Four à arc électrique DC : technologie efficace de sidérurgie à électrode unique

Le four à arc électrique à courant continu (DC-EAF) est un four pour la sidérurgie primaire qui représente un concept différent dans la conception des fours à arc. Le DC-EAF n'a qu'une seule électrode qui agit comme cathode et le courant circule depuis cette électrode en graphite vers une anode montée au fond du four. La seule électrode en graphite exploite le transfert de chaleur hautement efficace de l'arc généré entre l'électrode supérieure en graphite et l'anode fournie par la charge du four. Une vue typique d'un DC-EAF est montrée à la Fig. 1.

Fig. 1 Vue typique d'un DC-EAF

Un four à arc DC comprend typiquement une coque cylindrique en acier revêtue de réfractaire, avec une électrode en graphite centrale positionnée verticalement à travers une ouverture au centre du toit. La connexion d'anode dans le foyer du four est en contact direct avec la couche d'acier liquide recouverte par une couche de scories liquides. L'énergie est fournie au moyen d'un arc plasma ouvert (Fig. 2) généré entre l'extrémité inférieure de la cathode et la surface supérieure de la scorie fondue. Au moins une partie centrale de la surface de la scorie est ouverte. Comme le four est alimenté électriquement, des températures très élevées (supérieures à 1 500 °C) peuvent être atteintes.

Le DC-EAF est une alternative au four à arc électrique à courant alternatif (AC-EAF). La sortie du transformateur UHP (ultra haute puissance) est convertie en DC à l'aide d'un redresseur de puissance, généralement des thyristors connectés en pont. Le DC-EAF équipé de systèmes de redresseurs haute puissance contrôlables assure un arc stable sous toutes les conditions, aux puissances nominales maximales. L'arc dans un DC-EAF est un jet soutenu à haute vélocité et haute température, entraîné par l'accélération électromagnétique (effet Maecker) dans la région constrie près de la racine de l'arc sur la surface de l'électrode. L'arc est généré par l'interaction entre l'écoulement du fluide, le champ thermique et les champs électromagnétiques. Les forces électromagnétiques auto-constrictives maintiennent ce jet de plasma supersonique surchauffé (Fig. 2) raisonnablement cohérent. Un réacteur DC est utilisé pour stabiliser davantage l'arc. De plus, la surface du bain liquide (ou au moins une partie de la surface dans la zone d'attachement de l'arc) est ouverte, c'est-à-dire essentiellement non recouverte par le matériau d'alimentation non réagi. Le schéma d'un DC-EAF est montré à la Fig. 2.

Fig. 2 Schéma d'un four EAF DC

Caractéristiques importantes du DC-EAF

Le DC-EAF a plusieurs exigences uniques par rapport aux fours AC, en plus des différences évidentes d'alimentation électrique. Les caractéristiques importantes sont : (i) conception robuste et fiable, (ii) grande flexibilité vis-à-vis des matériaux de charge, (iii) haute densité de courant et utilisation de puissance, (iv) grande stabilité de l'arc, (v) bonne qualité d'énergie même sous conditions de réseau faible, et (vi) contrôle indépendant de la tension et du courant. Autres caractéristiques comparées à l'AC-EAF :

• Le fonctionnement est plus stable. La fusion est uniforme.
• Consommation d'électrodes réduite grâce à la régulation du système. La consommation diminue d'environ un tiers. Cependant, il faut améliorer l'écaillage et la fissuration des électrodes. La consommation plus faible permet de faire des coulées à faible teneur en carbone.
• Usure du revêtement réduite. La consommation de réfractaire est moindre sur les parois latérales mais plus importante au fond. Économie globale de 15-25 %.
• Il y a un brassage par convection du bain.
• La distribution de température du bain est meilleure. Meilleure distribution thermique. Les points chauds sur la paroi du four en AC-EAF n'existent pas.
• Niveaux de bruit beaucoup plus bas (réduction de 105 dB à 85 dB).
• Coûts d'installation plus élevés (environ 10-35 % de plus).
• Coûts d'exploitation plus bas (environ 15-20 % de moins).
• Moins de perturbations du réseau. Réduction nette de l'effet de flicker. Niveau et fréquence de flicker réduits de moitié. Besoin en équipement de compensation Var beaucoup plus faible.
• Consommation d'énergie plus faible. Économies de 5-10 % en puissance.
• Les électrodes de fond compliquent le fond du four.
• Niveaux d'émissions de poussière et de gaz plus bas.

