EP0076743B1

EP0076743B1 - Procédé de refroidissement du produit coulé dans une installation de coulée continue

Info

Publication number: EP0076743B1
Application number: EP82401769A
Authority: EP
Inventors: Alain Chielens; Philippe Benoit; Bernard Roggo
Original assignee: Fives Cail Babcock SA
Current assignee: Fives Cail Babcock SA
Priority date: 1981-10-02
Filing date: 1982-09-29
Publication date: 1985-08-14
Also published as: JPS6349589B2; EP0076743A1; FR2513912A2; FR2513912B2; DE3265439D1; JPS58125351A

Description

L'invention concerne un procédé de refroidissement conforme au préambule de la revendication. Un tel procédé est connu du document EP-A-0036342.
Ce procédé permet de tenir compte dans le calcul des débits d'eau de la quantité de chaleur extraite en lingotière en décalant parallèlement à l'axe des temps la courbe C = f(t) de façon qu'elle passe par le point dont les coordonnées sont, d'une part, le temps de séjour total de la tranche considérée en lingotière et, d'autre part, la quantité de ohateur totale extraite de cette tranche pendant son séjour dans la lingotière. La correction de la courbe T = g(t), selon le procédé du document EP-A- 0036342, prend aussi en compte la quantité de chaleur extraite en lingotière lorsque la température superficielle du produit coulé à la sortie de la lingotière est calculée à partir de cette grandeur au moyen d'une courbe établie à l'aide de calculs prévisionnels de simulation. Pour déterminer les quantités de chaleur extraites en lingotière des différentes tranches du produit coulé, on mesure en continu le débit et l'échauffement de l'eau de refroidissement de la lingotière; on peut aussi les déterminer à partir de données stockées dans la mémoire du calculateur et établies par des essais et des calculs prévisionnels.
On sait que pour différentes raisons (influence de la poudre de lubrification, retrait du métal solidifié, etc.) la densité du flux de chaleur extraite par la lingotière est plus élevée dans sa partie supérieure que dans sa partie inférieure et, par conséquent, la mesure de la quantité de chaleur globale extraite par la lingotière ne fournit une information exacte sur la quantité de chaleur extraite d'une tranche quelconque que si tous les paramètres de la coulée et notamment le débit et la température de l'eau de refroidissement de la lingotière et la vitesse d'extraction restent constants pendant tout le séjour de la tranche considérée dans la lingotière. S'il n'en est pas ainsi, ce qui est généralement le cas, on obtient par cette méthode des informations inexactes sur les quantités de chaleur extraites en lingotière des différentes tranches du produit coulé et sur les températures superficielles du produit coulé à la sortie de la lingotière lorsque celles-ci sont calculées à partir de ces quantités de chaleur.
Le but de la présente invention est d'apporter au procédé du document EP-A0036342 un perfectionnement permettant de déterminer avec plus de précision l'histoire thermique de chaque tranche élémentaire du produit coulé lors de son passage dans la lingotière en tenant compte de l'évolution du flux de chaleur extrait du haut au bas de la lingotière.
Le procédé objet de la présente invention est caractérisé en ce que pour déterminer la quantité de chaleur extraite de chaque tranche pendant son séjour dans la lingotière, on détermine, à intervalles de temps réguliers, la quantité de chaleur globale extraite de la lingotière pendant cet intervalle de temps, on attribue à chaque tranche se trouvant dans la lingotière pendant cet intervalle de temps une fraction de cette quantité de chaleur globale qui est fonction de la distance de la tranche à la surface libre du métal dans la lingotière et lorsqu'une tranche sort de la lingotière on fait la somme de toutes les quantités de chaleur fractionnelles qui lui ont été attribuées pendant son séjour dans la lingotière.
La loi de répartition, en fonction de la distance de la surface libre du métal, de la quantité de chaleur globale extraite dans la lingotière est déduite de mesures expérimentales.
On peut, en particulier, décomposer la partie utile de la lingotière en plusieurs zones et répartir le flux global de chaleur extrait par la lingotière entre ces différentes zones. Dans ce cas le nombre de zones est compris par exemple entre 2 et 20. Le nombre et les longueurs de ces zones et la répartition du flux de chaleur global entre ces différentes zones sont définis en tenant compte de l'évolution de l'efficacité thermique du haut au bas de la lingotière et déduites des résultats de mesures et d'essais effectués au préalable. A chaque calcul, on répartit le flux de chaleur extrait par une zone de la lingotière entre les différentes tranches élémentaires du produit coulé contenues dans cette zone; cette répartition est effectuée, dans chaque zone, proportionnellement aux longueurs des tranches.
La description qui suit se réfère aux dessins l'accompagnant qui illustrent le procédé de l'invention et sur lesquels:

la fig. 1 est le schéma d'une installation de coulée continue courbe et du système de contrôle de refroidissement de la barre coulée conforme à l'invention;
la fig. 2 est une courbe T = g(t) représentant les variations en fonction du temps de la température superficielle de la barre pendant son déplacement dans la machine de coulée;
la fig. 3 est une courbe C = f(t) représentant les variations du temps de la quantité de chaleur extraite d'une masse unitaire du produit coulé pendant son déplacement dans la machine de coulée depuis la surface libre du métal dans la lingotière, et
la fig. 4 est une courbe de répartition du flux de chaleur extrait en lingotière.

