I. Choix scientifique de la température de coulée : un paramètre clé pour l’équilibrage des performances

La température de coulée est le principal facteur influençant la qualité des pièces moulées en acier. Des températures trop élevées ou trop basses entraînent divers problèmes de qualité ; il est donc essentiel de la régler avec précision en fonction des caractéristiques de l’acier et de la structure de la pièce.

En ce qui concerne le réglage des paramètres, la température de coulée des pièces en acier est généralement contrôlée entre 40 et 80 °C au-dessus du point de fusion du matériau. Parallèlement, le principe d'ajustement différencié doit être respecté : pour les aciers à haute viscosité, les pièces de faible poids, les pièces à parois minces et les pièces de structure complexe, la température de coulée doit être augmentée en conséquence afin d'assurer un remplissage complet ; à l'inverse, pour les pièces à parois épaisses, de grande taille et de structure simple, la température de coulée peut être modérément réduite afin de limiter les défauts de retrait.

II. Contrôle optimal de la vitesse de coulée : une stratégie dynamique s’adaptant aux caractéristiques de coulée

La vitesse de coulée doit être évaluée avec précision en fonction des caractéristiques structurelles, de l'épaisseur des parois et des propriétés du moule de la pièce moulée. Son objectif principal est d'assurer un remplissage régulier en acier en fusion tout en évitant d'endommager le moule et de provoquer des défauts de coulée.

En matière de choix de vitesse de coulée, les pièces à parois minces et les pièces de structure complexe se prêtent à une coulée rapide. En réduisant le temps de remplissage, on évite que l'acier en fusion ne refroidisse excessivement pendant cette opération, ce qui pourrait engendrer des défauts de coulée. Lorsque le moule présente une grande surface supérieure, la coulée rapide permet de limiter le phénomène d'écaillage dû à l'irradiation et à la cuisson prolongées de l'acier en fusion à haute température, évitant ainsi les inclusions de laitier. Pour les pièces à parois épaisses et de grande taille, il convient de réduire la vitesse de coulée afin de laisser suffisamment de temps à la remontée des gaz et à la séparation des inclusions de laitier dans l'acier en fusion.

En matière de contrôle de la vitesse de coulée, bien que l'expérience de l'opérateur puisse permettre un ajustement précis, le débit est principalement influencé par le diamètre de l'orifice de coulée. Ce débit est proportionnel au carré du diamètre de l'orifice et à la racine carrée du niveau d'acier liquide dans la poche, et diminue progressivement avec la baisse de ce niveau. Pour obtenir une vitesse de coulée stable, il est nécessaire de choisir un orifice de coulée de diamètre adapté à la capacité de la poche, au volume d'acier liquide et aux exigences de la coulée. Dans le cas de coulées en plusieurs compartiments ou de besoins importants en débit, une conception à double orifice peut également être envisagée pour une meilleure maîtrise de la vitesse.

III. Points opérationnels du processus de coulée complet : contrôle standardisé pour établir une ligne de défense de la qualité

La standardisation des opérations de coulée garantit la maîtrise des paramètres de procédé tels que la température et la vitesse. Elle doit couvrir l'ensemble du processus, de la préparation à la coulée, en passant par le contrôle de la coulée et le traitement post-coulée, chaque étape devant respecter scrupuleusement les spécifications.

1. Préparation avant coulage : Inspection complète des dangers cachés

L'inspection de l'environnement et des équipements est primordiale. Il est nécessaire de vérifier la nuance d'acier des pièces à couler, d'organiser les bacs à sable et de s'assurer que les canaux de coulée sont alignés afin de faciliter les manœuvres de la grue et la coulée. Les moules de petite et moyenne taille, ainsi que ceux destinés aux coulées intermédiaires et finales, doivent être placés à proximité du four de fusion et triés par hauteur et heure de début de coulée ; les moules destinés aux coulées précoces et les grands moules doivent être placés à distance. Parallèlement, il convient de vérifier que le canal de coulée est dégagé, que la zone de travail est exempte d'humidité et de toute accumulation d'eau, et qu'aucun matériau inflammable ou explosif n'est présent, afin de garantir le dégagement des voies d'évacuation d'urgence.

