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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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Éléments de génie des procédés
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1.1 Étapes de développement
La trajectoire de développement de la coulée continue de bandes minces comporte typiquement trois étapes successives.
La première consiste à choisir la technologie de base du procédé à partir de considérations sur l’épaisseur de la bande et le débit-masse visés de l’installation. La productivité choisie permet de déterminer a priori le diamètre des cylindres, la hauteur du ménisque en lingotière et la vitesse de coulée. Des simulations mathématiques suffisent à ce stade à préciser et à valider ces choix.
L’étape suivante est le débogage du procédé, une démarche longue et fastidieuse, qu’il est nécessaire de conduire empiriquement à partir d’expériences menées à petite échelle sur des maquettes chaudes de façon à effectuer des choix précis à propos d’un grand nombre de technologies-clés relatives aux questions suivantes :
-
le mode d’alimentation de l’acier en lingotière ;
-
le choix de la température de coulée ;
-
la protection contre la réoxydation du métal liquide par l’atmosphère ;
-
la régulation du niveau d’acier liquide en lingotière ;
-
le mode de confinement de l’espace lingotière en dehors des cylindres eux-mêmes que l’on appelle familièrement confinement latéral ;
-
le refroidissement de la lingotière ;
-
la déformation de la lingotière ;
-
l’usure de la lingotière ;
-
l’étancheité des différents éléments de la lingotière à l’acier liquide ;
-
la maîtrise de l’épaisseur de la bande, en particulier quand on utilise un système à deux cylindres, pour lequel la question de la force de serrage des cylindres se pose ;
-
la rugosité de surface des cylindres ;
-
le choix de la stratégie de régulation de la vitesse de coulée, de l’épaisseur de la bande et de la position du point de fin de solidification ;
-
le mode d’extraction de la bande ;
-
le guidage de la bande ;
-
un corroyage éventuel de la bande en ligne à finalité métallurgique et de maîtrise dimensionnelle de la bande ;
-
le...
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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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