Remerciez-le!

Remerciez @Admin pour avoir partagé cet document gratuitement, de la manière la plus simple, en partageant sur les réseaux sociaux.

EIA-FR, GC Construction en acier 1.1 C. Deschenaux 1 Les aciers de construction

EIA-FR, GC Construction en acier 1.1 C. Deschenaux 1 Les aciers de construction 1.1 Sidérurgie1 1.1.1 Introduction La technologie de fabrication de l'acier a beaucoup changé durant les deux dernières décades sous la pression d'une demande accrue d'acier, de spécifications plus exigeantes mais aussi de la nécessité de réduire les consommations d'énergie et de matières premières. Les rendements et la qualité des fabrications ont été améliorés par l'augmentation de la capacité des hauts fourneaux, par le développement de système de contrôle informatique en ligne et par l'introduction de nouvelles technologies telles que les convertisseurs LD (Linz Donawitz), les fours électriques à forte puissance (UHP = Ultra High Power), les traitements des coulées en poche et la coulée continue. L'acier est produit par deux procédés (figure 1) : − les hauts fourneaux associés aux convertisseurs à oxygène (BOF = Basic Oxygen Converter) ; − les fours électriques (EAF = Electrical Arc Furnaces). Ces procédés consistent en la production d'aciers bruts auxquels sont ajoutés les éléments d'alliage requis pour satisfaire à la spécification finale. Leurs parts respectives dans la fabrication d'aciers bruts sont de 70 % (BOF) et 30 % (EAF). Les hauts rendements de production et le bas niveau d'impuretés donne un rôle prédominant au premier procédé. Des bas coûts d'énergie et une forte offre de ferrailles recyclées permettent au second (spécialement pour le UHP) d'être compétitif. Avant d'être coulé, l'acier peut être affiné par des procédés divers de façon à satisfaire aux spécifications, tout en ayant une attention particulière pour son niveau de désoxydation, sa teneur en inclusions, ses teneurs en phosphore, en soufre, en azote et en hydrogène. Les teneurs en carbone, en manganèse et en éléments de micro-alliage tels que le niobium, le vanadium et le titane sont également ajustées lors de cette étape de fabrication. Cette étape de fabrication est généralement connue sous le nom de métallurgie secondaire ou métallurgie en poche. Durant la dernière étape de fabrication l'acier peut être coulé en demi-produits : brames, blooms ou billettes, à l'aide d'une machine de coulée continue ou en lingots, selon le produit final à obtenir. Les produits plats et profilés légers sont normalement produits à partir de demi-produits issus de la coulée continue alors que les gros profilés et tôles très lourdes sont produits à partir de lingots. 1 Les paragraphes 1 à 5, 1.6.2 et 1.6.3 sont entièrement tirés du cours [2] EIA-FR, GC Construction en acier 1.2 C. Deschenaux Para. 1.2 1.3 1.4 1.5 Hot metal route Scrap route iron ore Preparation of ore Hot metal Blast furnace Torpedo ladle 1600 C Oxygen converter Liquid steel Oxygen unit Scrap Preparation Electrodes Liquid steel Electric furnace Secondary metallurgy unit Casting laddle Tundish Mould Solidified steel 800 C o Slabs Casting laddle Slabs Ingot moulds Solid steel 800 C o Stripping of ingots Reheating furnace Continuous casting Ingot casting Slabs Blooms and billets Rolling mills Hot rolling (800 C to 1200 C) Hot rolling (800 C to 1200 C) Coiled sheet Flat plate/ sheet Flat narrow strip Beam Miscellaneous sections Rail Bars Rod Rolling of flat products Rolling of long products Coking coal Coking plant 1250 C or + Blooms Billets Blooms Billets Figure 1 Steel production processes 1600 C o o o o o o o EIA-FR, GC Construction en acier 1.3 C. Deschenaux 1.2 La production d’acier 1.2.1 Le circuit hauts fourneaux / convertisseur basique à oxygène Les minerais de fer agglomérés sont réduits en acier sauvage (fonte) dans le haut fourneau. L'acier sauvage est ensuite transformé en acier brut dans un convertisseur à oxygène. Comme cette opération produit de l'énergie, des ferrailles additionnelles sont introduites à ce stade afin de contrôler la température. 1.2.1.1 L'unité d'agglomération Le haut fourneau est chargé avec de l'aggloméré produit par l'unité d'agglomération. Un mélange de minerai de fer, de chaux et de coke (carbone presque pur) est chargé en couche de 45 cm d'épaisseur sur un transporteur à bandes (Dwight Lloyd Process) puis partiellement fondu afin de former un composé poreux d'oxydes de fer et de gangues. La consommation de coke est d'environ 50 kg/t d'aggloméré. 