Introduction détaillée des cinq principaux procédés de fusion EBT
Le tapage excentrique par le bas (EBT)four à arc électriqueintègre des méthodologies opérationnelles spécifiques pour optimiser l'efficacité et la qualité. Ce qui suit décrit cinq procédés de fusion clés essentiels au fonctionnement du four EBT.
1. Opération de fusion et de chauffage rapides
C'est la fonction principale du four à arc électrique, commençant immédiatement après la première charge de ferraille. L'objectif est de faire fondre la ferraille et d'élever l'acier en fusion à la température de tapage dans les plus brefs délais. Les fours EBT emploient des techniques de fusion intensifiées pour y parvenir, notamment :
Entrée de puissance maximale : Fournir de l'énergie électrique au taux le plus élevé possible.
Assistance par brûleur oxy-combustible : Utiliser des buses de brûleur pour fournir une chaleur concentrée, accélérant la fusion de la ferraille.
Injection d'oxygène et agitation : Souffler de l'oxygène pour décarburer et générer de la chaleur exothermique, tout en agitant le bain.
Agitation du gaz par le bas : Injecter du gaz inerte (par exemple, Ar, N₂) à travers des bouchons poreux pour homogénéiser la température et la composition.
Pratique de laitier mousseux : Créer une couche de laitier isolante et mousseuse pour améliorer la stabilité de l'arc et l'efficacité thermique, accélérant ainsi le chauffage.
2. Opération de déphosphoration
L'élimination du phosphore dans le four à arc électrique est gérée en contrôlant l'oxydation du laitier (teneur en FeO), la basicité (rapport CaO/SiO₂) et la température. Les principales stratégies opérationnelles comprennent :
Entrée d'oxygène améliorée : Soufflage intensif d'oxygène et utilisation de brûleurs oxy-combustibles pour augmenter la teneur en FeO du laitier précoce, favorisant le transfert du phosphore du métal vers le laitier.
Formation précoce d'un laitier fortement oxydant et basique : Utiliser la température initiale plus basse du bain — qui favorise la déphosphoration — pour former un laitier efficace dès que possible.
Élimination du laitier (Slag-Off) : Éliminer rapidement le laitier initial riche en phosphore et le remplacer par un laitier frais pour éviter la « réversion du phosphore » (retour du P vers l'acier) lors des augmentations de température ou du tapage ultérieurs.
Injection de poudre : Injecter directement de la chaux (CaO) et de la poudre de spath-fluor (CaF₂) dans le bain en fusion avec un courant porteur d'oxygène. Cela peut atteindre des taux de déphosphoration allant jusqu'à 80 %, avec des taux de désulfuration simultanés approchant les 50 %.
Tapage sans laitier (avantage EBT) : La conception EBT permet un transfert minimal de laitier dans la poche. Le contrôle du volume de laitier à ~2 kg/t d'acier limite considérablement la réversion du phosphore. Avec un laitier contenant 1 % de P₂O₅, la réversion du phosphore peut être maintenue à ≤0,001 %.
Contrôle cible : La teneur finale en phosphore cible au tapage est fixée en dessous de 0,02 %, compte tenu des alliages ultérieurs et des spécifications du produit final.
3. Opération de décarburation
Les opérations EBT emploient souvent une stratégie de charge à haute teneur en carbone à plusieurs fins essentielles :
Protection du fer métallique : Pendant le soufflage d'oxygène dans la phase de fusion, le carbone s'oxyde de préférence au fer, réduisant la perte de rendement métallique (combustion).
Point de fusion inférieur : Le carbone abaisse le point de fusion de la ferraille, accélérant la formation d'une piscine liquide.
Agitation améliorée du bain : La réaction carbone-oxygène (C-O) produit du gaz CO, qui agite vigoureusement le bain en fusion. Cela favorise les réactions laitier-métal et facilite la déphosphoration précoce.
Raffinage et purification : Pendant la période de raffinage/chauffage, une réaction C-O active et soutenue (ébullition du carbone) élargit l'interface laitier-métal, facilite la déphosphoration ultérieure, homogénéise la température et la composition du bain et favorise la flottation des gaz et des inclusions.
Génération de laitier mousseux : Le gaz CO est essentiel pour créer et maintenir une couche de laitier mousseux efficace et isolante, ce qui améliore considérablement l'efficacité thermique et les taux de chauffage.
4. Opération d'alliage
L'alliage dans la pratique EBT est principalement effectué dans la poche pendant le tapage (« alliage en poche »). Cette approche offre un meilleur contrôle et un meilleur rendement. Les principes clés sont :
Ajout en poche standard : La plupart des ferro-alliages sont ajoutés au courant d'acier lorsqu'il remplit la poche.
Ajouts au four pour alliages spécifiques : Des éléments non oxydants à point de fusion élevé comme le nickel (Ni), le tungstène (W) et le molybdène (Mo) peuvent être ajoutés directement au four pour assurer une dissolution complète.
Prise en compte de l'acier retenu (« talon ») : Lors de l'utilisation d'une pratique de rétention d'acier, l'influence chimique du métal résiduel de la chaleur précédente sur la composition de la chaleur suivante doit être soigneusement calculée.
Gestion de la température : La température de tapage doit être ajustée pour compenser l'effet de refroidissement des ajouts d'alliages importants. Le préchauffage approprié de la poche et le chauffage après le tapage (par exemple, via un four poche) sont cruciaux pour maintenir la température et améliorer le rendement de l'alliage.
Ajustement en deux étapes : L'alliage en poche pendant le tapage est une étape de pré-alliage. La finition finale et précise de la composition est effectuée dans une station de raffinage secondaire (par exemple, four poche). Le pré-alliage cible le milieu de la plage de spécifications pour permettre des ajustements finaux en douceur et contrôlés.
5. Contrôle de la température
Une gestion thermique précise est fondamentale pour exécuter avec succès tous les procédés métallurgiques. Différentes étapes ont des exigences de température spécifiques :
Déphosphoration : Favorise les températures plus basses (par exemple, < 1550 °C). Cet avantage thermodynamique explique pourquoi la déphosphoration est mise en évidence au début du processus, coïncidant avec la phase de fusion initiale.
Oxydation/raffinage : Nécessite une température de bain plus élevée (généralement > 1550 °C) pour maintenir une ébullition carbone-oxygène active pour la purification et un chauffage efficace.
Tapage et traitement en aval : Le four doit fournir une surchauffe suffisante pour compenser les pertes thermiques pendant le tapage, le raffinage secondaire (LF, VD) et le transfert vers la machine de coulée. La température initiale requise du four est calculée en fonction de la voie de traitement en aval spécifique et de la nuance d'acier.
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