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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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Procédés d’élaboration de la fonte au four électriqueArticle inclus dans l'offre
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2. Procédés d’élaboration de la fonte avec deux réacteurs en série
Les échecs de la plupart des tentatives de fabrication directe de la fonte en un seul stade (voire même, de l’acier !), à partir du minerai de fer, ont conduit à un intérêt accru pour l’utilisation de deux réacteurs en série en vue de produire un métal liquide. Le principal succès dans ce domaine est, rappelons-le, le procédé COREX (Procédé COREX d’élaboration de la fonte Procédé COREX d’élaboration de la fonte).
2.1 Principes
On retrouve ici, à la fois :
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le principe des méthodes décrites précédemment, en une seule étape, en notant, tout d’abord, l’intérêt à utiliser le gaz résiduaire (cf. figure 2) pour faire une préréduction des minerais, ou un préchauffage de la charge, ou les deux ;
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le principe du haut-fourneau décrit dans les dossiers spécialisés de ce traité ; on verra, par exemple, que l’on a longtemps tenté de faire un haut-fourneau électrique.
Nous allons donc essayer de classer ici les diverses voies qui sont (ou, parfois, ont été) suivies pour réaliser de telles productions de fonte ou, quelquefois, d’une fonte peu carburée ou même d’un « acier sauvage » (acier à teneur en carbone élevée et mal contrôlée).
Pour cela, la meilleure méthode nous paraît être de distinguer, comme le montre la figure 5 :
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d’une part, les diverses technologies de préréduction et de préchauffage du minerai (et, parfois, du charbon) ;
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d’autre part, les types de réacteur où l’on achève la réduction et où l’on effectue la fusion du métal.
On arrive finalement à diverses technologies résultant de deux types de choix.
-
Un choix relativement...
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