Coulée et solidification de l'acier. Aciéries, Rapport de synthèse - Partie I

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Extrait

COMMISSION DES COMMUNAUTÉS EUROPÉENNES
recueil de recherches «acier»
Aciéries
Coulée et solidification de l'acier
Rapport de synthèse — Partie I
EUR 5861 DE.EN.FR
1977 Partiel COMMISSION DES COMMUNAUTÉS EUROPÉENNES
Direction générale «Affaires industrielles et technologiques»
recueil de recherches «acier»
Aciéries
Coulée et solidification de l'acier
Rapport de synthèse — Partie I
HATTO JACOBI
Max-Planck-Institut
Düsseldorf
Convention N° 6210-50
Rapport de synthèse
Édité par la Direction générale
Information scientifique et technique et gestion de l'information
1977 EUR 5861 DE.EN.FR
Partiel Publié par :
COMMISSION DES COMMUNAUTÉS EUROPÉENNES
Direction générale «Information scientifique
et technique et gestion de l'information»
Bâtiment Jean Monnet — Kirchberg
LUXEMBOURG
AVERTISSEMENT
Ni la Commission des Communautés européennes, ni aucune autre personne
agissant au nom de la Commission n'est responsable de l'usage qui pourrait
être fait des informations ci-après.
Une fiche bibliographique figure à la fin de l'ouvrage
(g) CECA, CEE, CEEA, Bruxelles-Luxembourg 1977
Printed in Belgium
Les articles et textes paraissant dans cette publication peuvent être reproduits
librement, en entier ou en partie, avec citation de leur origine
N° du catalogue : CD-NC-77-022-FR-C Avant-propos
En 1969,à l'initiative et avec l'aide financière de la Communauté européen­
ne du Charbon et de l'Acier ( CECA )fut entrepris un travail communautaire
sur "la coulée et la solidification de l'acier" par les entreprises sidérur­
giques et les instituts de recherches.
Les phénomènes oui se déroulent lors de la coulée et de la solidification
de l'acier sont d'une grande importance pour la rentabilité des procédés de
fabrication de l'acier et pour les propriétés d'emploi des aciers.
A l'époque où ce programme de recherches a débuté,on ne disposait pas suffi­
samment d'un état des conaissances fondamentales sur les phénomènes physiques
et chimiques parfois très compliqués qui régissent la solidification de l'a­
cier. Dans les aciéries,le déroulement du processus de la coulée et de la
solidification était la plupart du temps conduit à l'aide de méthodes déve­
loppées empiriquement.Pour apporter un changement à cette situation peu sa­
tisfaisante, on entreprit,ces dernières années,un peu partout dans le monde,
des efforts accrus pour améliorer la technologie dans ce domaine par des
recherches systématiaues. A l'intérieur de la Communauté européenne,il appa­
rut souhaitable et judicieux de coordonner les recherches en cours ou pro­
grammées dans les usines sidérurgiques et les instituts de recherches ,afin
d'approcher le but de combler les lacunes dans l'état des connaissances et
d'utiliser à l'optimum les moyens mis en oeuvre en évitant les doubles em­
plois-
Les entreprises sidérurgiques et instituts de recherches ci-dessous dési
Snés prirent part au programme de recherches " Coulée et solidification
de l'acier I " :
Centre de Recherches Métallurgiques ( CRM ), Liège,
Centre Sperimentale Metallurgico s.p.a. ( CSM ) Rome,
S.A. Cockerill. Cockerill-Ougrée-providence et Espérance-Longdoz , Liège,
Creusot-Loire , Le Creusot,
Hoesch Hüttenwerke AG, Dortmund,
Institut de recherches de la Sidérurgie Française ( IRSID ),Maizières-
lès-Metz,
Max>-Planck-Institut für Eisenforschung GmbH , Düsseldorf,
Thyssen Henrichshütte AG , Hattingen,
Thyssen Niederrhein AG, Cberhausen,
L'achèvement de ce premier programme de recherches aboutit à une certaine
coupure.C'est pourquoi le présent rapport de recherches exploite et présen­
te, sous une forme concentrée,les résultats et expériences contenus dans 55
rapports particuliers.Presque tous les problèmes techniques et scientifiques importants de la cristallisation ée l'acier ont été traités suivant les
points de vue ci­après hiérarchisés : Desoxydation de l'acier liquide;­
Transmission de la chaleur et structures de solidificai ion dans la coulée
en lingots et dans la coulée continue;­Formation des in elusions,des souf­
flures de peau et des retassures microscopiques;­ Macro ségrégation dans
les gros lingots de forge;­Solidification des lingots de refusion sous lai­
tier électroconducteur;­Méthodes pour l'analyse quantitative des structures.
