La ferraille d’acier est la principale matière première utilisée pour la fusion au four à arc. Cependant, la ferraille sociale (recyclée) contient souvent des niveaux élevés d’éléments nocifs tels que le cuivre, l’étain, l’arsenic et le plomb, difficiles à éliminer. Le remplacement partiel de la ferraille par des matériaux alternatifs, tels que la fonte brute, le fer de réduction directe (DRI), le fer décarburé, le carbure de fer et les matériaux métalliques composites, peut améliorer efficacement ce problème.
Fonte brute
Certaines technologies sont largement utilisées dans les fours électriques à arc électrique, notamment le canon à oxygène au carbone, la combustion secondaire, la buse à oxygène et la combustion secondaire des gaz du four. L’apport d’oxygène est ainsi considérablement amélioré. L’augmentation de la quantité de carbone est donc nécessaire. La méthode la plus efficace consiste à ajouter de la fonte brute. L’assemblage de grandes quantités de fonte produit une chaleur chimique importante, ce qui permet de réduire le temps d’électrification.
Dans le procédé EAF, des technologies telles que les lances carbone-oxygène, les systèmes de combustion secondaire, les buses d’injection d’oxygène et la postcombustion des gaz du four sont largement utilisées, ce qui augmente considérablement l’intensité de l’apport d’oxygène. Pour équilibrer ce phénomène, la teneur en carbone doit également être augmentée, la méthode la plus efficace étant l’ajout de fonte brute. L’ajout de grandes quantités de fonte brute libère une quantité importante de chaleur chimique, qui peut être efficacement utilisée pour réduire le temps de fusion.
Avantages de l’ajout de fonte :
- Raccourcit le cycle de fusion
- Améliore l’efficacité thermique
- Dilue les impuretés nocives dans l’acier en fusion
Fer directement réduit (DRI)
La réduction directe désigne le procédé de réduction du minerai de fer ou des oxydes de fer en fer métallique à des températures inférieures à leur point de fusion, généralement dans des fours à cuve ou des fours rotatifs. Selon la forme du produit, la réduction directe peut être classée en éponge de fer, en boulettes métallisées ou en fer briqueté à chaud (HBI). Le procédé peut être au gaz ou au charbon.
Avantages de l’ajout de DRI :
- Faible en impuretés nocives telles que P, S et N ; offre une composition chimique stable
- L’éponge de fer et le HBI peuvent être alimentés en continu dans le four, réduisant ainsi le temps de coupure de courant et les pertes de chaleur
- Favorise la formation de scories moussantes, ce qui prolonge la durée de vie des réfractaires et des électrodes du four
Fonte brute décarburée
La fonte en fusion issue du haut fourneau est trempée à l’eau sous haute pression pour former des boulettes de fonte (3 à 10 mm). Ces boulettes sont ensuite décarburées dans un four rotatif à température contrôlée.
Avantages de la fonte décarburée :
- La teneur en gangue est de 1 à 3 % inférieure à celle du DRI, ce qui réduit la consommation d’énergie
- Teneur en soufre et en phosphore inférieure à celle du DRI
- La surface FeO facilite la génération de scories de mousse
carbure de fer
Le carbure de fer est produit en faisant réagir du minerai de fer avec des gaz industriels préchauffés (CO, CO₂, CH₄, H₂ et vapeur) dans un réacteur à lit fluidisé dans des conditions de température et de pression spécifiques.
Avantages de l’ajout de carbure de fer :
- Convient à la production d’acier à faible teneur en azote
- La formation de scories de mousse est plus facile, même sans injection de poudre de carbone
- Composition propre à faible teneur en soufre et en phosphore, réduisant les coûts de désulfuration par tonne d’acier
Matériaux métalliques composites
Les matériaux métalliques composites sont de nouveaux matériaux de charge développés pour remplacer une partie de la fonte, des granulés ou de la ferraille.
Avantages des matériaux métalliques composites :
- Réduire la consommation d’oxygène
- Consommation d’énergie réduite
- Raccourcir le cycle de fusion
En résumé, la substitution partielle de la ferraille par des matériaux alternatifs dans le procédé EAF permet de compenser les limites de la ferraille et améliore considérablement la pureté de l’acier fondu.
