P2 cours fa 2013 a

4 163 vues

Publié le

0 commentaire
4 j’aime
Statistiques
Remarques
  • Soyez le premier à commenter

Aucun téléchargement
Vues
Nombre de vues
4 163
Sur SlideShare
0
Issues des intégrations
0
Intégrations
7
Actions
Partages
0
Téléchargements
99
Commentaires
0
J’aime
4
Intégrations 0
Aucune incorporation

Aucune remarque pour cette diapositive

P2 cours fa 2013 a

  1. 1. Ecole Polytechnique de Tunisie Module : procédés II - partie 2 Elaboration de l’acier au four à arcs Année universitaire 2012 - 2013
  2. 2. Plan de la deuxième partieI- HISTORIQUEII- PRINCIPEIII- CONSTRUCTION DES FOURS A ARCIV- CLASSIFICATION DES FOURS A ARCSV- CARACTÉRISTIQUES ÉLECTRIQUES DES FAVI- CARACTÉRISTIQUES ET TYPES DE PROCÉDÉS FAVII- ÉLABORATION DE L’ACIER AU FA Elaboration de l’acier au four à arcs - Fathi CHTIOUI - 2013 2
  3. 3. Historique des fours à arcs 1900 Four d’HEROULT, France et USA Four de 2500 Kg, courant continu, 110 V, 4000 A Jusqu’à 1939 Réservés aux aciers de qualité et aux aciers spéciaux Capacité max : 40 tonnes - Puissance max : 10 MVA 1950 Progrès technologiques (suite à la 2ème guerre mondiale) Capacité : 150-170 tonnes (Diamètre : 7200) - P : 36-40 MVA 1953 Apparition des « minimills » ( EAF -CNC –L) 1960 FOUR A ARCS -COULÉE CONTINUE – LAMINOIR Breschia, Italie Années ’ 70 FOURS UHP, Pspécifique : 500 KVA/Tonne 1975 Pspécifique élevée : 700-800 KVA/Tonne Intensification du process par l’emploi de brûleurs oxyfuel Cuve et voûte à panneaux refroidisà partir de 1980 Unité compacte ( EAF-CCC– FOUR POCHE) 3 Elaboration de l’acier au four à arcs - Fathi CHTIOUI - 2013
  4. 4. Principe du four à arcs Energie électrique Ferrailles Acier C :% ex : 0,4 % Mn : % 1,1 % Si : % 0,3 % S :% 0,04 % P : % 0,04 % Ni : % Cr : % Cu : % … + Coke + laitier + CaO ou Castine + gaz et poussières + FeMn ou SiMn + AlLa composition chimique de la charge est très variable 4 Elaboration de l’acier au four à arcs - Fathi CHTIOUI - 2013
  5. 5. Le bilan énergétique pour un four à arc utilisant desferrailles comme matière première et dont lacier produitest coulé à 1620°C.La répartition des énergies fournies au four est fonctionde différents paramètres tels que la nature des matièrespremières et le coût des énergies. 5 Elaboration de l’acier au four à arcs - Fathi CHTIOUI - 2013
  6. 6. Pertes thermiques Période de Période fusion d’affinage Revêtement acide Al2O3 15 KW/m2 25 KW/m2 Revêtement basique (MgO) 40 KW/m2 70 KW/m2 P anneaux refroidis (WCP) 100-200 KW/m2-Energie utile : 350 KWH/tonne de ferrailles (pour une coulée de 18 tonnes à 1640 C)- Consommation d’énergie (KWH)  0,21 x t x ΔT + Pertes 6Elaboration de l’acier au four à arcs - Fathi CHTIOUI - 2013
  7. 7. autres CF 13% Charge métallique amortissements 35% 4% quote-part CC 16% Additions Eléctricité 6% 14% Réfractaires pièces 4% électrodes 1% 7%Composantes du coût de revient dunetonne de billettes FE - 1997 (258 Dinars) 7 Elaboration de l’acier au four à arcs - Fathi CHTIOUI - 2013
  8. 8. Schéma d’un four à arcs (Techniques de l’ingénieur) 8Elaboration de l’acier au four à arcs - Fathi CHTIOUI - 2013
  9. 9. four à arc à courant alternatif Compensateur de puissance réactive 9Elaboration de l’acier au four à arcs - Fathi CHTIOUI - 2013
  10. 10. Construction des fours à arcs Faible et moyenne puissance Puissance HP : haute puissance UHP : ultra haute puissanceNombre de phases Monophasé Triphasé Courant Alternatif Continu Voûte Fixe Pivotante Trou de coulée Canal de coulée Trou excentré (système à tiroir) Garnissage 100 % réfractaires WCP (panneaux refroidis) 10 Elaboration de l’acier au four à arcs - Fathi CHTIOUI - 2013
  11. 11. Classification des fours à arcsL’IISI (International Iron and Steel Institute) classe les fours à arcsen fonction de leur puissance spécifique Psp. Psp = PTnom / M Avec Psp : Puissance spécifique (KVA/tonne) Pnom : Puissance nominale du transformateur (en KVA) M : Masse de coulée (en tonnes) 11 Elaboration de l’acier au four à arcs - Fathi CHTIOUI - 2013
  12. 12. Classification des fours à arcs (2)On distingue trois classes de fours à arcs en fonction de lapuissance spécifique (Psp) : Classe Psp (EAF ELFOULADH) (KVA/tonne) Moyenne Puissance (RP) < 399 390 (1977) Haute Puissance (HP) 400 – 699 600 (1994)Ultra Haute Puissance (UHP) > 700 820 (2007) 12 Elaboration de l’acier au four à arcs - Fathi CHTIOUI - 2013
  13. 13. Caractéristiques des fours à arcs• Caractère instable de l’arc électrique• Courants déséquilibrés sur les 3 phases : - l’onde est différente d’une sinusoïde (production d’harmoniques et variation brusque d’intensité de courant) - variation rapide de la tension - composition spectrale de fréquences (0,5-25Hz) - Papillotement de la lumière (FLIKER : phénomène plus marqué lorsque la puissance de court-circuit du four est élevée).• Le Four à arcs est un gros consommateur d’énergie réactive• Compensation : équilibrage des puissances réactives des réseaux Principe : Créer des U de même amplitude mais en opposition de phase. La puissance réactive moyenne est fournie par les condensateurs. 13 Elaboration de l’acier au four à arcs - Fathi CHTIOUI - 2013
  14. 14. L’ ARC ELECTRIQUE- Siège de la transformation de l’énergie électrique en chaleur.- Milieu réactionnel où plusieurs réactions se produisent : • Ionisation • Dissociation • Radicalaire (photochimique) •…- Plasma chimique caractérisé par une température très élevée(déterminable par calcul) . 14 Elaboration de l’acier au four à arcs - Fathi CHTIOUI - 2013
  15. 15. Plasma chimiquePlasma chimique : 4ème état de la matière 15Elaboration de l’acier au four à arcs - Fathi CHTIOUI - 2013
  16. 16. L’ ARC ELECTRIQUEPrincipe- Le champ électrique entre l’électrode et la ferraille anime lesentités chimiques présentes de mouvement à très grande vitesse- Les entités entrent en collision les unes contre les autres etlibèrent beaucoup de chaleur (énergie cinétique = ½ mv2).- La quantité totale de chaleur = la sommation de toutes lesénergies de collisions + autres formes de chaleur dégagées(réactions chimiques, photochimiques). 16 Elaboration de l’acier au four à arcs - Fathi CHTIOUI - 2013