L'applicationfïes résultats pour la pratique industrielle se place au premier
plan dans ceux des travaux oui tendent principalement à une interprétation
théorique fondamentale du sujet traité ou qui,à cause d'un déroulement du
processus industriel trop compliqué,utilisent des méthodes expérimentales
sur modèles pour des systèmes semblables.
Ce premier inventaire montre entretemps qu'une théorie" serrée"de la solidi­
fication, exprimée par un"modèle de solidification " uni versei,embrassant
tous les aspects particuliers de cette n n'a pas pu encore
être trouvéejusqu'à présent. C'est pourquoi les recherches sont poursuivies
dans un deuxième programme de recherches qui est en cours depuis 1973■
Un troisième programme,met tant un accent particulier sur le domaine des fon­
dements de la coulée continue de l'acier,sera entrepris à bref délai.
La Commission des Communautés européennes espère,à l'aide de ce premier ta­
bleau d'ensemble sur les résultats obtenus par les recherches,contribuer à
une diffusion des connaissances sur la fabrication de l'acier et de cette
façon ' •servir d'entraîneur pour le progrès technique. TABLE DES MATIERES
1. Desoxydation 9
1.1 Equilibres de la désoxydation dans le fer liquide 9
1.1.1 Exploitation de la littérature 9
1.1.2 L'équilibre Fe-Mn-0 II
1.1.3e Fe-Al-0 13
1.2 Utilisation d*electrolytes solides pour mesurer le
déroulement de la désoxydation 4
1.3 Déroulement de lan par précipitation 16
1.3.1 Désoxydation au moyen de Al,Ce,La,Ti et Zr ¡
1.3.2n combinée au moyen de Mn et de Si 18
1.3.3ne au moyen de Si et
d'alcalino-terreux I 9
1.3.4 Aptitude à la séparation des produits de 1 a
désoxydation 21
1.3.4.1 Influence des tensions superficielles
sur le mécanisme de séparation des
inclusions solides d'oxydes 2
1.3.4.2 Formes de grossissement des inclusions 23
1.3-4.3 Influence du brassage du bain dans la
poche de coulée 2 3
2. Problèmes de la transmission de la chaleur lors de 1 a
solidification 2 5
2.1 Modèles de transmission de la chaleur pour la
solidification 5
2.1.1 Utilisation de la méthode des différences 2 5
2.1.2n de l'intégrale du bilan thermique 27
2.1.3 Utilisation de la fonction de Green 29
2.1.4 Estimation de la conductibilité thermique des
bains d'acier 3 0 2.2 Coulée en lingotière 3 2
2.2.1 Eliminationdelasurchauffe32
2.2.2 Transmissioncalorifique lingot­lingotièreet
loi delasolidification36
2.2.3 Formation de l'espace entre le lingot et la
lingotière ( décollement du lingot ) 40
2.2.4 Influence de la forme de la lingotière42
2.3 Coulée continue 44
2.3.1Lingotière44
2.3.1.1Transmission calorifique entre le brin
decoulée et la lingotière44
2.3.1.2Influence du jet de coulée sur les
courants et la répartition des
températures 46
2.3.1.3Moded'actiondes poudres de coulée
danslacouléecontinue4 7
2.3.2 Transfertdelachaleurdans la zone de refroi­
dissement secondaire5 2
2.3.3 Capacité de coulée et loi de solidification 53
3« Structures de solidification pour les coulées en lingotière
et continue 5 7
3.1Donnéesdebase de la solidification dendritique 5 7
3.1.1Morphologie des dendrites 5 7
3.1.2Enrichissementsinterdendritiques59
fiΤ
3.1.3 Formation des inclusionsdesulfures
3.1.4 Réaction péritectiqueàlasolidification 63
3.1.5 Influence sur la structure primaire 64
3.1.5.1 Affinement du grain danslacoulée
en lingotière 65
3.1.5.2Affinementdugrain par brassage
électro­magnétique66
3.2 Solidification del'aciereffervescent68
3.2.1 Formation desbullesdegaz et mouvements
dans l&#