La machine pour la coulée continue de l'acier représentée schématiquement sur la fig. 1 comporte essentiellement une lingotière 10, un corset de rouleaux de guidage 12, des rouleaux redresseurs 14 et un dispositif de refroidissement comportant des buses ou des rampes de pulvérisation ou d'atomisation groupées par section, toutes les buses ou rampes d'une même section étant branchées en parallèle sur une tuyauterie d'alimentation munie d'une vanne 16 dont l'ouverture est commandée par un régulateur 18 pour maintenir le débit d'alimentation égal à un débit de consigne fixé par un calculateur 20. Les buses ou rampes sont réparties tout autour de la barre coulée ou, s'il s'agit d'une barre à section rectangulaire, seulement sur ses grandes faces. Des moyens sont prévus pour régler manuellement la répartition entre les différentes buses ou rampes d'une section, suivant leur position, du débit total d'eau alimentant cette section.
La machine est équipée de différents dispositifs de mesure dont les informations sont transmises au calculateur 20: canne thermométrique 22 pour la mesure de la température du métal en fusion dans le répartiteur 24, sondes thermométriques 26 pour la mesure de la température de l'eau de refroidissement de la lingotière, à l'entrée et à la sortie de celle-ci, débitmètre 28 pour la mesure du débit de l'eau de refroidissement de la lingotière, générateur d'impulsions 30 pour la mesure de la vitesse d'extraction de la barre et le calcul de l'âge des éléments de la barre, pyromètre 32 pour la mesure de la température superficielle de la barre au voisinage du point de redressement, etc.
A partir de ces informations et de données stockées en mémoire dans le calculateur, ce dernier détermine à intervalles réguliers les valeurs de consigne des débits d'alimentation en eau des différentes sections du dispositif de refroidissement. Cet intervalle régulier de temps est compris par exemple entre 1 et 50 s.
Le principe de contrôle du refroidissement selon le procédé du document EP-A-0036342 est de maintenir dans le temps l'évolution de la solidification de la barre quel que soit le régime de fonctionnement de la machine de coulée. Pour cela, on impose une loi de variation C = f(t) de la quantité de chaleur extraite par kilo d'acier en fonction du temps de séjour dans la machine (fig. 3) à laquelle est associée une loi de variation T = g (t) de la température superficielle de la barre en fonction du temps de séjour dans la machine (fig. 2). Ces lois dépendent essentiellement de la nuance de l'acier, du format de la barre et de la vitesse d'extraction. En pratique, pour un format de barre donné, on groupera les nuances d'acier et les vitesses d'extraction en différentes classes.
Toutes ces courbes sont définies par des équations paramétriques ou par des valeurs ponctuelles introduites en mémoire dans le calculateur. Les données sur la nuance d'acier et le format de la barre sont introduites dans le calculateur, avant chaque coulée, pour lui permettre de sélectionner le jeu de courbes correspondantes. La vitesse d'extraction est mesurée en permanence au moyen du générateur d'impulsions 30 et le calculateur choisit à chaque instant le jeu de courbes correspondant à la vitesse moyenne déduite de ces mesures.
A partir du jeu de courbes sélectionné, le calculateur peut, à chaque instant, calculer le coefficient d'échange thermique superficiel K pour chaque élément de la barre à partir de C et T et en déduire le débit d'eau spécifique q devant être projeté sur l'unité de surface de l'élément considéré à l'aide d'une courbe K = h (q) stockée dans la mémoire du calculateur; cette courbe peut être unique pour l'ensemble de la zone de refroidissement ou être formée de plusieurs segments de courbe distincts valables dans les différentes sections de la zone.
Ce calcul est effectué périodiquement, par exemple toutes les 10 s, et la barre est divisée en éléments dont la longueur est celle de la tranche coulée pendant l'intervalle de temps entre deux calculs successifs. Le numéro d'ordre affecté à chaque tranche dès sa production permet donc à tout instant de connaître son âge et sa position dans la machine.
Connaissant le débit d'eau spécifique q pour chaque tranche élémentaire on peut calculer le débit d'eau Q = q x S à projeter sur la surface latérale S de la tranche.
Après avoir calculé les débits d'eau à projeter sur chaque tranche de barre se trouvant à un instant donné dans la zone de refroidissement, on calcule par intégration les valeurs de consigne des débits d'eau d'alimentation des différentes sections de la zone de refroidissement et les valeurs calculées sont transmises aux régulateurs respectifs 18.
Dans le cas où on utilise des buses ou rampes d'atomisation dans lesquelles les jets d'eau sont divisés en très fines gouttelettes au moyen d'air comprimé, on calcule le débit d'eau total de la zone de refroidissement secondaire et on en déduit le débit d'air total à utiliser, à l'aide d'une équation ou une courbe établissant une relation entre ces deux débits. Des moyens sont prévus pour régler manuellement la répartition entre les différentes sections du débit total d'air alimentant la zone de refroidissement secondaire.