  17. 17. Types de process FAOn distingue deux principaux process :«Procédé d’oxydation totale» (FULL OXIDATION PROCESS) : - Process utilisé pour l’élaboration des aciers ordinaires. - composition chimique moyenne de la charge aléatoire (la composition chimique du bain ne peut être connue à l’avance).Procédé de refusion (REMLTING PROCESS) :- Process utilisé pour l’élaboration des aciers alliés- Les compositions chimiques des différentes catégories de ferraillessont connues (ce qui permet de calculer la charge de façon à obtenir un bain de composition chimique proche de celle de la nuance d’acier visée). 17 Elaboration de l’acier au four à arcs - Fathi CHTIOUI - 2013
  18. 18. Caractéristiques du process FA (1)Les fours à arcs offrent une très grande flexibilitépar : •Une grande diversité des enfournements • Obtention de n’importe quelle nuance d’acier • Maîtrise de la température 18Elaboration de l’acier au four à arcs - Fathi CHTIOUI - 2013
  19. 19. Enfournement par panier à demi coquilles ouvrantes 19Elaboration de l’acier au four à arcs - Fathi CHTIOUI - 2013
  20. 20. Les caractéristiques essentielles des matières premières enfournées dans un four à arc Ferraille Pré-réduits FonteEnergie de fusion 650 à 700 850 à 900 Solide : 650 à 700(sans préchauffage) (kWH) Liquide: l00 Coût Moyen Moyen Elevé Qualité Variable Bonne Bonne Disponibilité Elevée Amérique Russie - Japon Amérique du du sud sud Afrique du sud Observations Emissions gazeuses Adapté au Décarburation Eléments résiduels chargement nécessaire continu 20 Elaboration de l’acier au four à arcs - Fathi CHTIOUI - 2013
  21. 21. Caractéristiques du process FA (2) L’élaboration au four à arcs est caractérisée par : • Réactions complexes • Milieu agité • Milieu chimiquement et thermiquement variable • Milieu hétérogène (plusieurs phases) : - Métal liquide - Ferrailles - Laitier (souvent lui-même hétérogène) - Additions (coke , CaO, FeMn,…) - Garnissage réfractaires - Oxygène et autres gaz (CO, CO2,…) 21Elaboration de l’acier au four à arcs - Fathi CHTIOUI - 2013
  22. 22. FERRAILLES  Les ferrailles sont les matières premières des fours à arcs.  Elles peuvent être utilisées froides (température ambiante) ou préchauffées (dans l’objectif d’accélérer sa fusion).  Les ferrailles peuvent contenir beaucoup polluants (impuretés et déchets). 22Elaboration de l’acier au four à arcs - Fathi CHTIOUI - 2013
  23. 23. Polluants de la ferraille On distingue quatre groupes de polluants : • Produits éliminables • Produits non éliminables • Produits volatiles • La gangue (stériles) 23Elaboration de l’acier au four à arcs - Fathi CHTIOUI - 2013
  24. 24. Exemples de polluants de la ferraille• Revêtements métalliques : Sn, Pb, Zn…• Revêtements non métalliques : vernis, peinture ,…• Association à des matériaux métalliques : Al, Cu• Association à des matériaux non métalliques : bois, plastiques,…• Rouille• Polluants internes• Contacts salissants : graisse, huile, …• Corps creux fermés (danger d’explosion)•Autres : verre, caoutchoux, papier, végétaux,Techniques de l’ingénieur offre de informations intéressantes sur la classification française desferrailles. 24 Elaboration de l’acier au four à arcs - Fathi CHTIOUI - 2013
  25. 25. Effets des polluants de la ferraille Les polluants de la ferrailles ont une incidence sur :  Le rendement métal  La consommation d’énergie  La consommation d’électrodes  Les caractéristiques de l’acier  L’environnement 25Elaboration de l’acier au four à arcs - Fathi CHTIOUI - 2013
  26. 26. Calcul de rendement Quantité de fer de l’acier en poche Rendement en Fer  Quantité de fer enfourné (Fe ferrailles + Fe ferro-alliages + …) Quantité d’acier en poche (ou bons lingots) Rendement  Quantité de Ferrailles + Ferro-alliages 26 Elaboration de l’acier au four à arcs - Fathi CHTIOUI - 2013
  27. 27. Influence de la teneur en fer des ferrailles sur la quantité à enfourner en aciérie électriqueQuantité de ferraille pour 1 tonne d’acier Effet pratique 1500 1350 Effet arithmétique 1250 1000 70 % de fer dans 100 90 80 les ferrailles 27 Elaboration de l’acier au four à arcs - Fathi CHTIOUI - 2013
  28. 28. Valeur d’usage des ferrailles en aciérie électrique en fonction de la teneur en fer et du prix d’une ferraille idéale (TI -1986)Valeur d’usage (F/T) Ferraille idéale à 1000 F = 100 DT1000 1000 F/T Sans prendre en compte 700 le temps de four Avec prise en compte 400 du temps de four 1000 100 90 80 70 % de fer dans -100 les ferrailles -200 28 Elaboration de l’acier au four à arcs - Fathi CHTIOUI - 2013
  29. 29. Ferrailles Evolution du prix de la ferraille comme indicateur du prix de lacier Indice (2001= 100) calculé sur la base des prix moyens € pour les pays suivants: France, Allemagne, Italie, Espagne, Royaumes-unis. 29Elaboration de l’acier au four à arcs - Fathi CHTIOUI - 2013
  30. 30. Ferrailles 30Elaboration de l’acier au four à arcs - Fathi CHTIOUI - 2013
  31. 31. Collecte de la ferraille 31Elaboration de l’acier au four à arcs - Fathi CHTIOUI - 2013
  32. 32. Traitement – stockage 32Elaboration de l’acier au four à arcs - Fathi CHTIOUI - 2013
  33. 33. Les électrodes (1) Le four à arcs utilise des électrodes de graphite de haute pureté. Colonne de plusieurs tronçons de graphite raccordés par des nipples (cylindriques ou biconiques), la majorité des ruptures d’électrodes au niveau du nipple . Diamètre approprié au four 3 colonnes (3 phases) décrivant un triangle équilatéral situé au centre du four. Déséquilibre géométrique et / ou électrique des phases peut conduire au phénomène de phase sauvage. 33 Elaboration de l’acier au four à arcs - Fathi CHTIOUI - 2013
  34. 34. Electrodes de graphite Electrodes pré-nippléesDemi nipplede transport 34 Elaboration de l’acier au four à arcs - Fathi CHTIOUI - 2013
  35. 35. Nipple biconique Il existe des nipples cylindriques 35Elaboration de l’acier au four à arcs - Fathi CHTIOUI - 2013
  36. 36. Fabrication des électrodes 36Elaboration de l’acier au four à arcs - Fathi CHTIOUI - 2013
