SIDÉRURGIE

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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 morceaux limités à une dimension déterminée, supérieure toutefois à 10 mm. L'opération s'accompagne néanmoins de la production de fines particules de taille inférieure. Son but est de donner une charge calibrée. Les concasseurs utilisés sont à mâchoires, à cône, à cylindres et à marteaux. Les trois premiers types donnent un rapport de réduction limité, le dernier permet d'avoir un rapport de réduction important.

Le broyage fournit des morceaux de moins de 10 mm (ou, mieux, de 6 mm) en vue de l'agglomération, ou des morceaux de quelques dizaines à quelques centaines de micromètres en vue de l'enrichissement. Les broyeurs sont à marteaux, à percussion, à barres, à boulets ou autogènes. Les trois derniers types sont des cylindres tournants contenant une charge dont le mouvement entraîne la désagrégation du minerai. Cette charge est constituée par des barres, des boulets ou, dans les broyeurs autogènes, par les morceaux de minerai. Le broyage se fait par voie sèche (dans ce cas les broyeurs sont parfois sécheurs) ou par voie humide.

Classement

Le classement a lieu sur cribles pour des morceaux de plus de 0,5 mm, ou dans des classeurs pneumatiques ou hydrauliques pour des morceaux plus petits.

Les types de cribles comprennent les grizzlys en barres parallèles fixes (criblage grossier), les trommels (tambours en tôles perforées), les cribles à secousses, les cribles vibrants et les grilles courbes.

Dans les appareils pneumatiques, l'air traverse le lit à des vitesses variables et entraîne les particules de différentes tailles. Des chambres de détente et des cyclones permettent également le dépôt de différentes classes granulométriques.

Les appareils hydrauliques groupent des bacs à piston avec cribles dits jigs, des hydrocyclones, des spirales de Humphrey, etc.

Enrichissement

L'enrichissement commence par un broyage fin, pour libérer les éléments de structure, suivi de la séparation de ces éléments par les méthodes suivantes :

– séparation magnétique à haute intensité (champ de 20 000 gauss environ) qui s'applique aux éléments faiblement magnétiques ou paramagnétiques, ce qui est le cas de presque tous les composés contenant du fer ;

– séparation magnétique à basse intensité (champ de 800 à 1 500 gauss) qui permet d'isoler la magnétite présente dans le minerai d'origine ou obtenue soit par grillage réducteur en four tournant, soit par fluidisation (procédé de l'Institut de recherche de la sidérurgie [Irsid]) ;

– séparation gravimétrique dans des jigs, des spirales de Humphrey, dans des hydrocyclones ou à l'aide de liqueurs denses dont la masse spécifique est réglée de façon que les morceaux riches tombent au fond ;

– séparation par flottation utilisant des liquides tensioactifs qui permettent de séparer sous forme d'écume les éléments non mouillés par le liquide.

Les appareils d'enrichissement par voie humide sont suivis [...]

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Métallurgie du fer vers 1780

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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 19 mai 2022. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/siderurgie/