Four à arc double cuve à courant continu à économie d énergie pour ferrailles de qualité médiocre

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1 Four à arc double cuve à couran coninu à économie d énergie pour ferrailles de qualié médiocre Le four à arc double cuve à couran coninu opimisé énergéiquemen d ABB fourni à chaque aciérise un agréga de fusion qui perme de produire de manière compéiive de l acier bru à parir de ferrailles de la qualié la plus médiocre. Avec le réchauffemen des ferrailles, une echnique sophisiquée de brûleurs d appoin e de lances à oxygène perme d économiser une quanié considérable d énergie, ou en diminuan la solliciaion de l environnemen. L ors du développemen du nouveau four à arc double cuve à couran coninu (EODCTEAF, Energy Opimized Direc Curren Twin Elecic Arc Furnace) 1, on a recherché des méhodes en vue d opimiser la consommaion oale d énergie lors de la producion d acier, e donc aussi de diminuer la par de couran élecrique, en se basan sur la echnologie à couran coninu éprouvée d ABB. La maière première principale prévue es formée de ferrailles de basse qualié (c es-à-dire de faible poids spécifique e/ou avec une fore eneur d impureés organiques), ainsi qu une faible quanié d aures maériaux ferreux, els que de l éponge de fer e de la fone de première fusion. En comparaison des fours élecriques de consrucion convenionnelle, le nouveau four d ABB fourni des résulas foremen améliorés de combusion des combusibles fossiles, resp. des subsances d accompagnemen naurelles de la fone de première fusion ou de l éponge de fer. Cela es possible parce que le processus de poscombusion a lieu dans le four lui-même e qu il es soumis à une régulaion précise. Le ableau 1 illusre les performances du four à arc double cuve à couran coninu. Examen du bilan énergéique des fours élecriques «Dépenses» dans le bilan énergéique Le bilan énergéique d un four à arc e de chaque aure four de fusion présene les rois «poses de dépenses» principaux suivans: la maière à fondre elle-même les peres non saionnaires les peres saionnaires Huber Trenkler ABB Indusrie AG Maière à fondre Selon la maière mise en oeuvre, le rendemen en fer e en élémens d accompagnemen désirables e indésirables varie, mais sous les condiions normales d un four à arc, ce rendemen es oujours < 1. Le poids d alimenaion des ferrailles se calcule avec la formule suivane: Poids de la coulée Poids d alimenaion = Rendemen pondéral (1) Pour un poids de coulée de 100, on obien un poids d alimenaion de 109 si le rendemen pondéral aein 92 %. Pour réchauffer des ferrailles de composiion usuelle de la empéraure ambiane à la empéraure de coulée ( 1630 C), on a besoin d environ 380 kwh/ alim. Energie de fusion = = 380 kwh 109 = kwh (2) L énergie de fusion es idenique à l énergie physiquemen nécessaire e représene donc égalemen le besoin minimal d énergie qu on ne saurai dépasser vers le bas. Peres non saionnaires Les peres non saionnaires son les peres qui se modifien au cours du processus de fusion, c es-à-dire en foncion du emps, e qui ne se présenen pas ou que pariellemen pendan les emps mors du procédé. Cions à ce suje: les peres par les gaz brûlés la chaleur exraie avec le laiier les peres de rayonnemen lors de la marche de l arc élecrique les peres au chargemen du four les peres élecriques Ces peres dépenden du procédé. Cela signifie qu elles son inéviables, mais aussi qu elles peuven êre diminuées ou même minimisées par la conduie du procédé. Pour les gaz brûlés e le laiier, cela signifie esseniellemen une diminuion de la quanié oale des peres. Les peres par rayonnemen s influencen le plus aisémen par le raccourcissemen de la durée d enclenchemen de l arc élecrique. Les peres au chargemen du four son formées de la combinaison des peres 18 Revue ABB 9/

