Le procédé de fusion à l'arc est une méthode utilisée pour faire fondre un matériau chargé, généralement du minerai métallique ou de la ferraille, à l'aide d'un arc électrique.
Ce procédé consiste à appliquer un courant alternatif à une électrode à l'intérieur d'un four de fusion.
La chaleur générée par l'arc électrique fait fondre les résidus sur la base métallique.
5 points clés pour comprendre le processus de fusion à l'arc
1. Le rôle du soudeur électrique
Dans un four de fusion à l'arc, le composant principal est une soudeuse électrique.
Ce soudeur agit comme un grand transformateur, convertissant la haute tension en basse tension et en courant élevé.
Le soudeur électrique déclenche l'arc en créant un court-circuit instantané entre les pôles positif et négatif.
2. La nature de l'arc électrique
L'arc électrique est un phénomène de décharge auto-entretenue.
Il maintient une combustion stable relativement longue sans nécessiter de haute tension.
3. Fonctionnement à haute température
Le four de fusion à arc fonctionne à des températures extrêmement élevées, avec une température maximale de 3000℃.
Il utilise l'arc, qui est un plasma thermique commun, pour générer la chaleur nécessaire à la fusion du matériau.
Le four assure un processus de fusion cohérent en contrôlant des facteurs tels que la géométrie du bassin et la vitesse de fusion.
4. Le processus de fusion
Au cours du processus de fusion à l'arc, l'électrode à fondre est chargée dans le four.
Pour les aciers spéciaux et les superalliages, l'électrode est préalablement coulée dans l'air ou sous vide.
Pour les métaux réactifs primaires comme le titane, l'électrode est fabriquée à partir d'éponges compactées et/ou de déchets, ou à partir d'un processus de fusion au foyer comme le plasma ou le faisceau d'électrons.
5. L'installation de l'enceinte à vide
L'enceinte à vide dans laquelle se produit la fusion se compose de deux ensembles mécaniques principaux : la tête de four mobile et la station de fusion fixe.
La tête mobile du four est la partie supérieure de la cuve et contient un vérin intégré relié à un servomoteur.
Cet ensemble supporte et contrôle le mouvement de l'électrode.
Le coulisseau refroidi à l'eau s'étend à travers un joint à vide dans la tête, et l'électrode se fixe à son extrémité inférieure, devenant ainsi la cathode de l'opération de fusion à l'arc.
La station de fusion fixe forme la moitié inférieure de l'enceinte à vide et consiste en un creuset en cuivre amovible placé dans une chemise d'eau fixe en acier inoxydable.
Une fois l'électrode fixée au coulisseau, celui-ci la soulève tandis que la tête du four est abaissée pour créer un joint sous vide au-dessus du creuset.
Une fois le vide établi, l'alimentation en courant continu est activée et le système de contrôle déclenche un arc électrique à haute intensité entre l'électrode consommable (cathode -) et la base du creuset (anode +).
Cet arc forme rapidement un bain de métal en fusion.
L'écart entre l'électrode de fusion et le bain de métal est maintenu avec précision et un taux de fusion contrôlé est établi.
Les gouttelettes de métal qui tombent à travers la fente de l'arc sont exposées à l'environnement sous vide et aux températures extrêmes de la zone d'arc, ce qui entraîne l'élimination des gaz dissous, la vaporisation des éléments parasites et l'amélioration de la propreté de l'oxyde.
Le creuset refroidi à l'eau permet une solidification directionnelle du bain de fusion, empêchant la macroségrégation et réduisant la microségrégation.
Les propriétés matérielles du lingot solidifié s'en trouvent améliorées.
Vers la fin du processus, la puissance est progressivement réduite pour obtenir un hot top contrôlé, ce qui maximise le rendement du produit utile.
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