Annexes
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Installations annexes

Un haut-fourneau avec son aciérie dispose souvent d'installations annexes. Certaines doivent se trouver à proximité comme une usine de production d'oxygène et d'argon. Ces deux gaz sont produits par la distillation fractionnée de l'air liquide.

Gaz industriels

L'oxygène sert à activer la combution dans le haut-fourneau après la coulée quand il est injecté à hauteur de la tuyère (en même temps que de la poussière de charbon). L'oxygène est également utilisé plus tard pour brûler certains corps indésirables dans le convertisseur (conversion de la fonte en acier).

L'argon est un gaz inerte présent en relative grande quantité dans l'air (environ 1%) et donc facile a fabriquer: c'est pour cela qu'on utilise de préférence ce gaz chaque fois qu'on a besoin d'un gaz qui ne réagit pas avec le métal en fusion. L'azote de l'air a en effet tendance à se dissoudre dans l'acier en fusion et rend l'acier cassant. On fait barboter l'argon dans les convertisseurs pour mélanger le métal en fusion.

On note régulièrement des décès dans les aciéries par manque de respect des consignes de sécurité: ce gaz plus lourd que l'air s'accumule dans les convertisseurs et refoule l'air respirable. L'intoxication par manque d'oxygène ne produit aucun symptome. Les ouvriers qui font l'entretien dans le convertisseur s'évanouissent et meurent dans les minutes qui suivent par manque d'oxygène.

Le gaz est également stocké sur place dans des réservoirs (généralement rouges) où il sert d'extincteur d'incendie (inergen: combiné à de l'azote et à du dioxide de carbone). La présence de dioxide de carbone fait activer la respiration et les personnes peuvent alors plus facilement survivre en cas d'accident.


Les cokes ressemblent à de l'anthracite devenu gris et mat


Champs de mélange


Les boulettes de minérai de fer (oxyde de fer)


Broyage du minérai et différents filtres

Cokes

Les cokes servent de réducteur dans le haut-fourneau. Ils sont produits dans une cokerie. Il s'agit de charbon fortement réchauffé en athmosphère inerte (les gaz présent dans le charbon et d'autres composants indésirables comme le souffre et le goudron s'échappent et sont récoltés).

Le coke ressemble à de l'anthracite, mais est devenu tout gris, mat et poreux. Il est très solide en comparaison du charbon de bois.

La production de cokes peut très bien se faire en dehors du site du haut fourneau: il est même possible de l'importer. Mais la concurrence économique joue a fond: les marges bénéficiaires sont minimes et acheter du cokes chez la concurrence n'est pas une option viable. De plus, les gaz issus de la distillation du charbon sont combustibles et peuvent être utilisés pour réchauffer encore un peu plus l'air insufflé dans le haut fourneau. C'est pour cela qu'on retrouve souvent une cokerie à proximité d'un haut-fourneau ou d'un site industriel et chimique.

On a utilisé du gaz de cokerie comme "gaz de ville" (pour cuisiner et se chauffer). On a donc également installé des cokeries dans les banlieues. Ce gaz qui était toxique à cause de la présence de monoxyde de carbone a été remplacé par le gaz naturel.

Minérai de fer

Le minérai provient actuellement de pays lointains et est apporté par bateau aux grands ports maritimes. Pour permettre d'avoir une qualité constante indépendante des arrivages, on étend le minérai sur des immenses terrains, chaque arrivage formant une fine couche. Au bout d'un certain temps, une colline se forme. Celle-ci peut avoir une longueur de plus de 100m de long et 10m de large. La première photo du champs de mélange montre une machine qui étend le minérai sur la colline.

Quand on a besoin de minérai, une machines prend le minérai sur toutes les couches à la fois à partir d'un coté du terrain (c'est la seconde photo du champs de mélange). On est ainsi sûr d'avoir un mélange homogène. Les photos montrent un champs de mélange de calcaire (castine) utilisé comme fluidifiant et pour se lier aux impuretés du métal.