  37. 37. Les électrodes (2)  Les électrodes se consomment par : • 0xydation • Usure en pointe (dissolution dans le métal et sublimation) • Ruptures (casses dues à différentes causes : corps non conducteurs, chute de ferrailles lourdes en fin de fusion,…)  La consommation d’électrodes peut être réduite par : • un traitement d’imprégnation • phosphatation superficielle • refroidissement de la colonne d’électrode par film d’eau • prévention contre les casses (qualité des ferrailles, préparation de la charge, surveillance des intensités de courant,…) 37Elaboration de l’acier au four à arcs - Fathi CHTIOUI - 2013
  38. 38. Les réfractaires (1)  Le garnissage de la cuve du four à arcs est basique (dolomie et/ou magnésie)  Le garnissage de la voûte est silico-alumineux ou mixte  Certaines parties peuvent être des panneaux refroidis (WCP) à l’eau (boites chaudronnées ou serpentins).  Les différentes sollicitations des réfractaires du four sont : •Mécaniques : impact des ferrailles •Thermiques : •impact de l’arc (rayonnement) •impact de l’oxygène (en cas de soufflage) •choc thermique •Chimiques : action du laitier 38Elaboration de l’acier au four à arcs - Fathi CHTIOUI - 2013
  39. 39. Les réfractaires (2)Les aciéristes relèvent les profils d’usure des réfractairesen fin de vie du revêtement (fin de campagne).Il s’agit de mesurer les épaisseurs restantes pour chaquezone en vue d’en évaluer la performance.L’objectif d’une telle pratique est d’apporter des correctionsau niveau : • des méthodes d’exploitation des réfractaires • et/ou des choix des matériaux utilisés.L’aciériste cherche toujours à harmoniser le profild’usure du garnissage. 39Elaboration de l’acier au four à arcs - Fathi CHTIOUI - 2013
  40. 40. Evolution historique des réfractaires Jusqu’en 1950 Après 1950 A partir de 1975 Sôle en dolomie Augmentation des frittée puissances des fours Murs en bloc de Panneaux refroidisdolomie & Briques Briques MgO-Cr2O3 (65% de la surface des murs) de MagnésieVoûte en briques de Briques à haute Panneaux refroidis silice teneur en Al2O3 (2500-3000 coulées) et centre réfractaire (150-200 coulées) 40 Elaboration de l’acier au four à arcs - Fathi CHTIOUI - 2013
  41. 41. Propriétés acido-basiques des réfractaires Les réfractaires sont des mélanges d’oxydes dans desproportions variables. Ils sont caractérisés par une très forte résistance auxinfluences chimiques et physiques à haute température. On distingue trois groupes d’oxydes : - Les oxydes acides - Les oxydes basiques - Les oxydes amphotères 41 Elaboration de l’acier au four à arcs - Fathi CHTIOUI - 2013
  42. 42. Oxydes acides Un oxyde acide se dissout dans l’eau ou réagitavec l’eau pour donner un excès de H+ Ex : SO3 + H2O H+ + HSO4- (s) aq) (aq) P4O10 + 6H2O 4H+ + H2PO4- (s) (aq) (aq) 42Elaboration de l’acier au four à arcs - Fathi CHTIOUI - 2013
  43. 43. Les oxydes basiques Un oxyde basique se dissout dans l’eau ou réagitavec l’eau pour donner un excès de OH- ( une déficiencede H+) Ex : Na2O + H2O 2Na+ + 2OH- (s) (aq) (aq) BaO + H 2O Ba++ + 2OH- (s) (aq) (aq) 43 Elaboration de l’acier au four à arcs - Fathi CHTIOUI - 2013
  44. 44. Les oxydes amphotères Un oxyde amphotère se comporte comme un acide lorsqu’ilest en présence d’une base et vice versa. Ex : Al2O3 + 2(OH)- + 3H2O 2[Al(OH)4]- (s) (aq) (aq) Al2O3 est un acide Al2O3 + 6H+ 2Al3+ + 3H2O (s) (aq) (aq) Al2O3 est une base 44 Elaboration de l’acier au four à arcs - Fathi CHTIOUI - 2013
  45. 45. Oxydes insolubles dans l’eau (Ce qui est insoluble est en fait très peu soluble) Un oxyde insoluble dans l’eau est une base s’ilréagit avec l’acide et vice versa. Ex : MnO + 2H+ Mn2+ + H2O (s) (aq) (aq) MnO est une base SiO2 + Na2O Na2 SiO3 (s) (s) (s) (base forte) (sel soluble) Na2 SiO3 + H2O 2Na+ + SiO32- (s) (aq) (aq) 45Elaboration de l’acier au four à arcs - Fathi CHTIOUI - 2013
  46. 46. Propriétés acido-basiques de quelques oxydesCaractère basique décroissant Li2O BeO B2O3 CO2 N2O5 F2O Na2O MgO Al2O3 SiO2 P4O10 SO3 Cl2O7 K2O CaO Ga2O3 GeO2 As2O5 SeO3 Br2O Rb2O SrO In2O3 SnO2 Sb2O5 TeO3 I2O5 Cs2O BaO Ti2O3 PbO2 Bi2O5 Oxydes Caractère acide croissant Amphotères 46 Elaboration de l’acier au four à arcs - Fathi CHTIOUI - 2013
  47. 47. Classification des oxydes (Source : MAHAN, université de Californie) Les oxydes basiques et amphotères sont des produitsd’oxydation des métaux tels que Mg, Ca, Fe, Mn, Al, Cr. Les oxydes acides sont des produits d’oxydation des non-métaux tels que Si, P, S, Pour les éléments qui ont plusieurs degré d’oxydation,l’acidité augmente avec le degré d’oxydation. Ex : CrO Cr2O3 CrO3 Acidité croissante 47 Elaboration de l’acier au four à arcs - Fathi CHTIOUI - 2013
  48. 48. La chaux La chaux favorise • la formation d’un laitier basique protecteur • la réaction de déphosphoration • La réaction de désulfuration La chaux doit : - Réactive (se dissout rapidement) - Propre(minimum d’impuretés) - Résistante (non friable pour éviter les fines) - Cuisson appropriée (ni d’incuits ni de surcuits) 48Elaboration de l’acier au four à arcs - Fathi CHTIOUI - 2013
  49. 49. Le laitierLes caractéristiques physico-chimiques et thermiquesdu laitier sont variables.La plupart des réactions chimiques se produisent àl’interface METAL/LAITIER et dépendent de ce faitde la nature du laitier et du niveau de brassage dubain.Selon son indice de basicité, le laitier peut être plus oumoins agressif vis-à-vis du garnissage réfractaire dufour. 49 Elaboration de l’acier au four à arcs - Fathi CHTIOUI - 2013
  50. 50. Pertes thermiques - Pertes par rayonnement Pr = f(L, La , Ti) Ti : Température interne La : Longueur de l’arc L : Nature et quantité du laitier - Pertes par transmission à travers le garnissage Pg = f(G, e, Ti) G : nature du garnissage e : épaisseur Ti : Température interne Ces pertes sont estimées à : Garnissage acide : 10-15 KW / m2 Garnissage magnésien : Fusion : 20-40 KW / m2 Affinage : 70 KW / m2 Panneaux refroidis : 100-200 KW/m2 50Elaboration de l’acier au four à arcs - Fathi CHTIOUI - 2013
