Brevet FR2572316A1 — publié le 19860502

Procédé de réglage des conditions de coulée continue. La présente invention concerne un procédé de réglage des conditions de coulée continue et a trait, plus particulièrement, à des moyens de contrôle et de réglage de la température de l'acier liquide aussi bien dans la poche et/ou dans le panier que dans la busette de coulée. Un avantage supplémentaire procuré par la présente invention réside dans le fait qu'elle assure un écoulement d'acier plus régulier dans la busette de coulée. La coulée continue de l'acier est un procédé bien connu et très répandu. Toutefois, les aspirations technologiques et économiques les plus récentes visant à augmenter la vitesse de coulée et à améliorer la qualité du demi-produit ainsi préparé (pour ce qui concerne par exemple un bas niveau de ségrégation, la faible incidence de défauts superficiels et internes tels que les craquelures, la porosité axiale et analogues, ainsi que les structures de'solidification) n'ont pas vraiment trouvé de solution satisfaisante. Or la résolution de ces problèmes a une impor- tance considérable, non seulement en raison du souhait prémentionné de l'amélioration de la qualité, mais aussi du fait des possibilités de développements tech- nologiques ultérieurs qui pourraient en résulter. Ainsi, par exemple, la possibilité d'étendre la technique du laminage direct du demi-produit coulé, qui à l'heure présente est encore limitée à un très petit nombre de producteurs, ou même la possibilité de couler des produits minces (par exemple ceux ayant quelques centimètres d'épaisseur) en continu et de les laminer directement à chaud en forme de feuillard constitueraient des innovations vraiment radicales et procureraient à la sidérurgie des avantages importants, même au point de vue économique, qui l'aideraient à se dégager de la situation critique actuelle. D'une manière très générale, il est permis d'affirmer qu'une grande partie des problèmes de qualité des demi-produits de la coulée continue peuvent être attribués aux fluctuations ou aux variations des conditions de la coulée. Parmi les paramètres de fabrication universellement reconnus comme les plus importants, il faut mentionner la température et le débit de l'acier liquide lorsqu'il arrive dans la lingotière de la machine de coulée continue. Il est considéré comme essentiel de maintenir ces deux para- mètres aussi constants que possible. Néanmoins, en ce qui concerne la température, il est évident que l'acier doit être coulé à une température supérieure à celle du liquidus. Cette différence de température, appelée communément surchauffe, doit être assez grande pour permettre le déroulement régulier des opérations de coulée, mais il est en même temps souhaitable qu'elle soit aussi petite que possible et ce pour deux raisons. La première raison consiste dans le fait qu'une augmentation de la température de l'acier liquide dans le four électrique est coûteuse, compte tenu également de l'efficacité thermique relati- vement basse de l'arc électrique, efficacité évaluée à environ 30 %. La deuxième raison est que le processus de solidification de l'acier dans la lingotière a une influence très nette sur la qualité du demi-produit obtenu, cette solidification étant à son tour influencée par la surchauffe, laquelle est considérée à juste titre comme le paramètre fondamental qui règle la structure finale. En particulier, il s'est avéré qu'une surchauffe inférieure à 10-C améliore notablement la situation en ce qui concerne la ségrégation. Un autre paramètre important réside dans l'uniformité de la température de l'acier coulé. On a constaté que des fluctuations de la température au cours de la coulée continue donnent lieu à une solidification irrégulière qui provoque à son tour la formation de craquelures superficielles longitudinales, de la porosité et des craquelures centrales. De plus, dans la coulée continue à vitesse élevée, une forte surchauffe et des fluctuations éventuelles de la température entraînent une formation insuffisante de peau solide et créent un risque de craquelures, en particulier sur les arêtes, et même de défoncement. Cet exposé succinct met en évidence qu'il est nécessaire d'effectuer la coulée continue avec une surchauffe connue, constante et aussi basse que possible. Toutefois, un tel mode d'exécution expose au risque - d'autant plus grand que la surchauffe est moins élevée- de solidifier l'acier avant qu'il ne soit coulé, en particulier