Pour les pièces moulées en fosse, la surface de joint ne doit pas dépasser le niveau supérieur de la fosse. Si cela s'avère inévitable, il convient de remplir le fond de sable, de le tasser fermement et de le souffler vigoureusement après avoir appliqué une pression suffisante pour empêcher les coulures d'acier en fusion. Le plan environnant des pièces moulées en fosse (y compris celles en fosse cimentée) doit être plus élevé que la surface de joint de la pièce à couler. Dans le cas contraire, il faut remplir le fond de sable, le tasser fermement et appliquer une pression suffisante pour empêcher les coulures d'acier en fusion. Pour les pièces moulées dans des fosses adjacentes, il est impératif de ne pas retirer les pièces coulées avant le début de la coulée des pièces en attente, afin d'éviter d'endommager le moule de ces dernières ou de provoquer des coulures d'acier en fusion. En cas d'accumulation d'eau au sol à proximité de la pièce à couler, susceptible d'entraîner des infiltrations, la coulée est strictement interdite afin de prévenir tout risque d'accident et de compromettre la qualité de la pièce.

La préparation des moules et des outils est également cruciale. Une demi-heure avant la coulée, il est nécessaire de vérifier la présence de sable flottant dans la cavité du moule et le canal de coulée, de contrôler la conformité de la taille de l'orifice de coulée aux exigences et l'efficacité du préchauffage de la cavité du moule (le cas échéant). Il convient également de s'assurer que le lestage du moule est suffisant et que les brides sont bien serrées afin d'éviter les débordements d'acier en fusion pendant la coulée. Parallèlement, il faut préparer les outils et matériaux nécessaires, tels que les leviers, les cuillères d'échantillonnage, les agents exothermiques et les agents de conservation de la chaleur pour les masselottes, afin de garantir le bon déroulement du processus de coulée.

2. Contrôle du processus de coulée : mise en œuvre précise et ajustement dynamique

En matière d'organisation et de gestion, une personne doit être désignée pour superviser la coulée. Cette personne doit maîtriser au préalable les informations clés, telles que la composition de l'acier en fusion dans le four, le poids brut de la pièce coulée, la quantité d'acier en fusion à couler, la hauteur de coulée du masselotte, le nombre de moules et la répartition des charges. Pour les pièces de grande taille ou importantes, une réunion spéciale doit être organisée afin de définir le plan de coulée avant le début des opérations. Le responsable de la sécurité doit superviser le chantier pendant toute la durée du processus et contrôler strictement le nombre de personnes présentes sur le lieu de travail.

En matière de sécurité des travaux, une plateforme de coulage adaptée doit être construite en fonction de la position du moule en sable, de l'état du canal de coulée et des dimensions de la poche de coulée. Si la hauteur dépasse 1,5 mètre, des échelles supérieures et inférieures doivent être prévues pour faciliter l'accès et l'évacuation rapide de l'opérateur en cas d'urgence. L'opérateur chargé du coulage doit se munir de 2 à 3 pelles, d'une quantité suffisante de sable de remplissage et d'agent de couverture, et porter les équipements de protection individuelle (EPI) conformément à la réglementation.

Les points clés du procédé comprennent plusieurs aspects. Concernant le contrôle de la température, celle de l'acier en fusion doit être mesurée avant la coulée, et le protocole doit être scrupuleusement respecté. Généralement, la température de coulée est relativement élevée en début de coulée, ce qui convient aux pièces complexes à parois fines, tandis qu'elle est relativement basse en fin de coulée, ce qui convient aux pièces simples à parois épaisses. Lors du remplissage, l'orifice de coulée de la poche doit être parfaitement aligné avec le canal de coulée du moule afin d'éviter les débordements. La distance entre le canal de coulée et le flux d'acier en fusion ne doit pas être trop importante afin de réduire le temps de contact entre l'acier en fusion et l'air et ainsi limiter le risque d'oxydation secondaire. En début de coulée, un faible débit est recommandé pour limiter le frottement sur le moule et les projections d'acier en fusion. Le débit doit ensuite être augmenté progressivement afin de maintenir un flux d'acier en fusion continu, régulier et uniforme pendant le remplissage.

