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Auteur(s)
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Jean-Pierre BIRAT : Direction technique IRSID, USINOR
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Lire l’articleINTRODUCTION
Les procédés de coulée continue de bandes visent à produire des bandes dont l’épaisseur est comprise entre 1 et 10 mm, à partir d’une poche d’acier liquide alimentée à partir de procédés d’affinage ou de fusion par ailleurs classiques. Ils sont basés sur la mise en œuvre d’une lingotière à parois mobiles constituée d’un ou de deux cylindres de coulée (que l’on appelle aussi rou-leaux, roues ou viroles) sur lesquels l’acier liquide se solidifie et forme une peau qui suit le cylindre dans sa rotation et s’en détache par contraction thermique et par le jeu de moments et de forces.
Malgré l’abondance des sources documentaires, on ne peut espérer en extraire toutes les informations nécessaires à la rédaction d’une synthèse sur l’état de l’art en matière de coulée continue de produits minces, car les politiques de publication des principaux acteurs du progrès dans ce domaine ont été très diverses, les plus actifs d’entre eux étant souvent les plus discrets dans la littérature technique. Une bonne partie de la technologie se trouve donc encore sous forme de savoir-faire ou reste dissimulée dans l’abondante production de brevets, qu’il n’est pas possible de débroussailler dans le cadre d’un article comme celui-ci. La rédaction de ce chapitre a donc présenté des difficultés particulières, puisque quelques-uns des atouts-maîtres de cette nouvelle technologie n’ont pas encore été dévoilés. Les résultats ne sont donc donnés qu’à titre indicatif. Pour plus de renseignements, le lecteur se reportera aux références bibliographiques citées.
Après une présentation sommaire de la coulée continue de bandes à partir de considérations de nature géométrique sur les dimensions des cylindres et relatives au mode d’amenée de l’acier liquide dans l’espace lingotière, on présente de façon plus détaillée les différents éléments constitutifs de la technologie — dans la mesure où ils ont été décrits dans la littérature. La productivité sera étudiée dans le « Pour en savoir plus » placé à la fin de cet article.
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2. Éléments de génie des procédés
2.1 Solidification et caractéristiques des cylindres
Les cylindres ont été conçus au départ à partir de l’expérience acquise dans la conception des lingotières de coulée continue conventionnelle. C’est pourquoi ils sont refroidis par circulation d’eau à grande vitesse dans des canaux ou dans des lames d’eau ; seules les installations de laboratoire, dont le temps de coulée est court, c’est-à-dire de l’ordre de quelques rotations des cylindres, ne sont pas refroidies.
La densité de flux thermique dans les lingotières est de l’ordre de 10 MW/m2, ce qui est 1 ou 2 ordres de grandeur plus important que dans la coulée continue conventionnelle. Cela se comprend facilement en observant les résultats de la figure 4, où l’on a représenté sur le même graphe l’évolution de la densité de flux thermique en fonction du temps de contact pour la coulée continue conventionnelle et la coulée continue de bandes tous procédés confondus : la cinétique, qui se rapproche d’une loi en
, montre que le premier paramètre qui contrôle le transfert de chaleur est la conduction au travers de la peau solidifiée elle-même [19]. On doit donc s’attendre à des flux thermiques très importants pour la gamme d’épaisseurs la plus faible (de l’ordre du millimètre).
Cependant, comme on le voit sur la figure 5, un deuxième paramètre joue un rôle important dans l’établissement du flux thermique à une échelle microscopique : c’est la rugosité des cylindres, qui fixe la valeur du coefficient de transfert thermique à l’interface cylindre/peau solidifiée. C’est elle aussi qui explique la dispersion des données. On observe en général que des surfaces très lisses conduisent à des densités de flux plus élevées, mais aussi que la peau a tendance à se soulever localement, du fait de la contraction thermique, ce qui conduit au mécanisme de lift off (soulèvement) avec toutes ses conséquences, en particulier des criques internes et superficielles. La figure 6 donne un exemple de défaut causé par le lift off et propose un modèle simple des premiers instants de la solidification...
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Tous les chiffres cités dans ce paragraphe ne peuvent être considérés que comme des ordres de grandeur et il serait donc imprudent de les comparer entre eux, puisqu’ils se fondent sur des hypothèses différentes. Ils ne constituent qu’une tentative pour exprimer quantitativement le fait que la filière de production est très raccourcie par la coulée de bandes aussi bien du point de vue technique – en supprimant des étapes de la filière – que du point de vue logistique – en évitant l’utilisation d’un laminoir à chaud qui est souvent situé dans une autre aciérie. L’incertitude sur les véritables coûts d’exploitation des pilotes est grande et critique d’autant que l’on utilise des technologies à coût élevé pour les cylindres de coulée et pour les faces latérales.
L’analyse des coûts d’exploitation et du niveau des investissements de la coulée continue de bande est une question stratégique dont il est peu discuté dans la littérature. Il est d’ailleurs probable que l’expérience disponible sur des coûts d’exploitation réels soit encore limitée, même chez les opérateurs les plus avancés dans leur démarche de R&D.
La question de la productivité d’une coulée de bande entre cylindres est résumée sur la figure pour une bande de 1 300 mm de largeur, avec l’hypothèse que le temps annuel de marche en lingotière...
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