Traitement des matériaux Sidérurgie et Métallurgie

Optimisation du Système de Refroidissement et de Traitement des Fumées pour Four à Arc Électrique (EAF)

Mise à jour: 2026-02-10

Définition du Problème

Défis de l'Industrie

  • 01 Consommation énergétique intensive et nécessité de récupération de chaleur fatale
  • 02 Réglementations environnementales strictes sur les émissions de particules et de NOx
  • 03 Contraintes thermiques cycliques extrêmes réduisant la durée de vie des équipements

Points de Douleur Spécifiques

  • Risques d'explosion dus aux fuites d'eau de refroidissement dans le bain de fusion
  • Inefficacité du captage des fumées (4ème trou) entraînant des émissions fugitives
  • Encrassement rapide des échangeurs de chaleur et colmatage des filtres à manches

Analyse de l'État Actuel

"Circuits de refroidissement existants fonctionnant à débit constant sans modulation selon le cycle de fusion Absence de détection précoce de fuites d'eau (analyse H2 manquante) Températures de gaz instables à l'entrée du filtre à manches provoquant la dégradation des médias filtrants"

Impact sur la performance

Récupération D'énergie Thermique
≥ 30 kWh par tonne d'acier liquide
Émissions De Poussières (Rejet Cheminée)
< 5 mg/Nm³
Disponibilité Du Système De Refroidissement
> 99.5%
Réduction Consommation Électrique Ventilateurs
≥ 15% par rapport au fonctionnement à vitesse fixe
Pression De Service Circuit Primaire 4 à 6 bar g
Vitesse D'eau Dans Les Panneaux Refroidis 2.5 à 3.0 m/s (pour éviter l'ébullition nucléée)
Température Gaz Entrée Filtre À Manches Max 130°C (protection des manches polyester/acrylique)
Vérification Technique

Cette solution a été validée par Équipe Technique Atlamech selon les normes suivantes :

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Portée Technique

  • Modernisation du circuit de refroidissement primaire (voûte et viroles) et secondaire
  • Intégration d'un système de récupération de chaleur (WHR) sur la conduite primaire
  • Mise à niveau de la ventilation de tirage (ID Fan) avec régulation par variateur de vitesse (VFD)

Normes de Conformité

Directive IED 2010/75/UE (Meilleures Techniques Disponibles - Sidérurgie)
ISO 13577-1:2016 (Sécurité des équipements thermochimiques)
NFPA 86 (Standard for Ovens and Furnaces)

Stratégie de mise en œuvre

Phase 1 (Semaines 1-4) : Audit thermographique et relevés dimensionnels sur site. Phase 2 (Semaines 5-12) : Ingénierie de détail, dimensionnement des échangeurs et sélection des pompes. Phase 3 (Semaines 13-16) : Installation des capteurs et actionneurs lors de l'arrêt technique programmé. Phase 4 (Semaines 17-18) : Mise en service à froid, tests d'étanchéité et réglage des courbes de ventilation en charge.
Livrables Clés
Schémas P&ID révisés et notes de calcul hydraulique
Analyse de sécurité fonctionnelle (HAZOP) pour les circuits d'eau sous pression
Système de contrôle-commande intégré avec boucles de régulation PID optimisées

Notes de Consultation

Principes de Conception Hydraulique

Le maintien d'une vitesse fluide turbulente est critique pour maximiser le coefficient de transfert thermique et prévenir les points chauds locaux sur les panneaux du four. Les calculs de perte de charge doivent inclure une marge de vieillissement de 10% pour l'entartrage potentiel.

Sécurité et Instrumentation

L'intégration d'analyseurs d'hydrogène dans les fumées est impérative pour détecter la dissociation de l'eau en cas de fuite interne, prévenant ainsi les risques d'explosion. Les boucles de sécurité (SIL 2) doivent agir directement sur les vannes d'isolement d'eau.

Gestion des Fumées

Le contrôle du tirage doit être asservi à la pression interne du four (légère dépression) pour minimiser les entrées d'air parasite qui augmentent la charge thermique inutilement et favorisent la formation de NOx.

Taxonomie de l'Infrastructure

Pompes centrifuges horizontales à volute (API 610 ou ISO 5199)
Variateurs de vitesse (VFD) Moyenne Tension pour ventilateurs de tirage (> 1 MW)
Échangeurs de chaleur tubulaires à circulation forcée
Analyseurs de gaz en continu (CEMS) pour O2, CO, H2
Filtres à manches à décolmatage par impulsion (Pulse-Jet)
Modèles d'Application Typiques: Rétrofit de systèmes de captage '4ème trou' avec chambre de combustion post-combustion Conversion de circuits de refroidissement ouverts en circuits fermés avec tours aéroréfrigérantes Systèmes de détection de fuite d'eau par bilan massique différentiel

Résumé des Cas de Mise en Œuvre

Résumé du projet

Optimisation Thermique et Aéraulique de Four à Arc Électrique

Échelle du Système
Four à arc électrique (EAF) de capacité industrielle ; débit de circulation d'eau > 1000 m³/h ; ventilateur de tirage principal > 1 MW.
Conditions d'Exploitation
Cycles de fusion discontinus avec variations de flux thermique de 0 à 100% ; atmosphère chargée en poussières métalliques et gaz acides.
Contraintes de Mise en Œuvre
Fenêtre d'arrêt technique limitée à 14 jours pour l'installation ; pression de service maximale du circuit primaire plafonnée à 6 bar g.

Cluster de Connaissances Techniques

Technologies de Refroidissement et Dépoussiérage pour Fours à Arc Électrique (EAF)

Cette grappe thématique cible les ingénieurs métallurgistes et directeurs d'usine cherchant à optimiser le bilan thermique et environnemental des aciéries électriques. L'intention est mixte : informationnelle (compréhension des technologies) et investigation commerciale (modernisation des installations). Les sujets sont liés par la gestion des fluides et de l'énergie autour du processus de fusion EAF.

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