2 Le nouveau four à arc double cuve pour une producion de d acier par année 1 par les gaz brûlés e par le rayonnemen. Elles se siuen à l ordre de grandeur de kwh/m 2 min (m 2 = surface de la masse en fusion; min = durée de l ouverure du couvercle jusqu à sa fermeure). Pour un four de 100, cela signifie des peres d environ kwh/min. Celles-ci se réduisen le plus facilemen en minimisan la durée du procédé de chargemen. Ean donné que les gaz brûlés ne son pas des peres pures, mais égalemen des fournisseurs de chaleur dans leur phase de formaion, on s efforce d uiliser auan d énergie sensible e liée chimiquemen que possible dans l agréga de fusion. Les peres élecriques dans le ransformaeur, le redresseur, la réacance e dans les composans de ranspor d élecricié dépenden principalemen du couran e de la durée de service. Comme dans le cas des peres par rayonnemen, elles s amoindrissen esseniellemen par un raccourcissemen de la durée d enclenchemen de l arc élecrique. Peres saionnaires Les peres saionnaires son celles qui son presque indépendanes de la conduie du procédé e qui se produisen sur des inervalles prolongés. Cions: les peres hermiques par la maçonnerie réfracaire de la cuve e principalemen les peres de refroidissemen par les élémens de paroi e du couvercle refroidis avec de l eau. Vu que ces peres se produisen indépendammen du fai qu un four es en marche ou arrêé, elles son pariculièremen douloureuses dans le second cas, car elles doiven de nouveau êre compensées à la reprise du ravail. Un pei exemple de calcul peu illusrer cee siuaion. Un four de consrucion convenionnelle avec un poids de coulée de 100 (comme ci-dessus) présene env. Revue ABB 9/

3 Tableau 1: Caracérisiques du four à arc double cuve à couran coninu (EODCTEAF) (Valeurs prévisionnelles) Producion annuelle > Poids par coulée 90 Puissance élecrique 64 MW Puissance du ransformaeur 100 MVA Diamère de l élecrode 28 inch Consommaion d élecrode 1,4 kg/ Consommaion de charbon 45 kg/ chaux 50 kg/ fuel 10 l/ oxygène 60 Nm 3 / énergie élecrique < 340 kwh/ 50 m 2 d élémens laéraux refroidis à l eau e env. 30 m 2 pour le couvercle égalemen refroidi à l eau. 150 lires d eau circulen chaque minue à ravers chaque m 2 de surface de refroidissemen. Avec une différence de empéraure de l eau de refroidissemen de 5 C enre l enrée e la sorie, on obien une pere par refroidissemen de la valeur de l ( ) m m 2 min 5 kcal = l = kcal kwh = 70 min min (3) Avec les peres de la cuve, le oal des peres saionnaires d un el four aein Diagramme de marche d un four à arc P Puissance Temps P 53 % 27 % 100 % env. 80 kwh/min. Avec 80 kwh, on peu réchauffer 1 de ferrailles froides à presque 600 C. «Gains» dans le bilan hermique Les «gains d énergie» dans un four à arc proviennen en premier lieu de la conversion de l énergie élecrique en énergie hermique libérée par l arc élecrique. A côé de cee énergie, on uilise encore d aures veceurs énergéiques qui libèren leur énergie liée chimiquemen par les processus provoqués par l arc élecrique. 2 Diagramme de marche schémaique d un four à arc P P Puissance Temps 100 % 3 Ces processus de ransformaion chimiques se subdivisen en deux groupes: Processus puremen méallurgiques Processus de combusion accessoires Processus méallurgiques De par leur naure, les processus méallurgiques son en parie exrêmemen complexes. Selon les maériaux mis en oeuvre e la qualié désirée de la coulée, ils peuven libérer des quaniés considérables d énergie. Lors de l oxydaion des subsances d accompagnemen de la fone de première fusion qui fourni de l acier, on libère par exemple des quaniés d énergie en mesure de faire fondre env. 1 3 du poids propre de la fone de première fusion ou des ferrailles. Bien que cee par d énergie diminue le besoin d énergie élecrique, l énergie chimique libérée par les processus méallurgiques ne peu pas êre considérée comme une subsiuion de l énergie, vu que selon les processus, elle se produi de oue façon. A la limie, on pourrai pluô