Développement de la technologie du four à arc DC

On pense généralement que le four à arc DC est un développement récent. C'est seulement largement correct. Déjà en 1881 en Allemagne et 1885 en Suède, des fours de fusion utilisant la technologie DC étaient décrits. Ces fours avaient deux approches : (i) le concept d'arc brûlant entre une électrode en graphite et une charge métallique, comme aujourd'hui, et (ii) la proposition d'un arc brûlant entre deux électrodes disposées horizontalement, fondant la charge par rayonnement seulement. Comme ni les redresseurs DC à haut courant rapides et contrôlables ni une solution aux pertes thermiques élevées n'étaient disponibles à l'époque, le four à arc DC n'a pas pu être développé en unité faisable pour l'exploitation industrielle.

Au début des années 1970, la technologie DC s'était développée à un niveau permettant son utilisation pour les fours à arc. L'application a créé une nouvelle génération de fours à arc pour la sidérurgie, ainsi que pour les secteurs ferro-alliages et métaux non ferreux. Le four DC à électrode unique en graphite exploitait le transfert de chaleur hautement efficace de l'arc généré entre l'électrode supérieure en graphite et l'anode fournie par la charge. Les applications réussies dans les années 1980 et 1990 ont établi les avantages de fusion et de réduction du four DC.

Caractéristiques de conception de base

Dans le DC-EAF, l'énergie électrique est convertie en énergie thermique principalement par l'arc établi entre l'extrémité de l'électrode supérieure et le bain de scories. Le sommet de l'électrode est connecté comme cathode, et le système de fond conducteur comme anode.

Les fours DC n'ont qu'un seul bras de mât d'électrode et une seule électrode en graphite. Cette électrode agit comme cathode. Ainsi, le sommet du four est moins compliqué et il y a moins de composants à maintenir que dans les conceptions AC. L'électrode est consommée pendant l'opération et doit être prolongée par de nouveaux morceaux. Le bras d'électrode est utilisé pour la régulation. Comme il n'y a qu'une seule électrode, la perte de graphite par oxydation est plus faible comparée au four à arc AC.

Pour l'électrode supérieure, il y a des exigences spéciales de graphite et un grade spécial est nécessaire. Les exigences spéciales comparées au graphite pour électrode AC-EAF sont : (i) coefficient de dilatation thermique plus faible, (ii) résistivité spécifique plus faible, (iii) conductivité thermique transversale améliorée, (iv) coefficient de dilatation thermique plus faible, et (v) homogénéité et grossièreté améliorées. Le DC-EAF nécessite un arrangement de refroidissement efficace dans la zone du toit et de la paroi pour contrer l'effet de la scorie liquide chaude en contact direct avec le réfractaire et le rayonnement thermique accru.

Le DC-EAF a cependant besoin d'une électrode de retour, l'anode, pour compléter le circuit électrique. Cette anode est normalement appelée électrode de fond car elle est située au fond de la coque du four. Le four fonctionne avec un talon chaud pour assurer un chemin électrique vers l'anode de retour. Plusieurs conceptions différentes sont disponibles pour l'électrode de retour de fond : électrodes à plots métalliques avec réfractaires non conducteurs, électrode à billettes, électrodes à ailettes métalliques, et réfractaire de fond conducteur. Elles sont montrées à la Fig. 3.

Fig. 3 Différents types de configurations d'anode de fond

Dans le cas du contact réfractaire conducteur de courant, le revêtement réfractaire au centre du fond du four agit comme anode. Le fond a une bride circulaire qui repose dans un canal circulaire soudé à la coque du four. À l'intérieur du canal, la bride est soutenue par des blocs céramiques renforcés de fibres. L'espace entre le canal, les blocs de support et la bride est rempli d'un composé de réfractaire à damer. Cela isole le fond électriquement du reste de la coque du four comme montré à la Fig. 4.