  51. 51. Basculement du four - Basculement assuré par des vérins hydrauliques. - Sécurité : le centre de gravité du four est étudié pour prévenir les incidents dus à une éventuelle défaillance de son mécanisme de basculement (le four revient automatiquement à la position horizontale). - Basculement vers l’avant et vers l’arrière 51Elaboration de l’acier au four à arcs - Fathi CHTIOUI - 2013
  52. 52. EAF - triphasé basculantTasse non renversable pour bébé 52 Elaboration de l’acier au four à arcs - Fathi CHTIOUI - 2013
  53. 53. Angle de basculement 1- Pour la coulée • Vers l’avant • Angle : est fonction du profil de la sôle du four • Pour le four basculant l’angle est de 45 (pour le four à trou de coulée excentré : quelques degrés) • Le four doit pouvoir se vider facilement (même si la sôle présente des trous) 2-Pour le décrassage • Vers l’arrière (pour le dégagement du laitier) • Angle de basculement varie entre 7,5 et 15 53Elaboration de l’acier au four à arcs - Fathi CHTIOUI - 2013
  54. 54. Trou de coulée Deux conceptions : • Trou de coulée submergé (canal de coulée) • Trou de coulée excentré Le trou de coulée excentré présente les avantages suivants : • Angle de basculement plus faible  réduction de la longueur des câbles souples • Augmentation de la surface des panneaux refroidis  économie de réfractaires • Réduction du temps de coulée  réduction de la perte de température  réduction de la reprise en H2 et N2 pendant la coulée Cette conception de four nécessite de travailler avec pied de bain (15 à 20 % de l’acier liquide ) pour protéger la sôle du four. 54Elaboration de l’acier au four à arcs - Fathi CHTIOUI - 2013
  55. 55. Conduite de la fusion des ferrailles• Objectifs : - Fusion des ferrailles le plus rapidement possible - Au moindre coût possible (programme de puissance permettant la préservation du garnissage et des panneaux refroidis et d’économiser de l’énergie). Bien conduite la fusion des ferrailles 55Elaboration de l’acier au four à arcs - Fathi CHTIOUI - 2013
  56. 56. Conduite de la fusion au EAF Une bonne conduite de la fusion est assurée par : - Un bon choix des paramètres électriques (programme de puissance) - Une bonne préparation de la charge - Un bon suivi de l’avancement de la fusion * par les opérateurs du four * ne pas compter sur les programmes de puissance automatisés 56Elaboration de l’acier au four à arcs - Fathi CHTIOUI - 2013
  57. 57. Préparation de la charge 1/- Mettre la quantité nécessaire de chaux (ou castine) aufond du premier panier 2/- Mettre une couche de ferrailles légères au fond dupanier Pour protéger la sôle du four • Contre les chocs mécaniques (impact des ferrailles) • Contre les effets des arcs longs (formation rapide du liquide). 3/- Mettre une couche de ferrailles légères en haut dupanier (protection de la voûte contre le rayonnement à travers la pénétrationrapide des électrodes dans la charge). 4/- La hauteur de la charge dans le panier d’enfournementne doit pas dépasser le niveau des tourillons. 57 Elaboration de l’acier au four à arcs - Fathi CHTIOUI - 2013
  58. 58. Choix de puissance et longueur de l’arc 1/- démarrer la fusion par une faible puissance avec un arccourt (tension secondaire faible) pour éviter un rayonnement intense sur la voûte. 2/- Dès que les électrodes pénètrent dans la charge, mettre lapleine puissance (creuser rapidement les puits et prévenir les casses d’électrodespar un arc long). 3/- Lorsque les électrodes arrivent tout près de la sôle du four,il faut réduire la longueur de l’arc. Cette marche doit continuer jusqu’à cela remontée des bras porte-électrodes. 4/- Remettre la pleine puissance jusqu’à la « fin » de la fusion. 5/- A la fin de fusion (marquée par la chute des ferrailles), il estrecommandé de réduire la puissance (arcs courts) et de former unlaitier protecteur. 58 Elaboration de l’acier au four à arcs - Fathi CHTIOUI - 2013
  59. 59. Régulation des électrodes Rôle de la régulation des électrodes (extrait d’un document d’ABB) - Respecter le plus précisément possible et automatiquement le point de fonctionnement nominal de l’arc (qui est réglé en fonction des exigences d’exploitation manuellement ou par une commande automatique. - Le point de fonctionnement nominal définit la puissance active et le facteur de puissance désirés. A cet effet, il faut déterminer les caractéristiques électriques de l’arc, les comparer aux valeurs de consigne, régler les électrodes en fonction de l’écart par rapport à la valeur de consigne et en conséquence pour une tension donnée du transformateur, corriger la longueur de l’arc qui constitue la seule grandeur variable. - La régulation des électrodes a une grande influence sur les caractéristiques d’exploitation et le coût de la fusion. 59Elaboration de l’acier au four à arcs - Fathi CHTIOUI - 2013
  60. 60. Influence de la régulation des électrodes et de la construction du four sur sa rentabilité- Les pertes thermiques peuvent être considérablement réduitespar une diminution des temps de fusion et de traitement (surchauffe,affinage, réduction).- Pour réduire le temps de fusion, on construit des fours à arcsUHP (puissances spécifiques élevées). - L’augmentation de la puissance active moyenne permetd’augmenter la capacité de fusion. Ceci peut être assuré par unsystème électronique de mesure et de régulation des électrodes.- La qualité de la régulation des électrodes a une influence sur : • l’usure du revêtement réfractaire • la consommation d’électrodes, • la durée de la coulée • et la consommation d’énergie spécifique 60 Elaboration de l’acier au four à arcs - Fathi CHTIOUI - 2013
  61. 61. Opérations métallurgiques au four à arc 61Elaboration de l’acier au four à arcs - Fathi CHTIOUI - 2013
  62. 62. Réaction chimique (rappel)Une réaction chimique s’exprime en général comme suit : réaction DIRECTE A + B C + D (réactifs) (produits) En réalité, la réaction se produit dans les deux sens et s’écrit : « Équilibre » A + B C + D (réactifs) (produits) 62 Elaboration de l’acier au four à arcs - Fathi CHTIOUI - 2013
