CONARC : Fusion Convertisseur et Four à Arc Électrique pour une Production d'Acier Supérieure

Procédé CONARC pour la Sidérurgie

Le procédé CONARC a été développé par Mannesmann Demag Hüttentechnik (aujourd'hui SMS Siemag). Son objectif : combiner les avantages du convertisseur soufflé par le haut conventionnel et du four à arc électrique (EAF). Le nom CONARC résume cette fusion (CONverter + ARCing). La technologie repose sur l'utilisation accrue de métal chaud dans le four à arc et vise à optimiser la récupération d'énergie et maximiser la productivité. Le procédé est conçu pour utiliser tout type et mélange de matières premières : métal chaud, fer réduit direct (DRI) et ferraille, pour garantir les plus hautes exigences de qualité pour toutes les nuances et qualités d'aciers, des aciers au carbone aux aciers inoxydables. Selon les exigences du produit fini, le procédé CONARC est suivi d'un four à poche ou d'une unité de dégazage sous vide.

Équipements Principaux du Procédé CONARC

L'équipement de base comprend : deux coques de four réfractaires identiques, une structure d'électrodes pivotante avec un jeu d'électrodes servant les deux coques, une alimentation électrique (transformateur, etc.) commune aux deux coques, et une lance à oxygène supérieure refroidie à eau pivotante servant les deux coques. En alternative, deux lances fixes (une par coque) peuvent être utilisées. Option : dispositifs de brassage par le fond intégrés à chaque coque. Options : brûleurs et systèmes d'injection pour carburant, carbone et oxygène selon les besoins du procédé. Autres systèmes importants : alimentation en matières premières et flux, épuration des gaz et récupération d'énergie. Le flux de procédé typique est présenté figure 1.

Procédé CONARC pour Aciers au Carbone

Le concept de base : effectuer la décarburation dans une coque et la fusion électrique dans l'autre. Le procédé pour aciers au carbone se divise en deux phases :

1. Phase convertisseur : décarburation du fer liquide par soufflage d'oxygène par la lance supérieure.
2. Phase arc électrique : énergie électrique pour fusion de la charge solide et surchauffe du bain à la température de vidange.

Le processus type démarre par le chargement du fer liquide dans un « talon liquide » constitué d'une petite partie de la chauffe précédente conservée dans le four après vidange. La lance supérieure est positionnée et le soufflage d'oxygène débute. Durant cette phase convertisseur, les teneurs en carbone, silicium, manganèse et phosphore du bain diminuent. Ces réactions sont exothermiques et génèrent de grandes quantités de chaleur. De la matière froide (ferraille ou DRI) est ajoutée pour utiliser cette énergie et éviter la surchauffe du bain. Le chargement de matière froide protège aussi la coque du four. Après la décarburation, la lance est écartée par pivotement et les électrodes sont mises en position de travail. Démarre alors la phase arc. Durant cette phase, le reste de la charge solide (ferraille ou DRI) est chargé pour atteindre le poids de vidange visé. La température du bain est ensuite élevée à la valeur requise. Après atteinte de la température, l'arc est stoppé et la chauffe est désslaguée avant vidange en poche de coulée.

Sur les deux coques, l'une opère en mode convertisseur (lance supérieure) pendant que l'autre opère en mode four à arc. Le principe est illustré figure 2.

Récupération d'Énergie

Un système de chaudière à deux étages est utilisé pour la récupération de chaleur fatale. Au premier étage, les gaz du procédé CONARC traversent un système de chaudière (coude pivotant, chambre de post-combustion, ligne de gaz chaud) et sont refroidis à 600 °C. Ces composants sont conçus comme corps sous pression pour génération de vapeur. Au second étage, les gaz sont refroidis à 200 °C dans une chaudière à passage vertical spécialement développée pour cette application.

Ce système assure d'une part le refroidissement requis des gaz, et d'autre part valorise une grande partie de l'énergie thermique pour la génération de vapeur réutilisable dans l'aciérie.

Avantages

• Grande flexibilité quant aux intrants : ferraille, métal chaud, DRI dans divers ratios selon qualité d'acier, disponibilité et prix unitaires.
• Le concept CONARC couvre toute la gamme : du pur EAF (100 % ferraille/DRI) au pur convertisseur.
• Le four CONARC n'est pas une simple unité de fusion électrique mais aussi un réacteur chimique. Il contrôle la concentration d'éléments tramp par l'utilisation accrue de matières premières vierges.
• Flexibilité face aux variations de teneur en Si, P, S du métal chaud.
• Avantages pour traiter du métal chaud à haute teneur en phosphore (jusqu'à 0,2 %). Contrôle simple de température par ajout de DRI comme réfrigérant, ajout de chaux, évacuation de scorie riche en phosphore par débordement constant par la porte de scorie.
• Temps cycle vidange-à-vidange < 40 minutes facilement atteignables.
• Grande flexibilité des ressources énergétiques.
• Système de récupération d'énergie efficace réduisant les émissions de CO₂.
• Contribution significative et durable à l'efficacité énergétique de l'aciérie.
• Perturbations réseau lissées.