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)
-
Claude OUVRADOU : Directeur général Creusot-Métal - Président de la commission ATS des Aciéries électriques
-
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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Four à arc et ses périphériques5. Électrodes
Les électrodes sont constituées d’une pâte de carbone ayant subi, après cuisson, un traitement de graphitisation. Elles s’usent au cours de la fusion et sont allongées périodiquement par raboutage par le haut, la jonction entre l’électrode en service et le tronçon d’électrode neuf étant effectuée par vissage à l’aide d’une pièce de liaison tronconique, appelée nipple.
Le rôle des électrodes en graphite est primordial dans l’utilisation des fours électriques, pour transférer l’énergie électrique de l’alimentation de puissance à la charge contenue dans le four.
Leurs propriétés ont évolué au cours des dernières années pour s’adapter à l’évolution des fours électriques vers l’utilisation de puissances de plus en plus élevées. Il est maintenant courant, pour les nouveaux fours d’avoir des transformateurs de 100 MVA et plus.
De plus, le développement des fours à courant continu a aussi imposé des caractéristiques nouvelles aux électrodes.
5.1 Fabrication des électrodes
La matière première pour la fabrication des électrodes en graphite est le coke de pétrole aciculaire (needle coke) lié au brai, avec des additifs sélectionnés pour leurs propriétés spécifiques.
Les électrodes, de section cylindrique, ont un diamètre très variable conditionné par les caractéristiques du courant électrique qu’elles doivent supporter.
La figure 24 montre le processus de fabrication des électrodes.
1 – La première étape est le broyage et mélange du coke de pétrole, du brai et des divers additifs.
2 – Le mélange est ensuite extrudé et coupé en tronçons.
3 – Les tronçons sont placés dans des « pots » (en acier inoxydable) dans lesquels ils sont recouverts d’un matériau protecteur comme le sable.
Les « pots » sont ensuite introduits dans des fours et chauffés jusqu’à 800 ˚C environ. Le bitume composant les tronçons dits « verts » se transforme et devient amorphe.
4 – Les tronçons « cuits » sont imprégnés de brai afin d’en augmenter la densité et la limite de rupture.
5 – Après imprégnation, les...
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Électrodes
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 :
-
les frais d’investissement ;
-
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 :
-
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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