December 29, 2025
Le procédé du four à arc submergé (SAF) est une méthode industrielle sophistiquée employée pour la fusion de divers matériaux. Dans ce procédé, les matières premières sont introduites par intermittence dans le four via un dispositif d'alimentation dédié. Une machine de brassage assure que la surface du matériau reste uniforme, facilitant un chauffage et une fusion uniformes. Au fur et à mesure que le procédé progresse, l'alliage liquide généré s'écoule dans des poches ou d'autres conteneurs, qui sont ensuite transportés vers des moules pour le moulage. Après refroidissement, le produit fini est obtenu. Simultanément, le laitier de fer est déchargé par intermittence via une sortie de laitier désignée, assurant la pureté de l'alliage.
Le procédé SAF est soutenu par une gamme complète d'équipements, chacun jouant un rôle crucial dans l'opération de fusion. Les principaux composants comprennent le corps du four, le couvercle du four, le réseau court, le système de refroidissement par eau, le système d'extraction des fumées, le système d'élimination des poussières, le système de traitement de la chaleur résiduelle, la coque des électrodes, le système de pressage et de levage des électrodes, le système de chargement et de déchargement, le contrôleur, le dispositif de percement, le système hydraulique, le transformateur SAF et divers équipements électriques.
Le corps du four est le cœur du SAF, comprenant une enveloppe de four et un revêtement réfractaire.
Construite avec une conception circulaire, l'enveloppe du four est composée d'une plaque de fond, de plaques murales, de cerceaux et de plaques de nervures. Les plaques latérales sont fabriquées à partir de tôles d'acier épaisses, soutenues par un cadre en profilés en acier monté sur du béton. Cette conception assure la robustesse et la stabilité pendant le fonctionnement.
Le revêtement utilise des matériaux réfractaires à haute teneur en alumine, en magnésie et en carbone. Près de la sortie du four, des briques de magnésie de première qualité et des matériaux de magnésie sont utilisés, combinés à des briques de silice carbonée. Le revêtement doit résister à une forte dilatation due au chauffage, s'adapter aux cycles de dilatation et de refroidissement thermiques, et être rentable et facile à fabriquer. Un trou de coulée est intégré dans l'enveloppe du four pour la décharge du laitier.
Le couvercle du four scellé est construit avec des briques et des matériaux réfractaires, renforcés par des poutres en acier refroidies à l'eau comme squelette. Trois trous d'électrodes sur le dessus permettent au porte-électrode triphasé de passer à travers, isolé avec des matériaux isolants. Neuf douilles de thermomètre, insérées dans des briques réfractaires avec des tubes de protection, permettent la mesure de la température à l'intérieur du four.
La hotte à fumée entoure la bouche du four, bloquant la chaleur rayonnante et collectant les gaz de combustion produits pendant la fusion, améliorant ainsi l'environnement d'exploitation. Elle se compose d'une plaque de recouvrement, de parois latérales, d'une porte de four et d'un squelette, formant une forme hexagonale par soudure de tôles et de profilés en acier. Elle repose sur la plate-forme d'exploitation via le squelette de la hotte.
Le tuyau de sortie des gaz de combustion repose sur les différences de pression naturelles ou sur un ventilateur pour créer une pression négative, déchargeant la fumée vers l'extérieur. Chaque four électrique possède deux conduits, fabriqués à partir de tôles et de profilés en acier, comprenant une section inférieure refroidie à l'eau, une section de tuyau de fumée, une vanne cloche et une suspension de fumée. La section refroidie à l'eau, située sur l'anneau de poutre de la hotte à fumée courte, est refroidie par de l'eau. La section de tuyau de fumée mène directement à l'extérieur, avec une vanne cloche contrôlée par un vérin à huile de fumée pour ouvrir et fermer le conduit. Lorsque le collecteur de poussière est connecté, la vanne cloche se ferme, dirigeant les gaz de combustion vers le collecteur de poussière via une action de ventilateur à trois voies.
Le porte-électrode est le cœur du SAF, comprenant un dispositif conducteur, un dispositif de maintien, un dispositif de pressage et de libération, un dispositif de levage, un cylindre de maintien et la coque de l'électrode. Il assure que la tuile de cuivre adhère à la coque de l'électrode sous une pression appropriée, permettant à de forts courants provenant du réseau court de passer à travers l'anneau collecteur ou le support, puis à travers le tube en cuivre conducteur vers les électrodes.
Le cylindre de maintien, ou cylindre extérieur de l'électrode, suspend le porte-électrode et l'électrode, permettant le levage de l'électrode pendant le fonctionnement.