considérer l énergie élecrique comme énergie complémenaire, par exemple pour augmener le rendemen de la fone de première fusion e de l éponge fer. Processus de combusion accessoires Une subsiuion propremen die de l énergie élecrique peu s obenir par l inroducion de veceurs énergéiques fossiles supplémenaires, conjoinemen avec de l air e/ou de l oxygène. La echnologie acuelle des aciéries fourni un grand nombre de sysèmes différens. Nous en menionnons quelquesuns d enre eux: Brûleurs d appoin Lance à oxygène, resp. à oxygène e poussière de charbon Buses immergées dans le bain en fusion Injeceurs d oxygène Les sysèmes inéressans pour le four à arc double cuve à couran coninu son raiés plus ard min 3.5 min 20 Revue ABB 9/

4 Diagrammes de marche schémaisés Les relaions qui exisen enre le mode d exploiaion d un four e les peres saionnaires e non saionnaires qui s y produisen s illusren le plus facilemen de manière graphique 2. Dans cee considéraion, les différens «gains d énergie» son d imporance secondaire, vu qu ils influencen le résula de la même manière. Pour ménager le couvercle, la pleine puissance (100 %) doi êre aeine seulemen après 1,4 min, en franchissan deux éages préalables de 27, resp. de 53 % de la puissance oale. La durée de la puissance oale dépend de la quanié de maériau mis en oeuvre. Si celui-ci es formé principalemen de ferrailles, la puissance es mainenue à 100 % jusqu à ce que env. 70 % de la masse engagée soien fondus. Lorsque la charge es presque fondue, la puissance es réduie à 66%. Cela équivau à une diminuion de la ension e implique donc une réducion de la longueur de l arc. Cee réducion es nécessaire pour proéger les élémens laéraux refroidis à l eau devenus libres conre le rayonnemen de l arc élecrique. 3 es une représenaion schémaique de 2, dans laquelle l axe du emps es foremen raccourci pour la durée de la puissance de 100 %. Seule la phase de surchauffe (alimenaion de de la puissance) es représenée par un bloc plus pei à l échelle correce. Pour une durée de cycle de 60 min, 15,5 min son requises par les emps echnologiques accessoires, els que les charges muliples e les emps de coulée e de préparaion 4. Pour un four de 100, on obien les peres résumées dans le ableau 2. Avec un el mode d exploiaion, environ 15,5 min du emps de producion son perdues à chaque cycle par des emps mors echnologiques. Ceux-ci provoquen en oure env kwh de peres. Ces peres doiven êre compensées par la suie, pendan le emps d exploiaion. En réalié, les peres provoquées par ce mode d exploiaion son neemen plus élevées, éan donné que pour une puissance de branchemen donnée, quelques minues doiven êre uilisées pour P 100 % 100 % 100 % I II III min Diagramme de marche d un four à arc avec 3 paniers de chargemen compenser ces peres. Les peres insaionnaires se produisen égalemen pendan ces minues e elles doiven aussi êre compensées pendan le même emps. Une première démarche pour améliorer cee siuaion consise dans l inroducion d un four double cuve, alimené alernaivemen par le même sysème élecrique 5. Si on mainien le même cycle que dans 4, on obien la siuaion suivane: Diminuion de l inervalle des coulées de 60 à 54,5 min, par le déplacemen des emps mors echnologiques vers le four qui ne fond pas accroissemen de la producion à 111 % Augmenaion des peres par le four vide à 152 % Touefois, la siuaion 4 ne peu pas êre ransmise direcemen sur 5. On doi P Puissance Temps I, II, III 1 re, 2 e e 3 e charge Tableau 2: Peres d un four à arc de 100 effecivemen augmener la puissance oale, afin de couvrir les peres supplémenaires. Par l accroissemen de la puissance oale, on diminue la durée du cycle, ce qui rédui égalemen les peres saionnaires du four vide, ec. Par une iéraion correspondane e une adapaion de la producion oale, on obien pour ce exemple une durée de cycle opimale de min avec un accroissemen de la producion à 140 %. Simulanémen, on augmene les peres dans le même ordre de grandeur. Il en découle que ce concep procure à vrai dire une augmenaion considérable de la producion, mais aucune économie d énergie. En oure, on obien des frais d invesissemen e d exploiaion plus élevés pour le second creuse. Type de peres Durée Peres au chargemen Peres saionnaires Peres oales min kwh kwh kwh 1 er chargemen 3, e chargemen 3, e chargemen 3, Coulée 3, Travaux accessoires 2, Σ 15, Revue ABB 9/

