Elaboration De La Tole d'Acier Doux

que du coke

Le coke se caractérise par sa propriétés de passer par un état plastique quand on le chauffe à l’abri de l’air, on les connaît aussi sous forme de bitumeux, majoritairement composées de Carbonne, 90 à 92% divisé en 80% de cycle aromatique condensé et 20 à 30% de radicaux. Le taux de cendre doit être inférieur à 1%. Le coke est un produit poreux, leger et qui possède un haut pouvoir calorifique.

1.1.1.6 - Le haut fourneau

Le haut fourneau est un réacteur chimique à contre courant (liquides rentrent par le haut et les gaz par le bas) dans lequel sont réalisé la réduction des oxyde de fer Fe2O3 et Fe3O4, qui se traduit par la fusion du fer et de la gangue et séparation entre le métal et le laitier.

Un haut fourneau moderne a une contenance de 4500 m3 et permet le fabrication de 10000 T de fonte / jour. Diamètre du creuset = 14 m.

On déverse alternativement 5 doses de minerai de fer aggloméré pour une dose de coke par le gueulard (partie haute du haut fourneau). La température augmente progressivement. Les gaz qui sortent du gueulard sont lavés et réintroduit ainsi que les combustibles auxiliaires (gaz ou charbon) par des tuyères dans le ventre ou se produit la réaction. Pour ce on utilise l’énergie des gaz sortant du gueulard (1 par mètre de circonférence).

Le cowper alimente le ventre en vent chaud

A la sortie du creuset on récupère la fonte et le laitier

2.3 – Physico-chimie de l’élaboration de la fonte

2.3.1- Réaction des oxyde fer et du carbone (annexe 12.1)

Le haut fourneau a trois fonctions :

• Echangeur chimique :

-combustion du coke : C + 1/2O2 → CO (pas assez d’O2 pour produire du CO2)

-réduction des oxydes de fer à 950°C :

3Fe2O3 + CO → 2Fe3O4 + CO2

Fe3O4 + 0,831CO → 3FeO1,056 + 0,831CO2

FeO0,156 + 1,056CO → Fe + 1,056CO2

CO2 + C → 2CO

• Echangeur thermique (Récupération des gaz et des combustibles auxiliaires)

• Fonction de perméabilité des charges, pour que les différentes phases puissent circuler librement.

2.4 - la fonte et le laitier

Après la combustion on retrouve au fond de la fonte et sur le dessus, le laitier. (Composition cf. (annexe 11.3)).

La fonte est composée à 95 % de fer et 5 % de carbone ainsi que des impuretés.

Le laitier est composé de CaO, SiO2, MgO, Al2O3, Fe.

Le gaz du gueulard de CO, CO2, H2, N2

La fonte est ensuite versée dans des wagons en forme de cigares, le laitier sert à la construction de routes et à la cimenterie.

L’objectif qui était de se débarrasser de l’O2 est atteint mais on a fixé du carbone qu’il faut maintenant éliminer.

2) l’élaboration de l’acier (annexe 10 et 14)

1) Conversion de la fonte

Le but du convertisseur à oxygène est d’éliminer le carbone qui se trouve dans la fonte. On y mélange de la ferraille, de la fonte liquide par-dessus, des fondants, de la chaux (CaO) et de la dolomite (CaO + MgO).

On souffle de l’O2 sur le mélange, il se produit plusieurs réactions :

• C + ½ O2 → CO

• C + O2 → CO2

• Si + O2 → SiO2

• Mn + ½ O2 → MnO Laitier = impuretés

• Fe + ½ O2 → FeO

• 2Fe + 3/2 O2 → Fe2O3

L’acier se retrouve au fond (acier sauvage) et le laitier (à éliminer) sur le dessus.

Etant donné les projections, le volume du convertisseur est 7 à 12 fois plus grand que

le volume de mélange introduit.

On souffle l’oxygène à une vitesse de 3m3 / min.T. On ajoute un thermocouple (Sublance) pour connaître la T°C et la composition du mélange. On peut ainsi connaître le temps de soufflage encore nécessaire.

Ensuite, on procède au brassage par N2 afin d’éliminer l’O2 au maximum. Mais on ne peut tout éliminer.

On passe ainsi d’une composition de 4,7 % de carbone à 0,05 %. (Annexe 11)

2) fusion des ferrailles au four électrique

Si on connaît l’application de l’acier que l’on va fabriquer, on choisit en conséquence les ferrailles que l’on va ajouter dans le convertisseur. Ces ferrailles proviennent de :

-chute de production

-voiture

-électroménager

-bâtiment (béton armé)

-recyclage des emballages

Pour faire fondre le mélange, on fait jaillir un arc électrique entre 2 électrodes (électrode du dessus = 140 kA, électrode du dessous = 50 kA) ce qui produit un température de 20000 °C.

Conso élec : Pour produire 150 T d’acier à partir de ferrailles il faut l’équivalent de la consommation d’une ville de 200 000 hbts par jour.

On récupère les poussières produites par aspiration (20 kg/T de ferraille). La température de sortie de l’acier est de 1600 °C.

3) métallurgie secondaire

Il existe plusieurs milliers de composition d’acier. La métallurgie secondaire a pour but de donner la composition chimique finale à notre acier, en fonction des applications futures.

• Soustraction d’éléments : -trop de carbone : décarbonations

-trop de phosphore, souffre, azote, oxygène, hydrogène.

→Dans une usine d’affinage.

• Adition d’éléments : Chrome, Nickel, Titane, Molybdène.

Exemple de l’acier inox : 18 % de chrome, 10 % de nickel.

1.1.3 - la coulée et la solidification (annexe 15)

La vitesse de coulée est de 0,5-2,5 m/min. Un répartiteur nous donne une coulée d’acier qui passe dans un moule sans fonds (lingotière) il peut également alimenter plusieurs lingotières. Là, il est refroidi grâce à une circulation d’eau froide entre les 2 parois en cuivre de la lingotière.

Pour faciliter l’écoulement de l’acier, on crée un mouvement oscillant et on utilise un lubrifiant. (huile ou laitier)

Ensuite l’acier se solidifie de l’extérieur vers l’intérieur tout au long du parcours guidé par des rouleaux, puis on a un refroidissement secondaire par arrosage.

Enfin, on coupe la coulée continue par oxycoupage afin d’obtenir des blocs d’acier (brames, bloom, billettes).

1.1.4) laminage à chaud (annexe 16)

1.1.4.1 – Généralité

Le laminage à chaud permet d’obtenir une production de 100 à 500 tonnes par heures. On doit définir les caractéristiques géométrique (tailles, longueur et largeur de la tôle) et les caractéristique métallurgique (tailles des grains). Le laminage à chaud est une opération indispensable à toutes les applications de l’acier. La vitesse de sortie est de 100 km/h.

1.1.4.2 – Four de réchauffage à brame

Le but est de passer d’une brame de 23 cm d’épaisseur à 2 mm.

Pour se faire, on réchauffe les brames dans un four (800-1200 °C) pour rendre le métal malléable. Le métal est à la fois étiré et écrasé par des rouleaux, les grains sont écrasées et orientés. On récupère en sortie des bobines de 2 mm d’épaisseur.

Inconvénient : cette opération est réalisé dans l’air ambiant ce qui provoque une oxydation de l’acier. pour y remédier on forme une couche de calamine « point de mise au mille » il y a donc une perte d’acier de 1 kg pour 1000kg.

5) laminage à froid

1) Généralités

Le laminage à froid se situe après le laminage à chaud et permet d’atteindre l’épaisseur final de l’acier, fixer