  63. 63. L’équilibre est déplacé à droite quand la réaction directe estprépondérante : Vd >> ViL’équilibre est déplacé à gauche quand la réaction inverse estprépondérante : Vi >> VdQuand les deux réactions directe et inverse se produisent à desvitesses égales, on dit qu’il y a équilibre : Vi = Vd 63 Elaboration de l’acier au four à arcs - Fathi CHTIOUI - 2013
  64. 64. Composition chimique et température• La composition chimique de l’acier et sa température sonttout à fait maîtrisables au FA .• L’affinage au FA consiste à réaliser des opérationsmétallurgiques visant à corriger la composition chimique dubain d’acier.• Le four à arcs permet d’obtenir n’importe qu’ellecomposition chimique et n’importe quelle température decoulée (celle-ci dépend de la nuance d’acier élaborée et des conditions decoulage). 64 Elaboration de l’acier au four à arcs - Fathi CHTIOUI - 2013
  65. 65. Opérations métallurgiques• On distingue 4 groupes d’opérations : 1/- réglage analytique du bain : corriger % en C, Mn, Si,… 2/- Elimination des impuretés : réduire les teneurs en éléments indésirables tels que P, S, O2, H2, N2, … 3/- Obtention d’une certaine propreté du métal : contrôler l’état inclusionaire (nature et forme des inclusions non-métalliques) 4/- Dilution des éléments résiduels tels que Ni, Cr, Cu,… 65 Elaboration de l’acier au four à arcs - Fathi CHTIOUI - 2013
  66. 66. Réactions chimiques Déphosphoration La déphosphoration est la réaction d’élimination du phosphore. La réaction de déphosphoration s’écrit : 2P + 5FeO + nCaO P2O5, nCaO avec n = 3 ou 4 Ou plus simplement : 2P + 5O P2O5Le Phosphore augmente la fragilité de l’acier.Pour un acier de coulée continue dont le C est > 0,25%, il est recommandé que le P soit < 0,030%car il augmente sa criquabilité. 66 Elaboration de l’acier au four à arcs - Fathi CHTIOUI - 2013
  67. 67. DéphosphorationLa déphosphoration est favorisée par :  une température « basse » - la réaction étant exothermique - à basse température le phosphore s’oxyde avant le carbone - la température doit être suffisamment élevée pour avoir un laitier fluide : en pratique 1550 –1600 C assure un bon avancement de la réaction.  un laitier basique : la chaux fixe le P2O5 formé  un laitier suroxydé : Le FeO est un réactif de la réaction  un laitier non saturé en P2O5 Réaliser autant que nécessaire la séquence : - décrassage du laitier formé - addition de CaO et de FeO (successivement ou simultanément) 67 Elaboration de l’acier au four à arcs - Fathi CHTIOUI - 2013
  68. 68. Déphosphoration Au FA, la déphosphoration commence dès le début de la fusion des ferrailles, car toutes les conditions favorables sont pratiquement satisfaites (chaux, basse température, FeO). En fin de fusion, le déchiquetage de la ferraille encore non fondue, par soufflage d’oxygène favorise la formation de FeO dans le laitier et accélère de ce fait la déphosphoration. Le décrassage du laitier formé constitue le moyen le plus sûr d’éliminer définitivement le phosphore du métal. 68 Elaboration de l’acier au four à arcs - Fathi CHTIOUI - 2013
  69. 69. DésulfurationComportement du soufre dans l’acier - Le soufre est présent dans le métal sous forme d’inclusions (sulfures, oxysulfures). L’inclusion principale est la pyrite [FeS]. - La solubilité du Soufre dans le fer étant limitée, les sulfures précipitent au niveau des joints des grains lors de la solidification du métal. - Le fer et la pyrite forment un eutectique (T f = 988 C), et en présence d’oxygène le soufre forme des oxysulfures de température de fusion encore plus basse. - Les couches inter-granulaires riches en sulfures se ramollissent pendant le chauffage (laminage à chaud ou forgeage); les joints de grains sont détruits et des criques peuvent apparaître lors du travail plastique : c’est le phénomène de fragilisation à chaud de l’acier (REDSHORTNESS). 69 Elaboration de l’acier au four à arcs - Fathi CHTIOUI - 2013
  70. 70. Prévention contre le REDSHORTNESS- Le manganèse forme avec le soufre du MnS et des sulfurescomplexes. La température de fusion de MnS est de 1620 C (contre988 pour FeS)- La formation de MnS est donc un moyen de prévention contre lephénomène de fragilisation à chaud de l’acier.- La formation des cristaux d’acier (cristallisation) lors durefroidissement se fait selon un mécanisme GERMINATION-CROISSANCE. La frontière entre deux cristaux voisins est appeléjoint de grains Grains ou cristaux Joints de grains 70 Elaboration de l’acier au four à arcs - Fathi CHTIOUI - 2013
  71. 71. Les sulfures de manganèse et les oxysulfures se localisent auniveau des joints de grains et réduisent les propriétésmécaniques ; c’est pour cette raison qu’il est toujoursnécessaire de réduire la teneur en soufre du métal. Grains-cristaux Joints de grains Précipité de sulfures et oxysulfures 71Elaboration de l’acier au four à arcs - Fathi CHTIOUI - 2013
  72. 72. Désulfuration La désulfuration est la réaction d’élimination du soufre du métal. Le soufre s’élimine essentiellement par des réactions chimiques d’interface MÉTAL/LAITIER. Le transfert du soufre du métal dans le laitier est régit par l’équilibre : [S] + (O2-) [0] + (S2-) [ ] : dans l’acier ( ) : dans le laitier 72 Elaboration de l’acier au four à arcs - Fathi CHTIOUI - 2013
  73. 73. Coefficient de partage Transfert du soufre est caractérisé par un coefficient de partage K K = (S) / [S ] K = k . f[S ] . a(O) / f(S ) . a[O] K = Cs . f[S ] / a[O] Cs : capacité en soufre du laitier f[S ] = 1 pour les aciers faiblement alliés La désulfuration est favorisée par : • activité en soufre f [S ] élevée • teneurs en C et Si élevées (activité en oxygène faible) Formule empirique (Fischer et Engelbrecht) : [S] = 4 [O] 73 Elaboration de l’acier au four à arcs - Fathi CHTIOUI - 2013
  74. 74. Facteurs favorables à la désulfuration- Laitier basique * • K passe de 8 à 14 quand l’indice de basicité Ib passe de 3 à 5 • Ea : 30-50 Kcal/mole dans le cas d’un laitier basique (100-120 Kcal/mole pour un laitier acide). (S)/[S] 20 16 INFLUENCE DE L’EXCÈS 12 DE BASE SUR Ls 8 4 0 10 20 30 40 50 60 70 80 % (CaO + MgO + MnO) - (SiO2 + P2O5 + TiO2) 74 Elaboration de l’acier au four à arcs - Fathi CHTIOUI - 2013