1.2.1.2 Le haut fourneau (figure 2) Il s'agit d'un four cylindrique où le coke et l'aggloméré sont chargés dans la partie supérieure. Cette charge est chauffée et réduite alors qu'elle descend vers la partie basse du haut fourneau par la combustion de gaz ascendant de la zone des tuyères. L'injection d'air chaud par ces tuyères permet de brûler le carbone et le monoxyde de carbone. Cet air est comprimé et chauffé à 1100°C préalablement dans des équipements spéciaux à l'aide du gaz rejeté par le haut fourneau. Les oxydes de fer (FeO ; Fe2O3) et certains éléments présents dans la gangue de l'aggloméré sont réduits par le monoxyde de carbone pour produire le métal liquide (la fonte). Le métal fondu se rassemble sur la sole du haut fourneau située sous la zone des tuyères où la température est donc la plus élevée. Le métal se sépare alors du laitier par différence de densité. Le laitier et le métal liquide (fonte) sont récupérés par le biais de trous de coulée différents. Le laitier est ensuite granulé par projection d'eau, il est ensuite réutilisé pour par exemple : la construction de route, la fabrication d'engrais... La fonte est versée dans des « poches de coulée » ou dans des wagons Hot metal route Preparation of ore Iron ore Blast furnace Torpedo ladle 1250 C Coking coal Coking plant Hot metal Slag Figure 2 Blast-furnace process o EIA-FR, GC Construction en acier 1.4 C. Deschenaux « torpilles » (de capacité 300 t à 400 t) et transportée à l'aciérie en vue de son affinage et conversion en acier. Une analyse typique de la fonte liquide à 1400°C est : 4,7 % de carbone (C), 0,5 % de manganèse (Mn), 0,4 % de silicium (Si), 0,1 % de phosphore (P) et 0,04 % de soufre (S) le restant étant du fer (Fe). 1.2.1.3 Le procédé de fabrication d'acier à l'oxygène (figure 3) Le convertisseur basique à oxygène LD (développé par Linz Donawitz en 1956) est basé sur l'injection d'oxygène par une lance à l'intérieur du métal liquide. Des ferrailles et de la chaux sont ajoutées dans le convertisseur afin de refroidir la coulée et d'éliminer le phosphore, le silicium et le manganèse. Le convertisseur est revêtu intérieurement de dolomite ou de magnésite pour résister à l'érosion du laitier et à la chaleur durant le soufflage de l'oxygène. La durée de vie de ce revêtement correspond à environ 800 à 1400 coulées. L'oxygène brûle le carbone (C), le monoxyde de carbone (CO) et le dioxyde de carbone (CO2) sont ensuite collectés et séparés des poussières d'oxyde de fer (Fe2O3) et de chaux. Les éléments tels que Mn, Si et P sont oxydés et combinés avec la chaux (CaO) et l'oxyde de fer (FeO) formé par l'oxydation du fer sous la forme d'un laitier liquide. Comme ces réactions d'oxydation sont très exothermiques, ce procédé nécessite un refroidissement afin de contrôler la température de la coulée. Ce refroidissement est effectué par l'ajout d'une charge de ferrailles (recyclage d'origine aciérie, et/ou laminage). Un développement majeur de la technique de soufflage d'oxygène a eu lieu dans les années 70, il est connu sous le nom de Lance Bubbling Equilibrium (LBE) et est mondialement employé. Un gaz neutre qui est en général de l'argon est injecté au travers d'éléments poreux situés au fond du convertisseur, ce gaz a pour effet de brasser l'acier liquide. Ce procédé améliore significativement l'efficacité métallurgique du traitement (perte en fer réduite, teneur en phosphore plus basse), améliore la productivité, facilite l'équilibrage de la température de la masse liquide. Additional elements Waste gas 2 Bubbling gas O2 N Ar Figure 3 Basic oxygen converter 1.2.2 La production d'acier au four électrique Dans un four électrique (figure 4) la charge métallique, constituée principalement de ferrailles, est fondue par les arcs électriques générés entre les pointes des électrodes en graphite et cette charge. Les trois électrodes et le couvercle du four sont levés afin d'en permettre le chargement en ferrailles. Les électrodes créent des arcs en accord avec la tension et l'intensité sélectionnées pour produire la puissance et la longueur d'arc nécessaire à la fusion et à l'affinage. Ces fours ont un diamètre intérieur de 6 à 9 m et une capacité de 100 à 200 t d'acier. La durée d'un cycle de production de tels fours va de 90 à 110 mn. Le rôle traditionnel de ce procédé consiste en la production d'alliages d'aciers carbone et d'aciers à outils. Il a maintenant été étendu à la production industrielle d'aciers de construction. Figure 4 Four électrique La part des aciers produits par cette voie est de 30 % et semble stabilisée car il devient difficile de trouver des ferrailles de qualité acceptable. Des pellets et des éponges de fer très coûteuses sont nécessaires pour contrôler le niveau d'éléments non désirés tels que : cuivre, nickel, étain, etc. Les fours électriques traditionnels produisent des aciers de haute qualité carbone et alliés uploads/Industriel/ bu-1-aciers-v2.pdf