dans les zones à grande dispersion thermique, comme les busettes de coulée. Les solutions à ce problème proposées jusqu'ici n'ont pas donné entière satisfaction pour une série de raisons. Par exemple, on a proposé de maintenir l'acier chaud dans la poche ou dans le panier au moyen d'électro- des à arc ou de résistances encastrées dans les parois de ces récipients. Toutefois, en plus de la basse effi- cacité thermique de ces systèmes, qui rend leur emploi trop onéreux, il reste toujours le problème de la solidification de l'acier dans les busettes de coulée, qui est toujours possible, au moins au début des opéra- tions de coulée, si la surchauffe est maintenue à des niveaux adéquatement bas. La présente invention vise à pallier ces inconvénients en proposant un procédé simple et efficace qui permet de soutirer l'acier du four à une température remarquablement basse, de couler l'acier en continu avec une surchauffe constante et minimale, d'empêcher les occlusions partielles ou totales de la busette de coulée par l'acier solidifié et, éventuellement, de retarder la formation d'occlusions non métalliques dans la busette de coulée. Dans une installation de coulée continue dans laquelle l'acier soutiré de four est transféré dans une poche et est, de celle-ci, déchargé dans un panier à partir duquel il est envoyé au moyen d'une busette immergée dans la lingotière de coulée continue, le procédé suivant la présente invention est caractérisé par le fait que l'acier liquide contenu dans l'un au moins des deux récipients, la poche ou le panier, en amont de la lingotière de coulée continue, est soumis à l'action de rayonnement et de convection d'un dispo- sitif de chauffage de type électrique et par le fait que l'on provoque un passage de courant à travers l'acier liquide entre ledit dispositif de chauffage et la lingotière de coulée continue. En variante, si on le con- sidère comme possible et nécessaire, on peut faire passer le courant entre ledit dispositif de chauffage et un élément approprié placé en aval comme par exemple la busette de coulée ou des parties de la machine de coulée continue situées en aval de la lingotière ou bien même le demi- produit coulé et solidifié lui-même. Ces solutions alternatives ne sortent pas de la portée de la présente invention vu que, comme il apparaîtra plus loin, le fait que du courant d'ampérage adéquat traverse aussi l'acier qui passe dans la busette entre le panier et la lingotière revêt une importance particulière suivant 1l'invention. Ce dispositif de chauffage de type électrique est constitué de préférence par une torche au plasma à arc transféré en raison de la grande efficacité thermique de celle-ci et du fait de ses multiples possibilités de réglage. Enfin, suivant la présente invention, il est également possible de soumettre ultérieurement l'acier passant dans la busette entre le panier et la lingotière à un champ magnétique dirigé perpendiculairement à la direction de l'écoulement de l'acier liquide, de manière que ce champ magnétique, associé au flux du courant perpendiculaire à celui-ci, provoque des forces d'agita- tion de l'acier à l'intérieur de la busette de coulée afin d'empêcher l'accumulation d'impuretés non métalli- ques qui pourraient obstruer la busette de coulée. Il est possible également, en réglant adéquatement ce champ magnétique et/ou le courant qui passe dans la busette, d'exercer un certain contrôle sur le débit de l'acier à travers la busette de coulée. En opérant conformément à la présente invention, on obtient de nombreux avantages: - il est possible de soutirer l'acier du four avec la surchauffe minimale compatible avec les temps d'attente entre le soutirage et la coulée continue, - il est possible de maintenir pendant la coulée une surchauffe de l'acier liquide minimale et constante dans le temps, le maintien de cette surchauffe s'effectue avec le minimum de prix de revient possible grâce à la grande efficacité thermique de la torche à plasma, - grâce au fait que, pour l'emploi de torches à arc transféré, du courant électrique de haut ampérage passe à travers l'acier liquide et en particulier dans celui coulant dans la busette de coulée, il est possible d'exploiter l'effet Joule pour assurer, dans la busette, un chauffage ultérieur de l'acier afin d'en éviter le blocage par l'acier lui-même qui pourrait se solidifier à cause de la surchauffe minimale. Naturellement, le réglage des températures de l'acier liquide avant son entrée