5 100 % 100 % 100 % 3.0 P I II III min I II III 100 % 100 % 100 % Diagramme de marche d un four à arc double cuve P Puissance Temps I, II, III 1 re, 2 e e 3 e charge 5 La coulée, la préparaion e la charge unique s effecuen comme auparavan sur le four hors ravail de fusion. Le four à arc qui ne fond pas reçoi pouran une foncion supplémenaire décisive pour le procédé général: le réchauffemen des ferrailles. Deux avanages imporans en découlen par rappor à ou aure four double cuve: Les peres pendan le emps d arrê son couveres par le préchauffage. Les ferrailles préchauffées fournissen, en plus d un meilleur comporemen de fusion, une fore diminuion du besoin d énergie élecrique, avec un raccourcissemen concomian de la durée de la fusion. Minimisaion du besoin d énergie e augmenaion simulanée de la producion Considéraions générales Une diminuion de la consommaion oale d énergie ainsi que de l énergie élecrique s obien par un pei nombre de modificaions consrucives significaives, par la Diagramme de marche d un four à arc double cuve à couran coninu opimisé en énergie mise en œuvre de echnologies d appoin modernes e par un mode de chargemen modifié. Si la phase de fusion es consiuée d un bloc unique, les emps mors echnologiques son éviés presque complèemen par une seule charge dans le four hors ravail de fusion 6. Seul le pivoemen de l élecrode prolonge encore le emps de producion. P Puissance I 1 re charge Temps Pr Préchauffage des ferrailles P 100 % I Pr I 100 % Pr min 6 Descripion de l insallaion Le premier four à arc double cuve à couran coninu opimisé en énergie 7 sera mis en service en avril 1997 en Malaisie. Chaque cuve présene un diamère inérieur de 6,1 m e un poids de coulée compris enre 85 e 95. Selon le poids de la coulée, le four peu êre exploié avec un pied de bain de 20 à 30. La consrucion de la parie inférieure de la cuve es praiquemen idenique à celle d un four à arc à couran coninu normal du même diamère. En revanche, la parie supérieure du creuse présene une haueur respecable de 6,5 m au-dessus de la plae-forme de ravail 8. L axe du coude des gaz d échappemen se rouve même 8,5 m au-dessus de ce niveau. La haueur de la parie supérieure du four e l accroissemen du volume oal favorisen le chargemen en une passe même des ypes de ferrailles les plus désavanageux, avec des densiés d environ 0,6 /m 3. En plus des économies de emps e d énergie qui en découlen, les nombreuses impureés d origine organique auremen indésirables fournissen une fore augmenaion de la producion. Les ferrailles peuven bien enendu êre remplacées par d aures subsances ferreuses, elles que de la fone de première fusion liquide ou solide e/ou par de l éponge de fer. En relaion avec un bon réchauffage des ferrailles e avec une haueur de colonne de ferrailles suffisane 22 Revue ABB 9/

6 Insallaion de four à arc double cuve à couran coninu. Le pose de commande es disposé de elle manière que l opéraeur ai la vue libre sur les pores de décrassage e les manipulaeurs de lances. 