La production d’acier au four à arc électrique est devenue un procédé extrêmement flexible, efficace et respectueux de l’environnement en métallurgie moderne. La qualité de l’acier, l’efficacité de la fusion et la consommation d’énergie sont étroitement liées à la sélection et à la préparation des matières premières. La connaissance des types de matériaux utilisés dans la production d’acier au FAE, ainsi que la maîtrise de leur chargement, est essentielle pour garantir un fonctionnement stable et réduire les coûts de production.
1. Principales matières premières pour la fabrication de l’acier au four à arc électrique
La fabrication de l’acier au four à arc électrique utilise généralement trois grandes catégories de matériaux :
1.1 Matières premières contenant du fer
Ces éléments constituent la charge métallique primaire pour la fusion :
- Ferraille (ferraille légère, ferraille moyenne, ferraille lourde)
- Fonte brute
- Récupération des déchets issus des processus internes
- Fer directement réduit (DRI)
Les déchets d’acier restent la principale matière première pour la fabrication de l’acier au four à arc électrique, et leur qualité a un impact direct sur la pureté de l’acier, la consommation d’énergie et la vitesse de fusion.
1.2 Matériaux de formation de scories
Utilisé pour former un laitier de raffinage stable et contrôler les réactions du four :
- La chaux (CaO) est essentielle à la formation du laitier.
- La dolomite (MgO·CaO) stabilise le laitier et protège le revêtement réfractaire.
- Le fluorure de calcium (CaF₂) améliore la fluidité du laitier lorsque cela est nécessaire.
Ces matériaux contribuent à éliminer les impuretés, à réguler le potentiel d’oxygène et à améliorer l’efficacité thermique pendant le processus de fusion.
1.3 Matériaux auxiliaires
Matériaux supplémentaires utilisés lors de la désoxydation, du raffinage, de l’alliage et du moussage du laitier :
- Agents moussants (poudre de carbone, fines de coke)
- Désoxydants tels que FeSi, SiMn et l’aluminium
- Éléments d’alliage pour l’ajustement de la composition
- Oxydants (calamine, minerai de fer) utilisés dans certains petits fours traditionnels
Chacun joue un rôle essentiel dans la réalisation d’objectifs métallurgiques spécifiques au sein du four à arc électrique.
2. Exigences de qualité pour les déchets d’acier dans la production d’acier au four à arc électrique
Pour garantir une fusion stable et un acier de haute qualité, les déchets d’acier doivent répondre aux exigences suivantes :
- Surface propre avec un minimum de rouille et de contaminants
- Exempt de métaux non ferreux tels que le plomb, l’étain, l’arsenic, le cuivre et le zinc
- Composition chimique clairement connue et stable
- Dimension et épaisseur de bloc appropriées pour le chargement du four et la fusion rapide
Le respect de ces critères réduit les risques opérationnels et améliore à la fois la productivité et la qualité de l’acier.
3. Comment déterminer la charge de ferraille appropriée pour les fours à arc électrique à ultra-haute puissance (UHP)
Les fours à arc électrique à très haute puissance permettent une montée en température rapide et une fusion accélérée. Pour un rendement optimal, la charge métallique doit correspondre à la capacité du transformateur du four et à la quantité d’acier résiduel restante.
Une formule couramment utilisée est :
Poids de la charge < M ÷ 700 – Q
M — Capacité du transformateur
Q — Acier du talon
Cette formule garantit que le volume de charge est adapté au niveau de puissance, permettant des cycles de raffinage plus courts et une meilleure utilisation de l’énergie.
4. Séquence de chargement recommandée pour les déchets dans un four à arc électrique
Un bon agencement des déchets d’acier à l’intérieur du panier de charge permet d’éviter les problèmes de fonctionnement tels que la rupture des électrodes, la fusion lente et les dommages au fond du four.
4.1 Séquence de chargement typique
| Type de ferraille | Position | Raison |
| Ferraille légère | Fond du panier | Réduit l’impact sur le fond du four |
| Ferraille moyenne | Couche intermédiaire | Optimise la répartition thermique |
| Fonte | Couche intermédiaire–inférieure | Grande capacité calorifique ; nécessite une forte exposition à la chaleur |
| Grosses pièces de ferraille | Couche intermédiaire–inférieure | Évite la casse des électrodes |
| Ferraille lourde | Couche intermédiaire–inférieure | Assure une fusion stable et protège les électrodes |
4.2 Principe général de charge
Ferraille légère (ou fonte brute) → Ferraille moyenne / Ferraille lourde / Acier de laitier → Ferraille moyenne supplémentaire → Ferraille légère en surface
Cette structure multicouche améliore le transfert de chaleur, accroît l’efficacité de la fusion et réduit les risques opérationnels.
