Dans la fabrication de l’acier au four à arc électrique, la consommation de matières premières et d’alliages métalliques a un impact direct sur le coût de production, le rendement en métal et la stabilité opérationnelle.
Cet article se concentre sur les endroits où se produisent les pertes de déchets d’acier et d’alliages lors de la fabrication de l’acier au four à arc électrique et sur la manière dont ces pertes peuvent être réduites concrètement, en se basant sur des principes métallurgiques largement acceptés et sur l’expérience de production.
1. Où se produit la perte de charge métallique dans la fabrication de l’acier au four à arc électrique ?
Lors de la fabrication de l’acier au four à arc électrique, la perte de charge métallique se produit principalement par les voies suivantes :
1.1 Perte de souffle pendant l’injection d’oxygène
Lors du découpage des déchets à l’étape de fusion et lors de la décarburation à l’étape d’oxydation, une partie du fer métallique est oxydée en FexOy, formant de la poussière qui est extraite par le système d’évacuation des gaz.
1.2 Perte de fer avec rejet de scories
Le fer est également perdu par le biais du laitier sous forme d’oxydes de fer (FexOy) et de gouttelettes métalliques entraînées. De plus, une partie de ces gouttelettes métalliques dispersées peut se retrouver dans la phase poussière lors du processus de fusion.
1.3 Pertes par évaporation dans la zone de l’arc
Dans la zone d’arc à haute température (environ 3 000 à 6 000 °C), une petite quantité de fer métallique peut s’évaporer. Dans des conditions normales, cette perte est relativement limitée et est souvent négligée dans les calculs de bilan matière.
1.4 Pertes d’acier en fusion dues à une décarburation excessive
Lorsque la réaction de décarburation se déroule trop rapidement, ou après de graves incidents d’ébullition, de l’acier en fusion peut s’échapper par la porte du four ou d’autres ouvertures.
2. Mesures pratiques pour réduire la consommation de charge métallique dans la production d’acier au four à arc électrique
La réduction de la consommation de charge métallique nécessite de minimiser l’oxydation, l’évaporation et les pertes physiques tout en veillant à ce que le matériau fondu pénètre rapidement dans le bain de fusion et reste protégé par le laitier.
2.1 Injection contrôlée d’oxygène pour minimiser les pertes par soufflage
L’apport d’oxygène doit être ajusté par étapes.
Avant que la ferraille n’atteigne une température incandescente, le débit d’oxygène doit rester limité. Il convient d’éviter une injection excessive d’oxygène avant la formation du laitier. Durant la phase d’oxydation, le laitier doit être suffisamment développé pour recouvrir uniformément la surface de l’acier en fusion, avec un moussage modéré afin de réduire l’entraînement de poussières et l’évaporation du métal dans la zone d’arc.
2.2 Maintenir un équilibre carbone approprié
La teneur en carbone joue un rôle crucial dans le contrôle des pertes de fer.
Lorsque l’apport de carbone est insuffisant, l’injection de carbone devient indispensable pour réduire la teneur en FeO dans le laitier. À l’inverse, un apport excessif de carbone prolonge le temps de décarburation, augmente la production de poussières et accélère l’oxydation du laitier, ce qui accroît les pertes de fer. En général, des cycles de fusion et d’affinage plus courts sont associés à des pertes métalliques moindres.
Dans le même temps, une hauteur de porte de four appropriée et une discipline d’exploitation sont nécessaires pour éviter le débordement d’acier en fusion lors d’une décarburation intense.
2.3 Pratiques rationnelles de gestion des scories et contrôle du volume de scories
Bien qu’une certaine teneur en FeO dans le laitier soit nécessaire à l’affinage, un volume excessif de laitier entraîne directement des pertes de fer. Les matériaux formant le laitier ne doivent être ajoutés que dans la mesure nécessaire pour atteindre les objectifs métallurgiques, en évitant un surdosage.
2.4 Structure optimisée du mélange de déchets et de la charge
La composition du mélange de ferraille influe fortement sur l’efficacité de la fusion et le rendement métallique. Une structure de chargement couramment utilisée est la suivante :
- Légère éraflure au fond
- Ferraille lourde ou moyenne et fonte brute au milieu
- Légère éraflure sur le dessus
Les déchets lourds doivent être tenus à l’écart des centres d’électrodes, des portes du four, des zones froides EBT et des zones directement exposées aux lances à oxygène. Un choix et un placement appropriés des déchets contribuent à accélérer l’alésage, à réduire l’exposition à l’arc et à limiter l’évaporation du métal.
2.5 Opérations de recharge standardisées
Lors du chargement, il convient d’éviter une compression excessive des déchets afin d’empêcher leur chute du bord du four dans les fosses à scories. Des opérations de chargement propres et contrôlées permettent de réduire les pertes physiques évitables.