Le fond sphérique du four est en acier haute température. Une plaque circulaire en cuivre est boulonnée directement au fond. Quatre bornes en cuivre s'étendent vers le bas à travers le fond depuis la plaque et se connectent à des câbles flexibles qui à leur tour se connectent aux barres omnibus. Les briques réfractaires conductrices sont installées au-dessus de la plaque en cuivre. Le flux de chaleur du fond (normalement environ 15 kW/m²) est éliminé par refroidissement à air forcé. En raison de la grande surface de l'électrode de fond, la densité de courant tend à être assez faible, normalement autour de 5 kA/m². Cependant, dans certains fours, un matériau de rechargement non conducteur est utilisé au centre pour forcer le courant à se distribuer plus uniformément sur tout le fond. Si une distribution correcte n'est pas atteinte, cela entraîne des points chauds au centre.

Fig. 4 Électrode de fond en réfractaire conducteur

La configuration à électrode de retour par billettes utilise 1 à 4 grosses billettes en acier d'environ 100-150 mm de diamètre mais pouvant atteindre 250 mm selon la taille du EAF. Normalement, la conception vise un courant de 40-45 kA par électrode de fond. Les billettes sont en contact avec le bain à la surface supérieure et fondent donc en retour. Le degré de refusion est contrôlé par refroidissement à l'eau. La billettes est insérée dans un logement en cuivre où circule l'eau de refroidissement. En fournissant un refroidissement suffisant, on s'assure que la billettes ne fond pas complètement. Des thermocouples surveillent la température de la billettes de fond et de l'eau de refroidissement.

Une gaine isolante isole le logement en cuivre de la billettes. La billettes est connectée à une base en cuivre qui fournit la connexion à un câble d'alimentation. L'arrangement typique d'une anode à billettes est donné à la Fig. 5.

Fig. 5 Arrangement typique d'une anode à billettes

Le type d'électrode de retour à plots utilise plusieurs plots métalliques de 25-50 mm de diamètre pour fournir le chemin de retour du courant. Ces plots sont configurés verticalement et pénètrent le réfractaire. Ils s'étendent jusqu'au fond où ils sont fixés par deux plaques métalliques. Les extrémités inférieures sont ancrées à la plaque conductrice inférieure. La plaque de contact inférieure est refroidie à l'air et située au centre du fond. Les parties supérieures des plots sont au niveau du revêtement de travail. Les plots sont en contact direct avec le bain et fondent en retour à mesure que le revêtement s'use. Un câble d'alimentation de retour est attaché à la plaque conductrice inférieure.

Un système étendu de surveillance de température est fourni pour suivre l'usure du revêtement et la durée de vie de l'électrode de fond. Cela permet un changement programmé de l'électrode de fond sur une arrêt de maintenance de 8 heures. La conception à cartouche intégrale qui a évolué permet un changement rapide de l'électrode de fond.

L'électrode de retour à ailettes en acier utilise des ailettes disposées en anneau dans le fond pour former plusieurs secteurs. Chaque secteur consiste en une plaque de masse horizontale et plusieurs ailettes en acier soudées qui dépassent vers le haut à travers le réfractaire. Les ailettes font environ 1,6 mm d'épaisseur et sont espacées d'environ 90 mm. Les secteurs sont boulonnés sur un fond inférieur refroidi à l'air, électriquement isolé de la masse et connecté à 4 conducteurs en cuivre.

La plupart des DC-EAF fonctionnent avec des arcs longs, typiquement 2-3 fois ceux des fours UHP conventionnels. En résultat, le DC-EAF a des débits d'eau plus élevés pour les panneaux refroidis à l'eau.

