SIDÉRURGIE

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L'évolution de la sidérurgie dans les cent dernières années a été marquée par un accroissement considérable de la production d'acier brut : elle est passée, entre 1900 et 1993, de 35 à 725,3 millions de tonnes après un maximum de 785,1 millions de tonnes en 1989. Le niveau de la consommation annuelle d'acier par habitant dans les pays industrialisés (par exemple, en 1981 : 463 kg dans la Communauté économique européenne, 860 kg au Japon, 555 kg en U.R.S.S., 480 kg aux États-Unis) et sa comparaison avec celui des pays en voie de développement (par exemple, en 1981 : 66 kg pour l'ensemble de l'Asie, 23 kg pour l'Afrique, 15 kg en Inde) permettent de penser que ce mouvement continuera et même s'accélèrera, la sidérurgie restant une industrie de base. Elle induit par ailleurs de l'activité en amont et en aval par ses investissements, ses achats, ses transports. Elle conditionne, par la qualité et le faible prix de ses produits, le progrès de nombreuses industries.

Cet accroissement a été rendu possible par l'invention de procédés de fabrication en grande quantité (au xixe siècle, convertisseurs Bessemer puis Thomas, four Martin) et, plus tard, par la possibilité de fabriquer de l'oxygène pur en grande quantité et à bas prix, ce qui a permis le développement des procédés dits à l'oxygène, qui, de 1952 à 1982, avaient conquis plus de la moitié du marché de l'acier (82,8 p. 100 de la production française, 75 p. 100 environ de la production de la Communauté économique européenne), en 1992, ce procédé est utilisé à 64,6 p. 100 dans le monde occidental et à 41,2 p. 100 en Europe de l'Est.

Convertisseur Bessemer

Photographie : Convertisseur Bessemer

Gravure montrant des convertisseurs Bessemer utilisés pour élaborer l'acier dans une usine française en 1875. 

Crédits : Bettmann/ Getty Images

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Les matières premières nécessaires ont été procurées par la découverte en grand nombre de puissants gisements de minerais riches, exploitables à ciel ouvert. L'abaissement du coût des transports maritimes par l'élévation du tonnage des minéraliers a contribué à l'abaissement du prix des minerais rendus et à la dispersion des sites de production qui ne sont plus liés à l'existence d'un gisement de minerai ou de houille, mais bien davantage à la possibilité de réception par voie maritime et à la proximité d'un marché : on constate une certaine égalisation des données techniques initiales de la production.

L'acier est un produit à bas prix ; pour en assurer à meilleur compte des productions croissantes, la taille des appareils a crû, les usines sont de plus en plus grandes : avant 1939, il y avait des usines intégrées de 500 000 tonnes par an ; actuellement, elles atteignent de 8 à 10 millions de tonnes. Cet accroissement de taille permet une diminution des frais d'investissement à la tonne produite, mais implique la mise en œuvre de capitaux de plus en plus importants.

Les quantités de fonte nécessaires sont fournies par de très gros fourneaux (jusqu'à 10 000 t/j), dont la régularité de marche a été facilitée par la préparation intégrale des charges. Le minerai, de granulométrie contrôlée, éventuellement enrichi, le plus souvent aggloméré ou mis en boulettes, est enfourné dans l'état le plus régulier possible. Les marches ainsi réalisées s'effectuent avec des consommations de coke régulières et faibles (moyenne dans la C.E.C.A. en 1981 : environ 540 kg/t, certaines marches à Dunkerque et au Japon correspondant à moins de 400 kg/t), facilitées par l'accroissement des températures de vent (1 300 0C), et l'emploi du fuel, qui atteignait jusqu'à 120-150 kg/t en 1972, est considérablement réduit.

À l'aciérie, la capacité des convertisseurs à l'oxygène peut atteindre 350 t. Les procédés à l'oxygène se caractérisent par des frais relativement faibles d'investissement et d'exploitation et par une qualité et une souplesse métallurgique remarquables.

