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Auteur(s)
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Jacques ASTIER : Ancien Directeur à l’Institut de recherche de la sidérurgie française (IRSID) - Ingénieur-conseil
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Si la voie classique de production de la fonte est, depuis plusieurs siècles, basée sur le haut-fourneau, toute une série de recherches ont été faites, surtout depuis la deuxième moitié du XXe siècle, pour mettre au point de nouveaux procédés d’élaboration de la fonte ou, même d’un métal liquide, plus ou moins carburé. Ces diverses « vagues » de recherches et développement ont été motivées par le fait que :
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si, en tant que réacteur de réduction et fusion des minerais de fer, le haut-fourneau a atteint une sorte de perfection ;
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le haut-fourneau moderne exige d’importantes installations annexes pour, d’une part, préparer les minerais de fer et, notamment agglomérer les fines ou les concentrés de ces minerais, d’autre part, préparer, aussi, les charbons et les cokéfier.
Ces installations annexes sont coûteuses et ont, également, un impact important sur l’environnement. Cela explique la recherche d’une méthode simple et directe permettant de passer du minerai de fer à la fonte ou à l’acier.
Néanmoins, il faut bien insister sur le fait que, sur le plan industriel, tous ces efforts n’ont pas abouti à grand chose, surtout si on compare ce domaine à celui de la réduction directe où (voir dossier Réduction directe[M 7 580]) la production a dépassé 54 Mt en 2004. Pour cette même année, on a produit, toujours mondialement, un peu plus de 717 Mt de fonte dont :
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environ 705 Mt dans des hauts-fourneaux à coke ;
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environ 8 Mt dans des hauts-fourneaux au charbon de bois (essentiellement au Brésil) ;
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environ 3 Mt dans des unités COREX ;
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environ 1 Mt dans des fours électriques à fonte.
Nous étudierons successivement :
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les tentatives pour élaborer directement un métal liquide en un seul réacteur ;
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les procédés d’élaboration de la fonte avec deux réacteurs en série ;
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les procédés d’élaboration de la fonte au four électrique ;
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les variantes du haut-fourneau classique.
Un commentaire sur toutes ces méthodes permettra au lecteur de se faire une idée générale de l’évolution du domaine concerné.
Pour plus de renseignement sur le procédé COREX, le lecteur pourra se reporter au dossier Procédé COREX d’élaboration de la fonte.
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VERSIONS
- Version archivée 1 de janv. 1989 par Jacques ASTIER
- Version archivée 2 de sept. 1998 par Jacques ASTIER
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Variantes du haut-fourneau classique3. Procédés d’élaboration de la fonte au four électrique
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Les fours électriques à fonte ou fours électriques de réduction continuent à exister (cf. figure 2) depuis l’époque où, après la dernière guerre, toute une série d’unités ont été construites principalement par les sociétés Elektrokemisk (Norvège) et Demag (Allemagne). Malheureusement, ce procédé, à l’inverse du haut-fourneau, n’a guère évolué et a peu à peu décliné car :
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il continuait à exiger, par tonne de fonte, environ 400 kg de coke (cf. figure 2) ;
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il produisait, par son riche gaz excédentaire, à peu près l’équivalent de l’énergie électrique qu’il consommait, soit 2 000 à 2 100 kWh par tonne de fonte.
On a donc pensé à effectuer, à partir de ce gaz, un préchauffage et une préréduction du minerai de fer et cela de deux façons différentes.
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Tout d’abord, après des tentatives peu couronnées de succès avec des fours à cuve, on a associé un four tournant à un four électrique. Plusieurs installations importantes ont été réalisées, mais il ne reste plus guère, à l’heure actuelle, que celle de Witbank de la société Highveld Steel and Vanadium Corp. qui produit ainsi environ 1 Mt de fonte vanadifère par an avec :
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une première usine à 10 fours tournants et 6 fours électriques d’environ 33 MVA ;
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une seconde usine avec 3 fours tournants et un gros four électrique de 63 MVA et 40 MW produisant 650 t/j.
La figure 12 donne le schéma de l’installation et des indications technico-économiques sur cette méthode de production de la fonte.
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Plus récemment, des essais ont été réalisés...
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