P3 cours cc 2013 a

Ecole Polytechnique de Tunisie

procédés II - partie 3
La coulée continue

Année universitaire 2012 - 2013

Sidérurgie : procédés

2
Sidérurgie - Coulée continue - Fathi CHTIOUI - 2013

Sidérurgie : flux des matières

3

Plan de la cinquième partie

I- COULEE EN LINGOT

II- COULEE CONTINUE
- HISTORIQUE DE LA CC
- DESCRIPTIF DU PROCÉDÉ DE CC
- TYPES DES MACHINES CC
- PRODUITS DE COULÉE CONTINUE
- AVANTAGES DE LA CC
- ACIER LIQUIDE POUR LA CC
- OSCILLATION ET LUBRIFICATION
- RÔLE DU RÉPARTITEUR
- DÉFAUTS SUR LES PRODUITS DE CC

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I- COULEE EN LINGOTS

5

Coulée en lingot (dans un moule)
On laissait l’acier liquide se solidifier sous forme d'immenses lingots de plusieurs
tonnes (coulée en lingots).
Lingotières pour coulée de lingots
de plusieurs tonnes.

- La coulée en lingot est simple mais nécessite de nombreuses étapes.
- Utilisée maintenant pour la fabrication d'alliages spéciaux en petite série.

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Coulée en lingot (dans un moule)

Lors de la solidification de l’acier, les dernières impuretés
migrent vers la zone encore liquide.

Après démoulage, on élimine environ 5 à 20% du haut (il s'agit
de l'acier qui contient le plus d'impuretés).
7

Coupe transversale d’un lingot
Migration des impuretés.

La migration des
impuretés était surtout
un avantage quand
l'épuration de l'acier
était moins évoluée.

8

Zones et défauts
caractéristiques d'un lingot.

9

Coulée en lingot

-L'oxygène dissous va s'échapper lors de la solidification
(acier effervescent).

- L'oxygène va former du monoxyde de carbone. Cela ne
pose pas de problème pour la coulée en lingots .

- Le brassage va emmener les impuretés vers le haut et
réduire la ségrégation (séparation des différents alliages lors
de la solidification).

- Il se produit également un retassage pendant la
solidification (réduction de volume et naissance de crevasses).

- Les bulles restantes et les crevasses sont écrasées lors du
laminage à chaud et ne posent aucun problème.

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Coulée de lingot

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EXEMPLES DE
LINGOTS
Lingot de 200 tonnes pour
colonne de presse
Coulée en source
par PILSEN STEEL
République Tchèque

Lingot d’acier - Dia 4,2 m
600 tonnes d’acier
(5 poches de 120 t)
Pièce pour réacteurs nucléaires.
par Japan Steel Works

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Autres exemples

forgeage d’un lingot Grosse pièce moulée

Villebrequin
Vannes en acier de 3 tonnes
Dans les années ’80
Par ELFOULADH-
SOFOMECA
Client : USA

13

II- COULEE CONTINUE

80 à 90 % de l’acier de
l’Europe de l’Ouest
est produit par CC

1 : la poche amenant le métal
2 : la quenouille régulant le
débit d'acier liquide
3 : la lingotière
7 : rouleaux s'opposant aux
déformations dues à la
pression hydrostatique
générée par l’acier liquide

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Coulée continue

-Produit directement des produits semi-finis (en une
seule étape)

-L'acier doit être de très bonne qualité, puisque les
impuretés se retrouvent partout dans le produit, le
rendant fragile.

-L'acier effervescent ne peut pas être utilisé en coulée
continue car il augmente les risques de percée de la
coulée.

-L’acier nécessite d’être calmé (désoxydation par Al et
Si)

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Historique de la coulée continue

1840-1846 Idée assez ancienne (SELLERS, LANG, et
BESSEMER)
Mise en œuvre difficile
1930 Alliages non ferreux à basse température
Avec succès
1942-1945 Premiers essais de CC d’acier
Système d’oscillation de la lingotière étant la base
du succès (mis au point en 1933 par JUNGHANS)

1646-1950 Premières machines pilotes - Billettes
1 ou 2 lignes
BG, USA, Autriche, RFA
A partir 1950 Progrès rapides
1962-1963 Age d’or de la coulée continue

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Descriptif du procédé

La coulée continue est un procédé astucieux qui
consiste à :

-Former en continue dans une lingotière ouverte aux
deux extrémités et refroidie énergiquement à l’eau,
une carapace de métal solide assez résistante pour
contenir le métal liquide du cœur.