Revêtement réfractaire pour DC-EAF

Le concept réfractaire d'un four DC doit être conçu en tenant compte des conditions plus sévères dans lesquelles ils opèrent. Les fours à arc DC ont des réfractaires spéciaux au fond car l'anode y est installée. Outre les réfractaires de fond, d'autres points importants pour la conception du revêtement sont : zonage réfractaire, contour du foyer, localisation de la ligne de scories, taille/angle/localisation de la gueularde, orientation du toit, tolérances d'expansion, localisation des ports de brûleur, construction de la porte de scories et élément de brassage de fond.

Le DC-EAF a des exigences réfractaires spéciales car l'électrode de retour est généralement installée au fond (certains DC-EAF utilisent une disposition alternative avec deux électrodes en graphite). Dans le cas d'un fond conducteur, le revêtement au centre agit comme anode. Une plaque en cuivre est généralement connectée sous le réfractaire conducteur et la barre omnibus de retour en cuivre est connectée à la plaque. Dans ce cas, les exigences spéciales pour le réfractaire sont : faible résistance électrique (préférablement < 0,5 milli-ohms/m), faible conductivité thermique, et haute résistance à l'usure.

Une configuration typique utilise un revêtement de travail de 150 mm d'épaisseur en mélanges magnésia-carbone contenant 5-10 % de carbone. Ces matériaux peuvent être installés à chaud ou à froid. Sous le revêtement, une brique magnésia-carbone à trois couches est installée. Le carbone résiduel varie de 10-14 %. Avec maintenance régulière, cette configuration a atteint une durée de vie de fond jusqu'à 4 000 coulées.

La configuration à électrode de retour par billettes utilise 1-4 grosses billettes (environ 250 mm de diamètre) selon la taille du four. Les billettes sont encastrées dans le réfractaire de fond. Elles sont entourées de briques réfractaires basiques. Le reste du foyer est damé avec un mélange spécial de damage magnésia. Le mélange de damage magnésia maintient la zone de briques autour de l'électrode. Cette configuration a atteint plus de 1 500 coulées sur le fond.

Le type à plots utilise des plots de 25-50 mm de diamètre. Ils pénètrent le réfractaire jusqu'au fond où ils sont attachés à une plaque. Le mélange de damage magnésia sec est utilisé pour tout le revêtement de foyer. Ce mélange est damé entre les plots. Alternativement, des briques magnésia-carbone peuvent être utilisées autour de l'anode. Cela améliore la durée de vie du fond mais est plus coûteux. La durée de vie typique varie de 2 000 à 4 000 coulées selon les matériaux réfractaires utilisés.

L'électrode à ailettes utilise des ailettes en acier disposées en anneau. Chaque secteur a une plaque horizontale et plusieurs ailettes soudées qui dépassent à travers le réfractaire. Le mélange de damage magnésia sec est utilisé entre les ailettes. Le foyer est aussi revêtu de ce matériau.

Considérations électriques pour DC-EAF

Pour atteindre le débit maximal, le contrôle de puissance doit être optimisé pour assurer l'apport maximal à toutes les étapes de la fusion et pendant les variations du matériau de charge. En même temps, une perturbation minimale du réseau doit être garantie. La qualité d'énergie doit être compatible avec le fournisseur.

Alimentation DC

La haute puissance requise est fournie par un réseau triphasé haute tension. Elle est convertie en DC par redressement de la sortie du transformateur. Le redressement est réalisé par des thyristors connectés en pont. Normalement, des alimentations 12, 18 ou 24 pulsations sont utilisées, obtenues par plusieurs transformateurs parallèles électriquement décalés les uns des autres pour que leurs impulsions individuelles se chevauchent uniformément. Ce décalage de 15°, 10° ou 7,5°, correspondant aux systèmes 12, 18 ou 24 pulsations, est réalisé par diverses connexions de bobines dans le transformateur. Pour cette raison, les transformateurs pour DC-EAF sont très différents de ceux pour AC-EAF et généralement inadaptés pour l'exploitation de four AC.

