LA SIDERURGIE


A Saint-Amour, le lycée professionel est spécialisé dans la ferronnerie. Mais comment obtient-on du fer ?

La métallurgie du fer ou sidérurgie n'a pas tellement pour but de

préparer du fer pur mais des alliages Fer-Carbone aux propriétés pratiques plus

intéressantes.

1- On transforme le minerai en fonte dans le Haut-Fourneau.

2- L'affinage de la fonte conduit aux aciers.

 

LES MINERAIS

Les minerais de fer sont nombreux. Les principaux sont:

1- L'oxyde ferrique Fe2O3. En France,c'est le minerai le plus

répandu. Il constitue la "minette" de Lorraine renfermant comme principale impureté du

phosphore.

2- L'oxyde magnétique Fe3O4 (Oural)

3- Le carbonate de fer FeCO3 (Sidérose)

4- La pyrite FeS2 (industrie de l'acide sulfurique)

Tous les minerais sont d'abord transformés en oxydes.

 

FABRICATION DE LA FONTE

Signalons d'abord que la teneur en carbone de la fonte est comprise

entre 2,5 et 5 %.

1- Principe.

 

Le minerai est constitué par de l'oxyde de fer Fe2O3 noyé dans de la

gangue.

Un courant d'air chaud, sous pression, est envoyé à travers des

couches alternées de coke et d'oxyde de fer.

 

Le coke a un triple rôle:

- un rôle mécanique de "support" des matiéres premières.

- un rôle thermique dû à la combustion aux tuyères.

- un rôle chimique de réduction.

Le coke brule, en effet, en donnant du dioxyde de carbone:

C + O2 --> CO2

réaction qui dégage de la chaleur, portant les gaz aux environs de 1000°C, température à

partir de laquelle le dioxyde de carbone est transformé en monoxyde de carbone

(équilibre de BOUDOUARD):

 

CO2 + C <==> 2CO

et c'est le monoxyde de carbone qui réduit l'oxyde ferrique:

 

3Fe2O3 + CO --> 2Fe3O4 + CO2

Fe304 + 4CO <==> 3Fe + 4CO2

Fe3O4 + CO <==> 3FeO + CO2 t >570°C

FeO + CO <==> Fe + CO2

Ces trois derniers équilibres portent le nom d'équilibres de CHAUDRON. On voit que les

réactions sont compliquées. Par suite des températures variables qui régnent dans le

Haut-Fourneau, le fer et le carbone se trouvent à des degrés d'oxydations trés divers:

Fe3O4, FeO, Fe, C, CO, CO2, Fe3C. Le fer se carbure partiellement en donnant de la

fonte.

On ajoute un fondant au minerai qui est:

- du calcaire si la gangue est siliceuse

- de la silice si la gangue est calcaire

On se débarasse ainsi de la gangue sous forme de silicate de calcium qui constitue le

laitier.

2- Description du Haut-Fourneau

Le chauffage du vent se fait dans des échangeurs de chaleurs, les récupérateurs

cowpers , contenant des briques réfractaires qui récupérent l'énergie des gaz de

combustion.

Le procédé de coulée continue permet d'éviter les fortes discontinuités thermiques. Le

régime permanent assure la stabilité de l'appareil.

Des modéles mathématiques élaborés et des mesures en temps réel par ordinateur

permettent de suivre l'évolution thermique et chimique du haut fourneau.

Dans un Haut-Fourneau électrique, l'air est chauffé par la décharge jaillissant entre

deux électrodes de graphite.

 

3- Les deux fontes

3,1- La fonte grise qui renferme du carbone sous forme

de graphite lui donnant sa couleur. Elle se solidifie avec une légère augmentation de

volume ce qui permet de la mouler: c'est la fonte de moulage.

3,2- La fonte blanche qui renferme du carbone sous

forme de carbure de fer Fe3C. Elle est dure, cassante, impropre au moulage mais

convient pour la fabrication de l'acier: c'est la fonte d'affinage.

 

FABRICATION DE L'ACIER

Les fontes blanches peuvent subir un affinage pour donner des aciers

dont la teneur en carbone est comprise entre 0,04 et 0,30%.

Les principales impuretés à éliminer sont le S,P,Mn,Si et le C. Deux

procédés subsistent à l'heure actuelle:

1- Le procédé d'acier à l'oxygéne pur (80%)

La fonte est introduite dans une cornue mobile autour d'un axe

horizontal: le convertisseur.

 

1,1- On oxyde les impuretés en insufflant un courant

d'oxygéne: le "vent" qui maintient la fonte en fusion.

Si + O2 --> SiO2 silice éliminée par la chaux

Mn +1/2 O2 --> MnO se combine avec SiO2

4P + 5O2 --> P4010 éliminé par la chaux

S éliminé dans le laitier gràce à une

injection de carbure de calcium.

Le carbone est également oxydé. Par conséquent l'opération décarbure complétement

le fer en l'oxydant méme un peu.

1,2- Il faut recarburer le fer. On ajoute du

ferromanganése qui joue un double rôle:

- apport de carbone

- apport de manganése

Le revétement du convertisseur est basique pour éviter que la chaux

ne l'attaque. Essentiellement à base de magnésie.

Quelques chiffres: le temps de chargement à coulée (<<charge to

tap>>) est en moyenne de 32 minutes pour un convertisseur de 310 Tonnes.

2- Le procédé d'acier électrique (20%)

On utilise des fours à arc. L'intensité du courant jaillissant entre les

électrodes peut atteindre 15000 Ampéres. Le four à arc permet d'obtenir des aciers plus

soignés notamment des aciers inoxydables.

Quelques chiffres: pour un four de 30 Tonnes, la consommation en

électrodes est de 10 kg pour 1000 KWh. Les soles durent deux ans et les revétements

supportent de 100 à 300 coulées.

 

En 1984, la production de fonte brute atteignait 15 M de T, celle d'acier brut 19 M de T

sur 700 M de T de production mondiale. La durée de vie d'un haut fourneau est

d'environ 10 ans.

 

Robert FAVERGE

document élaboré à partir d'une visite aux acièries de Fos-sur-Mer

 


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