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RÉSUMÉ
L’utilisation des ferrailles pour fabriquer de nouveaux aciers pose des problèmes métallurgiques en raison de la présence d’éléments résiduels. Parmi les éléments gênants au-delà de certaines teneurs, on distingue les métaux parfois difficiles à éliminer, et les métalloïdes que l’on sait éliminer sauf l’azote apporté par la fusion au four électrique. Après le rappel des mécanismes généraux de l’effet des éléments considérés sur les propriétés d’emploi des aciers, sont décrits les effets particuliers qui impactent les défauts (cuivre…) et certaines propriétés spécifiques (formage : rôle de l’azote) des produits et nuances. Ensuite, les conséquences dans le choix des filières basées sur les ferrailles sont examinées.
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Marc GRUMBACH : Ingénieur civil des Mines, ancien ingénieur à l’Institut de Recherche de la Sidérurgie Française (IRSID)
INTRODUCTION
Alors que les ferrailles sont devenues une matière première importante de la sidérurgie avec un conditionnement et des traitements appropriés, leur utilisation ne se fait pas sans problèmes.
Ces problèmes sont de deux sortes, une adaptation au procédé de fusion, et une adaptation au produit fabriqué, essentiellement à ses propriétés.
En effet, par nature les ferrailles possèdent la composition des aciers et cette composition varie suivant les nuances avec des additions d’éléments d’alliage le plus souvent en faibles quantités (les aciers fortement alliés comme les aciers inoxydables sont en principe recyclés à part). La présence de métaux de revêtements comme le zinc ou l’étain est fréquente ; on trouve également des métalloïdes comme le soufre et le phosphore et évidemment du carbone et de l’azote. De plus, malgré le broyage et le tri magnétique, d’autres métaux associés à l’acier dans les appareils comme le cuivre et l’aluminium sont entraînés et subsistent jusqu’à la fusion.
Enfin, il y a une interaction entre la filière d’élaboration et la composition finale de l’acier par suite de l’élimination de certains éléments. Par contre, la fusion de ferrailles au four électrique se traduit par une reprise d’azote forte qui caractérise cette filière. Cette importance de l’azote justifie un paragraphe spécial.
Par ailleurs, le détail des propriétés produit par produit montre que l’influence d’un élément ne dépend pas seulement de sa teneur moyenne, mais également des interactions avec les autres éléments et avec les cycles thermomécaniques, en particulier les ségrégations à la coulée, ou lors des chauffages et des refroidissements, avec en plus l’effet des corroyages ou des traitements.
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6. Conséquences pour le choix des filières
On ne considère dans cet aspect filière que ce qui fait intervenir les résiduels ; alors que le choix d’une filière, haut-fourneau-fonte (éventuellement les variantes partant du minerai) ou ferrailles – four électrique, dépend en premier lieu de considérations économiques ou techniques.
Parmi les considérations économiques, il y a les questions de taille des marchés, du nombre et de la diversité des nuances et des formats, des tonnages par commande ; parmi les questions techniques, il y a surtout le choix produits plats, produits longs et le type de coulée : blooms, billettes, brames ou brames minces ainsi que la rentabilité d’outils de laminage très productifs comme les trains continus.
Les interactions entre les compositions chimiques et les paramètres de fabrication imposent le choix de filières adaptées aux produits.
Il est évident que la fabrication des tôles minces pour emboutissage (automobile, électroménager) et du fer blanc reste un domaine privilégié de la voie fonte-aciérie à l’oxygène-train à bande sans distinguer la part venant de telle ou telle contrainte. La principale contrainte vient peut-être de la nécessité d’un gros suivi métallurgique tout le long de la chaîne en raison des nouveautés issues de la recherche, et de l’adaptation aux clients, justifiant ainsi des équipes nombreuses et donc des tonnages concentrés.
Le cas des plaques semble moins critique du point de vue tonnage, sauf pour les tôles à gros tubes soudés, mais la part filière électrique reste limitée aux aciers alliés avec forte sélection des ferrailles.
En ce qui concerne les produits longs, le problème des résiduels concerne essentiellement le fil machine. Comme pour les tôles minces, une partie du carnet est réalisable à partir de ferrailles. La possibilité de filières mixtes pouvant combiner sur le même site la voie minerai et la voie ferrailles concerne donc les tôles minces et le fil machine. La question se pose alors de la juxtaposition éventuelle de deux filières sur un même site ou de la création d’usines spécialisées ; il existe actuellement peu de sites mixtes (Canada) et la difficulté de coordonner des aciéries de capacités différentes en amont de trains continus n’est sans doute qu’une explication partielle.
Par contre, de grosses mini-usines à tôles minces basées sur la filière ferrailles et spécialisées dans certaines catégories existent...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - BIRAT (J.P.), ZAOUI (A.) - Le cycle du fer - Rev. de Met. Paris, vol. 99, n° 10, pp. 795-807 (oct. 2002).
-
(2) - BIRAT (J.P.), BÉRANGER (G.) - Ferrailles et résiduels dans les aciers. Le livre des aciers spéciaux - Lavoisier éditeur, chapitre 22, pp. 638-675 (1997).
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(3) - MARIQUE (C.) - Scrap recyclimg and production of high quality steel grades in Europe - Rev. de Met. CIT (nov.1996).
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(4) - GALDON (F.), MÉTIVIER (J.) - * - . – Rapport interne IRSID.
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(5) - MOUSSY (F.), FRANÇOIS (P.) - Physique et mécanique de la mise en forme des métaux - École d’été d’Oléron, éditeurs Presses du CNRS, partie 7 : Formage et propriétés mécanique, chap. 3 ; Propriétés d’emploi des aciers à bas carbone pour tréfilage fin (1987).
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