7 1 Four à arc à couran coninu 2 Pose de commande 3 Transformaeur e redresseur 4 Transformaeur des fours-poches de coulée 5 Fours-poches de coulée 6 Pose de commande des fours-poches de coulée dans le four, la par des aures subsances ferreuses ne devrai pas dépasser 30 à 35 % du poids des ferrailles. Les élémens laéraux refroidis à l eau de la parie supérieure du four son subdivisés en deux secions séparées muuellemen. Cee mesure consrucive perme d une par le remplacemen plus rapide des élémens endommagés. D aure par, on obien une flexibilié echnologique foremen améliorée, lorsque d aures maières premières ne jusifien plus le volume élevé du creuse. Avec la consrucion de grande haueur en quesion, la course des élecrodes aein 8,5 m. Pour évier des couples plus élevés, le bras poreur des élecrodes es consiué d un bras en aluminium auoporan. Le mâ de l élecrode es formé d une srucure en acier raidie. En appoin à cee consrucion, un verrouillage propre empêche le mouvemen simulané du coneneur de chargemen e de l élecrode. Par cee mesure, on obien la sécurié d exploiaion des consrucions usuelles. Pour la conduie opimale du procédé, l alimenaion des ferrailles requier une ceraine aenion. Pour évier l endommagemen en exploiaion des élémens de paroi refroidis à l eau e des lances à oxygène e à poussière de charbon, les los de ferrailles de plus de 0,7 /m 3 ne devraien êre chargés que jusqu au niveau de la pore de décrassage. Pour assurer une exploiaion avanageuse égalemen avec des ferrailles lourdes, un iers du besoin oal de charbon e un iers de la quanié oale de chaux vive, resp. de dolomie, devraien êre chargés dans le creuse. Le rese des adjuvans es ajoué pendan le processus de fusion, à ravers une ouverure du couvercle, soi de manière coninue, soi par porions successives. Le réchauffage des poches de coulée a lieu dans une saion de four-poche ellemême double, avec un mâ à élecrodes pivoable 7. S y ajouen deux voies ferrées séparées enre la zone de fusion e de posraiemen. Par la poursuie logique du principe du four à arc double cuve, ce mode de ravail perme de simplifier e donc de perfecionner la logisique de la phase liquide jusqu à la machine de coulée coninue. Maières premières Hormis les aures maières premières, elles que de la fone de première fusion ou de l éponge de fer, l uilisaion de ferrailles revê une imporance pariculière pour ce ype de four. D une manière rès peu couumière, les ferrailles bon marché de faible densié (< 0,6 /m 3 ) avec une fore eneur en impureés organiques conviennen le mieux. Ces deux poins, une faible densié e/ou des impureés organiques, son d une imporance de premier plan pour un Revue ABB 9/

7 a b Comparaison d un four à arc à couran coninu normal (a) e d un four opimisé en énergie (b) 8 bon résula de préchauffage. Si les impureés organiques manquen, on peu ajouer des combusibles fossiles, par exemple des pneus usés. Ferrailles de faible densié Les meilleurs résulas du préchauffage s obiennen lorsque le rappor enre la surface des ferrailles e leur volume propre es élevé. Le préchauffage des ferrailles se déroule selon les quare principes physiques suivans: Rayonnemen hermique Convecion des gaz Transmission de chaleur Conducion hermique Le rayonnemen hermique des flammes présene une efficacié élevée, mais dans un as de ferrailles, il n exerce qu une influence locale. La ransmission de chaleur par convecion de gaz chauds n es à vrai dire pas aussi efficace que le rayonnemen, mais en revanche, elle n es pas limiée localemen. L efficacié de la ransmission de chaleur es influencée par la durée de conac du gaz (colonne de ferrailles élevée = durée prolongée) e par le gradien de empéraure (ferrailles froides = fore ransmission). Comparaison de la surface de deux corps de même masse (m), resp. de même volume (V) mais de différenes dimensions (Ac) c 1 A 1 V = A 1 c 1 = A 2 c 2 m 1 = m 2 c 2 A 2 9 En plus de l inensié du rayonnemen e de la durée de conac du gaz (resp. du gradien de empéraure du gaz), l inensié de la ransmission de chaleur dépend principalemen de la grandeur de la surface d un corps donné. Plus sa surface es grande, plus il peu absorber de l énergie hermique par unié de emps. Deux corps de même masse (même volume), mais de géomérie différenes peuven se disinguer foremen par leur surface. Exemple: Un cube d une arêe de 1 cm (V = 1 cm 3 ) es déformé par laminage. Longueur de l arêe [cm] Surface [cm 2 ] 1 6 1/4 10,5 1/16 34,125 La ransmission de chaleur ne dépend pas seulemen de la géomérie d un corps, mais aussi de sa conducibilié hermique. 9 monre que la disance de la surface au plan de symérie de la plaque es beaucoup plus coure que celle à l axe de symérie de la secion carrée. 24 Revue ABB 9/

