Minerai
de fer / Acier
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Le principal mode de production d'acier est celui des hauts fourneaux (voir "filière") qui génère environ 95% de l'offre mondiale. Bien que représentant une part beaucoup plus faible, les procédés de réduction directe se sont développés dans les années 1960. Le mode de fabrication traditionnel (via la fonte) devrait rester la principale source de production d'acier aussi longtemps que le coke métallurgique sera disponible à un coût compétitif par rapport aux procédés de réduction directe.
La fabrication de l'acier à travers les processus de traitement direct
Réaction chimique
Quel que soit le procédé utilisé, la réduction du minerai de fer par voie directe passe par les mêmes réactions chimiques.
Classification des processus de fabrication
| Processus de réduction directe - les gazs réducteurs sont générés à l'extérieur de la chambre de réduction |
- Shaft-furnace processes, moving bed (wiberg-soderfors,
Midrex, HYL III, Armco, NSC, Purofer), |
| Jusqu'à 1000°C | |
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Processus de réduction directe - les gazs réducteurs sont générés par des hydrocarbones dans la chambre de réduction |
- Kiln processes (Krupp-Renn, Krupp-CODIR,
SL/RN, ACCAR, DRC, LS-RIOR), - rotary-hearth proceses (INMETCO, salem), - retort processes (Hoganas, Kinglor-Metor), - shaft furnaceprocess, moving bed (MIDREX Electrothermal). |
| Entre 1000°C et 1200°C | |
| Procédés de fonte directe | - Electric-furnace smelting processes
(pig iron electric furnace, DLM), - Oxy-fuel smelting systems (INRED, KR, Kawasaki, CGS). |
| Au-delà de 1300°C | |
| Procédés avec plasma | - Nontransferred arc (plasmasmelt, plasmared), - Transferred arc (ELRED, EPP, SSP, The Toronto System, Falling film plasma reactor). |
| Au-delà de 1530°C |
Source : The Making, Shaping and Treating of Steel (10th édition), United States Steel
Le procédé MIDREX
Le procédé MIDREX se fait dans une cinquantaine d'installations à travers le monde ayant ensemble une capacité productive d'environ 30 millions de tonnes. Ce procédé, principalement utilisé par l'Iran, le Mexique, le Venezuela et l'Inde représente plus des deux tiers de la production par DRI (Direct Reduced Iron).
Le processus MIDREX a été développé vers le milieu des années 1960. La première implantation commerciale a été installée près de Portland (Oregon) et a commencé à produire en 1969. A compter de 1983, il existait déjà plus de vingt modules à travers le monde ayant une capacité de production totale de 9 millions de tonnes par an.
Source : Secrétariat de la CNUCED d'après
le site internet de kobelco
(version anglaise)
Étape n°1 : réduction
L'oxyde de fer sous forme brute ou de boulettes
est introduit par le haut du fourneau. En même temps que le minerai
descend dans le four sous l'effet de la gravité, il est chauffé
par un flux gazeux ascendant en teneur élevée en H2
et CO. Ces gaz réagissent avec l'oxyde de fer (Fe2O3)
pour le réduire dans un premier temps, puis le convertir en métal.
Le fer réduit peut être extrait chaud du fourneau et introduit
dans un four à arc électrique ou dans une machine à
produire des briquettes. Il est également possible de carburer
le fer réduit à froid. Pour ce faire, on insuffle un gaz
froid par le bas du fourneau.
Étape n°2 : réformage
Pour optimiser l'efficacité du procédé, les gaz issus du
fourneau (avec une forte propotion de CO2 et H2O)
sont recyclés et mélangés à du gaz naturel "frais".
Le mélange est envoyé dans le réformateur (four à
réverbère constitué de tubes en alliage remplis de
catalyseur). La traversée de ces tubes va chauffer et réformer
le mélange. A sa sortie, le gaz présentera une teneur d'environ
90%-92% de H2 et de Co, il pourra alors être
réutilisé directement dans le fourneau.
Étape n°3 : récupération
de la chaleur
Une partie de la chaleur peut être récupérée
à partir de la fumée qui s'échappe du réformateur.
Elle va servir à préchauffer trois types de gaz :
- le mélange de gaz d'alimentation,
- l'air de combustion du brûleur,
- le gaz naturel.