dans la lingotière et, en particulier, dans la busette du panier, est assuré au moyen de dispositifs bien connus qui règlent égale- ment, par conséquent, les paramètres de fonctionnement de la torche (tension, courant, débit du gaz et distance du bain) afin de maintenir la valeur de la surchauffe constante dans le temps. Comme on l'a indiqué précédemment, un autre paramètre important qui règle la qualité des demi- produits coulés en continu réside dans l'uniformité de la température. Il est normal qu'au cours de la coulée continue, en particulier dans les installations de grande capacité, il puisse apparaître des différences de tempé- rature dans une- poche donnée. Dans ce cas, il est inévi- table que cette hétérogénéité se transmette jusque dans la lingotière en annulant, au moins en partie, les avantages obtenus suivant la présente invention. L'utilisation d'un panier particulier, décrit dans la demande de brevet françaisn'EN 85 06 839 (publication ne 2 564 011), au nom de la Demanderesse, assure une excellente homogénéisation de la composition et de la température de l'acier liquide en permettant d'obtenir l'élimination totale des inconvénients mentionnés. Dans une série d'expériences pratiques suivant la présente invention, effectuées à l'échelle industriel- le, dans une coulée continue ayant une capacité de 25 t/h par ligne, il a été possible d'abaisser de 40-C la surchauffe dans le four, de soumettre l'acier à une série de traitements en dehors du four et de le maintenir dans le panier avec une surchauffe constante dans le temps de 7-8C, en tirant parti ultérieurement d'un chauffage par effet Joule dans la busette du panier réglable en continu entre 1 et 10'C. -* Des essais analogues effectués sur une machine de coulée continue ayant une capacité de 50 t/h ont montré la possibilité d'obtenir des résultats analogues, mais en utilisant naturellement des courants plus élevés. En raison de la puissance limitée de la torche disponible, il n'a pas été possible de travailler dans des installations de coulée continue de plus grande capacité. Toutefois, les projections des données disponibles à une machine de coulée continue ayant une capacité de 150 t/h par ligne indiquent la possi- bilité d'obtenir des augmentations de température par effet Joule dans le busette de l'ordre de 1-2 degrés centigrades avec des courants de l'ordre de 15.000 A, tout en réduisant et en réglant la surchauffe dans le panier et/ou la poche en utilisant évidemment des torches de puissance adéquate. Ces essais préliminaires ont permis de constater qu'en opérant suivant la présente invention on obtient une amélioration notable du phénomène de ségrégation, une réduction de la structure dendritique d'au moins %, l'élimination quasi totale des défaux axiaux tels que la porosité et les petites cavités, ainsi qu'une diminution importante, de l'ordre d'au moins %, de la formation de craquelures sur les faces et les arêtes du demi-produit ainsi obtenu. Revendications 1. Procédé de réglage des conditions de coulée continue dans laquelle l'acier soutiré du four est transféré dans une poche et est, de celle-ci, dans la station de coulée continue, déchargé dans au moins un panier à partir duquel il est envoyé au moyen d'une busette immergée dans la lingotière de coulée continue, caractérisé par le fait que l'acier liquide contenu dans l'un au moins desdits récipients, en amont de la lingotière de coulée continue, est soumis à l'action de rayonnement et de convection d'un dispositif de chauffage de type électrique et par le fait que l'on provoque un passage de courant à travers l'acier liquide entre ledit dispositif de chauffage et un retour placé en aval dudit dispositif de chauffage. 2. Procédé de réglage des conditions de coulée continue suivant la revendication 1 caractérisé par le fait que ledit dispositif de chauffage consiste en une torche au plasma à arc transféré. 3. Procédé de réglage des conditions de coulée continue suivant la revendication 1 caractérisé par le fait que le retour de courant, en aval dudit dispositif de chauffage, s'effectue par la lingotière de coulée continue. 4. Procédé de réglage des conditions de coulée continue suivant la revendication 1 caractérisé par le fait que l'acier qui passe dans la busette entre le panier et la lingotière de coulée continue est soumis non seulement au passage de courant mais également à un champ magnétique dirigé perpendiculairement à la direction de l'écoulement de l'acier.