8 Impureés organiques Dans un four à arc normal, les impureés organiques son indésirables, éan donné qu aux empéraures de réacion élevées, elles produisen des subsances pariellemen rès oxiques, elles que des oxydes d azoe, des furanes ou des dioxines. Pour diminuer leur eneur dans les gaz brûlés, on a besoin d insallaions de refroidissemen e de purificaion coûeuses. Pour évier, resp. pour diminuer la quanié de dioxines, on doi par exemple insaller enre 1200 e 500 C un raje de refroidissemen pour gaz brûlés avec une viesse de refroidissemen de plusieurs 100 C par seconde. Par conre, avec un préchauffage sélecif des ferrailles, le profil de empéraure dans un as de ferrailles (froides) peu êre influencé de elle manière que la formaion des subsances (oxiques) indésirables soi supprimée d emblée. Avec une elle echnologie, les subsances organiques sinon indésirables se ransformen en combusible précieux dans la phase du préchauffage des ferrailles. Le procédé Le cycle de fusion du four es de 80 min. Ce cycle se subdivise en deux procédés pariels de 40 min chacun: 1 re phase du procédé: percée; mainenance si nécessaire, chargemen (une ou deux fois); préchauffage des ferrailles 2 e phase du procédé: fusion élecrique, supporée par la chaleur de combusion chimique; enlèvemen du laiier mousseux 1 re phase du procédé: préchauffage des ferrailles Le préchauffage des ferrailles es condui de elle manière que oue les ferrailles chargées aeignen une empéraure moyenne de 550 C avan la «fusion élecrique». Cee empéraure moyenne correspond à un conenu énergéique de kwh/ de ferrailles. Par l adjoncion correspondane d oxygène, on fourni la chaleur requise par le préchauffage par la combusion de combusibles fossiles e/ou d impureés organiques direcemen dans le creuse. A ce effe, des lances, des brûleurs e des injeceurs à oxygène son disposés sur quare niveaux, perpendiculairemen à l axe du four 10. Le niveau le plus bas, dans la zone de la pore de décrassage, es chauffé à l aide de lances à oxygène e à poussière de charbon commandées par un manipulaeur. Au niveau au-dessus (juse au-dessus du creuse inférieur à garniure réfracaire), on a disposé 4 brûleurs de faible puissance e à débi de faible viesse. Plus hau, sur deux niveaux disincs, on rouve les injeceurs à oxygène décalés muuellemen. Comme les brûleurs, ils soufflen angeniellemen par rappor à l axe du four de l oxygène à faible viesse dans la chambre du four. Les lances e les brûleurs réchauffen les ferrailles qui se rouven direcemen en face d eux e fournissen le monoxyde de carbone nécessaire à la poscombusion. Avec le laiier présen, les lances à oxygène e à poussière de charbon formen après quelques minues ce qu on appelle le laiier mousseux. Ce dernier es Représenaion schémaique des lances à oxygène e à poussière de charbon (1), des brûleurs (2) e des injeceurs à oxygène (3) pour le préchauffage des ferrailles 10 La disposiion angenielle des brûleurs fourni un bon mélange des gaz riches en CO avec l oxygène des injeceurs Revue ABB 9/