- Faire avancer cette carapace qui se détache de la
lingotière grâce à la contraction du métal et en
achever le refroidissement par aspersion d’eau.

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Eau déminéralisée jet d’acier Descriptif du procédé
Lingotière

1 Piston de démarrage
(mannequin)

Eau déminéralisée

2
Carapace
Piston de démarrage (croûte solidifiée)
(mannequin)

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Descriptif du procédé

Eau déminéralisée jet d’acier

Lingotière

3
Eau déminéralisée

Coupe à la longueur

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TYPES DE MACHINES DE CC

 Machine verticale (hauteur = 30m)

 Machine radiale (rayon de courbure constant)

 Machine curviligne (rayon de courbure variable)

 Machine horizontale (pente faible)

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Poche de coulée
Schéma d’une MCC
continue verticale
Répartiteur
(tundish)

H2 O Lingotière
(refroidissement primaire)

refroidissement secondaire

Zone de coupe Dégagement

21

MCC radiale
Rayon de courbure constant

<

22

MCC curviligne
Rayon de courbure variable
R=∞
R =∞

R=8m

23

Schéma d’une MCC horizontale

24

Transformation des produits
de coulée continue
RAB en barres

Fil en couronnes

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Produits de coulée continue

Sections : 100 mm 150 mm

- Billette : 100 mm à 150 mm

max 600 mm
180 – 240 mm
150-300 mm
- Bloom : 180 – 240 mm à max 350 mm

- Brame : 600 – 2200 mm (max 2700 mm)

150-300 mm
Rails
-Ebauches : servent à fabriquer de moyens
et gros profilés

Nuances : la coulée continue est utilisée pour
pratiquement toutes les nuances d’aciers au
carbone et d’aciers alliés destinés aux usages
courant et à la construction.
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Avantages de la coulée continue

• Meilleur rendement métallique (presque pas de chutage pour retassure)

• Lingots de petite section (directement adaptés aux laminoirs finisseurs)

• Économie d’énergie

• Économie de main-d’œuvre

• Meilleure qualité d’acier (moins de ségrégation et meilleure homogénéité)

• Cycle de fabrication plus court

• Meilleures conditions de travail

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Masse volumique de l’acier

- La masse volumique varie avec la température (dilatation) , et
la composition chimique (arrangement atomique et défauts).

- Pour les aciers au carbone ou faiblement alliés, elle est de
l’ordre (par convention) de :

7,85 g/cm3 à la température ambiante

7 - 7,2 g/cm3 à T°fusion

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Température de fusion de l’acier

Une formule empirique simplifiée permet de déterminer la
température de fusion (Tliquidus) d’un acier :

Tliquidus = 1536,6 °C – [88,2 C + 5 Mn + 8 Si + 25 S + 30 P +
4 Ni + 1,5 Cr + 5 Cu + 18 Ti + 3,4 Al +
2 Mo + 2 Va + 8,7 Nb + 1,3 Co + 0,7 W]
-C, Mn, …W : teneurs exprimées en % massique
-formule applicable au aciers au carbone, aux aciers faiblement
ou moyennement alliés et pour des teneurs usuelles.

Validité des coefficients
jusqu’à
C 4% Ti 15 %
Mn 85 % V 30 %
Si 20 % Nb 20 %
Cr 25 % Co 30 %
Mo 35 % W 15 %

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Surchauffe de l’acier liquide pour CC

Surchauffe : C’est la différence entre la température de l’acier
dans le répartiteur et la température du liquidus.

∆T = T répartiteur – T liquidus

T liquidus = 1536 - 80,5 Céq.

T solidus = 1536 - 410 Céq. quand Céq. < 0,1
T solidus = 1495 quand 0,1 < Céq. < 0,21
T solidus = 1536 - 184 Céq. quand Céq. > 0,21

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Acier liquide pour la CC - surchauffe

- La surchauffe idéale pour la coulée continue est de 20 – 35°C.

- Une surchauffe faible (10 – 20°C) donne
• mauvaise qualité de peau
• bouchage des busettes.

- Une surchauffe élevée (30 – 60°C) donne
• Meilleure décantation des inclusions (métal plus propre)
• Meilleur état de surface
•Moins de risque de bouchage des busettes
• Risques de percées
• Structure dendritique défavorable
• Porosité axiale plus importante
• Macro-ségrégation

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Maîtrise de la surchauffe
Température
de coulée Immersion d’un lingot
pendant un laps de temps

Tcp

TV

Tb Tcp : Température de coulée en poche
T v : Température visée
T b : Température du bain avant coulée

Coulée en poche Temps

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Longueur métallurgique

- C’est la distance entre le niveau du métal
dans la lingotière et le point où la dernière
goutte de liquide est solidifiée (solidification à
cœur).
Lv
-Elle dépend de la section de la lingotière
et de la vitesse d’extraction du produit.

