Brevet FR2591135A1 — publié le 19870612

Cette invention concerne un procédé amélioré de reglage des conditions de coulée en continu. En particulier elle concerne des moyens pour commander et régler la température de l'acier liquide dans le panier de coulée. La coulée en continu de l'acier est un procéde bien connu et largement utilisé. Cependant aucune solution satisfaisante n'a encore été trouvée aux demandes posées par les besoins économiques et technologiques recents exigeant une plus grande vitesse de coulée et une meilleure qualité du produit semi-fini d'une large utilisation d'un laminage direct de la fonte semi- ouvrée, qui n'est effectué a l'heure actuelle que par de rares producteurs, ou même la possibilité de couler en continu des produits n'ayant que quelques centimètres d'épaisseur à laminer a chaud directement, constitueraient des innovations vraiment radicales et seraient extrêmement bénéfiques pour l'industrie de l'acier aux points de vue techniques et économiques, ce qui contribuerait a soulager la situation critique actuelle que chacun connait. De manière très générale, il est raisonnable d'affirmer que la plupart des problemes de qualité affectant 2 2591135 les fontes semi-finies coulees en continu proviennent des variations ou fluctuations des conditions de coulee; deux des parametres d'operation qui sont universellement consideres comme etant les plus significatifs a cet egard sont la temperature et le debit de l'acier verse dans le moule de la machine a couler en continu. En particulier, on considère comme essentiel que ces parametres restent aussi constants que possible pendant la coulee. En ce qui concerne la température, il est evident qu'il est nécessaire de couler l'acier à une temperature superieure au liquidus. Cette différence de température appelée surchauffe, doit être suffisamment élevee pour permettre le fonctionnement régulier des opérations de coulée, mais elle doit aussi être aussi faible que possible pour deux raisons. La première est qu'il est coûteux d'élever la température de l'acier liquide dans le four. La seconde est que le processus de solidification de l'acier dans le moule a un effet remarquable sur la qualité du produit semi-ouvre résultant et que cette solidification est influencée par la surchauffe, tenue couramment pour être le parametre fondamental déterminant la structure finale. On a trouve en fait qu'une surchauffe de moins de 10'C améliore grandement tant la ségrégation que la structure de solidification (très faible pourcentage de structure equiaxe). Un autre paramètre important est l'uniformité de la température de coulée de l'acier; il a été reconnu que des fluctuations de température pendant une coulée en continu provoquent une solidification non uniforme qui conduit elle- même à la formation de fissures et d'une porosité superficielles longitudinales et de fissures centrales. En outre, au cours d'une coulée en continu à vitesse élevée, une surchauffe forte et des fluctuations possibles de température donnent une formation insuffisante d'une peau solide, en augmentant ainsi le risque de fissures, en particulier dans les coins, ou même de rupture. Cet exposé rapide de la situation montre clairement que la coulée en continu exige une surchauffe fixe connue qui soit aussi faible que possible. Cependant ceci implique le risque de la solidification de l'acier avant qu'il ne soit coule, en particulier dans les zones o il y a la plus grande perte de chaleur, comme dans les buses; evidemment plus faible est la surchauffe, plus grand est le risque. Les solutions proposées à ce probleme jusqu'a present ne se sont pas revelees être totalement satisfaisantes, pour diverses raisons. Il a par exemple été propose que l'acier dans la poche ou le panier soit maintenu chaud à l'aide d'électrodes à arc ou de résistances noyees dans les parois de ces recipients. En dehors de la faible efficacité thermique de tels systèmes, qui les rend très coûteux à l'utilisation, demeure toujours le problème du maintien à une valeur constante de la température de l'acier aux différentes buses. La présente invention a pour but de surmonter ces difficultés a l'aide d'un procédé simple et efficace qui permet a l'acier d'être soutire du four à une température relativement faible, de couler l'acier en continu avec une surchauffe minimale et déterminée et d'empêcher un blocage partiel ou total des buses par de l'acier solidifie. Dans la demande de brevet italienne antérieure N 49069 A/84, il a été proposé de chauffer l'acier dans la poche et/ou le panier par des moyens électriques, utilisant de préférence une torche à plasma. Des études et essais ultérieurs ont cependant révelé qu'il se pose un autre problème à savoir que, lors de la coulée en continu de plusieurs cordons, il peut arriver que la température de l'acier coulé en deux cordons différents soit différente à un quelconque moment donné. Une telle situation est clairement inacceptable, car elle signifie qu'il est impossible de traiter tous les cordons de coulée de la même manière, en ce qui concerne la vitesse de refroidissement et donc les conditions métallurgiques de solidification. On a en fait trouvé qu'il ne suffit pas d'augmenter le nombre de points de chauffe pour assurer une température suffisamment uniforme dans les divers cordons de coulée. Une étude de la dynamique des fluides dans les paniers de coulée a montre qu'il existait un certain nombre de trajets d'écoulement généraux qui font que les trajets empruntés par l'acier et les durees de séjour different effectivement dans les différents cordons de couiee; le problème est relativement simple dans le cas de paniers n'ayant que quelques buses mais devient extrêmement complexe dans les installations comportant de nombreux cordons provenant du même panier. Dans de telles conditions il serait necessaire de prévoir le chauffage de chaque cordon, mais