  75. 75. Facteurs favorables à la désulfuration-Un laitier réducteur conduit à une diminution de [O] et doncà un déplacement d’équilibre vers la droiteVitesse de désulfuration [S] + (O2-) [0] + (S2-) (% S/h)0,012 Influence du degré de0,010 désoxydation sur la vitesse de désulfuration.0,0080,0060,004 0,06 0,08 0,10 0,12 0,14 0,16 0,18 Si% au début de la période réductrice 75 Elaboration de l’acier au four à arcs - Fathi CHTIOUI - 2013
  76. 76. Facteurs favorables à la désulfuration- Un laitier fluide (interface métal/laitier plus grande, température de fusion faible et viscosité faible) . En pratique, on utilise un fluidifiant tel que le spath fluor (CaF2).-Laitier non saturé (renouvellement)-Température élevée (améliore la cinétique des réactions et la solubilité)-Formation de sulfures stables dans le laitier (MgS – CaS) 76 Elaboration de l’acier au four à arcs - Fathi CHTIOUI - 2013
  77. 77. Facteurs favorables à la désulfuration-Bain agité : Le brassage (agitation) - augmente l’interface METAL/LAITIER - améliore la dissolution des additions - homogénéise le métal - f avorise la coalescence des inclusions et leur décantation. Le brassage est assuré par : - injection de gaz ou produits réactifs dans le bain - action d’un champ électromagnétique T1/2 (min) - action mécanique (ex : lors de la coulée)8 Influence de la puissance de brassage7 électromagnétique sur le temps (T1/2) d’élimination de la moitié des6 inclusions formées5 dans un bain d’acier de 140 tonnes.432 Puissance1 de brassage0 50 100 150 (W/m3) 77 Elaboration de l’acier au four à arcs - Fathi CHTIOUI - 2013
  78. 78. Mécanisme de la désulfuration- Mécanisme en deux étapes : * Elimination du soufre du métal * Transformation des sulfures actifs (solubles dans le métal) en sulfures passifs (stables dans le laitier)-La réaction principale consiste à former * un sulfure plus soluble dans le laitier que dans l’acier * et plus stable que le sulfure de fer.- Si des basses teneurs en soufre dans l’acier sont recherchées, ilconvient de réaliser une désulfuration poussée. 78 Elaboration de l’acier au four à arcs - Fathi CHTIOUI - 2013
  79. 79. Réactions chimiques de désulfurationAu FA le soufre s’élimine par : • désulfuration en période oxydante • désulfuration en période réductrice • désulfuration par l’atmosphère • désulfuration par formation d’un sulfure solide • désulfuration par les réfractaires 79 Elaboration de l’acier au four à arcs - Fathi CHTIOUI - 2013
  80. 80. Désulfuration en période oxydante - La période oxydante est caractérisée par (FeO) > 10%. - Le coefficient de distribution du soufre est faible à cause des teneurs élevées en SiO2 et Al2O3 qui fixent la chaux et réduisent son activité. Ls = (S)/[S] < 10 - Pour augmenter Ls : • déplacer la limite de saturation du laitier en CaO • réduire les entrées de SiO2 et Al2O3 • décrasser le laitier formé (tolérer des pertes de Fe et Mn) 80Elaboration de l’acier au four à arcs - Fathi CHTIOUI - 2013
  81. 81. Désulfuration en période réductrice- La période réductrice est caractérisée par (FeO) < 3%. Cette période est la plus adaptée à la désulfuration.- Le coefficient de distribution varie de 20 à 100.- Les paramètres à contrôler sont : • Conditions réductrices à l’interface METAL/LAITIER (désoxydation du métal , du laitier ou des deux à la fois et maîtrise de la réoxydation du bain par l’atmosphère) • Composition chimique du laitier (pouvoir désulfurisant élevé et potentiel d’oxygène faible). • Température (effet favorable sur la cinétique des réactions) • Le brassage du bain (favorise les échanges entre le métal et le laitier, accélère la coalescence des inclusions et leur décantation). 81Elaboration de l’acier au four à arcs - Fathi CHTIOUI - 2013
  82. 82. Vitesse de décantation des inclusions- La vitesse de décantation ou flotaison (Vf ) d’une inclusionest proportionnelle au carré du son rayon.- Elle s’exprime par la relation empirique suivante : Vf = [ 2/9. g . (dm – di) / v ] r2 Vf = K . r2 Avec : g : accélération de la pesanteur dm : densité du métal di : densité de l’inclusion v : viscosité du bain r : rayon de l’inclusion 82Elaboration de l’acier au four à arcs - Fathi CHTIOUI - 2013
  83. 83. Autres réactions de désulfurationDésulfuration par l’atmosphère : Ce type de désulfuration est interprétécomme étant une désulfuration du laitier. Il est rencontré dans le cas du convertissageà l’oxygène ou de fusion oxydante au fours à arcs. (S2-) + 1/2O2 O2- + 1/2S2 1/2S2 + O2 SO2 Ce réaction n’est pas performante Désulfuration par formation d’un sulfure solide : Ce type de désulfuration se produit quand la teneur en oxygène dissous dans l’acier [O] est très faible. Le décrassage d’une phase solide est très difficile. Désulfuration par les réfractaires : Le soufre peut être fixé par la chaux des réfractaires basiques en période réductrice, mais il sera libéré en période oxydante de la coulée suivante. 83 Elaboration de l’acier au four à arcs - Fathi CHTIOUI - 2013
  84. 84. DÉSOXYDATION DE L’ACIERLa propreté de l’acier dépend de sa teneur en O2 dissous.La désoxydation est la réaction d’élimination de l’ O2 du métal.La formule générale de la désoxydation s’écrit : n [X] + m [O] X n Om X : élément désoxydant [ ] : dans le métal 84Elaboration de l’acier au four à arcs - Fathi CHTIOUI - 2013
  85. 85. Les désoxydants Désoxydant courants : C, Si, Mn, Al et alcalino-terreux (Mg, Ca) - Les désoxydants peuvent être simples ou complexes - Les désoxydants complexes sont plus efficaces que les désoxydants simples 85Elaboration de l’acier au four à arcs - Fathi CHTIOUI - 2013
  86. 86. Mécanisme de la désoxydationLe mécanisme de désoxydation comprend trois étapes : • la dissolution du désoxydant • La germination et la croissance des inclusions d’oxydes • L’élimination des inclusions forméesLa teneur globale en oxygène dans un métal est la somme del’oxygène libre et de l’oxygène lié : Ototal = O libre + O lié 86Elaboration de l’acier au four à arcs - Fathi CHTIOUI - 2013
