Bibliographie & annexes
Présentation
NOTE DE L'ÉDITEUR
Les normes NF EN 60519-1 de septembre 2015 et NF EN 60519-8 de janvier 2006 citées dans cet article seront remplacées par les normes NF EN IEC 60519-1 et -8 (C79-631 et -638) : Sécurité dans les installations destinées au traitement
électrothermique et électromagnétique
- Partie 1: Exigences générales
- Partie 8 : Exigences particulières pour fours de refusion sous laitier électroconducteur (Révision 2020)
Pour en savoir plus, consultez le bulletin de veille normative VN2006 (Juillet 2020).
RÉSUMÉ
Cet article est consacré au four électrique de fusion, il en décrit l’histoire, le principe, la description technologique et son alimentation électrique. Essentiellement outil de production d’acier liquide, le four à arc est constitué d’une cuve en acier et d’électrodes en graphite qui transfèrent l’énergie électrique de l’alimentation à la charge contenue dans le four. La conception de l’aciérie doit permettre au four à arc d’atteindre sa production maximale, sans perte de temps dans les opérations annexes, et ceci avec un minimum de main d’œuvre.
Lire cet article issu d'une ressource documentaire complète, actualisée et validée par des comités scientifiques.
Lire l’articleAuteur(s)
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Patricia AYED : Docteur-Ingénieur-ATS/FFA (Association Technique de la Sidérurgie/Fédération Française de l’Acier)
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Claude OUVRADOU : Directeur général Creusot-Métal - Président de la commission ATS des Aciéries électriques
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Jacques ASTIER : Ancien Directeur à l’Institut de recherche de la sidérurgie française (IRSID) Ingénieur-conseil
INTRODUCTION
Le four à arc est essentiellement un outil de production d’acier liquide à partir de ferrailles, celles-ci pouvant être remplacées partiellement par de la fonte ou des minerais préréduits ([28]Réduction à l’état solide et § 7.8 et § 7.9).
Il se compose d’une cuve d’acier garnie de réfractaires et l’énergie nécessaire est fournie par des arcs électriques jaillissant entre des électrodes en graphite et la charge.
L’affinage de l’acier fondu est réalisé par réaction du métal liquide avec un laitier à base de chaux. Le garnissage du four est donc basique 3.2.
L’opération de fusion est souvent accompagnée, ou suivie, d’une opération de décarburation et de déphosphoration réalisée par addition de minerai de fer ou insufflation d’oxygène dans le bain.
La décarburation doit amener le bain à la teneur en carbone désirée et, grâce au dégagement d’oxyde de carbone produit, elle facilite l’élimination des gaz dissous.
La déphosphoration est obtenue par oxydation du phosphore et combinaison du P2O5 obtenu avec la chaux du laitier.
Après élimination totale ou partielle (par débordement au-dessus du seuil de la porte) du laitier suroxydé et phosphoreux obtenu, le métal peut être soit coulé en poche pour affinage, soit préaffiné au four avec des désoxydants puissants, comme le silicium ou l’aluminium, sous un laitier basique riche en chaux (marche dite « à deux laitiers »). Des éléments d’alliage peuvent également être ajoutés. Le réglage précis de la température du métal à la coulée du four en poche est un des points clefs pour la fabrication d’acier de qualité. Selon les nuances d’acier et les opérations prévues en poche, les températures visées au four, avant coulée, peuvent varier de 1 550 à 1 750 ˚C (cf. articles spécialisés de la rubrique Ensembles sidérurgique de ce traité).
Marche acide : le four à arc peut cependant être utilisé avec un garnissage acide lorsque, compte tenu des matières premières utilisées et des spécifications demandées, la déphosphoration et la désulfuration du métal ne sont pas nécessaires. Cette technique est utilisée dans certaines fonderies de fonte et d’acier et le four à arc est alors uniquement un instrument de fusion.
L'expertise technique et scientifique de référence
VERSIONS
- Version archivée 1 de juil. 1988 par Claude BARBAZANGES, Marc AMBLARD
- Version archivée 2 de juil. 1995 par Patricia AVED, Claude BARBAZANGES, François LEMIÈRE
DOI (Digital Object Identifier)
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Présentation
Alimentation électrique et régulation d’électrodes3. Description technologique du four à arc
3.1 Parties mécaniques
Même s’il est prévu pour une alimentation continue de la charge, un four à arc doit toujours pouvoir être chargé par paniers, par pivotement de la voûte.
