Procédés modernes de fabrication de l’acier

Les méthodes de fabrication de l’acier ont considérablement évolué depuis le début de la production industrielle à la fin du XIXe siècle. Cependant, les méthodes modernes sont basées sur le procédé Bessemer. Selon World Steel Association (l’Association mondiale de l’acier), en 2011, la production d’acier brut a atteint un nouveau record de 1 527 milliards de tonnes métriques. Environ deux tiers de ces produits ont été fabriqués selon le procédé BOS (basic oxygen steelmaking – procédé Linz-Donawitz) et un tiers selon le procédé EAF (electric  arc furnace – four à arc électrique).

EAF – Contrairement à d’autres procédés, celui qui utilise le four à arc électrique, génère des températures élevées à l’aide du courant électrique. Le premier four de ce type a été conçu par Paul Héroult. Il s’agit d’une technologie qui utilise 100 % de ferraille.

Le four est divisé en trois sections : l’enveloppe, le foyer et le toit. Le processus commence par le levage du toit et des électrodes, puis le chargement de la ferraille d’acier, des agents réducteurs et des éléments d’alliage, après quoi les électrodes sont insérées et le toit est mis en place. À l’aide de ces trois électrodes en graphite, une température d’environ 3500 degrés Celsius est créée et le processus de fusion a lieu. Une fois la charge entière fondue, un échantillon est prélevé qui sera analysé pour déterminer la quantité d’oxygène qui sera soufflée pendant le raffinage. Un raffinage dans lequel la composition chimique est ajustée pour répondre aux exigences du produit. Le four à arc électrique a une capacité de 300 tonnes et le processus de fabrication prend environ 40 à 60 minutes.

Ce procédé présente l’avantage de pouvoir être arrêté et relancé sans que cela n’entraîne de coûts élevés. Un autre avantage est qu’il ne peut utiliser que des matériaux recyclés. C’est pourquoi le procédé EAF n’a cessé de se développer au cours des 50 dernières années et il est aujourd’hui utilisé dans environ 33 % de la production d’acier dans le monde.

BOF – La mise au point d’une méthode pour séparer l’oxygène de l’azote à l’échelle industrielle dans les années 1960, a permis des progrès importants dans le développement du four à oxygène. La plupart des productions à grande échelle sont réalisées par le procédé de base de fusion de l’oxygène.

Le fer en fusion et la ferraille recyclée sont versés dans un grand convertisseur, revêtu de briques résistantes à la chaleur. Un tube refroidi à l’eau est ensuite inséré jusqu’à ce que son extrémité arrive au-dessus du métal en fusion. De l’oxygène pur est soufflé dans ce tube, qui réagit avec le carbone du fer, produisant suffisamment de chaleur pour maintenir la charge fondue.  Afin de maintenir une température de 1600 degrés Celsius, de l’oxyde de calcium et d’autres matériaux fondants sont progressivement ajoutés selon les besoins. Lorsque l’oxygène commence à s’échapper, du monoxyde de carbone et d’autres gaz sont libérés, et un laitier se forme. Un temps de soufflage de 20 à 30 minutes est nécessaire pour un convertisseur de 400 tonnes.  Les gaz sont aspirés par des ventilateurs et à la fin du processus le laitier est éliminé. L’acier résultant est soit coulé dans des moules pour la fabrication de pièces coulées, soit coulé dans en lingots qui sont ensuite laminés. Ce procédé semble être le plus avantageux, car en plus d’être rapide, la consommation de carburant est très faible.