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Urbex haut-fourneaux
Forges de Clabecq
Blast furnace

Description des éléments

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Une découpe d'un haut fourneau
Koninklijke Hoogovens à Ijmuiden)

Description des éléments d'un haut fourneau

Les dernières photos des haut-fourneaux des Forges de Clabecq, alors que la démolition est déjà en cours. Si ce sujet t'interesse, fais une recherche sur “blast furnace” (qu'on pourrait traduire par "four à vent", "four à explosion" ou "four à grondement"). Toutes ces traductions littérales décrivent parfaitement un tel four, qui s'appelle chez nous tout simplement "haut fourneau". Les films sur youtube sont souvent très impressionants.

Si tous les haut fourneaux fonctionnent de la même manière, et sont identiquement construits, tous n'ont pas les même appareillages auxiliaires: les installations plus anciennes n'utilisent pas la récupération de l'énergie et ne filtrent pas les gaz de combution.

Bien visible sur les premières photos: un haut fourneau se compose de 4 étages, chaque étage faisant environ 10 mètres de haut (de haut en bas):

  • Le système d'évacuation des gaz brulés équipé d'un énorme clapet de sécurité qui s'ouvre en cas d'explosion dans le four. Ces explosions peuvent survenir quand la charge (minérai et cokes) se bloque dans le four, et puis tombe d'un coup. En fonctionnement normal, ces gaz ne peuvent pas être relachés dans l'atmosphère, car ils contiennent pas mal de poussières (plus ou moins toxiques selon que tu sois écolo ou patron sidérurgiste). De plus les gaz contiennent du monoxyde de carbone, un combustible qui servira à réchauffer l'air injecté à la base du four. A Clabecq, les clapets d'explosion se trouvent à près de 100m du sol. Une nacelle permet l'entretien des clapets de surpression. De cette nacelle, on voit Bruxelles et les boules de l'Atomium qui brillent au soleil! Le montage vertical des tuyaux d'évacuation permet une première séparation des poussières (par la gravité); une grande partie des poussières retombant dans le four.

  • L'introduction des charges au gueulard. Le minérai de fer, le coke et les différents produits d'affinage sont introduits ici dans le four. Ils sont ammeneés par un système de bennes (skips) que tu vois au premier plan sur la photo 1c. Pour éviter que les gaz ne s'échappent, il y a un système de choches qui fonctionnent comme une écluse. La choche supérieure s'ouvre, laissant tomber les charges dans l'écluse. Puis la choche supérieure se referme, la cloche inférieure s'ouvre et les charges tombent dans le brasier. Le cycle peut recommencer.

  • Le four à proprement parler C'est ici que les réactions ont lieu. Le coke brûle et dégage énormément de chaleur. La température monte à 1500°. Même les briques réfractaires ont du mal à résister à une telle température. Le manteau métallique du four est refroidi par une circulation forcée d'eau (photo 5). Une fine couche de fonte se fige sur les briques, les protégeant des abrasions. En bas du four, il y a les tuyères d'injection d'air chaud, en haut les sorties de gaz.

  • Le plateau de coulée bien visible au centre de la photo 2, où coule la fonte en fusion et les scories (laitier) qui flotte sur la fonte. La fonte et les scories sont récoltées au creuset du four. Le laitier est utilisé dans l'industrie (fabrication de ciment et d'engrais). La fonte est transportée dans des réservoirs spéciaux en forme de torpille vers l'aciérie où elle sera affinée et transformée en acier. En haut du plateau de coulée, à la hauteur des étalages, il y a l'anneau circulaire apportant l'air surchauffé et les tuyères qui injectent l'air dans le foyer.

    Notez qu'il y a encore un étage sous le plateau de coulée: c'est ici que circulent les torpilles qui évacuent la fonte en fusion. Le laitier est dévié vers un bac où il est aspergé d'eau pour en faire un granulé.

