December 14, 2025
L'impact des fours à arc électrique sur l'efficacité énergétique électrique
Environnement électrique et caractéristiques de fonctionnement des fours à arc électrique
Fours à arc électrique(EAF) utilisés pour la fusion fonctionnent généralement en trois étapes distinctes :
1. Phase de fusion : Fusion initiale de la charge solide, représentant la période de plus forte demande énergétique.
2. Phase de raffinage et de chauffage initial.
3. Phase de raffinage : Où l'apport d'énergie compense principalement les pertes thermiques.
Un four à arc électrique à courant alternatif standard a un cycle de fusion allant d'environ 3 à 8 heures, selon les paramètres d'alimentation, la capacité du four et le processus de fusion spécifique. La période de fusion, d'une durée d'environ 0,5 à 2 heures, présente une charge d'impact triphasée très déséquilibrée. Pendant cette phase, le courant est extrêmement instable et la consommation d'énergie est à son maximum, représentant environ 60 % à 70 % de l'utilisation totale d'énergie. En revanche, les fluctuations de tension et la consommation d'énergie diminuent considérablement pendant les périodes de raffinage par oxydation et par réduction.
Les principales caractéristiques opérationnelles lors de la fusion de la ferraille comprennent :
Extinction et ré-allumage fréquents de l'arc au début de la fusion.
Fluctuations continues de l'arc tout au long de la période de fusion, entraînant des changements rapides de courant, l'effondrement du matériau et des courts-circuits.
Le facteur de puissance de fonctionnement d'un circuit EAF standard est généralement compris entre 0,8 et 0,85, tandis que pour les fours à haute puissance, il est inférieur, entre 0,7 et 0,8. Ce facteur de puissance inférieur entraîne intrinsèquement une réduction de l'efficacité électrique.
Impact sur l'efficacité énergétique
Le gaspillage d'énergie électrique dans les EAF se manifeste principalement sous deux formes : un faible facteur de puissance et la génération de scintillement et d'harmoniques importants pendant la fusion.
Le scintillement est une source principale de divers effets secondaires, notamment la distorsion harmonique et les déséquilibres de phase. Il fait référence aux distorsions transitoires — telles que les surtensions, les pics et les harmoniques — superposées à l'onde sinusoïdale alternative. Comme l'a noté l'éminent théoricien de l'énergie, le Dr Hersfield, les principales caractéristiques de cette distorsion sont une tension ultra-élevée, une vitesse ultra-élevée et une fréquence ultra-élevée.
Tension ultra-élevée : Les pics de scintillement peuvent atteindre 2 à 50 fois l'amplitude de tension normale, potentiellement jusqu'à 500 à 10 000 volts.
Vitesse ultra-élevée : Ces pics se produisent dans une durée extrêmement brève, complétant souvent leur rafale et leur décroissance en quelques microsecondes ou nanosecondes.
Fréquence ultra-élevée : L'activité de scintillement est incessante. Des dizaines de tels événements peuvent se produire à partir d'actions simples comme allumer une lumière, démarrer un appareil ou même cliquer sur une souris d'ordinateur, avec des tensions associées atteignant 500 à 1200 volts.
L'effet dommageable de ces transitoires haute tension et haute fréquence sur les équipements électriques sensibles est souvent négligé. De plus, puisque le travail électrique est le produit du courant et de la tension, les augmentations instantanées de l'un ou l'autre entraînent une plus grande consommation d'énergie instantanée.
L'élément chauffant d'un EAF est une charge résistive (l'arc). Par conséquent, ces pics de tension ou de courant instantanés ne peuvent pas contribuer à l'amorçage ou au chauffage de l'arc. Au lieu de cela, ils sont renvoyés sous forme de puissance réactive aux charges inductives du système, principalement le transformateur du four, où ils se dissipent sous forme de pertes magnétiques et de pertes dans le cuivre. Cette consommation instantanée de puissance réactive n'apporte aucun avantage au processus de fusion, mais son impact sur l'efficacité globale a historiquement été sous-estimé dans le fonctionnement des EAF.
Même en faisant abstraction du gaspillage d'énergie dû au faible facteur de puissance, le scintillement important généré pendant la seule période de fusion indique que l'efficacité électrique d'un EAF est inférieure à celle d'un appareil fonctionnant en douceur (avec un scintillement minimal) de la même puissance nominale.
Conclusion
Supprimer ou réduire l'amplitude et la fréquence des transitoires de scintillement générés pendant la période de fusion de l'EAF, et convertir cette partie de puissance inefficace en puissance active utile, représente une opportunité importante. Cette approche peut non seulement améliorer l'efficacité énergétique électrique du four et réaliser des économies d'énergie substantielles, mais aussi atténuer l'impact négatif et la pollution du four sur le réseau électrique, tout en offrant une protection aux équipements électriques sensibles.
Nous sommes un fabricant professionnel de fours électriques. Pour toute demande de renseignements, ou si vous avez besoin de fours à arc submergés, de fours à arc électrique, de fours de raffinage en poche ou d'autres équipements de fusion, n'hésitez pas à nous contacter à susan@aeaxa.com