9 un média don la ransmission de chaleur sur les ferrailles froides es bien meilleure que celle des gaz chauds. Par l orienaion angenielle des brûleurs e des posbrûleurs (injeceurs à oxygène) 11, on obien un meilleur mélange des gaz riches en CO avec l oxygène provenan des injeceurs. Dans la phase de réchauffage des ferrailles, la poscombusion du monoxyde de carbone produi par les lances e les brûleurs joue un rôle compliqué, mais exrêmemen imporan: L énergie de la réacion (enhalpie) de la poscombusion CO O 2 CO 2 es considérablemen plus élevée que l enhalpie de la réacion C O 2 CO. C O 2 CO + 26,4 kcal/mol CO O 2 CO ,6 kcal/mol C + O 2 CO ,0 kcal/mol L accroissemen du rendemen global de la poscombusion dans le four s effecue par une uilisaion plus poussée de l énergie avec une diminuion de la consommaion de combusible e de volume des gaz brûlés. La réacion C + O 2 CO 2 fourni env. 3,6 fois plus d énergie que la réacion C + O CO (voir ci-dessus). Si on veu produire la même quanié de chaleur sans poscombusion, on doi mere en œuvre une quanié 3,6 fois plus élevée de subsances carbonées e on produi une quanié de gaz brûlés plus élevée en conséquence. Par la poscombusion, la chaleur es produie au milieu des ferrailles à réchauffer. La chaleur des gaz brûlés absorbée par les ferrailles ne doi plus êre dissipée dans l environnemen. La même chose es valable pour la chaleur de poscombusion qui, dans les procédés convenionnels, doi êre éliminée en majeure parie, comme le rese de la chaleur résiduaire, par l eau de refroidissemen, ce qui charge donc indirecemen l environnemen. Pour agir conre une suroxydaion locale des ferrailles par l oxygène offer, on doi charger du charbon ou du coke en foncion des impureés organiques, de la manière décrie ci-dessus. Un brûleur de chio supplémenaire assure que l auo-allumage de l oxygène s effecue sans problèmes en ce endroi. La durée d enclenchemen de ce brûleur es limiée à 4 5 min par cycle de four, andis que les quare aures brûleurs son en service pendan env. 30 min, selon le mode de chargemen. Représenaion schémaique de la commande des gaz brûlés 12 1 Coude des gaz brûlés 2 Alimenaion en air frais 3 Souirage d échanillons (CO, CO 2, O 2 ) 4 Appareil d analyse e de commande Vers les lances à oxygène e à poussière de charbon, les brûleurs e les injeceurs à oxygène e phase du procédé: la fusion Le procédé de fusion ne se disingue pas fondamenalemen de celui d un four à arc à couran coninu usuel. C es ainsi que les brûleurs supporen la phase de fusion pendan une durée de 10 à 12 min, andis que les lances à oxygène e à poussière de charbon resen en service pendan oue la phase de fusion. Cependan, cinq caracérisiques significaives disinguen posiivemen l exploiaion du nouveau four de celle des aures fours à arc, en permean un mode de ravail neemen plus judicieux: La poscombusion pendan la fusion e la surchauffe rédui la consommaion d énergie élecrique. Le laiier mousseux fourni une ransmission de chaleur sur les ferrailles neemen supérieure à celle de gaz de même empéraure, an par le conac amélioré que par la durée prolongée de ce dernier. Le ravail sous le laiier mousseux rédui les peres de refroidissemen dans les élémens refroidis à l eau e augmen en même emps leur durée de service. Le laiier mousseux présene une conducibilié élecrique considérablemen meilleure. Dans le laiier, l arc élecrique brûle avec la même puissance, mais avec une longueur d arc diminuée de moiié. Le laiier mousseux proège les élecrodes en graphie conre l oxydaion. La consommaion d élecrodes diminue foremen. En foncion de la quanié de CO produie, la poscombusion se poursui égalemen dans la phase de fusion e fourni donc de l énergie de combusion supplémenaire à l inérieur du creuse. Aussi longemps que des ferrailles se rouven dans le four, cee chaleur profie à celles-ci, mais en diminuion: d une par, le ransfer de chaleur par les gaz chauds aux ferrailles qui s échauffen progressivemen s amoindri; d aure par, le volume oal des ferrailles diminue par le procédé de fusion élecrique. Lorsque les ferrailles son presque complèemen fondues, l énergie d appoin de la poscombusion couvre les peres qu une surface de laiier non chauf- 26 Revue ABB 9/