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Le laitier est séparé de la fonte par flottation, la fonte étant plus lourde. Un haut fourneau produit environ 320 kg de laitier par tonne de fonte si on utilise du minérai riche. Le laitier et la fonte ont environ le même volume.

Les gaz du haut fourneau doivent être filtrés dans une bouteille à poussière et un cyclone géant (photo 3). Les poussières doivent être éliminées car elles boucheraient les fours de Cowper où ces gaz sont brulés. Une seconde étape est nécessaire: un lavage à l'eau ou filtrage électrostatique. Plusieurs tonnes de poussières sont ainsi récoltées chaque jour. Avant la mise en place de ces filtres, la poussière était tout simplement relachée dans l'atmosphère.

Fours Cowper

Les Cowpers (photo 4 et à gauche au fond sur 1c) sont des énormes échangeurs de chaleur, souvent plus grands que le four même.

La réserve d'eau pour le haut fourneau est le cylindre blanc monté sur le cowper le plus près du fourneau. Cette réserve permet de refroidir les parois métalliques du haut fourneau en cas de coupure générale d'électricité, le temps que les groupes électrogènes prennent le relais. La circulation de l'eau de secours est automatique (gravité).

Blast furnace

Le nom anglais "blast furnace" (four à vent) provient de l'air injecté dans le four. C'est cette injection d'air qui permet d'atteindre les températures nécessaires pour faire fondre le fer. Avant cette invention technologique, le fer et la mâchefer formaient un tout car le fer ne fondait pas. Les forgerons devaient séparer le fer des déchets en le martelant longuement. Au début, il s'agissait d'air frais, mais on a pu augmenter le rendement en injectant de l'air le plus chaud possible. Le coke sert ainsi surtout à réduire le minerai en fer et moins à fournir de la chaleur.

Le four lui-même est refroidi par une ciculation forcée d'eau (photo 5). Les tuyaux verts que tu vois sur certaines photos transportent tous de l'eau de refroidissement. La température du four atteint 1500°, et cela est de trop, même pour des briques réfractaires. Le refroidissement du manteau fait qu'une couche de fonte solidifiée se forme sur les briques, et cela protège les briques de l'abrasion des matériaux qui circulent dans le four.

Sur l'agrandissement, on voit un thermocouple pour la mesure de la température (juste au dessus du plancher). Le signal est amplifié dans un coffret à l'étage et transmis à la salle de controle.

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Photo 6: l'air surchauffé circule dans de tels conduits avant d'être injecté dans le four. Un revêtement intérieur en briques réfractaires est nécessaire, car l'acier deviendrait mou à de telles températures.

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La photo 7 montre les murs en claire voie qui entourent le plancher de coulée. Le but est de permettre une circulation d'air naturelle, tout en empêchant la pluie de pénétrer. Duisburg dispose également de tels murs qui entourent le plancher de coulée.

Le haut fourneau est en fonctionnement continu pendant tout la campagne (entre deux entretiens qui se font tous les 10 ans environ). Pendant cette période, le four aura produit environ 10 millions de tonnes de fonte. Les matières premières étant introduites plusieurs fois par jour et la fonte en fusion étant récoltée environ une fois par jour, il est donc nécessaire de travailler en équipe (pour la maintenance). Nuit et jour il faut graisser les turbocompresseurs, nettoyer les filtres et controler les niveaux.

Coulée du loup

L'arrêt d'un haut fourneau doit se faire selon un schéma précis (si le but est de redémarrer le four par après): fonctionnement à faible charge: on réduit la quantité de minerai introduit au geulard, et puis on laisse fonctionner le fourneau sans le recharger. Le four se vide lentement à chaque coulée (descente de charge). Après la dernière coulée de fonte, on effectue la coulée du loup pour évacuer le restant de fonte en fusion. La coulée du loup est effectuée plus bas qu'une coulée normale et permet de vider complètement le creuset de toute sa fonte en fusion. Une fois le four à l'arrêt, il faut encore attendre plusieurs jours avant que des ouvriers ne puissent pénétrer dans le four tant la chaleur accumulée est intense.

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