fabrication de tôles ou plaques d'acier suivant la revendication 3, caractérisé ence que les brames bobinées sont envoyées dans un laminoir à froid. 5. Procédé de fabrication de tôles ou plaques d'acier suivant la revendication 3, caractérisé en ce que les brames bobinées sont envoyées dans un laminoir à chaud, après réchauffage. 6. Procédé de fabrication de tôles ou plaques d'acier suivant la revendication 2, caractérisé en ce que les brames coulées résultantes sont coupées en forme de plaque. 7. Procédé de fabrication de tôles ou plaques d'acier suivant la revendication 6, caractérisé en ce que les plaques sont envoyées dans un laminoir à froid. 8. Procédé de fabrication de tôles ou plaques d'acier suivant la revendication 6, caractérisé en ce que les plaques sont envoyées dans un laminoir à chaud, après réchauffage.