Four à arc électrique

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Un four à arc est un type de four électrique utilisé en métallurgie :

Schéma de principe (simplifé)

Schéma de principe (simplifé): Les électrodes (noir) alimentent un arc électrique

Image:Eaf0.gif

il utilise l'énergie thermique de l'arc électrique établi entre une (ou plusieurs) électrode(s) de carbone et le métal pour obtenir une température suffisant à sa fusion.

De petite (environ une tonne) ou moyenne capacité (jusqu'à 400t), il est notamment utilisé pour le recyclage des métaux (par exemple pour récupérer le zinc de poussières et déchets métallurgiques) (procédé appelé Electric Arc Furnace Dust (EAFD) par les anglosaxons).

Des Fours à arc miniatures sont utilisés dans certains laboratoires de recherche ou dans le secteur de la dentistes, avec des capacités de quelques dizaines de grammes.
Certains fours à arc sont utilisés pour des réactions entre solides ou entre phases gazeuses.

[modifier] Histoire

Les premiers fours à arc électrique ont été mises au point par Paul Héroult, en France, avec d’êtres construits dans une usine aux États-Unis en 1907.
Ils produisaient initialement un « acier électrique » essentiellement destiné à fabriquer des aciers de machine-outil et destinés à fabriquer des ressorts en acier.
Ils ont aussi été utilisés pour préparer le carbure de calcium (carburant de la lampe à carbure).

Au XIX^e siècle, plusieurs personnes ont utilisé un arc électrique pour fondre le fer.
Sir Humphry Davy a effectué une démonstration expérimentale en 1810
Pepys en 1815 , Pinchon a tenté de construire un four électrothermique en 1853; et en 1878 - 79, Sir William Siemens a déposé un brevet pour un type de four à arc.
Le « Stessano electric furnace » est un four à arc tournant (pour mélanger le bain en fusion)
Le Girod furnace est proche du four de Héroult.

Un autre type de four électrique, différent du four électrothermique à arc est le four à induction, de type « Four Kjellin » ou « Röchling-Rodenhauser furnace ».

Les fours à arcs ont été utilisés lors de la Seconde Guerre mondiale pour la production d'alliages d’acier, mais ce n’est qu’ensuite que la fabrication de l'acier électrique s'est vraiment développé, encouragé par le faible coût d'investissement (environ US $ 140 à 200 par t de capacité installée annuelle, comparativement à 1000 $ US par t pour une aciérie classique). De tels fours ont donc été utilisés dans l’Europe ravagée par la guerre où la ferraille de récupération était abondante, faisant naître une aciérie capable de rivaliser avec avec les grands sidérurgistes des États-Unis, tels Bethlehem Steel & US Steel.
Quand Nucor - maintenant l'un des plus grands producteurs d'acier des États-Unis ^[1].

[modifier] Qualité

Ces fours ne sont rentables qu’en utilisant de déchets métallurgiques. Ceux-ci souvent mal contrôlés ou riche en impureté ont eu des répercussion sur la qualité des aciers produits.

[modifier] Fonctionnement

Principe : Dans une enveloppe réfractaire (non fermée pour en évacuer les vapeurs), une forte tension électrique est appliquée entre des électrodes (graphite-carbone) et le métal à faire fondre. Cette tension fait jaillir un arc électrique. Les câbles électriques, l'enveloppe, le toit et certains éléments peuvent être refroidis par de l'eau lourde ou un autre fluide caloporteur.
La température engendrée par l'arc dépasse 1800°C et peut atteindre les 3600°C. Une zone plus froide persiste entre les électrodes, problème qui est généralement résolu par des brûleurs gaz + oxygène.. Des ouvertures, ou le basculement du four permettent de récupérer le métal fondu et les scories.

[modifier] Consommation d'énergie

Elle est très variable selon l'âge et la qualité du four et selon les matériaux qu'on y entre.

Une tonne d'acier pour être produite dans un four à arc électrique nécessite en théorie environ 440kWh par tonne. Le minimum théorique requis pour faire fondre une tonne de déchets d'acier est 300kWh (point de fusion 1520 ° C/2768 ° F). Fabriquer de l'acier avec un arc électrique n'est donc économique que là où il y a abondance d'énergie électrique, avec un réseau électrique stable et bien développé.

[modifier] Voir aussi

[modifier] Liens internes

[modifier] Bibliographie

H. W. Beaty (ed), Standard Handbook for Electrical Engineers, 11^e éd., McGraw Hill, New York 1978, ISBN 0-07-020974-X
J.A.T. Jones, B. Bowman, P.A. Lefrank, Electric Furnace Steelmaking, in The Making, Shaping and Treating of Steel, R.J. Fruehan, Editor. 1998, The AISE Steel Foundation: Pittsburgh. p. 525-660.