- Pour les billettes :

Lv =
0,024 . a2 . V

a (cm) V (m/mn)

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Oscillation de la lingotière
et lubrification

- Les oscillations créent un mouvement relatif de la file
d’acier avec la lingotière pour éviter tout collage.

- Le décollement de l’acier est facilité par l’adjonction
de lubrifiants (fondants ou huile) au niveau du ménisque
de l’acier.

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Rôle du répartiteur

- En plus de la distribution de l’acier aux
différentes lingotières (plusieurs lignes), le répartiteur
(TUNDISH) remplit aussi une fonction essentielle,
à savoir l’abaissement de la pression
ferrostatique au niveau de la lingotière. Répartiteur
Pression ferrostatique : (tundish)

P = P0 + ρ . g . h
(Pa) (105 Pa) ( 7,2g/cm3) (9,81m/s2) (mm)

105 Pa = 1 bar

- Dans certains cas le répartiteur peut être
équipé de barrages filtrants : chicanes
réfractaires pour la rétention des
inclusions.

- Le répartiteur qui sert de réservoir tampon peut être équipé
d’obturateur permettant de réguler le débit.

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Propreté du l’acier

- La propreté de l’acier dépend de sa teneur en O 2 dissous.

- Il convient de réaliser une désoxydation par précipitation
(par Si et Al).

- Cette désoxydation consiste en la formation d’inclusions
d’oxydes et leur séparation du métal par :

• Brassage en poche
• Chicanes (répartiteur à barrages filtrants)
• Géométrie des busettes
• Brassage électromagnétique en lingotières

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Défauts sur les produits de coulée continue

- La plupart des défauts sont dus aux conditions de coulage.
- Les défauts peuvent être internes ou externes.

- Exemples :
* Crique longitudinale :

* Crique longitudinale de coin :

Causes :
•Refroidissement irrégulier de la lingotière
•Température élevée
•S et P élevé

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* Crique transversale :

Causes :
•Refroidissement excessif de la surface
• Accrochage du produit dans la lingotière (dans les angles)
• Lingotière
• Lubrification insuffisante

* Incrustation de laitier :

Causes :
• Répartiteur sale
• Niveau d’acier dans le répartiteur bas

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* Interruption de coulée (ressoudure) :

* Fissure axiale :

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Exemple d’application
Métal 1 de la CC

La température de fusion de
M2 doit être < à celle de M1
ex: Acier (M1) /Cuivre (M2)

Métal 2

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BIBLIOGRAPHIE

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•Cours de Métallurgie et matériaux , J. TALBOT, DEA de chimie appliquée, Ecole
Nationale Supérieure de Chimie de Paris, Université Pierre et Marie Curie, Paris VI , 1980
•Cours de Sidérurgie, P. BELIAKOV and O.A.KUGARENKO, Formation pour
ingénieurs aciéristes, Centre de formation de zaporozhye, Ukraine, programme UNIDO, 1987
•Les cahiers du CESSID, l’aciérie électrique, C. BARBAZANGES et M. POCHERAY,
1965
•Rapport de la mission Japonaise à ELFOULADH, CODOSTEEL, 1977
•Collection Techniques de l’ingénieur, M7, Sidérurgie
•Electric arc furnace steelmaging, Volume I, Désign, opération and practice, edited by
CLARENCE E. SIMS, New York-London, 1962
•Electric arc furnace steelmaging, Volume II, Theory and fundamentals, edited by
CLARENCE E. SIMS, New York-London, 1963
•The international steel trade, Peter M FISH, Cambridge, England, 1995
•Blast furnace pig iron production, V..N. KHOMICH and P.D. TOPORENKO, summary
of lectures, UNIDO training programme, zaporzhye, 1987
•Bthe practice of steel teeming and ingot formation processes, K.P. UDICHEV and O.I.
LEGKOSTUP, summary of lectures, UNIDO training programme, zaporzhye, 1987
•Production of slabs, V.V. LASHIN, summary of lectures, UNIDO training programme,
zaporzhye, 1987
•Production of steel in oxygen converters, V.I. BAPTISMANSKY, summary of lectures ,
UNIDO training programme, zaporzhye, 1987
•Desulfurization of hot metal and steel , F. CHTIOUI and S. KAYALI, technical report,
UNIDO training programme, zaporzhye, 1987
•Cours enrichi par des données prises dans des sites internet
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