Qu'est-ce qu'un four à arc?
Un four à arc, également connu sous le nom de four à arc électrique (EAF), est une installation utilisant un arc électrique pour chauffer des matériaux, généralement des métaux, jusqu'au point de fusion. Un four à arc typique fait fondre le matériau, ou "charge", comme on le sait, en faisant passer un courant électrique à travers la charge via un jeu d'électrodes. Une combinaison de la chaleur générée par le passage du courant et de la formation d'arc sur la surface de la charge fait fondre le matériau. Les FÉA se trouvent dans les laboratoires de recherche et de prothèses dentaires, les fonderies de fonte et les usines de production d’acier et peuvent avoir des capacités internes allant de quelques kilos à 400 tonnes ou plus. Les fours à arc présentent plusieurs avantages distincts par rapport aux autres types de fours.
Un four à arc électrique consiste généralement en une coquille avec des parois latérales et une cuvette bombée au fond. Une section de toit escamotable, à travers laquelle les électrodes de graphite sont abaissées, recouvre le four. La partie cuve de la coque est recouverte d'une couche de matériau réfractaire appelée foyer. Le robinet ou le bec utilisé pour évacuer le métal en fusion est monté soit sur le côté de la coque, soit au fond de la cuvette. Les électrodes ont généralement une section transversale ronde et sont constituées de sections filetées, ce qui permet d'ajouter de nouvelles sections au fur et à mesure que l'électrode se consume.
Des sources de courant alternatif (CA) ou en courant continu (CC) peuvent être utilisées dans un four à arc. Le four à arc moyen d’une aciérie fonctionne avec une alimentation de 400 à 900 volts à 44 000 ampères ou plus alimenté par des transformateurs d’une puissance nominale d’environ 60 000 000 ampères (60 MVA). Un four à arc de ce type peut produire environ 80 tonnes d'acier en fusion par heure. Les fours à arc varient en taille, des petites unités utilisées dans les laboratoires de recherche d’une charge d’environ 1 kilo de charge aux installations d’aciéries gigantesques capables de fondre des centaines de tonnes de matériaux. Les plus grands de ces fours ont une capacité supérieure à 300 tonnes et utilisent une alimentation électrique de 300 MVA ou plus.
Le processus de fusion à l'arc est assez simple. Une fois que la cuvette ou le foyer du four a été rempli de matière première, les électrodes sont abaissées jusqu'à ce qu'elles touchent la charge. Le courant électrique est ensuite appliqué, généralement à des tensions plus faibles pour démarrer le processus. Le courant traversant la charge, associé à l'énergie rayonnante de l'arc, élève la chaleur en charge jusqu'à un point de fusion. Une fois la charge complètement fondue, sa température et sa composition chimique sont contrôlées via des sondes ou des lances distantes. si tout est correct, le métal en fusion peut être soutiré ou coulé.
Les matières premières utilisées dans les fours sont souvent complétées par l'ajout de fonte brute, de chaux vive et de dolomite. Ces additifs favorisent le bon équilibre chimique dans l'acier en fusion et forment un laitier de surface qui éloigne les impuretés et isole la charge. Les installations de fours à arc offrent beaucoup plus de flexibilité que les autres types de fours; ils peuvent utiliser une offre exclusive de déchets et leur production peut être modifiée en fonction de la demande. Les fours à arc peuvent également être rapidement arrêtés et redémarrés, ce qui n'est pas le cas des hauts fourneaux. Ils sont également moins coûteux à installer et utilisent moins d’énergie par tonne de produit fini.