Étude de cas Ascometal - valider le dimensionnement d'un lingot

Ascometal, entreprise sidérurgique française

Ascometal est une entreprise sidérurgique du groupe Schmolz + Bickenbach, l’un des principaux fournisseurs mondiaux de solutions personnalisées dans le secteur des produits longs en aciers spéciaux et l’une des deux plus grandes sociétés en Europe travaillant avec de l’acier industriel allié et fortement allié. La société Ascometal basée dans le Nord, l’Est et le Sud de la France est un acteur européen majeur des aciers spéciaux. Elle intervient sur le marché de l’automobile, du roulement, de l’industrie mécanique, du pétrole et du gaz.

Challenge : valider le dimensionnement d'un nouveau format de lingot

Ascometal a utilisé le logiciel THERCAST® afin de valider le dimensionnement d’un nouveau format de lingot de 10 tonnes. La simulation devait permettre de produire un lingot d’une qualité optimale en prenant en considération les risques liés à la solidification (porosité, ségrégation...). 

L’étude menée a permis de comparer les principales caractéristiques du lingot de 10 t avec celles de lingots déjà produits par Asco Industries de 5 t à 7.5 t. Les caractéristiques qu’Ascometal souhaitait maîtriser portaient sur la ségrégation et en particulier la macroségrégation afin de garantir des propriétés mécaniques identiques en tous points pour les pièces issues de ces lingots. La porosité centrale du lingot est également un critère important pour réaliser un produit final de qualité et accéder au marché des pièces de plus grandes dimensions. 

THERCAST® a été utilisé pour la conception du lingot de 10 t avec l’approche suivante:

• Validation des conditions aux limites sur les lingots existants
• Choix des critères de qualité
• Prise en compte des contraintes industrielles.

Comparaison entre les mesures de profondeur du puits liquide (en cm) et les prédictions de THERCAST®

Aperçu de la simulation

Solution : caractériser les structures de solidification

Le travail effectué consistait en une caractérisation quantitative des structures de solidification, travail préliminaire indispensable à la validation et à la détermination de paramètres pour la simulation. Grâce à des études réalisées précédemment, Ascometal disposait d’une première connaissance des conditions limites existantes sur les lingots. Ces études antérieures avaient permis de valider les conditions limites avec les mesures de température faites en haut du lingot. Les profils de macroségrégation et les structures de solidification étaient également disponibles. 

Pour concevoir le nouveau lingot, il a été nécessaire de prendre en compte différents critères dont le temps de solidification (le plus court possible), le profil de ségrégation, le critère de Niyama sur l’axe pour la porosité, la chute de pression sur l’axe à la fin de la solidification et une analyse des résultats mécaniques. La prise en compte de certaines contraintes industrielles a été indispensable telle la hauteur maximale. Le paramètre principalement étudié a été la conicité de la lingotière.

« Grâce au logiciel THERCAST®, nous avons pu proposer, avec confiance, aux équipes de l’aciérie une géométrie de nouveau lingot. Les caractérisations qui ont été faites sur le produit ont validé ces prévisions. » 

- Joëlle DEMURGER, Responsable de groupe Ingénierie des Procédés chez Ascometal

La comparaison des résultats entre THERCAST® et les relevés expérimentaux montre que les phénomènes de sédimentation (à l’origine de la ségrégation négative en pied de lingot) sont moins présents sur le lingot 6.2t  que sur un lingot plus large (10t).

Bénéfices : amélioration de la qualité métallurgique

• THERCAST® a été utilisé avec succès pour concevoir un nouveau lingot.
• Le temps de calcul de solidification est correct.
• Un critère de localisation des porosités a été défini et calculé à partir des résultats mécaniques. La localisation est en accord avec les mesures. Le nombre ainsi que la taille des porosités sont restés sous contrôle.
• Une zone de ségrégation négative a été observée dans le lingot de plus grande dimension et cette zone n’est pour l’instant pas totalement prédite par THERCAST®. Cela est dû à la sédimentation (germination et mouvement de grains solides dans le liquide) qui n’est pas encore implémentée dans le modèle. Des actions de recherche sont en cours et permettront, à court terme d’améliorer le calcul de macro-ségrégation pour les lingots de grande taille. THERCAST® pourra être utilisé pour obtenir de nouveaux leviers afin d’agir sur la macroségrégation dans les lingots. 

La simulation avec le logiciel THERCAST® a aidé à la conception d’un nouveau lingot de bonne qualité métallurgique.