La caractéristique volt/amp d'une alimentation DC consiste en une chute faiblement décroissante de la tension DC à mesure que le courant augmente. La pente est de l'ordre de 1 volt par kA et est déterminée par la réactance de commutation du transformateur/redresseur, pas par le four à arc. Afin de limiter les larges excursions de courant dues aux tensions d'arc très différentes, les thyristors sont utilisés de préférence aux diodes. L'instant de conduction après le passage du courant à zéro (délai d'angle de tir) est sous le contrôle de la borne de gate. Chaque thyristor peut, en principe, être éteint dans un demi-cycle. Même ainsi, dans les délais de plusieurs millisecondes entre un changement de tension d'arc (ex: court-circuit) et le contrôle des thyristors, les courants peuvent augmenter significativement. Pour réduire le taux de montée du courant, il est normal d'ajouter un réacteur dans la boucle de courant DC, la réactance naturelle de la boucle étant inadéquate.

Ces réacteurs sont dimensionnés pour avoir une inductance de 100-400 µH. Comme ils supportent le courant DC total, les pertes ohmiques sont significatives et ne peuvent être maintenues dans des limites acceptables qu'en employant une section adéquate de cuivre ou d'aluminium pour les bobines. Les thyristors sont chacun capables de gérer quelques kA et quelques kV de polarité inverse. Un arrangement de thyristors connectés en série et parallèle compose chaque branche. Des fusibles et résistances d'équilibrage de tension sont utilisés comme mesures de protection. Le refroidissement est effectué par eau déionisée.

Caractéristiques électriques du DC-EAF

Le contrôle des thyristors est normalement choisi pour maintenir le courant constant. Ainsi, le courant AC avant le redresseur est aussi constant, tout comme le courant primaire. En considérant les puissances sur le primaire AC, on voit que courant constant signifie MVA constant. La caractéristique de MW en fonction de MVAR est donc un quadrant de cercle pour lequel MW² + MVAR² = MVA² = constant. Normalement, la pente de la ligne volt/amp est linéaire et chute typiquement 100 V en 100 kA. Ainsi à 100 kA, le contrôle des thyristors peut maintenir courant constant sur une plage de tension d'arc d'environ 900 V jusqu'au court-circuit en variant l'angle de tir.

Connexions de fond

Pour opérer avec un seul arc DC, il est nécessaire de faire une connexion électrique (l'anode positive) à la charge d'acier. Plusieurs solutions ont été développées. Quelques types de connexions de fond pour DC-EAF sont montrés à la Fig. 6.

Fig. 6 Types de connexions de fond

Dans un type, le courant d'anode est partagé entre de nombreuses tiges en acier encastrées dans un bloc de réfractaire damé. Les tiges, d'environ 25 mm de diamètre, peuvent faire un mètre de long et sont reliées par une plaque en cuivre sous la coque. Le bloc d'anode peut mesurer 1-2 m de diamètre. Une variation utilise de fines tôles en acier, à nouveau encastrées dans le réfractaire. Une autre utilise une billettes en acier de 250 mm de diamètre passant par une gaine isolée, menant à une connexion en cuivre refroidie sous la coque. Dans ces trois conceptions (plots, tôles ou billettes), le sommet du conducteur en acier fond au cours de la coulée. Il se resolidifie pendant l'arrêt et après le chargement de ferraille.

Une alternative aux conceptions acier-acier est celle où le courant passe par des réfractaires conducteurs vers une grande plaque de fond en cuivre. Dans tous les types, il doit y avoir une isolation entre la connexion d'anode et la coque du four pour réduire la probabilité de courant passant par la coque directement vers les barres omnibus d'anode.

La qualité d'énergie est la préoccupation principale du système d'alimentation dans une unité EAF. Il est nécessaire d'avoir conformité avec le flicker, le facteur de puissance, et les limites d'harmoniques. Un algorithme efficace de contrôle d'électrode réduisant la commutation du transformateur et le dimensionnement correct du réacteur DC et des filtres harmoniques sont nécessaires pour répondre aux exigences du fournisseur. En plus, la réduction active du flicker optionnelle et la correction continue du facteur de puissance par un compensateur statique de Var (SVC) sont requises pour garantir la conformité avec les exigences les plus strictes et/ou permettre l'exploitation dans des zones éloignées avec conditions de réseau faible.