  87. 87. Désoxydation par le carbone- Le carbone : désoxydant médiocre à la pression atmosphérique.- Son pouvoir désoxydant augmente quand la pression partielle de CO diminue. Le carbone est plus réactif que l’Aluminium lorsque PCO = 10-3- La réaction de désoxydation par le carbone s’écrit : [C] + [O] CO (g) K éq = aC . aO / PCO Log K = - 1168/T - 2,07 87 Elaboration de l’acier au four à arcs - Fathi CHTIOUI - 2013
  88. 88. Désoxydation par le Manganèse- Bien qu’il ne soit pas un désoxydant très fort, Mn est d’une grande importance en sidérurgie.- Mn forme, avec l’oxygène dissous dans le fer liquide à 1600 C, du MnO soluble dans FeO en toutes proportions.- La solution FeO-MnO formée est : • liquide quand elle est riche en FeO • solide quand elle est riche en MnO 88 Elaboration de l’acier au four à arcs - Fathi CHTIOUI - 2013
  89. 89. Désoxydation par le Silicium- Le Silicium est un désoxydant plus puissant que le C et Mn.- La réaction de désoxydation par Si s’écrit : Si + O2 SiO2 avec Hof = - 15 MJ/Kg- La désoxydation par Si est favorisée par un laitier pauvre en SiO2.- L’action du Si est augmentée par une action simultanée du Mn- Pour l’acier de coulée continue, Si favorise les criques internes à partir de 0,5%. 89 Elaboration de l’acier au four à arcs - Fathi CHTIOUI - 2013
  90. 90. aO 1 1600 C 1550 C10-1 Influence de T et de aSiO2 du10-2 laitier sur la désoxydation de aSiO2 = 1 l’acier liquide par Si aSiO2 = 0,110-3 aSiO2 = 0,0110-4 10-4 10-3 10-2 10-1 1 10 aSi 90 Elaboration de l’acier au four à arcs - Fathi CHTIOUI - 2013
  91. 91. Evolution de la teneur en oxygène en fonction du mode d’addition[O] ppm (addition de 0,45% de Si dans l’acier)1600 800 Bain calme Bain agité 400 Mn/Si = 0 200 100 Mn/Si = 2,5 Temps après 50 0 2 4 6 8 10 addition (min) 91 Elaboration de l’acier au four à arcs - Fathi CHTIOUI - 2013
  92. 92. Désoxydation par l’Aluminium- L’Aluminium (Al), le Cérium (Ce) et le Zirconium (Zr) sontdes désoxydants forts.- Ils ont une très grande affinité pour l’oxygène et leur pourvoirdésoxydant varie beaucoup avec les conditions expérimentales- Les réactions de désoxydation s’écrivent : 2Al + 3/2 O2 Al2O3 K = [Al]2 . [O]3 K1600 C = 10-9 - 10-142Ce + 3/2 O2 Ce2O3 K = [Ce]2 . [O]3 K1600 = 10-17 Zr + O2 ZrO2 K = [Zr] . [O]2 K1600 C = 10-17 92 Elaboration de l’acier au four à arcs - Fathi CHTIOUI - 2013
  93. 93. Désoxydation par les alcalino-terreux- Les alcalino-terreux Mg et Ca ont une tension de vapeur élevéeaux températures d’élaboration de l’acier (PMg = 1,7 atm et PCa = 1,8 atm à 1600 C).- Ils sont très peu soluble dans le fer liquide et leur solubilité estaugmentée en présence d’autres éléments d’alliages. La solubilité du Ca est doubléepar 0,9% de C , 3% de Si, 4% de Al ou 6% de Ni.- La détermination expérimentale des relations d’équilibre de Mg et Ca avec l’oxygèneest difficile. Une estimation des produits de solubilité des oxydes dans le fer liquide à1600 C à partir des grandeurs thermodynamiques donne aCa . aO /aCaO = 6,2 10-11 et aMg . aO /aMgO = 1,3 10-9- Ca est utilisé sous forme composée tel que C2Ca, ou sous forme d’alliage à basede Silicium et contenant éventuellement de l’Aluminium, du Manganèse ou duBarium.- L’alliage le plus couramment utilisé est le SiCa à 38% de Ca. 93 Elaboration de l’acier au four à arcs - Fathi CHTIOUI - 2013
  94. 94. Désoxydation complexes- L’action simultanée de deux éléments désoxydants est plusefficace que leurs actions lorsqu’ils sont additionnés séparément.- La phase oxydée formée suite à l’addition dans l’acier deplusieurs désoxydants est constituée d’inclusions mixtes d’oxydesdes éléments additionnés- Les connaissances actuelles de la thermodynamique des laitierssidérurgiques ne permettent pas d’établir un calcul précis etcomplet. Les systèmes les mieux connus sont les quaternairesFe-Mn-Si-O et Fe-Al-Si-O. 94 Elaboration de l’acier au four à arcs - Fathi CHTIOUI - 2013
  95. 95. Désoxydation par Si-Al- La nature de la phase oxydée formée dépend de la composition dubain métallique.- Dans l’acier liquide à 1600 C , il se forme des inclusions mixtes deSiO2-Al2O3-FeO et on distingue trois domaines : • Domaine de l’Alumine : lorsque Si est ajouté en quantité insuffisante, il se forme des inclusions riches en Al2O3. • Domaine de la Silice : lorsque Al est ajouté en quantité insuffisante, il se forme des inclusions riches en SiO2. • Domaine de la Mullite : lorsque Al est ajouté en petite quantité et après le Si, il se forme des inclusions de SiO2 qui seront réduites par Al. 95 Elaboration de l’acier au four à arcs - Fathi CHTIOUI - 2013
  96. 96. Désoxydation par Si-Mn- La nature de la phase oxydée formée dépend de la composition dubain métallique.- Dans l’acier liquide à 1600 C , il se forme des inclusions mixtes deSiO2-MnO-FeO et on distingue trois domaines : • Domaine de la Silice : désoxydation par Si, le Mn joue le rôle d’un élément d’alliage. • Domaine de FeO-MnO solide : désoxydation par Mn ([Si] faible) • Domaine des Silicates fluides : Mn et Si participent activement à la désoxydation et il se forme une solution liquide SiO2-MnO-FeO. 96 Elaboration de l’acier au four à arcs - Fathi CHTIOUI - 2013
  97. 97. Désoxydants puissants- Désoxydants complexes contenant des alcalins (Na, K) ou desalcalino-terreux (Mg, Ca) . Ces alliages sont utilisés pour réaliserdes désoxydations poussées.- Éléments des terres rares ou leurs alliages utilisés en conjonctionavec d’autres désoxydants. Il sont employé pour réaliser unedésoxydation et une désulfuration poussées.- Les désoxydants puissants présentent les avantages suivants : • Meilleure efficacité grâce à leur plus grande solubilité • Formation de produits de désoxydation liquide (pouvant dissoudre les inclusions d’oxyde à haut point de fusion) • Teneur résiduel en désoxydant plus faible 97 Elaboration de l’acier au four à arcs - Fathi CHTIOUI - 2013