Le procédé Thomas a pratiquement disparu. Le four Martin a vu son importance diminuer d'année en année, et on s'oriente vers une répartition de la production d'environ 80 p. 100 pour les procédés à l'oxygène et 20 p. 100 pour l'aciérie électrique, où l'on tend à scinder la fusion faite au four à arcs – ou éventuellement au four à induction – et les opérations métallurgiques réalisées en duplex dans un autre appareil (fours poches, convertisseurs A.O.D., C.L.U., etc.). Cette orientation vers la spécialisation des appareils dans leur vocation dominante et les élaborations en duplex est une caractéristique des années 1980 en sidérurgie.

Four à arc

Dessin : Four à arc

Four à arc 

Crédits : Encyclopædia Universalis France

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Four de fusion à induction

Dessin : Four de fusion à induction

Four de fusion à induction 

Crédits : Encyclopædia Universalis France

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La taille des outils, dont on veut tirer le meilleur parti, les problèmes de la régularité des produits et les progrès de la régulation poussent à l'adoption de processus continus.

Entre l'agglomération et le haut fourneau d'une part, les laminoirs (à bandes ou à fil) d'autre part, déjà bien engagés dans la continuité, l'aciérie voit se développer le procédé de coulée continue de l'acier (en 1983, 64 p. 100 de la production française et 94 p. 100 environ en 1989). Le développement de l'informatique et des ordinateurs dans la gestion en temps réel des procédés contribue à leur optimisation et à leur fiabilité.

Parallèlement au développement quantitatif se produit une amélioration de la qualité des produits, marquée par la mise au point de nouvelles nuances : l'utilisation de traitements intermédiaires par le vide ou la refusion contrôlée, celle de traitements de surface. L'élévation de la qualité et de la régularité des produits les plus courants est un fait aussi notable et aussi lourd de conséquences que l'augmentation des performances des produits de pointe.

Les matières premières

Les minerais de fer

Les minerais de fer sont des oxydes : Fe3O4 (magnétite), Fe2O3 (hématite), des hydroxydes : Fe2O3H2O (goethite) et, plus rarement, des carbonates : FeCO3 (sidérose) et des silicates.

La gangue est formée d'oxydes, principalement de calcium, de silicium, d'aluminium et de magnésium. Au cours de la fusion réductrice, les oxydes de fer et quelques autres oxydes sont réduits. Les oxydes non réduits forment le laitier. Celui-ci doit avoir une bonne fluidité et être désulfurant.

Si la gangue permet d'obtenir la composition voulue du laitier sans addition de corps appelés fondants, le minerai est dit autofondant. Dans le cas contraire, le minerai est accompagné de fondants (calcaire, magnésie, plus rarement silice), ce qui appauvrit le lit de fusion et augmente le poids du laitier.

La richesse du minerai varie en sens inverse du poids de la gangue et des fondants nécessaires. Les minerais pauvres supportent mal les frais de transport. Par ailleurs, leur transformation en fonte et laitier consomme plus de coke, combustible coûteux et rare.

L'opération d'enrichissement consiste à éliminer une partie de la gangue.

Traitements mécaniques

Les traitements mécaniques comprennent la comminution (concassage et broyage) et le classement suivant la taille des morceaux.

Comminution

Par le concassage, on cherche à obtenir des mo [...]

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Convertisseur Bessemer

Convertisseur Bessemer
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Four à arc

Four à arc
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Four de fusion à induction

Four de fusion à induction
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Métallurgie du fer vers 1780

Métallurgie du fer vers 1780
Crédits : Hulton Getty

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Écrit par :

  • : ingénieur E.C.P., docteur ingénieur, directeur de l'Ecole supérieure de fonderie, chargé de cours titulaire au Conservatoire national des arts et métiers

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Pour citer l’article

Jean DUFLOT, « SIDÉRURGIE », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 30 novembre 2021. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/siderurgie/