Le flicker est principalement causé par les fluctuations de puissance réactive. Donc, une liaison avant rapide envoyant l'information du contrôle du redresseur au contrôle du SVC, permettant le calcul de la consommation réelle de puissance réactive du four, est requise. Cette information améliore la performance d'atténuation du flicker. Le résultat de l'utilisation d'un système SVC est : (i) apport de puissance moyen plus élevé comparé à la compensation Var conventionnelle, (ii) correction continue du facteur de puissance proche de l'unité, (iii) contrôle de la tension du bus du four, (iv) pas de charge déséquilibrée dans le réseau, et (v) faibles niveaux de flicker et d'harmoniques même dans les réseaux faibles.

Un stabilisateur d'arc est nécessaire pour une productivité plus élevée. Un processus stable est essentiel. L'utilisation d'une conception optimisée de réacteur DC (faibles pertes) pour lisser le courant d'électrode aide à maintenir un arc stable en tout temps. Le résultat est : (i) moins de contrainte sur le système hydraulique d'électrode, (ii) moins de vibrations, (iii) consommation d'électrode plus faible, (iv) productivité plus élevée, (v) réduction encore plus grande du flicker, et (vi) pertes de rayonnement plus faibles.

Dans le cas du DC-EAF, les thyristors ont deux terminaisons en cuivre, l'une attachée au câble d'alimentation EAF, l'autre à l'électrode de fond. L'électrode de fond est normalement rigide, aucun mouvement n'étant requis pendant l'exploitation. En principe, la terminaison sur les thyristors est analogue à la fermeture delta, bien que physiquement elle diffère considérablement. Concernant les problèmes de maintenance pour la fermeture delta, les mêmes concepts peuvent s'appliquer à l'exploitation DC.

Exploitation du DC-EAF

Les progrès dans la technologie de commutation de semiconducteurs de haute puissance ont permis l'existence d'alimentations DC efficaces à faible coût. Grâce à ces avancées, l'exploitation de fours DC à haute puissance est devenue faisable. Le DC-EAF est caractérisé par le redressement des tensions du transformateur triphasé par des redresseurs à thyristors contrôlés. Ces dispositifs sont capables de moduler et contrôler continuellement l'amplitude du courant d'arc DC pour obtenir un fonctionnement stable. Les fours DC utilisent une seule électrode en graphite avec l'électrode de retour intégrée au fond. Il existe plusieurs types d'électrodes de fond : fond conducteur, fond à plots conducteurs, billettes unique ou multiple, et ailettes conductrices dans un foyer monolithique en magnésite.

Tous ces designs d'électrode de retour de fond ont fait leurs preuves. Ceux qui semblent être les plus utilisés sont le fond à plots conducteurs où plusieurs plots sont attachés à une plaque et forment le chemin de retour, et le design à billettes de fond. L'électrode de fond est refroidie à l'air pour le type à plots et à l'eau pour le design à billettes. La zone entre les plots est remplie de masse de damage et l'extrémité des plots est au même niveau que le revêtement intérieur. À mesure que le réfractaire s'use, les plots fondent aussi en retour.

Les DC-EAF fonctionnent avec un talon chaud pour assurer un chemin électrique vers l'électrode de retour. Au démarrage à froid, un mélange de ferraille et de scories est utilisé pour fournir un chemin électrique initial. Une fois fondu, le four peut être chargé avec de la ferraille.

Quelques-uns des premiers avantages du DC comprenaient : consommation d'électrodes réduite (20 % inférieure au AC haute tension, 50 % inférieure au AC conventionnel), flicker de tension réduit (50-60 % du AC conventionnel) et consommation d'énergie réduite (5-10 % inférieure au AC). Ces résultats ont été principalement atteints sur des fours plus petits rétrofités de AC à DC. Cependant, certaines installations de grands fours DC n'ont pas immédiatement atteint les avantages annoncés. Deux domaines de préoccupation sont apparus : (i) consommation d'électrodes, et (ii) consommation de réfractaire.