10 fée ransme à l environnemen (env. 10 kwh/ d acier). Jusqu ici, le laiier mousseux éai produi esseniellemen vers la fin de la phase de fusion e pendan celle de la surchauffe. A présen, il se forme déjà au débu de la phase de préchauffage. Les effes déjà décris de l amélioraion de la ransmission de chaleur d une émulsion sur une subsance solide (en comparaison d un gaz de même empéraure sur une subsance solide) s accroissen exponeniellemen. Par le préchauffage précoce des ferrailles, le laiier mousseux peu moner de plus en plus dans la colonne de ferrailles e préchauffer davanage de ferrailles. Les ypes de ferrailles de faible densié, c es-à-dire avec un rappor élevé enre la surface e le volume, favorisen, resp. compensen le ransfer de chaleur. L arc élecrique sous le laiier brûle avec la même puissance, mais avec une longueur d arc réduie de moiié. L inroducion iniiale de ce laiier mousseux servai à la proecion des élémens de paroi e de couverure refroidis à l eau conre le rayonnemen de l arc élecrique. En même emps, les peres hermiques des élémens refroidis à l eau diminuen. Plus le laiier mone en mousse au débu de la fusion, plus l effe voulu es prononcé. En complémen, ce mode de ravail offre l avanage que les élecrodes son sousraien plus vie à l amosphère oxydane, ce qui se radui par une diminuion de la consommaion d élecrodes. Avec un el mode opéraionnel, on peu aeindre des poids de percée de 85 à 95 avec des emps de cycle de 40 min. Cela équivau à une producion annuelle de plus de d acier liquide. Sysème de commande de la combusion e de la poscombusion Chaque four es équipé d un pose de vannes séparé pour les brûleurs e les injeceurs à oxygène. L alimenaion vers le manipulaeur à lances es réglée sur une conduie séparée en foncion de la pression de l oxygène. La régulaion des brûleurs s effecue par le biais de la empéraure de reour de Tempéraure CO CO 2 Mesure Objecif Régulaion Oxygène Tempéraure min CO 2 / CO Oxygène l eau de refroidissemen des brûleurs. Ce faisan, chaque brûleur peu êre déclenché séparémen en cas de blocage ou d un aure dérangemen quelconque. Pour assurer une marche impeccable des brûleurs dans le cas normal, ceux-ci doiven êre alimenés avec une faible quanié de combusible e d oxygène, même lorsqu ils ne son pas en service. Le sysème de régulaion de la combusion, resp. de la poscombusion es formé esseniellemen d un préleveur de gaz, d une conduie ubulaire, de l appareil d analyse à CO/CO 2 /O 2 propremen di e d un coffre de commande 12, 13. Le préleveur de gaz, en fai un uyau d échanillonnage à mécanisme d auoneoyage, se rouve dans le flux des gaz brûlés, direcemen au débu du colleceur saionnaire refroidi à l eau des gaz brûlés. Le préleveur de gaz doi êre insallé rès soigneusemen, afin d assurer que le uyau ne puisse pas aspirer de l air parasie. Dans le uyau d échanillonnage, les gaz brûlés chauds son saisis en permanence, refroidis e menés par un uyau flexible vers l appareil d analyse. Dans ce dernier, le gaz es analysé quaniaivemen quan à sa eneur en monoxyde e en dioxyde de carbone, ainsi qu en oxygène. Les résulas de mesure son ransformés par le sysème de régulaion en signaux de valeurs de consigne e menés individuellemen aux différenes vannes du pose de vannes. Cela présuppose cependan qu après l insallaion des brûleurs, ec., on déermine la caracérisique du four e qu on calibre les organes de régulaion. Par le développemen de ce nouveau procédé de fusion e du four à arc double max min Opimisaion Brûleurs Injecion d oxygène Lances à oxygène e à poussière de charbon Schéma de la régulaion du procédé de combusion, resp. de la poscombusion 13 cuve à couran coninu, ABB offre aux aciéries la possibilié de produire à prix avanageux de l acier bru en uilisan des ferrailles de moindre qualié. Le premier four double cuve de ce ype sera mis en service en Malaise en avril Adresse de l aueur Huber Trenkler ABB Indusrie AG Case posale CH-5401 Baden/Suisse Téléfax: + 41 (0) Revue ABB 9/

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