Bibliographie & annexes
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RÉSUMÉ
Depuis les inventions qui ont lancé la sidérurgie entre 1850 et 1900, les techniques d’aciérie ont connu des développements spectaculaires, mus essentiellement par les besoins croissants en acier, en quantité et en qualité. Cet article retrace les grandes étapes de ces développements, marqués après 1950 par l’utilisation d’oxygène pur au convertisseur, l’apparition des mini-aciéries électriques, et la naissance de la métallurgie en poche. Il montre en particulier comment le four électrique est devenu un outil hautement productif et polyvalent à la fois pour les matières premières et les sources d’énergie.
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Jean-Luc ROTH : Ingénieur ENSIC (Nancy), anciennement responsable de services Fours, Énergie et Aciéries à l’IRSID (Maizières-lès-Metz) ; puis Technology Manager chez Paul Wurth (Luxembourg)
INTRODUCTION
La fonction des procédés d’aciérie d’élaboration est de fabriquer, en partant des matières premières fonte (de haut fourneau), ferraille, et minerai préréduit, un acier à une température et à une composition recherchées, prêt à être coulé et solidifié en demi-produit.
Si l’on cherche à résumer en quelques lignes l’évolution de la sidérurgie mondiale, depuis les inventions capitales de Bessemer, Martin et Siemens, Thomas, et Héroult, dans la seconde moitié du XIXe siècle, on peut distinguer quatre grandes périodes.
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Jusqu’en 1950 : amélioration continue de ces inventions dans les domaines technologiques et métallurgiques, et sans qu’elles soient remises en cause.
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De 1950 à 1980 :
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apparition de nombreuses nouvelles technologies fondées sur l’utilisation d’oxygène pur, pour ne laisser finalement place qu’au convertisseur à l’oxygène pur, avec ses variantes ;
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en parallèle : développement important du four électrique, bénéficiant d’améliorations technologiques et de disponibilités en ferraille dues à l’arrêt du four Martin ; puis disparition des convertisseurs Thomas et Bessemer, ainsi que des fours Martin, tout au moins dans les pays industrialisés modernes ; et finalement apparition, et extension, d’une métallurgie en poche très diversifiée.
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De 1980 à 2015 :
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stabilité dans les procédés d’élaboration qui continuent à se perfectionner ;
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développement généralisé de la métallurgie en poche, pour répondre aux impératifs de productivité, et aux exigences toujours croissantes sur la qualité des aciers ;
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pour certains aciers très purs (teneur très basse en phosphore), ajout d’un réacteur réalisant une première déphosphoration en amont de l’affinage traditionnel.
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À partir de 2015 :
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avant-projets de transformation d’usines à fonte vers un haut fourneau à faible émission de CO2 ;
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ou remplacement de l’usine à fonte par une filière électrique (électricité verte) alimentée en préréduit (réduit à l’hydrogène), et en ferraille, de plus en plus élaborée en qualité et en dimensions.
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L’article retrace la naissance et l’évolution des procédés et des technologies d’aciérie, en décrivant les caractéristiques techniques qui ont expliqué leurs performances et leur développement industriel.
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VERSIONS
- Version archivée 1 de oct. 1991 par Bernard TRENTINI
- Version archivée 2 de mars 2012 par Guy DENIER
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Origines de la production industrielle d’acier
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7. Conclusion : une industrie à la croisée des chemins
Le décuplement de la production mondiale d’acier depuis 1950 s’est accompagné d’une réduction du nombre de technologies de production de l’acier primaire : il ne subsiste plus que le convertisseur à l’oxygène et le four à arc – mais avec, pour chacun, de nombreuses variantes technologiques.
En même temps, les exigences croissantes de qualité et de pureté des aciers ont fait naître une palette importante de techniques de métallurgie secondaire, et même dans certains cas une élaboration primaire en deux réacteurs (comme par exemple le procédé à deux convertisseurs).
Mais un nouveau défi s’est imposé à la sidérurgie : celui de la décarbonation de la production d’acier.
En termes d’émissions de CO2, les enjeux peuvent être résumés par les chiffres suivants :
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pour la filière « haut fourneau » (alimentation en minerai) avec convertisseur : émissions de l’ordre de 2 t de CO2/t d’acier brut ;
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pour la filière « four électrique », à base de minerai préréduit au gaz naturel : émissions de l’ordre de 1 t de CO2/t d’acier brut ;
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pour la filière « four électrique » à base de ferraille : émissions 0,1 à 0,5 t de CO2/t d’acier brut, suivant la source d’électricité et le niveau d’utilisation de gaz et de charbon.
L’utilisation d’hydrogène « vert » au haut fourneau et dans la préréduction peut réduire fortement les émissions des deux filières.
Sans approfondir ici le sujet, les chiffres cités précédemment montrent l’attrait d’une filière « four électrique » utilisant autant de ferraille que possible (considérant sa disponibilité et les limites liées aux résiduels des ferrailles), avec un complément de minerai pré-réduit, le plus décarboné possible.
Cette marche forcée vers l’acier vert va conduire à moyen, voire à long terme, à transformer un certain nombre d’usines intégrées en aciéries électriques de haute capacité.
Le maintien de la qualité des aciers haut de gamme, c’est-à-dire de haute pureté, exigera d’utiliser une proportion importante de préréduits (réduits...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - BIRAT (J.P.) - The relevance of Sir Bessemer’s ideas to the Steel Industry in the 21st century. - La Revue de Métallurgie-CIT, 101(7-8), p. 587-598 (2004).
-
(2) - * - http://www.archivesdefrance.culture.gouv.fr/action-culturelle/celebrations-nationales/-recueil-2015/sciences-et-techniques/acier-sur-sole
-
(3) - * - https://worldsteel.org/data/world-steel-in--figures-2023/
-
(4) - * - https://worldsteel.org/wp-content/uploads/Fact-sheet-raw-materials-2023.pdf
-
(5) - HUSSON (G.) - Emploi de l’oxygène en sidérurgie. - Rev. de Métal., 47(1), p. 88-91 (1950).
-
(6) - Oxygen for decarburization (Emploi de l’oxygène pour la décarburation). - Steel USA, 121(19), p. 126-128-141 – Trad. CDS, 5 (1948).
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