Procédé pour contrôler la coulée continue des métaux.
La présente invention est relative à un procédé pour contrôler la coulée continue des métaux.
Dans le texte qui suit, il est principalement question de la coulée continue de l'acier, mais il est bien entendu que ces considérations ainsi que les revendications restent valables pour tous les métaux susceptibles d'être coulés dans les conditions ainsi définies.
Les processus de coulée continue des métaux consistent à verser le métal liquide à partir d'une poche de coulée,directement ou par l'intermédiaire d'un panier de coulée, � dans une lingotière de coulée continue, refroidie à l'eau.
Sous l'action de ce refroidissement dit primaire, s'amorce la
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extrémité inférieure ouverte de la dite lingotière.
Le lingot en cours de solidification sortant de façon continue hors de la lingotière est soumis également à un refroidissement par eau. Ce refroidissement dit secondaire, assure la solidification progressive et complète du métal.
Tout au long de la solidification, la peau du brin d'acier coulé en continu est soumise à des contraintes thermiques et mécaniques variables. Ces contraintes, jointes à une faible résistance mécanique du produit, peuvent être la cause de fissurations qui entraînent la percée ou l'apparition de défauts internes ou superficiels.
Le contrôle d e la marche d'une installation de coulée continue doit assurer la coulée sans incidents (percée, gonflement,...) d'un produit sain (sans ségrégations ni fissures internes ou superficielles) à un rythme synchrone des fours d' élaboration.
Ce contrôle consiste :
- à définir la vitesse de coulée,
- à calculer les débits d'eau à mettre en oeuvre dans chacune des zones du circuit de refroidissement secondaire.
Les consignes proposées par les constructeurs et effectivement utilisées dans la plupart des installations sont relativement simples. D'une part, une vitesse de coulée maximum est définie en fonction de la composition du métal (par exemple de la nuance de l'acier) et du format du lingot. Cette vitesse correspond à la longueur maximum permise pour le puits liquide. D'autre part, la quantité totale d'eau secondaire est proportionnelle à la vitesse de coulée. Cette quantité est calculée de façon à maintenir constant le poids d'eau d'aspersion par kilo de métal coulé. Ce poids d'eau est défini également en fonction de la composition du métal. Dans le cas de l'acier, \ il varie entre 0,5 litre/kg et 2 litres/kg, mais généralement sa valeur est voisine de 1 litre/kg.
En outre, la répartition de l'eau secondaire entre les différentes zones d'arrosage est donnée par le constructeur et maintenue fixe quelles que soient les conditions de coulée.
Les résultats obtenus montrent que ces consignes ne sont pas capables de maintenir la température superficielle du brin dans une fourchette de valeurs acceptables dans tous les cas. Par ailleurs, diverses études sur la qualité des produits coulés en continu ont montré que l'apparition de fissures était liée à des refroidissements locaux trop importants ou à des variations trop grandes de la température superficielle.
Pour remédier aux problèmes de qualité qui peuvent se poser, l'utilisateur réduit généralement le poids d' eau secondaire par kilo de métal ainsi que la vitesse de coulée.
Ces mesures ne sont cependant acceptables que lorsque la capacité de l'installation de coulée continue excède largement la capacité de production de métal.
La présente invention a pour objet un procédé permettant de remédier aux inconvénients décrits ci-dessus.
Ce procédé est fondé sur les considérations suivantes.
Contrairement aux pratiques actuelles, le demandeur préconise que les débits d'eau à mettre en oeuvre dans les différentes zones du refroidissement secondaire soient calculés à partir de la vitesse de coulée, du format du produit coulé, de la température de coulée et des caractéristiques de la machine, de façon à maintenir un certain profil thermique superficiel. Ce profil thermique dépend de la composition du métal dont le produit est constitué, par exemple de la nuance de l' acier. Il peut être défini par une étude expérimentale de la qualité des produits, menée conjointement à une étude théorique du profil thermique du brin.
