Dans le procédé d’élaboration de l’acier en four à arc électrique, l’amorçage de l’arc et le perçage (également appelé pénétration) pendant la phase de fusion sont des opérations critiques qui influent directement sur l’efficacité de la fusion, la consommation d’électrodes et la stabilité globale du four. Une compréhension approfondie des mécanismes physiques sous-jacents à ces deux phénomènes, ainsi que des pratiques d’alimentation électrique correspondantes, est essentielle pour garantir une production d’acier sûre, stable et hautement performante.
1. Qu’est-ce que « l’amorçage de l’arc » dans le processus d’élaboration de l’acier au four à arc électrique ?
Au début du processus d’élaboration de l’acier en four électrique à arc, les électrodes sont abaissées sous le contrôle du système de régulation jusqu’à ce qu’elles entrent en contact avec la ferraille présente dans le four. Lorsque l’extrémité de l’électrode touche la ferraille, un court-circuit se produit, et un arc électrique à haute température est généré et maintenu entre l’électrode et la ferraille. Ce phénomène est appelé amorçage de l’arc.
L’amorçage de l’arc marque le début officiel de la phase de fusion dans la fabrication de l’acier en four à arc électrique. À ce stade, le four est encore rempli de matériaux de charge solides et l’arc est relativement exposé. Par conséquent, la stabilité de l’arc est faible et la charge thermique sur la voûte du four est relativement élevée, ce qui fait de l’amorçage de l’arc une phase qui nécessite un contrôle précis de l’alimentation électrique et du mouvement des électrodes.
2. Caractéristiques de la phase d’amorçage de l’arc et principes de mise sous tension
Lors de la mise sous tension initiale et de l’amorçage de l’arc, le four est entièrement rempli de ferraille et la distance entre l’arc et la voûte du four est faible. Si une puissance excessive ou une tension trop élevée (c’est-à-dire un arc trop long) est appliquée à ce moment-là, la voûte du four, et en particulier les petits couvercles, peut être gravement endommagée. Par conséquent, on sélectionne généralement la tension la plus basse lors de la mise sous tension et de l’amorçage de l’arc afin de garantir un fonctionnement sûr et stable.
La phase d’amorçage de l’arc est généralement courte, d’une durée d’environ 1 à 5 minutes. Dans les cas où une grande proportion de ferraille légère et fine est chargée dans la couche supérieure, il peut être judicieux d’appliquer une puissance plus élevée dès le début afin d’accélérer la fusion de la ferraille.
Au moment de la mise sous tension initiale, le métal situé sous l’électrode est soumis à un choc thermique intense et soudain, ce qui peut provoquer des éclatements ou des écaillages localisés. De plus, l’arc est très instable à ce stade et des interruptions fréquentes se produisent. Par ailleurs, en raison des espaces entre les différents morceaux de ferraille, des émissions et des bombardements d’électrons peuvent se produire entre les surfaces métalliques après la mise sous tension. L’ensemble de ces facteurs entraîne des niveaux sonores extrêmement élevés pendant la phase initiale d’amorçage de l’arc. Après quelques minutes de fonctionnement, lorsque l’arc est enfoui dans la ferraille, sa stabilité s’améliore considérablement et le niveau sonore diminue progressivement.
3. Qu’est-ce que le « perçage » dans le procédé d’élaboration de l’acier au four à arc électrique ?
Après l’amorçage de l’arc, la ferraille entourant l’arc sous l’électrode fond rapidement sous l’effet de l’intense chaleur dégagée par l’arc. Grâce au système de régulation de l’électrode, celle-ci maintient une distance appropriée par rapport à la charge et descend continuellement au fur et à mesure que la ferraille fond.
À mesure que la fusion progresse, un trou plus large que le diamètre de l’électrode se forme progressivement sous celle-ci. Dans les fours à arc électrique à courant alternatif, trois trous de ce type se forment généralement, tandis que dans les fours à arc électrique à courant continu, un seul trou est créé. Ce processus, au cours duquel l’arc « perce » littéralement la charge de ferraille, est appelé
4. Caractéristiques de mise sous tension et considérations opérationnelles pendant la phase de pénétration
Une caractéristique essentielle de la phase de pénétration est que l’arc électrique est entièrement entouré de matériaux de rebut. Dans ces conditions, la quasi-totalité de l’énergie thermique de l’arc est absorbée par la charge, et l’impact thermique direct sur le revêtement réfractaire est minimal. Par conséquent, la puissance maximale est généralement appliquée pendant la phase de pénétration afin d’exploiter pleinement la densité de puissance élevée et l’efficacité de fusion optimale du procédé d’élaboration de l’acier au four à arc électrique.
Il convient de noter que l’effondrement des déchets métalliques se produit fréquemment pendant la phase de pénétration, entraînant des variations rapides de la longueur de l’arc et des conditions électriques. Par conséquent, le courant et la tension deviennent très instables, et l’aiguille de l’ampèremètre sur le panneau de commande fluctue souvent violemment. Ce comportement est caractéristique de la phase de pénétration et nécessite des systèmes de régulation automatique réactifs ainsi qu’une surveillance attentive de la part de l’opérateur pour maintenir la stabilité globale du four.
