Haut fourneau - Bases théoriques

L'usine à fonte constitue la première étape de la filière de production de l'acier à partir de charbon et de minerai de fer, qui est la voie privilégiée pour l'obtention des aciers de haute qualité destinés aux applications les plus exigeantes en matière de propriétés d'emploi, notamment automobile, emballage, tôles fortes, etc. Le haut fourneau assure la réduction des oxydes de fer des minerais et la fusion du métal. Le passage par l'état liquide, s'il demande une quantité d'énergie importante, permet la purification du métal par transfert des impuretés majeures dans une scorie liquide. Le haut fourneau délivre à l'aciérie à l'oxygène une fonte liquide dont la qualité chimique et la température sont parfaitement contrôlées. À l'échelle mondiale, environ 70% de l'acier produit est issu de la filière minerai-haut fourneau, alors que la filière par recyclage de ferrailles représente 30%.

Les connaissances acquises en matière de fonctionnement du haut fourneau résultent des efforts conjoints des équipes de recherche et des exploitants au cours des décennies passées. La mise en œuvre des concepts scientifiques, l'instrumentation poussée, l'utilisation de modèles numériques, ont permis d'obtenir une bonne connaissance et une maîtrise efficace du fonctionnement complexe de l'appareil, ce qui a conduit à des progrès remarquables sur le plan de la fiabilité d'exploitation, de la productivité et de l'économie générale du procédé. Le haut fourneau a atteint un degré de maturité technologique tel que, pour les unités les plus avancées, les performances sont proches de l'optimum théorique en matière de consommation énergétique. La taille des installations est arrivée à un optimum économique, avec des hauts fourneaux d'un volume de 4500 à 5000 m ³ et d'une capacité de production de 3 à 3,5 Mt/an, cohérente avec l'aval de l'usine intégrée, aciérie à l'oxygène et train à bandes.

Le coût de la fonte représente une part prédominante du coût de l'acier final. Le coût des matières premières enfournées au haut fourneau intervient pour environ 80% du prix de revient de la fonte, l'énergie sous toutes ses formes représentant près de 50% de ce prix. Ceci justifie tous les efforts consacrés à la réduction de la consommation énergétique et à la diversification des matières premières.

Bien que le haut fourneau lui-même fonctionne avec des performances remarquables, il présente cependant un certains nombre d'inconvénients qui sont autant de défis à relever. Le principe même du haut fourneau – réduction des oxydes, fusion des matières – conduit nécessairement à des besoins énergétiques importants, assurés en majeure partie par des combustibles fossiles, ce qui se traduit par des émissions de CO _2...