Journées d’Etudes sur la Fonderie et l’Environnement Annaba, 7 et 8 mai 2014
0.07m
0.300m
0.700m
Processus de refroidissement dans la lingotière de coulé continue -Effet de la vitesse de coulée
M.Bourebia 1 , M.Chaour2, H.Maouche3, S.Bouhouche4
1,2,3,4 Centre National de Recherche Scientifique et Technique en Soudage et Contrôle, Unité de Recherche Appliquée en Sidérurgie et Métallurgie URASM-CSC
mounirabourbia@gmail.com, chaourmed@yahoo.fr, hichemcsc@gmail.com, s.bouhouche@csc.dz
Résumé
En coulée continue le matériau en fusion est coulé dans un moule sans fond maintenue à basse température par un système de refroidissement.La phase de solidification en lingotière est très importante. Cette dernière est influencée par beaucoup de facteurs tels que la vitesse de coulée. Ce paramètre constitue un élément très important qui doit être soigneusement maitrisé afin d’assurer, la stabilité du refroidissement. L'objectif de ce travail est d’observer le processus de refroidissement pour deux matériaux différents en variant la vitesse de coulée (0.1-0.225-0.375)m/s. La simulation de ce processus est réalisée par le code Fluent 6.0.
Mots clés : coulée continue, vitesse de coulée, température, coefficient de frottement de la peau.
1- Introduction
Les enjeux financiers du marché de l’acier sont colossaux, l’objectifs principal des industrielles est d’augmenter la productivité de la machine de coulée, ce qui tend vers une augmentation de la vitesse de coulée. Pendant le processus de solidification en continue [1]
beaucoup facteurs entrent en jeux en l’occurrence la vitesse de coulée provoquant ainsi les variations de certains paramètres du refroidissement primaire (température, frottement….). Le travail proposé est d’évaluer la variation des profils de température, ainsi que le coefficient de frottement de la peau avec trois vitesses différentes pour deux matériaux (l’acier inoxydable 434 et l’acier XC6).
2- Paramètres de la simulation 2-1 Matériaux
Acier inoxydable 434 et l’acier XC6.
2-2 Géométrie du moule
Dimension du moule : (0.700x0.300) m2 figure1 2-3 Modèle mathématique
Le modèle mathématique choisi est le modèle turbulent k- réalisable [2].
3- Résultats de la simulation et interprétations - Effet sur la température
-0,1 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8
1600 1650 1700 1750 1800 1850
Température(K)
Position(m) v=0.1m/s v=0.225m/s v=0.375m/s
-0,1 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8
1550 1600 1650 1700 1750 1800 1850
Température(K)
Position en (m)
v=0.1m/s v=0.225m/s v=0.375m/s
Pour les deux matériaux étudiés figure2 on peut constater une augmentation de la température à la sortie du moule pour les grandes vitesses. Une diminution de la vitesse de coulée permet une baisse de température apparente ce qui va permettre la formation de la croûte solidifier.
XC6 Acier 434
Figure2 : Profils de température pour les vitesses (0.1-0.225-0.375)m/s
Figure1 : Géométrie du moule
Journées d’Etudes sur la Fonderie et l’Environnement Annaba, 7 et 8 mai 2014
- coefficient de frottement de peau solidifiée
-0,1 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8
-0,5 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 7,0
Coefficient de frottement avec les parois
Position(m) v=0.1m/s v=0.225m/s v=0.375m/s
-0,1 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8
-0,5 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 7,0
coefficient de frottement des parois
Position(m) v=0.1m/s v=0.225m/s v=0.375m/s
Concernant le coefficient de frottement de la peau figure 3 on remarque une augmentation
importante de ce dernier pour les vitesses les plus élevées alors qu’une baisse de la vitesse conduit à une diminution importante du coefficient de frottement.
- Effet sur les paramètres du modèle K-
ε
-0,1 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8
-0,0005 0,0000 0,0005 0,0010 0,0015 0,0020 0,0025 0,0030 0,0035 0,0040 0,0045 0,0050 0,0055
L'énergie cinétique(m2/s2)
Position(m)
v=0.1m/s v=0.225m/s v=0.375m/s
-0,1 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8
-0,0005 0,0000 0,0005 0,0010 0,0015 0,0020 0,0025 0,0030 0,0035 0,0040 0,0045 0,0050 0,0055
L'énergie cinétique(m2/s2)
Position(m)
v=0.1m/s v=0.225m/s v=0.375m/s
-0,1 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8
0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25
Taux de dissipation(m2/s3)
Position(m)
v=0.1m/s v=0.225m/s v=0.375m/s
-0,1 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8
0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25
Taux de dissipation(m2/s3)
Position(m) v=0.1m/s v=0.225m/s v=0.375m/s
Pour illustrer le modèle de turbulence K-ε des deux matériaux étudiés, les figures 4 et 5
représentent l’effet de la variation de la vitesse de coulée sur l’énergie cinétique K et le taux de dissipation ε, on constate que ces derniers augmente avec l’augmentation de la vitesse de coulée donc plus on élève la vitesse plus la turbulence augmente.
Conclusion
D’après les résultats de la simulation on constate pour les deux matériaux l’acier 434 et l’acier XC6 que les grandes vitesses sont défavorable et engendre une augmentation de température au niveau de la peau fine solidifiée, et d’important frottements, par contre une diminution de la vitesse de coulée joue en faveur d’une baisse de température considérable en particulier aux coins du moule ce qui va permettre la formation d’une peau plus épaisse et résistante pour contenir l’acier liquide à la sortie du moule et aussi contribue a diminué les frottements de la peau avec les parois de la lingotière. En perspective on essayera de modéliser la température en fonction de certains paramètres de la machine de coulée continue.
Références
[1] N. Cheung , C.A. Santos , J.A. Spim b, A. Garcia “Application of a heuristic search technique for the improvement of spray zones cooling conditions in continuously cast steel billets”2005.
[2] Marc HENRI novembre 2009 « Modélisation 3D par éléments finis du refroidissement primaire lors de la coulée continue d’aciers », l’école nationale supérieure des mines de paris.
XC6 XC6
Acier434 Acier434
Acier434
XC6
Figure3 : Profils du coefficient de frottement pour les vitesses (0.1-0.225-0.375)m/s
Figure5 : Profils du taux de dissipation