Un point important dans le contrôle d'une machine de coulée continue est donc de disposer de références (tables numériques, diagrammes, formules, etc...) donnant les débits d'eau secondaire en fonction des conditions opératoires et plus particulièrement de la vitesse de.coulée. Cette dernière est calculée de façon à maintenir la synchronisation avec les fours d'élaboration, par exemple avec l'aciérie, et à assurer la qualité du produit.
Un autre point important dans le contrôle d'une machine de coulée continue réside dans l'adaptation des différents débits d'eau secondaire aux variations de vitesse qui se produisent inévitablement au cours de la coulée. En effet, de fortes variations de vitesse sont souvent liées aux changements
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settes,etc... Avec le système de réglage actuel tel qu'il a été décrit ci-dessus, les variations de vitesse commandent automatiquement et instantanément les variations de débit d'eau correspondant aux consignes de base. Des mesures de température superficielle du brin effectuées à l'aide d'un pyromètre optique sur une machine de brames a permis de constater qu'une telle pratique peut provoquer de fortes perturbations de la température superficielle du brin (plusieurs centaines de degrés) qui persistaient pendant un temps relativement long (plusieurs minutes). Ces perturbations résultent de ce que la quantité d'
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lidifiée existant dans la zone considérée. Les variations d' épaisseur solidifiée produites par les changements de vitesse atteignent en effet des valeurs stationnaires après des temps de réponse variant le long de la machine. Pour éviter ces perturbations suffisantes pour provoquer des défauts majeurs dans le produit coulé, le demandeur préconise que les variations des débits d'eau soient calculées en fonction des épaisseurs soli\ difiées instantanées résultant des variations de vitesse.
L'ensemble des calculs et réglages nécessaires pour maintenir un profil thermique constant le long de la machine n'est pas réalisable dans la plupart des cas par les soins d'un seul opérateur. Le demandeur préconise en conséquence de
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de la machine (calcul de la vitesse de coulée optimum, du re-
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temps, calcul des débits d'eau secondaire) et le réglage automatique des vannes.
Sur la base de ces considérations, le procédé objet de la présente invention est essentiellement caractérisé en ce que l'on introduit dans un calculateur les données spécifiques de la coulée pour chaque poche, en ce que l'on détermine la vitesse de coulée optimum, c'est-à-dire celle qui satisfait à des consignes de qualité préalablement déterminée et qui maintient la synchronisation avec les fours d'élaboration, en ce que l'on met la machine de coulée continue en marche, en ce que l'on mesure la vitesse de coulée, en ce qu'à partir de cette valeur mesurée de la vitesse de coulée, on calcule les débits d'eau à mettre en oeuvre dans les différentes zones de refroidissement secondaire de façon à maintenir un profil thermique superficiel préalablement déterminé et en ce que l'on agit en conséquence sur le positionnement des vannes d'eau appropriées.
Suivant une modalité particulièrement intéressante de l'invention, on calcule les débits d'eau à mettre en oeuvre dans les différentes zones de refroidissement secondaire en convertissant la vitesse de coulée en temps de séjour d'une tranche de métal depuis son entrée dans la machine de coulée jusqu'à un point caractéristique de chaque zone de refroidissement secondaire, par exemple le point de sortie de la dite zone, et en déduisant de ce temps de séjour les débits d'eau recherchés à l'aide de références (tables numériques, diagrammes, formules,...) établissant la correspondance entre ces deux paramètres.
Le grand intérêt de cette modalité réside dans le fait que les références (tables numériques, diagrammes, formules, ...) reliant les débits d'eau de refroidissement secondaire aux temps de séjour sont utilisables aussi bien en régime .transitoire que stationnaire.
Suivant une deuxième modalité de l'invention, on détermine la vitesse de coulée optimum en effectuant un calcul prévisionnel d'une part de la vitesse de coulée désirée par ligne et d'autre part de la vitesse de coulée maximum, et en adoptant la valeur la plus petite de ces deux vitesses de coulée
pour la mise en marche de la machine de coulée.
Suivant une autre modalité de l'invention, on calcule la vitesse de coulée maximum de façon à respecter des consignes de qualité basées sur une 'Longueur de puits liquide maximum pour éviter des défauts tels que ségrégation, gonflement, etc..., compte tenu d'un profil thermique superficiel préalablement déterminé pour éviter des défauts tels que criques, fissures, etc...