Le contrôle de la séquence de coulée et de la masselotte ne doit pas être négligé. En règle générale, il convient de suivre le principe suivant : couler d’abord les petites pièces, puis les grandes ; d’abord les pièces à parois minces, puis les pièces à parois épaisses ; d’abord les pièces complexes, puis les pièces simples. Si la poche de coulée n’est pas complètement étuvée, et compte tenu du fait que la température de l’acier en fusion au fond peut être basse, il est possible de couler d’abord une pièce légèrement plus grande. Lorsque l’acier en fusion remonte dans la masselotte, le débit doit être réduit et la coulée effectuée lentement jusqu’à la hauteur spécifiée afin d’éviter tout débordement, tout soulèvement du coffrage ou tout écoulement de l’acier en fusion, et de compenser ainsi le retrait dû à la solidification. Pour les pièces moulées avec masselottes ouvertes, une fois l’acier en fusion remonté, la vitesse de coulée doit être réduite et l’agent de couverture ajouté immédiatement. Pour les pièces moulées avec masselottes borgnes ou en acier à haute teneur en manganèse, après remplissage complet, effectuer 1 à 3 coulées ponctuelles sur le canal de coulée. Après chaque coulée, ajouter 1 à 2 agents de couverture thermiques supplémentaires pour éviter que la masselotte ne devienne rouge.

La gestion des situations particulières doit être standardisée et méthodique. Lors de la coulée de plusieurs poches, si chaque poche d'acier en fusion est utilisée pour couler trois poches ou plus, la quantité restante d'acier en fusion doit être contrôlée par brasage avant de couler la troisième poche. Si deux poches ou plus sont coulées et que la quantité d'acier en fusion coulée dépasse 80 %, ce contrôle par brasage est également requis avant toute coulée ultérieure. Afin de garantir un écoulement optimal des pièces coulées ultérieurement, des outils de brûlage à l'oxygène doivent être préparés et la sortie de coulée doit être nettoyée par soufflage et brûlage en temps opportun, si nécessaire. Lorsque plusieurs fours sont utilisés pour la coulée combinée de grandes pièces en acier, il est indispensable de coordonner la séquence de coulée de chaque four, la répartition des ponts roulants, la position des poches et la séquence de coulée, et de s'efforcer d'ouvrir simultanément toutes les sorties de coulée. La température de coulée de l'acier fondu utilisé pour l'alimentation de la colonne montante doit être de 30 à 50 °C supérieure à celle de l'acier fondu utilisé pour la coulée combinée.

De plus, une injection d'air doit être effectuée immédiatement au début de la coulée afin de réduire les soufflures. Une personne doit être désignée pour surveiller le processus de coulée et empêcher les scories de pénétrer dans la cavité du moule. En cas de fuite d'acier en fusion, des mesures doivent être prises pour la colmater tout en maintenant un écoulement fin et lent, qui ne doit pas être interrompu afin d'éviter les défauts de coulée. Si le procédé requiert un prélèvement d'échantillons pour analyse de composition pendant la coulée, une cuillère à échantillonner doit être utilisée et le numéro du four doit être clairement indiqué.

3. Traitement après coulage : Amélioration de la traçabilité de la qualité et garantie de sécurité

Après la coulée, la durée de coulée et le temps de maintien en température doivent être clairement indiqués sur le bac à sable afin de faciliter le raccordement aux opérations suivantes. Pour les pièces moulées de plus de 500 kg, les pièces en acier allié, les essais de coulée et les pièces clés, le numéro du four doit être apposé sur la masselotte. Un échantillon d'acier en fusion doit être coulé pour chaque four afin de permettre le contrôle qualité et la traçabilité.

Le reste d'acier en fusion doit être coulé dans le moule de mélange ou dans une fosse sèche préalablement préparée à un emplacement fixe. Après la coulée, il est impératif de ne pas répandre de sable en surface afin d'éviter tout risque de trébuchement et d'accident.

Conclusion

Le processus de coulée de l'acier repose avant tout sur la précision et la standardisation. Du réglage rigoureux des paramètres tels que la température et la vitesse à la standardisation de l'ensemble du processus, chaque détail influe sur la qualité de la pièce moulée. Seule une combinaison approfondie de la théorie et de l'expérience pratique, associée à un contrôle strict des aspects techniques de chaque étape, permet d'éviter efficacement les défauts de coulée et de produire des pièces en acier de haute qualité, conformes aux normes industrielles et aux exigences d'application.