Simulation numérique du procédé de refusion sous laitier électroconducteur
Auteur / Autrice : | Valentine Weber |
Direction : | Alain Jardy, Denis Ablitzer |
Type : | Thèse de doctorat |
Discipline(s) : | Science et ingénierie des matériaux |
Date : | Soutenance le 27/02/2008 |
Etablissement(s) : | Vandoeuvre-les-Nancy, INPL |
Ecole(s) doctorale(s) : | EMMA - Ecole Doctorale Energie - Mécanique - Matériaux |
Partenaire(s) de recherche : | Laboratoire : Laboratoire de science et génie des matériaux et de métallurgie (Nancy ; ....-2008) |
Jury : | Président / Présidente : Pierre Archambault |
Examinateurs / Examinatrices : Alain Jardy, Denis Ablitzer, Pierre Archambault, Yves Fautrelle, Frédéric Gruy, Stéphane Hans | |
Rapporteurs / Rapporteuses : Yves Fautrelle, Frédéric Gruy |
Mots clés
Résumé
Le procédé de refusion sous laitier électroconducteur (Electro Slag Remelting ou ESR) est aujourd’hui largement utilisé pour la production d’alliages métalliques à haute valeur ajoutée, comme les aciers spéciaux ou les superalliages base nickel. La modélisation mathématique et la simulation numérique du procédé ESR présentent un grand intérêt puisque les études expérimentales sur installations industrielles sont coûteuses et souvent difficiles à mettre en oeuvre. Ainsi, afin d’améliorer la compréhension et la maîtrise de la conduite d’une refusion, un modèle prédictif a été développé dans le cadre de cette étude. Il décrit les transferts couplés de chaleur et de quantité de mouvement lors de la croissance et de la solidification d’un lingot, en géométrie axisymétrique. La résolution des équations est basée sur une approche de type volumes finis. Le modèle tient compte de l’effet Joule dans le laitier résistif, des forces électromagnétiques et de la turbulence éventuelle de l’écoulement des phases liquides. La zone pâteuse est traitée comme un milieu poreux. Le modèle permet notamment de prédire la formation de la peau de laitier solide qui entoure le laitier et le lingot. Par ailleurs, il offre l’avantage de simuler le comportement du lingot et du laitier après la coupure finale du courant.Le développement s’est accompagné d’une importante étape de validation. Quatre refusions à l’échelle industrielle ont ainsi été réalisées à l’aciérie des Ancizes (Aubert&Duval). Les observations expérimentales ont ensuite été confrontées aux résultats du calcul. La comparaison a montré que le modèle peut être utilisé afin de prédire le comportement du procédé, à condition d’accorder une attention particulière à l’estimation des propriétés thermophysiques du métal, et surtout du laitier. Enfin, afin d’illustrer l’utilisation du modèle comme support à la compréhension du procédé, nous avons étudié l’influence de la variation de paramètres opératoires tels que la profondeur d’immersion de l’électrode, le taux de remplissage ou la pression de l’eau de refroidissement.