Exigences relatives aux matériaux réfractaires pour les fours à arc électrique et sélection des matériaux réfractaires pour les parois latérales !

Les exigences générales relatives aux matériaux réfractaires pour les fours à arc électrique sont les suivantes :

(1) La réfractarité doit être élevée. La température de l'arc dépasse 4000 °C et la température de fabrication de l'acier est de 1500 à 1750 °C, parfois jusqu'à 2000 °C, les matériaux réfractaires doivent donc avoir une réfractarité élevée.

(2) La température de ramollissement sous charge doit être élevée. Le four électrique fonctionne dans des conditions de charge à haute température et le corps du four doit résister à l'érosion de l'acier en fusion ; par conséquent, le matériau réfractaire doit présenter une température de ramollissement sous charge élevée.

(3) La résistance à la compression doit être élevée. Le revêtement du four électrique est soumis aux chocs de la charge lors du chargement, à la pression statique de l'acier en fusion pendant la fusion, à l'érosion due à l'écoulement de l'acier lors de la coulée et aux vibrations mécaniques en fonctionnement. Par conséquent, le matériau réfractaire doit présenter une résistance à la compression élevée.

(4) La conductivité thermique doit être faible. Afin de réduire les pertes de chaleur du four électrique et la consommation d'énergie, le matériau réfractaire doit présenter une faible conductivité thermique, c'est-à-dire un faible coefficient de conductivité thermique.

(5) La stabilité thermique doit être bonne. En quelques minutes, entre la coulée et le chargement dans un four électrique sidérurgique, la température chute brutalement d'environ 1600 °C à moins de 900 °C ; les matériaux réfractaires doivent donc présenter une bonne stabilité thermique.

(6) Forte résistance à la corrosion. Au cours du processus de fabrication de l'acier, le laitier, les gaz de four et l'acier en fusion ont tous de forts effets d'érosion chimique sur les matériaux réfractaires, de sorte que les matériaux réfractaires doivent avoir une bonne résistance à la corrosion.

Sélection des matériaux réfractaires pour les parois latérales

Les briques MgO-C sont généralement utilisées pour la construction des parois latérales des fours électriques sans refroidissement par eau. Les points chauds et les lignes de laitier sont soumis aux conditions de service les plus extrêmes. Ils sont non seulement fortement corrodés et érodés par l'acier en fusion et le laitier, ainsi que soumis à de fortes contraintes mécaniques lors de l'ajout de ferraille, mais aussi exposés au rayonnement thermique de l'arc électrique. C'est pourquoi ces pièces sont construites avec des briques MgO-C aux performances exceptionnelles.

Pour les parois latérales des fours électriques à refroidissement par eau, l'utilisation de cette technologie accroît la charge thermique et impose des conditions d'utilisation plus contraignantes. Il convient donc de choisir des briques MgO-C présentant une bonne résistance aux scories, une stabilité aux chocs thermiques et une conductivité thermique élevée. Leur teneur en carbone est de 10 à 20 %.

Matériaux réfractaires pour les parois latérales des fours électriques à ultra-haute puissance

Les parois latérales des fours électriques à ultra-haute puissance (fours UHP) sont généralement construites en briques MgO-C, et les zones de points chauds et de scories sont réalisées avec des briques MgO-C à hautes performances (telles que les briques MgO-C à matrice de carbone pur), ce qui améliore considérablement leur durée de vie.

Bien que la charge sur les parois du four ait été réduite grâce aux améliorations apportées aux méthodes de fonctionnement des fours électriques, il reste difficile pour les matériaux réfractaires de prolonger la durée de vie des points chauds lors du fonctionnement en four UHP. C'est pourquoi la technologie de refroidissement par eau a été développée et mise en œuvre. Pour les fours électriques utilisant la coulée EBT, la surface de refroidissement par eau atteint 70 %, réduisant ainsi considérablement l'utilisation de matériaux réfractaires. La technologie moderne de refroidissement par eau requiert des briques MgO-C à bonne conductivité thermique. Des briques d'asphalte, des briques de magnésie liées à la résine et des briques MgO-C (teneur en carbone de 5 % à 25 %) sont utilisées pour la construction des parois latérales du four électrique. En conditions d'oxydation sévère, des antioxydants sont ajoutés.

Pour les zones les plus touchées par les réactions d'oxydoréduction, on utilise pour la construction des briques MgO-C composées de magnésite fondue à gros cristaux comme matière première, d'une teneur en carbone supérieure à 20 % et d'une matrice entièrement en carbone.

La dernière évolution en matière de briques MgO-C pour fours électriques UHP consiste à utiliser une cuisson à haute température suivie d'une imprégnation à l'asphalte pour produire des briques MgO-C cuites et imprégnées d'asphalte. Comme le montre le tableau 2, par rapport aux briques non imprégnées, la teneur en carbone résiduel des briques MgO-C cuites après imprégnation à l'asphalte et recarbonisation augmente d'environ 1 %, la porosité diminue de 1 % et la résistance à la flexion à haute température ainsi que la résistance à la pression sont nettement améliorées, ce qui leur confère une grande durabilité.

Matériaux réfractaires en magnésium pour les parois latérales des fours électriques

Les revêtements des fours électriques se divisent en deux catégories : alcalins et acides. Les premiers utilisent des matériaux réfractaires alcalins (tels que la magnésie et les matériaux réfractaires MgO-CaO) comme revêtement, tandis que les seconds utilisent des briques de silice, du sable de quartz, de la boue blanche, etc.

Remarque : Pour les matériaux de revêtement des fours, les fours électriques alcalins utilisent des matériaux réfractaires alcalins et les fours électriques acides utilisent des matériaux réfractaires acides.