Élaboration de l’acier moulé - Fours de fusion

Selon les statistiques établies par le Syndicat Général des Fondeurs de France, l’ensemble des fonderies françaises d’acier a livré au cours de ces dernières années, 150 milliers de tonnes de pièces qui ont généré un chiffre d’affaires de 686 M e dont 40 % pour les marchés de l’exportation.

La répartition des différentes catégories d’aciers moulés fait apparaître quatre grandes familles d’alliages :

• les aciers au carbone ;

• les aciers faiblement alliés ;

• les aciers fortement alliés ou inoxydables ;

• les alliages de type base nickel ou cobalt.

Ces familles présentent des compositions chimiques totalement différentes, notamment en ce qui concerne les teneurs en carbone, en nickel, en chrome ou en molybdène.

Les capacités de moulage sont extrêmement variables entre les différentes usines car la masse des pièces moulées en acier se situe entre quelques grammes à plus de 200 tonnes. La demande en acier liquide est très différente entre les fonderies.

Il en résulte une très grande diversité dans le domaine des procédés de fabrication ou des équipements mis en œuvre pour l’élaboration des aciers dont la nature et la capacité doivent être adaptées aux besoins de chaque fonderie.

Contrairement à la sidérurgie où les procédés de conversion de la fonte à l’oxygène sont encore très largement répandus, la production française de pièces moulées en acier est assurée par une trentaine de sociétés qui disposent essentiellement de fours électriques. En effet, les moyens de fusion fonctionnant à l’énergie fossile comme le charbon, le fioul, ou le gaz ont pratiquement disparu pour des raisons techniques, économiques, environnementales et celles relatives à l’amélioration des conditions de travail. Il en est de même pour les procédés duplex mettant en œuvre l’affinage de la fonte liquide provenant du haut-fourneau ou du cubilot qui était ensuite décarburée dans des convertisseurs de type Robert ou des convertisseurs à oxygène pur.

Actuellement en France, les fours électriques à arcs assurent environ les 3/4 de la production, le dernier quart étant réalisé dans les fours électriques à induction. Cette répartition est globalement respectée dans la plupart des pays industrialisés et la part, bien que limitée, des fours à induction est en progression constante. Les autres procédés, comme le four à creuset froid, les fours sous lévitation, sont réservés à la production de spécialités à très forte valeur ajoutée et leur production reste marginale. La capacité des fours de fusion doit s’adapter à la taille des pièces moulées et elle varie de quelques kilogrammes à une centaine de tonnes.

Certaines sociétés possèdent également des équipements de métallurgie secondaire qui permettent de produire des aciers de haute pureté ainsi que des aciers inoxydables au chrome à très basse teneur en carbone, dans des conditions économiques intéressantes. Le four électrique est alors considéré comme un simple engin de fusion et de préaffinage. Parmi ces équipements on peut citer :

• le réacteur VOD (Vacuum Oxygen Decarburization) ;

• le convertisseur AOD (Argon Oxygen Decarburization) ;

• la métallurgie en poche, associée ou non à un système de chauffage ou de traitement sous vide.

La production actuelle de pièces en acier moulé étant, en France, de l’ordre de 150 000 t (voir article Fonderie et moulage de l’acier- Généralités) et le facteur de mise au mille moyen étant de l’ordre de 2, ce sont près de 300 000 t d’acier liquide qui doivent être élaborées dans les différents fours de fusion.

La fusion électrique présente de nombreux avantages par rapport aux procédés à énergie fossile mais, en contrepartie, les investissements sont beaucoup plus lourds que dans le cas d’installations classiques à flammes. Ils atteignent souvent le quart du coût global de l’ensemble d’une fonderie. Choisir l’appareil de fusion le mieux adapté à ses besoins est une opération primordiale qui s’inscrit dans la durée car les fours électriques ont une espérance de vie supérieure à 30 ans. Un choix non optimisé risque de peser lourdement sur les résultats de la fonderie.

La définition d’une installation de fusion doit être étudiée en fonction :

• de la demande quantitative en acier de l’atelier de moulage qui conditionne le dimensionnement des installations de fusion ;

• de la demande qualitative en acier de l’atelier de moulage qui définit les besoins métallurgiques et les possibilités d’élaborations offertes par les différents types de four ;

• des ratios techniques et des consommations d’énergie, d’électrodes, de réfractaires ;

• du coût des matières premières à enfourner ;

• des besoins en main-d’œuvre ;

• du traitement des rejets polluants ;

• du niveau de l’investissement ;

• coût de la maintenance.

Tous ces éléments seront répertoriés et analysés dans cet article.