Deux conceptions différentes peuvent être adoptées (figure 15).
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Le four à bélier indépendant (figure 15 a ) : dans cette solution, la superstructure est manœuvrée par une pièce massive d’acier forgé appelée communément bélier, qui, pour le chargement, est animée (en général par vérins hydrauliques) d’un mouvement de levée suivi d’un mouvement de rotation. Dans ce cas, le bélier est fixé sur les fondations du four et ne le suit donc pas dans son mouvement de basculement. Ce n’est qu’au moment du chargement que le bélier, commandé hydrauliquement, vient s’engager dans la superstructure du four pour en assurer le pivotement. La plate-forme du four, de dimensions très réduites, ne supporte donc que la cuve. La plate-forme est supportée par deux berceaux roulant sur les chemins de roulement qui reposent sur les fondations du four.
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Dans le four dit sur plate-forme, tout le dispositif de manœuvre de la superstructure et de la voûte repose sur la plate-forme et bascule avec le four. Il peut être constitué par un cylindre hydraulique (ou bélier) comme dans le cas précédent (figure 15 b ) ou par une grue pivotante ou king-pin (figure 15 c ).
3.2 Cuve et son garnissage
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Cuve
Elle est formée d’une virole d’acier qui, dans la plupart des cas, est cylindrique ou ovale. Pour les gros fours, la virole est en général construite en cage d’écureuil et la liaison entre les montants est faite par des panneaux amovibles. Le fond de cuve est constitué par une tôle forte emboutie ou soudée par éléments, de forme sphérique ou elliptique à bords tombés.
La cuve peut être divisée en deux ou trois parties amovibles (supérieure, médiane et sole) pour faciliter l’entretien du garnissage.
Beaucoup...
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Description technologique du four à arc
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - The Electric Arc Furnace - . International Iron and Steel Institute 3rd report (1990).
-
(2) - AYLEN (J.) - Electric Arc Steelmaking - . IISI Report. Steel Times (mai 1991).
-
(3) - NODA (T.), coll - Development of DC Arc Furnace - . Daïdo Steel (1990).
-
(4) - MICHARD (J.A.) - Quel avenir pour les outils de la sidérurgie - . Cahiers Français de l’Électricité, no 9 (1991).
-
(5) - ASTIER (J.), Van den BROEK (J.) - Les Fours à Arc - . Cahiers Français de l’Électricité, no 4 (1991).
-
(6) - BOUSSARD (P.), SMIESZKOL (J.), DWORATZEK (C.) (Vallourec Saint-Saulve), PAUL (G.), PFISTER (P.) (BSE Kehl) - Pratique industrielle à Vallourec Saint-Saulve des bras conducteurs en aluminium - . ATS Journées Sidérurgiques 92, Paris (déc. 1992).
- ...
Les données générales rassemblées ici se subdivisent entre :
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les frais d’investissement ;
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les coûts des opérations en aciérie électrique.
-
Frais d’investissement
Le tableau 1 donne, à titre de comparaison les frais d’investissement en euros par tonne annuelle d’acier brut correspondant :
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à une usine intégrée ;
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à une aciérie électrique fondée sur la refusion de ferrailles ;
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à une aciérie électrique fondée sur l’utilisation de minerais préréduits à partir de gaz naturel.
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Coûts des opérations en aciérie électrique
Ces coûts constituent, hors amortissement, frais financiers et frais généraux ou commerciaux, les frais des opérations en aciérie électrique, c’est-à-dire les cash costs ; comme on l’a vu dans l’article (paragraphe 7.7 et figure 36), les matières premières constituent la plus grande partie de ces coûts. Dans le détail, il est difficile d’indiquer des valeurs plus précises pour chacun des postes car les prix unitaires varient beaucoup d’un endroit à un autre ; on ne peut donner que des ordres de grandeur qui sont, hors matières premières, entre 35 et 55 € ou dollars des États-Unis par tonne...
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