Les dispositifs conducteurs traditionnels comprennent des bagues collectrices, des tubes en cuivre conducteurs et des tuiles en cuivre. La bague collectrice égalise la tension, collecte le courant et le distribue au tube en cuivre conducteur, garantissant que chaque tuile en cuivre sur chaque électrode reçoit un courant égal. La tuile en cuivre, coulée avec du cuivre rouge et contenant un tuyau d'eau de refroidissement, a une densité de courant admissible de 0,9~2,5 A/cm² sur sa surface de contact avec l'électrode. La bande de frittage de l'électrode est le maillon le plus faible de la résistance de l'électrode, la tuile en cuivre exerçant une force de maintien de 0,05~0,15 MPa sur l'électrode, dérivée du porte-électrode. Les électrodes avec des supports combinés améliorent le frittage.
Le dispositif de levage des électrodes ajuste la position de l'électrode en la levant et en l'abaissant, régulant la longueur de l'arc de l'électrode pour ajuster la résistance et l'intensité du courant. La vitesse de levage varie avec la puissance du four, allant généralement de 0,2 à 0,5 m/min pour les électrodes de plus de 1 m de diamètre et de 0,4 à 0,8 m/min pour celles de moins de 1 m. La course de levage est de 2,1 à 2,6 m.
Le réseau court transmet l'énergie électrique basse tension et à courant élevé, introduisant efficacement l'énergie du réseau dans le SAF. Une structure de réseau court raisonnable et une sélection appropriée de la densité de courant ont un impact significatif sur les indicateurs de fonctionnement de la puissance et l'efficacité économique de la consommation de métaux non ferreux.
La fonction principale du réseau court est de transmettre de forts courants, la réactance et la résistance représentant une part importante de l'ensemble de la ligne, déterminant les caractéristiques électriques de l'équipement. Il doit répondre aux exigences de base suivantes :
1. Capacité de transport de courant suffisante.
2. Résistance aux courts-circuits minimisée.
3. Petite valeur de réactance inductive.
4. Bonne isolation et résistance mécanique.
Le système SAF génère 70 % de sa réactance via le réseau court, ce qui rend difficile l'obtention d'un facteur de puissance naturel supérieur à 0,85, la plupart des fours fonctionnant entre 0,7 et 0,8. Ce facteur de puissance inférieur réduit l'efficacité du transformateur, consomme un travail inutile, gaspille de l'énergie et entraîne des pénalités énergétiques supplémentaires. Le contrôle manuel des électrodes et de l'empilage augmente le déséquilibre de la puissance triphasée, atteignant plus de 20 %, ce qui entraîne une faible efficacité de fusion et des coûts d'électricité élevés. L'équilibrage du réseau électrique est crucial pour réduire la consommation d'énergie et améliorer l'efficacité de la fusion.
Le système d'alimentation haute tension comprend des interrupteurs d'isolement de ligne d'arrivée haute tension et des transformateurs de tension, des disjoncteurs à vide haute tension et des transformateurs de courant, des parafoudres à oxyde de zinc et des dispositifs de protection par absorption résistance-capacité, formant des armoires de ligne d'arrivée haute tension, des armoires de commutation sous vide, des parafoudres à oxydation et des armoires de protection résistance-capacité. Il fournit l'alimentation principale au four électrique et assure la protection contre les courts-circuits. Un dispositif d'absorption de surtension protège le transformateur des tensions de fonctionnement et de surtension, tandis que le parafoudre à oxyde de zinc offre une protection contre la foudre. L'interrupteur de déconnexion de la ligne d'arrivée facilite le débogage et la maintenance.
Le système d'alimentation en eau achemine l'eau vers une plate-forme haute, où le système de refroidissement par eau refroidit le réseau court, la hotte refroidie à l'eau, la cheminée refroidie à l'eau, la bague de pression, la tuile en cuivre et la chemise large refroidie à l'eau via un distributeur d'eau. Un autre chemin envoie de l'eau au dispositif de refroidissement à l'eau et à l'huile forte du transformateur pour le refroidissement du transformateur.
1. Matériaux réfractaires pour la construction du four.
2. Pâte d'électrode.
3. Rails et fixations du transformateur.
4. Fluide hydraulique.
5. Tuile en cuivre.
6. Câble de refroidissement par eau.
Cet aperçu complet du procédé du four à arc submergé met en évidence sa complexité et le rôle essentiel que chaque composant joue pour assurer des opérations de fusion efficaces et performantes. Pour des informations plus professionnelles sur l'équipement des fours de fusion, veuillez consulter la section actualités de notre site Web.
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