L'industrie sidérurgique (Sciences & Techniques)

« Inventés respectivement en 1856 et en 1877, les convertisseurs Bessemer et Thomas (affinage par l'air, ou vent) ne sontpratiquement plus employés.

Un courant d'air préalablement chauffé est soufflé à travers le fond du convertisseur contenant lafonte en fusion.

Le procédé Bessemer, ou procédé acide, mis au point vers 1860, était utilisé sur les fontes hématites.

Il n'assurepas la déphosphoration ou la désulfuration de la fonte.

Inversement, le procédé Thomas, basique, pouvait s'appliquer aux fontesphosphoreuses. Depuis les années 1950, les procédés classiques ont été progressivement supplantés par les procédés à l'oxygène, où l'air souffléa été remplacé par de l'oxygène pur ou de l'air enrichi en oxygène.

Il existe trois principaux procédés à l'oxygène. Le procédé L-D (Linz-Donawitz) se déroule dans une cornue dérivée du convertisseur Thomas, munie d'un trou permettant deséparer le laitier du métal.

Tout d'abord, la fonte est chargée dans le convertisseur, puis de l'oxygène pur est soufflé à grandevitesse.

Cela entraîne la combustion du silicium et du carbone, avec dégagement violent d'oxyde de carbone.

Ce bouillonnementfacilite les échanges chimiques entre le laitier et l'acier.

Ensuite, le laitier constitué est séparé du métal.

Ce procédé se caractérisepar une productivité importante.

Il s'agit de l'un des procédés les plus utilisés. Le procédé avec injection de chaux dérive du précédent : dans une cornue à fond plein sont injectés, au moyen d'une lanceverticale, un jet d'oxygène pur et de la chaux en poudre sur la fonte chauffée à 1250 °C.

Cette méthode permet de bonnesdéphosphoration et désulfuration, mais l'opération est plus longue qu'avec le procédé L-D. Le procédé Kaldo, né en Suède vers 1956, est employé pour les fontes phosphoreuses.

On utilise une cornue à fond plein et unfour tournant.

L'oxyde de carbone qui se forme au cours de l'affinage est calciné directement dans le four et fournit ainsi la chaleurnécessaire à la réaction.

Ce procédé présente un bilan thermique très intéressant et une grande souplesse, due en partie à lamaîtrise de la réaction entre le laitier et le métal. Ces procédés remplaçant l'air par un flux d'oxygène pur offrent plusieurs avantages par rapport aux procédés classiques.

Ilsprésentent une meilleure productivité grâce à l'emploi de cornues de contenance supérieure ; leur rendement thermique est plusavantageux ; ils permettent de préparer des aciers d'une grande pureté, notamment pour le soudage ; ils produisent plusfacilement des aciers dont la teneur en carbone, supérieure à 0,4%, est une garantie de meilleure qualité. Affinage sur sole (four Martin-Siemens) Le procédé Martin, mis au point en 1863, consiste à abaisser la teneur en carbone de la charge par oxydation et à éliminer lesimpuretés (silicium, phosphore, manganèse et soufre) qui, combinées à la chaux, forment le laitier.

Ces réactions se produisentlorsque le métal a atteint dans le four sa température de fusion.

Le four est alors maintenu à une température de 1540 à 1650°Cpendant plusieurs heures, jusqu'à ce que le métal fondu ait la teneur souhaitée en carbone.

Ce procédé basique est de moins enmoins utilisé. Affinages au four électrique et au four à induction Acides ou basiques, les fours électriques ont été inventés par le Français Paul Héroult (1863 - 1914) mais utilisés pour lapremière fois en 1904 aux États-Unis.

Ils permettent un affinage très efficace.

La fusion est obtenue par un arc électrique entredeux grandes électrodes.

Il existe également des fours à induction, constitués schématiquement d'un creuset placé au centre d'unsolénoïde : un tube de cuivre, traversé par de l'eau de refroidissement, est enroulé de manière à former une hélice qui entoure lecreuset.

On place la charge dans le creuset ; elle est alors le siège de courants de Foucault, qui engendrent une augmentation detempérature provoquant la refusion de la charge.

Le four à induction permet d'obtenir des aciers très fins. Coulée des aciers Après son élaboration, l'acier liquide sortant du convertisseur ou du creuset doit être amené dans une poche pour être transféréjusqu'au bassin de coulée discontinue ou continue.

L'acier liquide peut être déversé dans des lingotières en fonte où il se solidifiesous forme de lingots ou de barres, ou être coulé dans des moules de fonderie.

Cette transformation de l'état liquide à l'état solides'accompagne d'un retrait de matière (diminution du volume) et des réactions chimiques secondaires qu'il convient de minimiser,car elles affectent la structure du matériau.

Le processus de solidification est d'autant plus complexe que la composition chimiquede l'acier est compliquée. Structure de l'acier. »