Pour déterminer la quantité de chaleur à extraire de chaque tranche élémentaire de la barre dans la zone de refroidissement secondaire, il faut tenir compte de la quantité de chaleur réellement extraite en lingotière. Pour cela on utilise une courbe de base C = f(t) (en trait plein sur la fig. 3) correspondant aux conditions de fonctionnement (nuance de l'acier, format de la barre, vitesse d'extraction) que l'on décale parallèlement à l'axe des temps pour la faire passer par le point A dont les coordonnées sont égales, respectivement, au temps de séjour total du produit coûté en lingotière t, et à la quantité de chaleur C₁ effectivement extraite en lingotière; cette nouvelle courbe de formule générale C = f(t-a) est représentée en traits interrompus sur la fig. 3.
La température superficielle de la barre à la sortie de la lingotière est calculée pour chaque tranche à partir d'une courbe établie à l'aide de calculs prévisionnels de simulation et donnant l'évolution de cette température en fonction de la quantité de chaleur extraite en lingotière. Si cette température T', est différente de la température théorique T fournie par la courbe T = g(t) (en trait plein sur la fig. 2) correspondant aux conditions de marche de la machine, le calculateur corrigera le débit de cette courbe en admettant, par exemple, une variation linéaire de la température depuis la sortie de la lingotière (point d'abcisse t, ) jusqu'à un point prédéterminé de la partie supérieure de la zone de refroidissement (courbe en trait interrompu sur la fig. 2), de façon à retrouver en ce point la température théorique. C'est cette courbe corrigée que le calculateur utilisera pendant tout le séjour de la tranche considérée dans la zone de refroidissement secondaire pour déterminer la température superficielle entrant dans le calcul des valeurs de consigne des débits d'eau.
A chaque pas de calcul, le calculateur 20 détermine à partir des valeurs du débit et des températures à l'entrée et à la sortie de l'eau de refroidissement de la lingotière, mesurées en continu par des sondes 26 et le débitmètre 28, ou à partir d'un fichier de valeurs établies à l'aide de calculs prévisionnels de simulation, la quantité globale de chaleur extraite en lingotière pendant la période de temps séparant deux calculs. En utilisant une courbe de répartition des flux de chaleur extraits le long de la lingotière, on détermine ensuite la quantité de chaleur extraite de chaque tranche élémentaire se trouvant dans la lingotière pendant la période considérée et on calcule la quantité de chaleur extraite d'une masse unitaire de chaque tranche. Sur la fig. 4 on a représenté deux courbes donnant les variations du flux de chaleur ϕ extrait du métal contenu dans une lingotière, à travers la paroi de celle-ci, en fonction de la distance I à la surface libre du métal et pouvant être utilisées, comme décrit ci-dessus, pour la mise en oeuvre de l'invention. En réalité, le flux de chaleur extrait varie de façon continue d'une extrémité à l'autre de la partie utile de la lingotière, comme représenté par la courbe en trait plein de la fig. 4. En pratique, on peut utiliser une courbe donnant une représentation approchée de la loi de répartition du flux (courbe en tirets sur la fig. 4) en décomposant la partie utile de la lingotière en plusieurs zones (quatre dans l'exemple illustré) et en admettant que le flux de chaleur conserve une valeur constante dans chacune de ces zones.
A chaque pas de calcul, on étudie plus particulièrement la tranche élémentaire de barre située à la sortie de la lingotière et on calcule pour cette tranche l'âge t₁ et la quantité de chaleur Ci extraite d'une masse unitaire pendant son séjour dans la lingotière puis sa température superficielle r,. Ce sont ces valeurs qui sont utilisées ensuite, à chaque calcul, pour décaler la courbe C = f(t) et corriger la courbe T = g(t) comme décrit ci-dessus.
Ce perfectionnement au procédé du document EP-A-0036342 permet de déterminer avec plus de précision la quantité de chaleur extraite en lingotière de chaque tranche élémentaire et, par conséquent, d'améliorer le contrôle du refroidissement.

Claims

Procédé de refroidissement du produit coulé dans une installation de coulée continue suivant lequel on divise le produit coulé en tranches élémentaires fictives et on détermine périodiquement le débit d'eau à projeter sur chaque tranche, en fonction de son âge et en tenant compte de la quantité de chaleur extraite de cette tranche pen- dantson séjour dans la lingotière, caractérisé en ce que pour déterminer la quantité de chaleur extraite de chaque tranche pendant son séjour dans la lingotière, on détermine, à intervalles de temps réguliers, la quantité de chaleur globale extraite de la lingotière pendant cet intervalle de temps, on attribue à chaque tranche se trouvant dans la lingotière pendant cet intervalle de temps une fraction de cette quantité de chaleur globale qui est fonction de la distance (I) de la tranche à la surface libre du métal dans la lingotière et, lorsqu'une tranche sort de la lingotière, on fait la somme de toutes les fractions de quantité de chaleur qui lui ont été attribuées pendant son séjour dans la lingotière.