2.6 Réutilisation des matériaux ferreux récupérables
Lorsque cela est possible, les scories de fer récupérées, les fines métalliques séparées magnétiquement et les calamines issues des procédés de coulée et de laminage en continu peuvent être partiellement réutilisées, réduisant ainsi la demande en charges métalliques fraîches.
2.7 Pratiques de mise à niveau correcte du bain et de fixation de l’acier.
Le maintien de niveaux adéquats d’acier et de laitier garantit que l’injection d’oxygène agit principalement sur le bain de fusion plutôt que sur les ferrailles exposées. Une fois les ferrailles fondues, leur immersion rapide dans le bain et la protection par le laitier réduisent considérablement les pertes par oxydation.
3. Comment réduire la consommation d’alliages dans la production d’acier au four à arc électrique
La consommation d’alliages représente un autre poste de coûts maîtrisable dans la production d’acier. L’objectif principal est d’améliorer la récupération des alliages tout en préservant la qualité de l’acier.
3.1 Gestion des déchets classés et apports ciblés en alliage
Les différentes qualités de ferraille doivent être stockées séparément et chargées conformément aux exigences relatives aux nuances d’acier. La ferraille à teneur élevée en manganèse ou en chrome peut être utilisée de manière sélective lors de la production d’aciers alliés correspondants, sans incidence sur la décarburation.
3.2 Minimisation de l’entraînement de scories lors de la coulée
Éviter l’entraînement de scories lors de la coulée permet de créer un environnement plus propre pour l’ajout d’alliages. Combiné à des pratiques de raffinage des scories et de prédésoxydation économiques, le rendement en alliages peut être considérablement amélioré.
3.3 Rétention de carbone pour une teneur en oxygène plus faible
La rétention de carbone pendant la fusion au four à arc électrique contribue à réduire l’oxygène dissous dans l’acier, améliorant directement le rendement de l’alliage lors de la coulée et de la métallurgie secondaire.
3.4 Température de coulée contrôlée et intensité d’agitation
Une température de coulée appropriée et une intensité d’agitation à l’argon adéquate garantissent une dissolution complète de l’alliage, empêchant l’agglomération de l’alliage non fondu sur la surface du laitier de la poche et les pertes d’oxydation inutiles lors du réchauffage ultérieur.
3.5 Calendrier d’utilisation des alliages coûteux et difficiles à dissoudre
Les alliages de grande valeur ou difficiles à dissoudre doivent être ajoutés dans des conditions de poche bien désoxydées afin de maximiser la récupération.
3.6 Plages cibles de composition raisonnable
Le contrôle de la composition de l’acier doit éviter de viser systématiquement les limites supérieures, ce qui conduit à un surdimensionnement de la qualité et à une consommation inutile d’alliages.
3.7 Réduction des pertes mécaniques lors de l’ajout d’alliage
Les alliages ajoutés manuellement doivent être chargés par des goulottes prévues à cet effet afin d’éviter tout déversement hors de la poche de coulée.
3.8 Préchauffage pour les ajouts d’alliage importants ou difficiles
Pour les aciers fortement alliés ou les ajouts importants d’alliages, le fait de placer les alliages au fond de la poche et de les préchauffer sous le réchauffeur de poche améliore l’efficacité de la fusion et réduit les pertes lors de l’étape d’affinage.
4. Réduire la consommation à long terme grâce à la conception des installations et à la gestion de la production
En fonctionnement continu, la consommation de déchets d’acier et d’alliages est influencée non seulement par les coulées individuelles, mais aussi par l’agencement de l’usine, le flux de matériaux et les pratiques de gestion de la production.
Une conception rationnelle de l’atelier et des circuits de chargement et de coulée optimisés permettent de raccourcir les trajets des matériaux, de réduire les manutentions répétitives et de limiter les risques de pertes matérielles. Des procédures d’exploitation claires et appliquées de manière uniforme pour le soufflage d’oxygène, le chargement, la coulée et l’ajout d’alliage réduisent la variabilité entre les équipes et les opérateurs.
Ces mesures doivent être adaptées aux conditions réelles de l’usine, notamment à l’espace disponible, au budget du projet, à la structure des matières premières locales et au niveau de qualification de la main-d’œuvre. Il n’existe pas de modèle de gestion universel applicable à tous les projets de fours à arc électrique.
En pratique, SME Group fournit des services de gestion de production et d’assistance opérationnelle pour les projets d’aciérie à four électrique à arc dans le monde entier, qu’il s’agisse de nouvelles aciéries clés en main ou d’installations existantes souhaitant optimiser leur fonctionnement. Toutes les solutions de gestion de production sont développées sur mesure, afin de garantir un fonctionnement stable et une qualité de produit optimale, tout en réduisant progressivement la consommation de charges métalliques et d’alliages.