Une usine de bouletage transforme le minerai de fer en boulettes calibrées (pellets). Le minérai brut se compose de blocs de différente grandeur et de poussières, les ”fines“ (qui ont tendance à encrasser le four). On y ajoute la poussière récupérée du gaz de haut fourneau, cette poussière est en fait de la matière première qui est sortie du four.

Le minerai de fer, les additifs et un faible pourcentage de cokes sont broyés, humidifiés et agglomérés en boulettes et puis cuit comme de la poterie. Les boulettes sont très dures et ne s'effritent pas dans le fourneau sous le poids des couches supérieures: cela garantit la circulation de l'air. Les boulettes (ou pellets) ont une telle composition qu'ils restent solides jusqu'à la température la plus élevée possible. Il faut que la couche en fusion soit limitée. La combution du coke lors de la cuisson rend les boulettes poreuses et donc très perméables à l'air.

Comme additif on ajoute des fondants qui vont extraire les impuretés du fer quand il sera en fusion à la base du four. Il s'agit en grande partie de chaux ou calcaire naturel (la Belgique est grande exportatrice de calcaire). Environ 30% du calcaire extrait des carrières en Belgique était destiné aux hauts fourneaux. Le calcaire est dissocié en chaux vive à la chaleur du four et la chaux vive se lie aux impuretés présentes dans le fer en fusion. Les fondants formeront le laitier. L'usine de bouletage est souvent construite à proximité des fourneaux.

Le broyage du minérai s'effectue dans un moulin de plusieurs mètres de haut rempli au tiers de billes en acier (images Hoogovensmuseum Ijmuiden). Le moulin est mis en rotation et la vitesse est telle que les billes, entrainées par la force centrifuge retombent quand elles se trouvent au plus haut point du moulin. En retombant, elles écrasent le minérai. Quand le minérai a le bon calibre, il passe par les grilles. On ajoute régulièrement du minérai et on rajoute parfois des billes, celles-ci ont tendance à s'user ou à se fracturer.

La cokerie et le prétraitement du minérai sont très importants pour un fonctionnement fiable du four.

L'agglomération (ou sintering) est un procédé similaire au boulettage où on obtient du minérai d'une taille constante par frittage (chauffage jusqu'à une température juste inférieure au point de fusion). Un inconvénient de ce système est qu'il fournit des morceaux de toutes les grandeurs. Les plus petits morceaux sont renvoyés en début de chaine (jusqu'à 40% de la production).

Le minerai est apporté sur une bande transporteuse qui résiste à la chaleur. Le minérai est chauffé jusqu'à sa température de frittage. Les blocs de minérai se collent l'un à l'autre. A la fin de la bande, les pellets sont fracturés (voir gravure 'sinterproces').

La dernière photo à droite montre quelques produits de base: l'aggloméré (sinter), le minérai de fer et le charbon (qui est proncipalement transformé en cokes).

La désulfuration de la fonte s'effectue généralement sur le site du haut fourneau (une lance plonge dans le bain et injecte du carbure ou de la poudre de magnésium).

En aval, nous avons:

  • l'aciérie qui transforme la fonte en acier (procédé LD),
  • la coulée continue où l'acier liquide se solidifie sous forme de bande épaisse de section rectangulaire (brames) ou carrée. Le laminage et les produits semi-finis sont décrits ici.

Au lieu de la filière acier, on rencontre aussi la filière fonte, moins courante, qui fabrique des produits en fonte (fonderie).

Le laitier de haut fourneau est un stérile pour le sidérurgiste (il n'a aucune valeur). A la sortie du four, le laitier est séparé de la fonte et aspergé d'eau sous pression. Il se fige sous forme de petites boulettes (granulat). Le laitier est utilisé en remplacement partiel au ciment. Les laitiers riches en silice sont utilisés comme matière première pour la fabrication de verre.

Le laitier de convertisseur est également utilisé dans la construction.

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