December 24, 2025
Analyse des conditions dynamiques dans l'acierie au four à arc électrique
Des conditions cinétiques insuffisantes pour les réactions métallurgiques dans le bain en fusion constituent depuis longtemps un défi technique majeur dans l'acierie au four à arc électrique (FAE).
L'intensité limitée de l'agitation du bain du FAE est fondamentalement liée aux caractéristiques inhérentes à la conception du four. Les FAE traditionnels utilisent de la ferraille d'acier comme matière première principale et s'appuient principalement sur l'énergie électrique, complétée par l'énergie chimique, pour produire de l'acier en fusion qualifié. Par conséquent, la conception des FAE présente généralement un diamètre relativement grand et un bain peu profond. Par exemple, le rapport hauteur/diamètre d'un FAE de 100 tonnes ne représente qu'environ 53 % de celui d'un convertisseur de capacité équivalente.
Généralement, un rapport hauteur/diamètre plus élevé permet une intensité d'alimentation en oxygène plus élevée. De plus, les contraintes pratiques de l'exploitation des FAE - telles que la nécessité de gérer la fusion de la ferraille et l'écoulement des scories par la porte du four - restreignent davantage l'intensité d'agitation réalisable. Par conséquent, la force d'agitation du bain dans un FAE n'est généralement que de 10 % à 20 % de celle réalisable dans un convertisseur.
L'intensité d'agitation peut être quantifiée par la vitesse d'écoulement de l'acier en fusion. Les simulations numériques de l'écoulement de l'acier en fusion dans un FAE de 100 tonnes révèlent une vitesse d'écoulement moyenne d'environ 0,06 m/s. En revanche, la vitesse d'écoulement moyenne dans un convertisseur de 100 tonnes est d'environ 0,31 m/s. Cette différence significative souligne les conditions d'agitation nettement plus faibles dans le bain du FAE.
Cette disparité dans la dynamique se manifeste clairement dans la production réelle. Les écarts de consommation de fusion et de coûts de production entre l'acierie FAE et l'acierie au convertisseur sont prononcés. Les principaux paramètres de point final - tels que le produit carbone-oxygène ([C]·[O]), la teneur en oxygène dissous et la teneur en FeO des scories - sont des indicateurs importants de l'intensité d'agitation du bain et ont un impact substantiel sur la qualité du produit final.
Les données de plusieurs aciéries de pointe comparant les conditions de point final pour les coulées FAE et convertisseur montrent que l'acierie FAE entraîne généralement un produit carbone-oxygène moyen plus élevé (environ 0,0032) et une teneur en FeO des scories finales significativement plus élevée (supérieure à 22,00 %) par rapport à l'acierie au convertisseur.
En résumé, la faible intensité d'agitation du bain du four à arc électrique, contrainte par la géométrie du four et les caractéristiques du processus, présente une limitation fondamentale qui entrave les progrès technologiques ultérieurs en matière d'efficacité et de contrôle de la qualité de l'acierie FAE.
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