1 - PRINCIPE DE LA REFUSION SOUS LAITIER

• 1.1 - Description générale du procédé ESR
  Figure 1 - Schéma d'installation ESR la plus classique avec lingotière statique et photo de lingot démoulé (Crédit Aubert & Duval) Tableau 1 - Caractéristiques du procédé ESR
• 1.2 - Caractéristiques des lingots ESR
• 1.3 - Procédés alternatifs
  Figure 2 - Four de refusion à l’arc sous vide (procédé VAR) (Crédit Aubert & Duval)) Tableau 2 - Procédés généralement utilisés pour l’élaboration primaire [...] Tableau 3 - Intérêts spécifiques des procédés de refusion sous laitier (ESR) [...]
• 1.4 - Nuances/Marchés

2 - INTÉRÊT DE LA REFUSION SOUS LAITIER

• 2.1 - Propreté inclusionnaire
  Figure 3 - Distribution inclusionnaire d’un acier faiblement allié mesurée sur brut de solidification par la méthode des grands champs (surface analysée = 5 000 mm2) (AIR : élaboration aciérie à l’air ; ESR : refusion sous laitier) (Crédit Aubert & Duval)
• 2.2 - Structures de solidification
  Figure 4 - Aspects macrographiques de lingots bruts de solidification (acier faiblement allié et superalliage base Ni) Attaque au réactif de Kalling n° 2 (Crédit Aubert & Duval) Figure 5 - Cartes de temps locaux de solidification pour des lingots conventionnels (THERCAST®) et ESR (SOLECS) (acier faiblement allié) (Crédit Aubert & Duval) Figure 6 - Correspondance entre diamètres de lingot conventionnel et refondu ESR pour des tailles de microstructure équivalentes d’un acier faiblement allié (courbe inférieure/supérieure : équivalence des espacements interdendritiques primaires/secondaires) (Crédit Aubert & Duval) Figure 7 - Illustration du « banding » sur rond laminé acier 32CDV13 à l’état trempé-revenu en fonction du mode d’élaboration (Crédit Aubert & Duval) Figure 8 - Structure de solidification d’un lingot de diamètre 430 mm de superalliage refondu sous laitier (puits liquides marqués par ajouts de billes de Ni ; veines ségrégées (rouge) visibles dans la partie supérieure du lingot refondue à 10 kg/min) (Crédit Aubert & Duval) Tableau 4 - Comparaison des critères de solidification pour un lingot ESR [...]
• 2.3 - Homogénéité chimique
  Figure 9 - Macro-porosité gazeuse liée à la présence d’humidité (Crédit Aubert & Duval) Figure 10 - Variations de teneurs en aluminium et en titane pour un lingot de superalliage volontairement refondu avec des conditions opératoires variables (Crédit Aubert & Duval) Tableau 5 - Indices de macroségrégation en carbone pour des lingots d’aciers [...] Tableau 6 - Exemples de réduction de teneurs en soufre par refusion ESR (Crédit [...]
• 2.4 - Rendement matière et productivité
  Figure 11 - Exemples de différentes qualités de peau de lingots ESR (Crédit Aubert & Duval)
• 2.5 - Caractéristiques mécaniques et propriétés d’emploi
  Figure 12 - Aptitude à la déformation en fonction de la température de l’acier 17-4-PH pour différents modes d’élaboration. Essais de torsion réalisés en sens long (Crédit Aubert & Duval) Figure 13 - Limites d’endurance en fatigue en contraintes imposées (rapport de charge R σ = 0,1, 50 Hz) pour l’acier faiblement allié 32CrMoV12-9 laminé en barre de diamètre 90 mm (Crédit Aubert & Duval) Figure 14 - Propriétés de résilience à température ambiante en sens travers pour l’acier d’outillage X36CrMoV5-1 laminé en barre de diamètre 90 mm et traité à différents niveaux de dureté (Crédit Aubert & Duval) Figure 15 - Valeurs de résistance mécanique, limite élastique et résilience à 20 °C et − 40 °C en sens travers pour l’acier faiblement allié 32CrMoV12-9 laminé en barre de diamètre 50 mm après traitement thermique 920 °C/1h/Huile + 625 °C/2h/Air (Crédit Aubert & Duval) Figure 16 - Tenue en service de foret en acier rapide M2 en fonction du mode d’élaboration
• 2.6 - Avantages et limites du procédé ESR
  Tableau 7 - Avantages et limites du procédé ESR comparé au procédé d’élaboration [...]

3 - PRATIQUES DE REFUSION ET TECHNOLOGIE DES FOURS ESR

• 3.1 - Géométrie des électrodes et des lingots
• 3.2 - Laitier
  Figure 17 - Nappe de liquidus du système CaF2 – CaO – Al2O3 (Logiciel MTDATA) (Crédit Aubert & Duval) Figure 18 - Évolution de la conductivité électrique du laitier ESR base CaF2 en fonction du nombre équivalent de moles d’alumine (… Tableau 8 - Exemples de laitiers ESR
• 3.3 - Conduite de la fusion
  Figure 19 - Évolution de la vitesse de fusion, de l’intensité électrique et de la position de l’électrode au cours d’une refusion ESR (Crédit Aubert & Duval)
• 3.4 - Paramètres opératoires et régulation
  Figure 20 - Illustration schématique de la variation d’épaisseur de peau de laitier en fonction de la vitesse de fusion Figure 21 - Relation entre l’immersion de l’électrode dans le laitier et le signal tension (refusion ESR d’un acier à 15 kA) (Crédit Aubert & Duval)
• 3.5 - Variantes de fours ESR
  Figure 22 - Variantes de fours ESR (Crédit Aubert & Duval)

4 - MODÉLISATION DE LA REFUSION SOUS LAITIER

• 4.1 - État de l’art
  Figure 23 - Champ de vitesse calculé dans le laitier et le puits liquide – V max = environ 10 cm/s (acier faiblement allié, laitier 70 % CaF2-15 % CaO-15 % Al2O3) Figure 24 - Conditions locales de solidification du lingot (superalliage base Ni, laitier 70 % CaF2-15 % CaO-15 % Al2O3) – critère de Rayleigh (gauche) ; TLS (s) (droite)
• 4.2 - Validation des modèles de procédé
  Figure 25 - Validation du modèle SOLECS par marquages du puits liquide pendant une refusion non-standard de superalliage Figure 26 - Évolution de la taille maximale des carbures en fonction du temps local de solidification (Alliage 718)
• 4.3 - Bilan énergétique d’une refusion ESR
  Figure 27 - Calcul d’un bilan thermique typique pendant une refusion d’acier à l’échelle industrielle
• 4.4 - Exemple d’application : influence des paramètres opératoires
  Figure 28 - Calcul du champ de température dans le laitier et le puits liquide pour 2 vitesses de fusion très différentes (à gauche 5 kg/min ; à droite 10 kg/min) Figure 29 - Influence du coefficient de remplissage sur le volume du puits liquide au cours d’une refusion composée de deux paliers de vitesse de fusion successifs à 5 kg/min puis 10 kg/min
• 4.5 - Exemple d’application : influence des propriétés du laitier
  Figure 30 - Calcul de la puissance volumique dissipée par effet Joule dans le laitier, en fonction de sa conductivité électrique

5 - CONCLUSION

6 - GLOSSAIRE