Grande Encyclopédie Larousse 1971-1976Éd. 1971-1976
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sidérurgie (suite)

Le principe de l’affinage de la fonte en acier consiste à oxyder sélectivement les éléments présents avec le fer pour les éliminer soit totalement, soit partiellement sous forme gazeuse ou sous forme d’oxydes fixés par le laitier, d’où l’importance de la nature du revêtement (acide ou basique) en relation avec la nature prédominante de ces éléments. Deux principales classes de procédés sont utilisées.

• Procédés de convertissage par soufflage d’air ou d’oxygène pur. Ces procédés ne nécessitent pas de chauffage des appareils en raison de l’apport calorifique provenant des réactions exothermiques d’oxydation des éléments. Ainsi, par tonne de fonte, la chaleur fournie par l’oxydation de chaque élément est d’environ 98 000 kcal pour le phosphore, 75 000 kcal pour le carbone, 50 000 kcal pour le silicium et 30 000 kcal pour le manganèse. Cet apport compense largement les effets de refroidissement du bain par le soufflage et les déperditions calorifiques diverses. Il permet au contraire un échauffement qui maintient en fusion le bain, dont le point de fusion s’est élevé d’environ 300 °C. Par suite de l’insufflation, ces procédés sont rapides et durent en général de 20 à 40 mn.

• Procédés avec chauffage de l’appareil, soit four à sole (procédé Martin), soit four électrique à arc (aciérie électrique). Dans ces procédés, l’oxydation du bain s’effectuant lentement par l’action du laitier, il faut maintenir le bain en fusion pendant un temps assez long qui peut atteindre 8 heures.

Quel que soit le procédé, l’oxydation des éléments à éliminer entraîne une oxydation partielle du bain ferreux, ce qui oblige en fin d’opération à une désoxydation par addition de ferro-alliages, qui permettent également d’ajuster la teneur en certains éléments, tel le carbone.

Le choix du procédé d’aciérie est lié à des considérations à la fois techniques (qualité d’acier à obtenir, nature de la fonte d’origine) et économiques (approvisionnement en fonte et en ferraille, rendement des appareils, prix des combustibles).


Procédés de soufflage d’air aux convertisseurs Thomas ou Bessemer

On introduit de 30 à 80 t de fonte liquide dans une cornue en tôle revêtue intérieurement de briques réfractaires et dont le fond se compose d’une plaque percée de 100 à 200 trous, ou tuyères, par lesquels on insuffle l’air sous une pression de l’ordre de 2,5 bar en provenance d’une boîte à vent. Dans le procédé Thomas, le revêtement intérieur, constitué de briques de chaux et de dolomie, est basique en raison de la nature phosphoreuse de la fonte à traiter (fontes lorraines). Dans le procédé Bessemer (non utilisé en France, à l’exception de quelques fonderies), le revêtement, constitué de briques siliceuses, est acide, ce qui permet le traitement des fontes non phosphoreuses (les plus courantes dans le monde). La fonte étant versée par l’unique ouverture supérieure ainsi que la chaux et une charge éventuelle de ferraille, on souffle l’air immédiatement en redressant la cornue ; dans le procédé Thomas, l’affinage comporte les phases successives suivantes :
— la période des étincelles, correspondant au début de la combustion du carbone (éliminé sous forme de monoxyde de carbone gazeux) et à la combustion du silicium et du manganèse, transformés en oxydes, fixés dans le laitier :

— la période des flammes, durant laquelle brûle la majeure partie du carbone ;
— la période des fumées rousses d’oxyde de fer FeO, correspondant également à la déphosphoration du bain par l’action de l’oxyde ferreux avec formation d’anhydride phosphorique P2O5, qui, réagissant avec la chaux, forme une scorie phosphoreuse :
2 P + 5 FeO → P2O5 + 5 Fe ;
P2O5 + 4 CaO → P2O5, 4 CaO (scorie) ;
— la période finale de décrassage du bain par basculement de la cornue et élimination de la scorie, puis l’addition de désoxydant (ferromanganèse) et de recarburant éventuel (spiegel).


Procédés de soufflage à l’oxygène pur (oxydérurgie)

En progression constante, ces procédés se substituent aux procédés classiques de soufflage à l’air et Martin. L’intérêt de l’oxygène pur est de permettre un rendement calorifique supérieur en ne chauffant pas de l’azote inerte, d’où la possibilité de charger des quantités supérieures de ferrailles dans des cornues de plus grande capacité, ce qui abaisse le prix de revient. De plus, les aciers élaborés de cette façon atteignent un niveau de qualité semblable à celui des aciers élaborés par le procédé Martin et présentent même une très faible teneur en azote (inférieure à 0,004 p. 100), recherchée pour les tôles d’emboutissage pour carrosserie (absence du phénomène de vieillissement).

Ces procédés sont pratiqués dans des cornues à fond plein, l’oxygène étant insufflé par une lance à la surface du bain, ce qui entraîne une vive réaction à l’impact du jet gazeux avec élévation de température et bouillonnement favorable aux échanges entre le bain et le laitier. Les principaux sont les suivants.

• Procédé LD (Linzer-Düsenverfahren). Créé le premier en 1949 à l’usine de la VÖEST à Linz en Autriche, il utilise une cornue dont la capacité atteint de 200 à 300 t d’acier, en raison de la forme de l’appareil. L’opération, qui dure environ 20 mn, comporte successivement : le chargement des ferrailles et des riblons ; le versement de la fonte liquide ; le chargement de la chaux ; le soufflage de l’oxygène ; puis, pour terminer, l’élimination du laitier, le décrassage du bain et les additions finales à la coulée. Une variante, le procédé LD Pompey, est particulièrement adaptée au traitement des fontes phosphoreuses.

• Procédé O. L. P. (oxygène lance-poudre). Mis au point par l’Irsid (Institut de recherche de la sidérurgie), il est caractérisé par sa déphosphoration active grâce à l’injection de chaux en poudre dans le bain par une lance, dans le jet d’oxygène.