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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.
L'expertise technique et scientifique de référence
VERSIONS
- Version archivée 1 de oct. 1991 par Bernard TRENTINI
- Version archivée 2 de mars 2012 par Guy DENIER
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Évolution du convertisseur depuis 1950
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4. Évolution du four électrique à arc depuis 1950
Avant la Seconde Guerre mondiale, le four électrique, par la lenteur même de l’opération, était réservé à l’élaboration d’aciers spéciaux. Les progrès réalisés pendant la guerre, en taille et en puissance des unités, permirent, dès 1950, au four électrique de rivaliser avec le four Martin pour l’élaboration d’aciers au carbone à partir de ferraille, avec la construction d’aciéries de 500 000 à 1 000 000 t · an–1, comportant des unités de 150 à 200 t .
Parallèlement, le four électrique de plus petite taille se développait dans les mini-aciéries (mini-mills) américaines, puis italiennes, et surtout après que l’apparition de la coulée continue a permis d’abandonner la coulée en petits lingots, dispendieuse et cause de défauts.
À partir du début des années 1960, et jusqu’au début du XXIe siècle, une série d’améliorations ont fait du four électrique un outil hautement performant.
La figure 9 montre schématiquement, en fonction du temps, l’impact des principales améliorations techniques sur le temps de coulée à coulée, et sur la consommation électrique .
Il est intéressant de remarquer que le paramètre considéré comme caractéristique de la performance du four est la consommation électrique, et non pas la consommation totale d’énergie. Autant cela était justifié dans les années 1950 où la seule énergie était l’électricité, la consommation étant alors de 600 kWh · t–1, autant ce paramètre est devenu insuffisant, alors que l’énergie électrique ne représente parfois plus que 50 % de l’énergie totale consommée,...
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Évolution du four électrique à arc depuis 1950
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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