Plusieurs exploitations de fours DC ont constaté que la diminution de consommation d'électrodes attendue ne se produisait pas. De nombreuses analyses par les fabricants d'électrodes ont indiqué que les conditions physiques à l'intérieur des électrodes sont différentes pour AC et DC. En résultat, pour de grandes électrodes DC transportant de très grands courants, une quantité accrue de fissuration et d'écaillage a été observée comparée aux opérations AC. Il est donc devenu nécessaire de développer des électrodes avec des propriétés physiques mieux adaptées à l'exploitation DC.

La taille maximale économique pour les fours DC tend à être une fonction des limitations dues à la taille de l'électrode et à la capacité de transport de courant. Actuellement, la taille maximale économique pour un four DC à électrode unique en graphite semble être d'environ 165 tonnes. Des tailles plus grandes peuvent être accommodées en utilisant plus d'une électrode en graphite.

Plusieurs des premières opérations DC ont eu des problèmes d'usure du réfractaire et de durée de vie de l'électrode de fond. Ces problèmes sont directement liés à l'évasement de l'arc dans le four. La conception de l'anode a la plus grande influence sur l'évasement de l'arc. Dans tous les fours DC, l'arc est dévié dans la direction opposée à l'alimentation en raison d'asymétries dans les champs magnétiques générés par le circuit DC. Ainsi, l'arc tend à se concentrer sur une zone créant un point chaud et une usure excessive du réfractaire. Plusieurs solutions ont été développées pour contrôler ou éliminer l'évasement de l'arc. Tous les designs d'électrode de fond sont actuellement configurés pour forcer l'arc vers le centre du four.

Dans le cas du fond en réfractaire conducteur et du type à plots, il est nécessaire de fournir des lignes d'alimentation divisées à l'anode de fond ou une bobine de fond qui aide à modifier le champ magnétique net généré. Dans le design à billettes, la quantité de courant vers chaque billettes est contrôlée avec la direction de l'alimentation d'anode pour contrôler l'arc. Le design à ailettes utilise le fait que l'alimentation électrique se fait en plusieurs points pour contrôler la déviation de l'arc. Les quadrants plus éloignés du redresseur sont alimentés avec un courant plus élevé que ceux plus proches.

Certains estiment que la possibilité d'automatisation accrue des activités EAF est plus grande pour le four DC. C'est parce qu'avec une seule électrode, il y a plus d'espace sur le toit et dans le four. Le four DC devrait coûter 10-35 % de plus qu'un four AC comparable. Cependant, les calculs de retour sur investissement indiquent que ce coût additionnel peut être récupéré en 1-2 ans grâce aux coûts d'exploitation plus bas.

Une étude a comparé les opérations AC et DC et trouvé que les pertes électriques s'élèvent à environ 4 % en AC et 5,5 % en DC, la différence en termes absolus étant relativement insignifiante. La différence de consommation totale d'énergie entre AC et DC est probablement inférieure à 9 kWh/tonne en faveur du DC. Cependant, de nombreuses autres variables influencent la consommation et il est difficile de développer des chiffres précis.

Les fours DC connaissent environ 25 % moins de consommation d'électrodes que les fours AC, corrélant à typiquement 0,4 kg/tonne. Cette différence semble plus grande pour les fours AC plus petits. Le flicker est environ 60 % plus bas pour le DC, cependant les avancées dans les configurations d'alimentation AC (réactance additionnelle) ont réduit cette différence à 40 %.

Quelques résultats typiques pour de grandes opérations DC EAF : consommation d'électrodes 1-2 kg/tonne d'acier liquide, consommation d'énergie 350-500 kWh/tonne, temps coup-à-coup 45-120 minutes, durée de vie du fond 1 500-4 000 coulées. Il est important de rappeler que la consommation d'énergie dépend fortement des pratiques d'exploitation, température de coulée, combustibles auxiliaires, type de ferraille, etc.