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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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Métamorphoses de l’élaboration de l’acier depuis 1950
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1. Origines de la production industrielle d’acier
Au milieu du XIXe siècle, en 1851, la production mondiale de fer est de 60 000 t · an–1 : il s’agit alors de fer dit « pâteux », car, à l’époque, on ne sait pas encore atteindre les hautes températures nécessaires à la fusion de l’acier.
La seconde moitié de ce XIXe siècle va se révéler décisive pour la sidérurgie, avec quatre grandes inventions échelonnées sur plusieurs décennies, d’une immense portée pour le développement de cette industrie et, par là même, de l’économie mondiale (encadré 1).
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1856 : Bessemer, au Royaume-Uni, obtient pour la première fois de l’acier liquide en insufflant de l’air à travers un bain de fonte (figure 1) .
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1865 : Martin père et fils, en France, et simultanément Siemens, en Allemagne, produisent de l’acier liquide en refondant des ferrailles dans un four à sole, avec une flamme de gaz de gazogène, dont la haute température nécessaire est atteinte grâce au préchauffage de l’air de combustion (figure 2) .
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1878 : Thomas, en Grande-Bretagne, réussit à affiner les fontes à haute teneur en phosphore, en utilisant un revêtement en dolomie, à la place du revêtement en silice du procédé Bessemer, et en ajoutant de la chaux (figure 3).
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1900 : Héroult, en France, réalise, pour la première fois, la production d’acier dans un four électrique à arc (figure 4).
Chacun...
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Origines de la production industrielle d’acier
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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