  98. 98. Comparaison des capacités de désoxydation de certains éléments [%O] Cr0,10 Le Mn, Si et Al sont les désoxydants C traditionnels. V Mn L’aluminium est utilisé pratiquement Si pour tous les aciers.. 0,01 Ti Al0,001 0,01 0,1 1,0 10,0 [%E] 98 Elaboration de l’acier au four à arcs - Fathi CHTIOUI - 2013
  99. 99. Courbe de comparaison des capacités de Désoxydation des éléments E1 et E2 (par des essais comparatifs de désoxydation ) [%O] limite de solubilité à 1600 C [] : dans l’acier E1 et E2 : éléments désoxydantsy1 E1y2 E2 E2 est plus efficace que E1 X [%E] 99Elaboration de l’acier au four à arcs - Fathi CHTIOUI - 2013
  100. 100. MÉCANISME DE DÉSOXYDATIONLa désoxydation se fait en deux étapes : • Diminution rapide de l’oxygène dissous correspondant à une formation abondante d’inclusions d’oxydes • Diminution lente de l’oxygène total correspondant à l’élimination des inclusions d’oxydes formées. Le brassage accélère la coalescence des inclusions (formation d’ inclusions plus grosses qui décantent plus rapidement) (Vf = Kr2). 100 Elaboration de l’acier au four à arcs - Fathi CHTIOUI - 2013
  101. 101. Facteurs agissant sur la désoxydation Facteurs favorables : • Température élevée • Bain agité • Désoxydant préchauffé ou liquide Facteurs défavorables : • désoxydant oxydé à la surface • désoxydant solide ajouté en surface 101Elaboration de l’acier au four à arcs - Fathi CHTIOUI - 2013
  102. 102. O2 dissous100 Influence du mode d’introduction d’une addition d’Al sur l’évolution de la teneur en O2 dissous 75 50 0,12% Al solide immergé 25 0,12% Al liquide injecté 0 Temps après 0 30 60 90 120 150 addition (sec) 102 Elaboration de l’acier au four à arcs - Fathi CHTIOUI - 2013
  103. 103. CINÉTIQUE DE DÉSOXYDATIONLa cinétique de la désoxydation est complexe et comporte plusieursétapes :• dissolution du désoxydant (étape lente)• germination et croissance des inclusions d’oxydes (étape rapide) • élimination des inclusions forméesOn distingue deux variétés d’oxygène dont la teneur évolue dans letemps : - l’oxygène dissous dans le métal - l’oxygène lié (dans les inclusions) L’évolution des teneurs en oxygène dissous et lié permet de suivre les différentesétapes du mécanisme de désoxydation. 103 Elaboration de l’acier au four à arcs - Fathi CHTIOUI - 2013
  104. 104. Désoxydation par Si et Mn• Le rapport Mn/Si est très important• Mn/Si > 5 : formation de silicates de manganèse fluides quicoalescent facilement• Addition simultanée pour une reproductibilité des résultats(surtout en l’absence d’homogénéisation)• Mn en premier : risque d’élimination avant d’atteindrel’équilibre thermodynamique 104 Elaboration de l’acier au four à arcs - Fathi CHTIOUI - 2013
  105. 105. Désoxydation par Si et Al• Si ajouté avant Al : formation de SiO2• Temps séparant les additions doit être très court : les inclusions deSiO2 n’auront pas le temps de décanter• Réduction de SiO2 par Al favorisée par une élévation locale de températuredue à la chaleur de réaction (75 Kcal/mole de Al2O3). La réaction est une substitutionde Si par Al conduisant à la formation d’inclusions sphériques de Al2O3 quidécantent rapidement•Al avant Si ou alliage Si-Al : le rôle bénéfique de Si disparaît et il seforme des amas d’Al2O3 ou d’inclusions complexes hétérogènes qui fixent sur leurpourtour des globules de fer.• La décantation des inclusions est d’autant plus rapide que le bainest riche en inclusions de silice ou de silicates de manganèse avantaddition d’aluminium. 105 Elaboration de l’acier au four à arcs - Fathi CHTIOUI - 2013
  106. 106. Oxygène Évolution de la teneur en O2 et de la nature des inclusions lors d’une désoxydation par Addition de Si additions successives de Si puis Al Addition de Al Silice Alumine globulaire Oxygène dissous Amas d’alumine Temps 106 Elaboration de l’acier au four à arcs - Fathi CHTIOUI - 2013
  107. 107. Désoxydation par les alliages de Ca- Les inclusions contenant du Ca ont la réputation d’êtreparesseuses.- Leur vitesse de décantation est beaucoup plus lente que celle desoxydes purs alumine ou silice.- La désoxydation par les alliages de calcium est utilisée dans lebut d’obtenir des inclusions complexes de composition chimiqueset de morphologie bien définies et dont les propriétés mécaniquessont intéressantes pour certaines nuances d’acier (ex : inclusionsplastiques pour les aciers à usinabilité améliorée ou pour un acier destiné autréfilage fin). 107 Elaboration de l’acier au four à arcs - Fathi CHTIOUI - 2013
  108. 108. BIBLIOGRAPHIE•Cours de Métallurgie, CH4 de Chimie, Faculté des sciences de Tunis, 1979•Cours de Métallurgie et matériaux , J. TALBOT, DEA de chimie appliquée, Ecole NationaleSupérieure de Chimie de Paris, Université Pierre et Marie Curie, Paris VI , 1980•Cours de Sidérurgie, P. BELIAKOV and O.A.KUGARENKO, Formation pour ingénieursaciéristes, Centre de formation de zaporozhye, Ukraine, programme UNIDO, 1987•Les cahiers du CESSID, l’aciérie électrique, C. BARBAZANGES et M. POCHERAY, 1965•Rapport de la mission Japonaise à ELFOULADH, CODOSTEEL, 1977•Collection Techniques de l’ingénieur, M7, Sidérurgie•Electric arc furnace steelmaging, Volume I, Désign, opération and practice, edited byCLARENCE E. SIMS, New York-London, 1962•Electric arc furnace steelmaging, Volume II, Theory and fundamentals, edited by CLARENCEE. SIMS, New York-London, 1963•The international steel trade, Peter M FISH, Cambridge, England, 1995•Blast furnace pig iron production, V..N. KHOMICH and P.D. TOPORENKO, summary oflectures, UNIDO training programme, zaporzhye, 1987•Bthe practice of steel teeming and ingot formation processes, K.P. UDICHEV and O.I.LEGKOSTUP, summary of lectures, UNIDO training programme, zaporzhye, 1987•Production of slabs, V.V. LASHIN, summary of lectures, UNIDO training programme,zaporzhye, 1987•Production of steel in oxygen converters, V.I. BAPTISMANSKY, summary of lectures ,UNIDO training programme, zaporzhye, 1987•Desulfurization of hot metal and steel , F. CHTIOUI and S. KAYALI, technical report, UNIDOtraining programme, zaporzhye, 1987•Cours enrichi par des données prises sur des sites internet 108

×