Processus de four à arc submergé (SAF)

Le procédé du four à arc submergé (SAF)

Le procédé du four à arc submergé fonctionne par l'ajout intermittent de matières premières dans le four à l'aide d'un système d'alimentation. Une machine de brassage assure que le lit de matériau reste au niveau approprié. L'alliage en fusion est périodiquement soutiré du four, s'écoulant dans des poches ou d'autres conteneurs avant d'être transporté vers des moules pour la coulée. Le produit final prend forme après refroidissement. Le laitier de fer est déchargé par intermittence par un trou de coulée de laitier dédié.

Équipement principal du Four à arc submergé

Le système SAF comprend plusieurs composants clés :

Corps et revêtement du four
Couvercle du four
Réseau court
Système de refroidissement par eau
Système d'extraction des gaz d'échappement et de dépoussiérage
Système de traitement de la chaleur résiduelle
Coque d'électrode
Système de maintien, de glissement et de levage des électrodes
Système de chargement et de déchargement
Système de contrôle
Dispositif de percement
Système hydraulique
Transformateur SAF et équipement électrique associé

Corps du four

Le corps du four est constitué d'une coque en acier et d'un revêtement réfractaire :

Coque du four : Construite à partir d'une plaque de fond, de plaques latérales, de cerceaux de renfort et de plaques de nervures. Il présente généralement une conception circulaire avec des plaques latérales en acier épaisses soutenues par une charpente en acier profilé ancrée dans le béton.
Revêtement : Fabriqué à partir de réfractaires à haute teneur en alumine, en magnésie et à base de carbone. Des briques et des matériaux de magnésie de première qualité sont utilisés près du trou de coulée, souvent combinés à d'autres réfractaires comme les briques de silice carbonées.
Exigences de la coque : Doit avoir une résistance suffisante pour résister à la dilatation thermique importante du revêtement, s'adapter aux cycles de chauffage et de refroidissement, et être économe en matériaux et manufacturable. La coque comprend un trou de coulée intégré.
Couvercle du four

Le couvercle des fours scellés est construit avec des briques et des matériaux réfractaires, en utilisant des poutres en acier refroidies à l'eau comme squelette. Il comporte trois orifices d'électrode pour les porte-électrodes, qui sont isolés du couvercle. Des douilles de mesure de température avec des tubes de protection sont installées dans la maçonnerie réfractaire pour surveiller la température de l'atmosphère du four sous le couvercle.

Hotte à fumée

La hotte scelle la bouche du four, contient la chaleur rayonnante et capture les gaz de combustion générés pendant la fusion, améliorant ainsi l'environnement de travail. Il s'agit d'une structure en acier soudé (souvent hexagonale) composée de plaques de recouvrement, de parois latérales, de portes et d'un squelette de support qui repose sur la plate-forme d'exploitation.

Tuyau de sortie des gaz de combustion

Ce système crée une pression négative à l'intérieur de la hotte (via le tirage naturel ou un ventilateur) pour extraire la fumée. Chaque four dispose généralement de deux conduits, construits à partir de tôles et de profilés en acier. Un ensemble de conduits comprend une section inférieure refroidie à l'eau, assise sur la hotte, une section de tuyau de raccordement menant à l'extérieur et une vanne à cloche (actionnée par un vérin hydraulique) pour ouvrir/fermer le conduit. Lorsqu'ils sont fermés, les gaz sont dirigés vers le système de dépoussiérage.

Porte-électrode

Il s'agit d'un composant SAF essentiel, composé de :

Dispositif conducteur : Comprend traditionnellement des bagues collectrices (pour la distribution et l'égalisation du courant), des tuyaux en cuivre conducteurs et des carreaux en cuivre (coulées de cuivre rouge refroidies à l'eau). Les carreaux en cuivre transmettent le courant à l'électrode.
Dispositif de maintien : Applique une pression via des carreaux en cuivre sur la coque de l'électrode.
Dispositifs de glissement et de levage : Utilisés pour le réglage et le positionnement de la longueur de l'électrode.
Vérin de maintien : Également appelé cylindre extérieur de l'électrode, il suspend le porte-électrode et l'électrode, permettant un mouvement vertical.
Coque d'électrode : Contient la pâte d'électrode, qui frittage pour former l'électrode consommable.

La pression de contact carreau de cuivre-électrode est généralement de 0,05 à 0,15 MPa. La zone de frittage de l'électrode est une zone critique pour la résistance.

Dispositif de levage d'électrode

Cet appareil ajuste la longueur de l'arc de l'électrode pour contrôler la résistance et le courant du circuit. La vitesse de levage varie en fonction de la puissance du four et du diamètre de l'électrode (par exemple, 0,2 à 0,5 m/min pour les diamètres > 1 m). La course de levage typique est de 2,1 à 2,6 mètres.

Système de réseau court

Le réseau court transmet l'énergie basse tension et à courant élevé du transformateur aux électrodes. Sa conception est cruciale pour l'efficacité électrique et la minimisation de la consommation de métaux non ferreux. Les exigences clés sont :

Capacité de transport de courant adéquate.
Résistance minimisée.
Faible réactance inductive.
Isolation et résistance mécanique suffisantes.
Compensation du réseau court

Le réseau court contribue à environ 70 % de la réactance du système, ce qui entraîne un faible facteur de puissance naturel (souvent de 0,7 à 0,8). Cela réduit l'efficacité du transformateur, gaspille de l'énergie et peut entraîner des pénalités de service public. La mise en œuvre d'une compensation (correction du facteur de puissance et équilibrage des phases) est un moyen efficace de réduire la consommation d'énergie et d'améliorer l'efficacité de la fusion.

Système d'alimentation haute tension

Ce système comprend des isolateurs haute tension, des transformateurs de tension/courant et des disjoncteurs à vide. Il assure une alimentation électrique fiable au four tout en maintenant la sécurité et le contrôle opérationnel.

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