Suivant encore une autre modalité de l'invention, les données spécifiques de la coulée pour chaque poche intrcduites dans le calculateur sont : le poids de métal en poche, le temps de coulée désiré, le nombre de lignes en service, le format du lingot par ligne, la composition du-métal et la température du métal en poche.
Evidemment quand on a choisi une valeur prévision-
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pond une valeur de la durée de la coulée (min.) que le calculateur donne également.
De môme, quand on a obtenu une valeur prévisionnelle des quantités totales d'eau à utiliser dans le circuit de refroidissement secondaire, c'est-à-dire des débits d'eau secondaire par zone (1/min.), il y correspond un arrosage spéci-
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Il est bien entendu qu'une telle régulation tient compte des perturbations pouvant survenir au cours de la coulée, telles que la limitation du débit d'acier due au bouchage des busettes de coulée.
Encore suivant l'invention, l'action sur le positionnement des vannes d'eau de refroidissement secondaire est, de préférence, réalisée automatiquement en asservissant la commande des dites vannes au signal émis par le calculateur.
Egalement suivant l'invention, en plus des calculs prévisionnels de la vitesse de coulée par ligne et des débits d'eau secondaire par zone, on effectue des calculs d'ajustement de ces grandeurs, par exemple sur la base des données supplémentaires suivantes : température du métal dans le panier, nombre de lignes en service et heure d'arrivée de la poche suivante.
Suivant une autre modalité de l'invention, le programme établi pour le calculateur est destiné à informer continuellement l'opérateur sur l'état d'avancement de la coulée, par exemple à partir de la mesure de la vitesse de coulée, le calculateur fait connattre le poids d'acier coulé et le temps nécessaire pour terminer la coulée.
Les diagrammes 1,2 et 3 ci-annexés sont donnés
à titre d'exemple non limitatif pour bien faire comprendre le procédé décrit ci-dessus.
Le diagramme 1 représente l'évolution de la vitesse de coulée (en ordonnée, m/min.) en fonction du temps (en abscisse, min.).
Le diagramme 2 représente le temps de séjour (en ordonnée, min.) d'une tranche de métal depuis son entrée dans la machine de coulée jusqu'au point de sortie de la zone 4 qui se trouve à 3,58 m sous le ménisque dans la lingotière de coulée continue, ce paramètre étant donné en fonction du temps
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donc que le principe, de la synchronisation entre les opérations de coulée et d'élaboration est respecté.
La machine est prévue pour redresser le brin sur puits liquide d'une longueur maximum de 23,50 m, ce qui permet une vitesse de coulée maximum de 1 m/min.
On a choisi un profil thermique assurant une température du brin de 9000 à la sortie de toutes les zones de refroidissement secondaire. A l'aide de tables préalablement établies, on a trouvé que ce profil thermique nécessite une intensité d'arrosage de 0,8 litre/kg. On a donc fait démarrer la machine de coulée continue dans ces conditions qui restent valables en régime stationnaire :
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Lors du changement de poche, on constate qu'à la suite des variations de vitesse de coulée (diagramme 1), on a adopté des intensités d'arrosage variables dans le temps comme indiqué au diagramme 3. Ces différentes valeurs de débit d' \ eau de refroidissement secondaire ont permis d'éviter des dé- <EMI ID=11.1>
revient aux conditions de régime stationnaire telles que mentionnées plus haut.
REVENDICATIONS
1. Procédé pour contrôler la coulée continue de métaux et plus spécialement de l'acier, caractérisé en ce que l'on introduit dans un calculateur les données spécifiques de la coulée pour chaque poche, en ce que l'on détermine la vites-
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consignes de qualité préalablement déterminées et qui maintient
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on met la machine de coulée continue en marche, en ce que l'on
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mesurée de la vitesse de coulée, on calcule les débits d'eau à mettre en oeuvre dans les différentes zones de refroidissement secondaire, de façon à maintenir un profil thermique superficiel préalablement déterminé et en ce que l'on agit en conséquence sur le positionnement des vannes d'eau appropriées.