il est evident que cette solution n'est pas satisfaisante en raison de son coût eleve et du fait que chaque cordon nécessiterait vraisemblablement un traitement très spécifique qui différerait de celui reçu par les autres. Il resulte cependant de l'etude de dynamique des fluides susmentionnee qu'il existe des "noeuds" d'écoulement de l'acier, un noeud étant défini comme un lieu dans la masse liquide o le flux d'acier se separe en deux ou plusieurs flux, la somme algébrique des flux à ce noeud étant égale à zero. Selon la présente invention, ces noeud peuvent avantageusement être utilisés comme zones de chauffage ou, de préférence, il est possible de créer des noeuds de telle sorte que les trajets entre eux et deux trous de coulée ou plus soient équivalents. En conséquence le procédé améliore selon la présente invention est caractérisé en ce que, à l'intérieur de la masse d'acier liquide en mouvement dans un panier, on identifie les noeuds d'écoulement se trouvant chacun à une position centrale vis-à- vis d'au moins deux trous de coulée et en ce que à au moins une partie de ces noeuds, l'acier est soumis à l'effet de chauffage d'une source de chaleur de température élevée non polluante. De préférence, ces noeuds sont délibérément créés par insertion d'une chicane sur le trajet d'écoulement de l'acier. De préférence encore, l'un des noeuds à chauffer se trouve à proximité de la zone o l'acier provenant de la poche est déchargé dans le panier. Quant à la source de chaleur, elle peut avantageusement prendre la forme d'une torche à plasma, de préférence du type à arc de plasma, avec une alimentation en courant continu ou en courant alternatif, en raison de l'efficacité thermique élevée de ce dispositif, de la possibilité de fournir des quantités importantes de chaleur concentrées dans un espace très bien deélimité, de la bonne possibilité de réglage, de l'absence de pollution et des dimensions limitees. La presente invention sera maintenant decrite plus en detail avec reference aux quelques modes de realisation qui sont donnes simplement a titre d'exemples et sans limitation de l'invention et de ses revendications, a l'aide des dessins annexes dans lesquels: la figure 1 est une vue en plan schematique d'un mode de realisation dans un panier a trois trous de coulee, la figure 2 est une vue schématique en plan d'un mode de realisation dans un panier à quatre trous de coulée. Si on se réfère aux dessins, on voit qu'un panier 1 comporte plusieurs trous de coulée 2 et un creuset de réception , c'est-a-dire une zone dans laquelle l'acier fondu est decharge depuis une poche située à un niveau supérieur (non représentée) dans le panier. Il est évident qu'il existe plusieurs trajets entre le creuset de reception et les différents trous de coulée, de sorte que le temps que met l'acier à suivre ces trajets et donc la quantité de refroidissement qui en résulte varieront cas par cas. Selon l'invention, il est placé une chicane 4 à l'intérieur du panier de telle manière que l'acier est forcé de la contourner avant de pouvoir se diriger vers un quelconque trou de coulée donne. De cette façon, il se crée des noeuds spécifiques 3' et 3" (à des endroits qui sont différents de ceux o se produiraient les noeuds s'il n'y avait pas de chicane 4) o on installe les dispositifs de chauffage, lesdits noeuds se trouvant en position centrale entre les deux trous de coulée les plus proches. L'expression "position centrale" désigne ici une position qui est choisie de façon particulière a la fois en ce qui concerne la distance et l'écoulement de métal. Ainsi sur la figure 1 par exemple, le trou de coulée du milieu reçoit l'acier provenant des deux noeuds 3' et 3", de sorte que l'écoulement d'acier depuis ces deux noeuds vers le trou de coulée central est vraisemblablement plus lent que vers les trous plus externes. Il s'ensuit donc que l'acier restera plus longtemps sur ce trajet et aura tendance à se refroidir plus, de sorte que les noeuds 3' et 3" seront placés un peu plus pres du trou central que des trous externes. Sur les deux figures, le noeud 3 est formé par l'ecoulement de l'acier de la poche au panier.puis par les ecoulements vers les noeuds 3' et 3", ces ecoulements etant scheématises par des fleches, puis des noeuds 3' et 3" vers les trous de coulee) et il est de preference chauffe. Le réglage de la temperature et l'utilisation d'une torche a plasma selon la presente invention sont également particulierement interessants en raison des traitements metallurgiques qu'ils permettent. En fait, la faible surchauffe ne permet pas d'utiliser totalement certains laitiers liquides dans des traitements metallurgiques secondaires, leur réactivité dépendant de la température. L'introduction de ces laitiers, a l'état.solide, ou mime d'éléments d'alliages ou de gaz spéciaux, dans le plasma de la torche dirigée sur les noeuds donne des rendements élevés et une répartition homogène du traitement dans l'acier. 7 2591135 REVENDICATIONS 1.- Procéde amélioré de régulation des conditions de coulée en continu, caractérisé en ce que, dans la masse d'acier liquide se déplaçant dans un panier de coulée (1), on identifie des noeuds d'écoulement (3,3',3"), chacun dans une position centrale vis-à-vis d'au moins deux trous de coulée (2) et que, dans au moins une partie desdits noeuds, l'acier est soumis à l'effet de chauffage d'une source de chaleur. 2.- Procédé ameliore selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits noeuds chauffés sont spécialement créés par positionnement de chicanes (4) sur le trajet de l'acier. 3.- Procédé amélioré selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un des noeuds chauffés est situé près de la zone (5) o l'acier est déchargé dans le panier de coulée (1). 4.- Procédé. amélioré selon la revendication 1, caractérise en ce que ladite source de chaleur consiste en une torche à arc de plasma.