Etablissement d'un modèle global et d'un modèle a paramètres localisés. Discrétisation totale du modèle. détermination des élements de l'algorithme de régulation.

Notre travail est consacré à l'étude des matériaux carbonés utilisés comme réducteurs pour la production des alliages de manganèse dans le four électrique à arc immergé. Le choix du réducteur est important pour l'optimisation du procédé métallurgique et sa réactivité au CO2 est le paramètre le plus important utilisé par les producteurs de ferroalliages pour évaluer sa qualité. Les objectifs de notre travail sont : ? d'établir les critères de sélection du coke métallurgique ou réducteur de remplacement, utilisés pour la production des alliages de manganèse dans le four électrique, en utilisant la réactivité au CO2 comme le principal paramètre pour évaluer sa qualité ; ? d'un point de vue plus fondamental, apporter une meilleure compréhension des réactions du carbone dans le réacteur industriel. Dans l'optique d'une modélisation globale du four électrique, notre travail fournit des paramètres cinétiques d'une des réactions les plus importantes du procédé : la réaction de Boudouard. L'étude de la réductibilité des oxydes de manganèse pourrait donc être une nouvelle étape vers la construction d'un modèle global du réacteur industriel. Un troisième volet d'expériences utile à la modélisation serait l'étude de l'influence de la nature et du calibre du réducteur sur la résistivité électrique de la charge.

Notre travail est consacré à l’étude des matériaux carbonés utilisés comme réducteurs pour la production des alliages de manganèse dans le four électrique à arc immergé. Le choix du réducteur est important pour l’optimisation du procédé métallurgique et sa réactivité au CO2 est le paramètre le plus important utilisé par les producteurs de ferroalliages pour évaluer sa qualité. Les objectifs de notre travail sont : ? d’établir les critères de sélection du coke métallurgique ou réducteur de remplacement, utilisés pour la production des alliages de manganèse dans le four électrique, en utilisant la réactivité au CO2 comme le principal paramètre pour évaluer sa qualité ; ? d’un point de vue plus fondamental, apporter une meilleure compréhension des réactions du carbone dans le réacteur industriel. Dans l’optique d’une modélisation globale du four électrique, notre travail fournit des paramètres cinétiques d’une des réactions les plus importantes du procédé : la réaction de Boudouard. L’étude de la réductibilité des oxydes de manganèse pourrait donc être une nouvelle étape vers la construction d’un modèle global du réacteur industriel. Un troisième volet d’expériences utile à la modélisation serait l’étude de l’influence de la nature et du calibre du réducteur sur la résistivité électrique de la charge. / The main aims of our work have been to establish criteria useful for reductant selection, using coke reactivity to CO2 as the main parameter for reductant quality assessment and, from a fundamental point of view, to develop a better understanding of carbon reactions inside the industrial reactor. Therefore, Boudouard reaction has been studied on three increasing scales: intrinsic chemical reaction, coke lump, and coke bed scales. Several different types of carbonaceous materials have been studied. They represent the variety of reductants commonly used in the production of manganese ferroalloys in the electric furnace. It has been shown that this extended range of reductants introduces large differences between their characteristics, mainly between their reactivity to CO2. Regarding the coke lump gasification kinetics, the Langmuir-Hinshelwood model has been used to represent the intrinsic rate of the Boudouard reaction. A good correlation has been found between the initial gasification rates of the coke beds and the single coke lumps. The difference between these rates increases with increasing reductant reactivity. It is possible to determine coke gasification regime inside the industrial electric arc furnace using single particle and coke bed gasification models. The overall rate at which coke reacts with CO2 inside the industrial reactor is probably limited by the intrinsic chemical reaction. Therefore, a reactivity index, based on the initial gasification rate of the reductant, measured in the chemical-kinetics controlled regime, seems to be adapted to the reductant quality assessment. An additional technique could be the microtextural analysis.

Comment se forment les poussières dans un four électrique à arc d'aciérie et comment réduire leur quantité ? Telles sont les deux questions qui ont motivé ce travail. La caractérisation morpho-minéralogique des particules qui les composent suggère que l'éclatement des bulles de monoxyde de carbone à la surface du bain d'acier liquide est la principale source d'émission de poussière. Nous avons donc développé un dispositif expérimental original permettant de visualiser ce phénomène et de quantifier les gouttelettes projetées lors de l'éclatement d'une bulle. Les résultats obtenus montrent que ce sont les gouttes issues de la fragmentation du film liquide soulevé par la bulle, qui représentent la contribution majeure à la formation des poussières. La masse de gouttes de film émises est d'autant plus faible que les bulles sont petites, elle devient nulle pour une taille de bulle inférieure à 4,5 mm. Il est donc possible de réduire les émissions de poussières en maîtrisant la décarburation, à l'origine de la formation des bulles au four électrique. Après émission, les projections sont entraînées dans le système de captage des fumées où elles subissent des phénomènes d'agglomération, de coalescence et de frittage. Un modèle numérique décrivant ces phénomènes a été développé. Les résultats donnés par le calcul en termes de morphologie et de granulométrie sont très proches des caractéristiques réelles des poussières. A l'aide de ce modèle, nous avons pu préciser l'influence des conditions de captage (température, débit d'aspiration, géométrie des conduites) sur l'évolution des particules. Nous avons également déterminé par quels mécanismes et dans quelles parties du captage se forment les différentes catégories de particules, et nous avons expliqué les différences granulométriques observées entre les poussières de four électrique et celles de convertisseur.