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 4 000 °C et la température d'élaboration de l'acier est comprise entre 1 500 et 1 750 °C, parfois jusqu'à 2 000 °C. Les matériaux réfractaires doivent donc présenter une réfractarité élevée.
(2) La température de ramollissement sous charge doit être élevée. Le four électrique fonctionne sous des conditions de charge à haute température, et le corps du four doit résister à l'érosion de l'acier en fusion. Le matériau réfractaire doit donc avoir une température de ramollissement sous charge élevée.
(3) La résistance à la compression doit être élevée. Le revêtement du four électrique est affecté par l'impact de la charge lors du chargement, la pression statique de l'acier en fusion lors de la fusion, l'érosion de l'écoulement de l'acier lors du coulage et les vibrations mécaniques pendant le 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 le soutirage et le chargement de l'acier au four électrique, la température chute brutalement, passant d'environ 1 600 °C à moins de 900 °C. Les matériaux réfractaires doivent donc présenter une bonne stabilité thermique.
(6) Forte résistance à la corrosion. Lors de la fabrication de l'acier, les scories, les gaz de four et l'acier en fusion exercent une forte érosion chimique sur les matériaux réfractaires. Ces derniers doivent donc présenter une bonne résistance à la corrosion.
Sélection de matériaux réfractaires pour les parois latérales
Les briques MgO-C sont généralement utilisées pour la construction des parois latérales des fours électriques sans parois de refroidissement par eau. Les points chauds et les lignes de scories sont soumis aux conditions de service les plus difficiles. Ils sont non seulement fortement corrodés et érodés par l'acier et les scories en fusion, mais aussi soumis à de fortes contraintes mécaniques lors de l'ajout de ferraille, et sont également soumis au rayonnement thermique de l'arc. C'est pourquoi ces pièces sont construites avec des briques MgO-C aux excellentes performances.
Pour les parois latérales des fours électriques à parois refroidies par eau, la technologie de refroidissement par eau augmente la charge thermique et les conditions d'utilisation sont plus strictes. Il est donc recommandé de choisir des briques MgO-C présentant une bonne résistance aux scories, une bonne stabilité aux chocs thermiques et une conductivité thermique élevée. Leur teneur en carbone est comprise entre 10 et 20 %.
Matériaux réfractaires pour parois latérales de fours électriques de très haute puissance
Les parois latérales des fours électriques à très haute puissance (UHP) sont principalement constituées de briques MgO-C, tandis que les points chauds et les lignes de scories sont constitués de briques MgO-C aux excellentes performances (comme les briques MgO-C à matrice entièrement en carbone). Leur durée de vie est ainsi considérablement améliorée.
Bien que la charge des 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 de la fusion dans des fours UHP. Par conséquent, une technologie de refroidissement par eau a été développée et appliquée. 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 nécessite des briques MgO-C présentant une bonne conductivité thermique. L'asphalte, les briques de magnésie liées à la résine et les briques MgO-C (teneur en carbone de 5 à 25 %) sont utilisés pour construire les parois latérales du four électrique. Dans des conditions d'oxydation sévères, des antioxydants sont ajoutés.
Pour les zones sensibles les plus gravement endommagées par les réactions redox, des briques MgO-C avec de la magnésite cristalline fondue de grande taille comme matière première, une teneur en carbone supérieure à 20 % et une matrice entièrement en carbone sont utilisées pour la construction.
Le dernier développement des briques MgO-C pour fours électriques UHP consiste à utiliser une cuisson à haute température puis une imprégnation d'asphalte pour produire des briques MgO-C imprégnées d'asphalte cuites. Comme le montre le tableau 2, par rapport aux briques non imprégnées, la teneur en carbone résiduel des briques MgO-C cuites après imprégnation d'asphalte et recarbonisation augmente d'environ 1 %, la porosité diminue de 1 %, et la résistance à la flexion et à la pression à haute température est considérablement améliorée, ce qui leur confère une grande durabilité.
Matériaux réfractaires en magnésium pour parois latérales de fours électriques
Les revêtements des fours électriques sont classés en deux catégories : alcalins et acides. Les premiers utilisent des matériaux réfractaires alcalins (tels que la magnésie et les matériaux réfractaires MgO-CaO), tandis que les seconds utilisent des briques de silice, du sable de quartz, de la boue blanche, etc.
Remarque : Pour les matériaux de revêtement du four, les fours électriques alcalins utilisent des matériaux réfractaires alcalins et les fours électriques acides utilisent des matériaux réfractaires acides.
Date de publication : 12 octobre 2023
