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RÉSUMÉ
L’élaboration de l’acier moulé est une succession d’opérations métallurgiques élémentaires. La combinaison et l’enchaînement de ces différents processus dépendent des équipements de fusion et d’élaboration secondaire dont dispose l’atelier de fonderie ainsi que du degré de pureté de l’acier requis. Certaines opérations sont donc systématiques alors que d’autres sont soumises à l’appréciation du fondeur. Parmi les opérations systématiques, on a la sélection de la charge, la fusion, la désoxydation, la mise à la nuance et les contrôles divers comme les mesures de température ou la détermination de la composition chimique.
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Jean-Marcel MASSON : Ingénieur Civil des Mines - Chef du Service Métallurgie - Centre de développement des industries de mise en forme des matériaux (CTIF) - Professeur à l’École Supérieure de Fonderie et de Forge - Expert judiciaire
INTRODUCTION
L’élaboration de l’acier moulé peut s’analyser comme la succession d’opérations métallurgiques élémentaires qui font l’objet d’une description dans le présent dossier. La combinaison et l’enchaînement de ces différents processus dépendent des équipements de fusion et d’élaboration secondaire dont dispose l’atelier de fonderie ainsi que du degré de pureté de l’acier requis tel qu’il est défini par les impositions des commandes des clients. Certaines opérations sont donc systématiques alors que d’autres sont soumises à l’appréciation du fondeur. Parmi les opérations systématiques, il convient de citer :
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la sélection de la charge qui est fonction du type de four utilisé, du taux de retours et de la nature de l’acier ;
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la fusion ;
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la désoxydation ;
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la mise à la nuance ;
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et les contrôles divers comme les mesures de température ou la détermination de la composition chimique.
En revanche, les opérations d’affinage comme la décarburation ou la déphosphoration sont réalisées uniquement dans les fours à arcs à garnissage acide ou basique, tandis que la désulfuration requiert obligatoirement un four à arcs équipé d’un garnissage basique ou une installation de métallurgie secondaire .
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2. Fusion au four à arcs
Le four à arcs est essentiellement un engin d’élaboration d’acier liquide à partir de ferrailles, voire de fonte ou de minerais préréduits. Bien que les premières applications industrielles remontent au début du siècle, le prix de l’énergie électrique et sa faible productivité n’ont pas permis au four à arcs de lutter contre les filières classiques (haut-fourneau/convertisseur ou four Martin) pour la production économique des aciers au carbone jusqu’à la fin de la Seconde Guerre mondiale.
Depuis cette époque, les importants progrès technologiques liés aux évolutions des matériels et à l’optimisation des procédés suscités par une demande accrue en aciers de qualité ont permis au four électrique à arcs de connaître un développement extraordinaire puisque, actuellement, la part d’acier produit par cet engin d’élaboration est de l’ordre de 40 % et qu’elle ne cesse d’augmenter.
2.1 Évolution technologique du four à arcs
En 1900, la première application industrielle a eu lieu en France. À partir du brevet Moissan, Héroult a construit et utilisé le premier four à arcs pour élaborer de l’acier à partir de ferraille.
Le développement de cet engin de fusion a longtemps été freiné par le coût élevé de l’énergie électrique et par sa conception (faible capacité massique et puissance spécifique réduite), sa production a longtemps été réservée aux aciers spéciaux.
Après la Seconde Guerre mondiale, les progrès technologiques ont permis d’augmenter sensiblement les capacités (170 tonnes) et les puissances électriques (40 MVA) des fours et c’est à cette époque que sont apparues aux États-Unis les premières mini-aciéries tournées vers la fabrication de ronds à béton destinés à une clientèle régionale à partir de ferrailles collectées localement. Ce phénomène s’est ensuite répété en Italie avec le très fort développement des mini-mils dans la région de Brescia.
Dès 1970, l’amélioration de la qualité des garnissages réfractaires et de la maîtrise des process d’oxydoréduction ont permis d’accroître les performances et d’augmenter la puissance spécifique à 0,5 MVA/t. Le four dit UHP (ultra haute...
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