Le procédé de réduction directe acier est essentiel dans la fabrication des billettes d’acier de nuance B500, où des défauts de porosité peuvent survenir. Cette étude analyse les processus de production et les propriétés chimiques des billettes issues de l’aciérie électrique AQS.
CHAPITRE II
ELABORATION DE L’ACIER A BASE DE PAILLETTES DE FER REDUIT « EPONGE DE FER »
Introduction
Le développement de la sidérurgie a donné lieu à une nouvelle technique de fabrication à base de fer pré-réduit par réduction directe. Nous présentons précisément le procédé Midrex, de même que les phases d’élaboration de l’acier à partir du produit DRI au niveau de l’aciérie électrique jusqu’à production de la billette.
Processus de fabrication de pré-réduit par le procédé Midrex :
Généralités :
Le concept de réduction directe est le nom accepté pour la réduction du minerai de fer à l’état solide. Dans cette méthode, le fer métallique est obtenu par la réduction de minerais de fer (oxydes de fer) à des températures inférieures à 1100ºC.
Le résultat est du fer pré-réduit qui, selon le procédé, se trouve sous forme de fines particules, de boulettes, ou encore de briquettes denses produites par compactage mécanique à haute température. 1 Généralement, l’aspect de l’oxyde de fer ne change pas beaucoup après la réduction et le fer produit par la réaction en phase solide est de nature poreuse.
Ce qui lui vaut d’être aussi nommée éponge de fer. L’unité de réduction directe produit du DRI de haute qualité pour alimenter le four à arc. 2
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Figure II.1 : Exemple d’usine moderne qui applique la technologie de Réduction Direct
II.2.3 Procédé MIDREX
La figure 2 est un organigramme du procédé MIDREX. Soit du minerai en morceaux, soit des boulettes préparées pour sidérurgie de réduction, sont facturés comme matière première du haut d’un four à cuve. Le minerai est réduit à l’intérieur du four et le fer réduit est évacué du fond du four.
Gaz réducteur insufflé à peu près au milieu du four à cuve réduit la matière première au-dessus de la buse et s’échappe de là-haut du four. Le gaz de refroidissement, qui circule dans la partie inférieure du four, refroidit le DRI. Les deux les ports de charge et de décharge sont scellés dynamiquement par un gaz d’étanchéité, permettant le chargement en continu de matière première et décharge de DRI.
La réaction qui se produit dans le four à cuve est la réaction de réduction bien connue du fer, décrite comme suit : Fe2O3+3CO→2Fe+3CO2
Fe2O3+3H2→2Fe+3H2O
Les gaz d’échappement (top gas) émis par le haut de le four à cuve est nettoyé et refroidi par voie humide épurateur (épurateur de gaz supérieur) et recirculé pour réutilisation. Le gaz de tête contenant du CO2 et du H2O est pressurisé par un compresseur, mélangé avec du naturel gaz, préchauffé et introduit dans un four de reformage.
Le four de reformeur est pourvu de plusieurs centaines de tubes de reformeur remplis de catalyseur au nickel. Qui passe à travers ces tubes, le mélange de gaz de gueulard et le gaz naturel est reformé pour produire du gaz réducteur composé de monoxyde de carbone et d’hydrogène. La réaction qui se produit dans les tubes du reformeur est la suit ;
CH4+CO2→2CO+2H2 CH4 + H2O →CO + 3H2 2CH4+O2→2CO+4H2 CO + H2O →CO2 + H2 CH4→C(S) + 2H2
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Figure II.2: Schéma de procédé de Midrex. 3
II.2.4. Réduction du minerai de fer
La plupart des oxydes de fer naturels ont la composition chimique de l’hématite (Fe2O3) et contiennent environ 30 % d’oxygène en poids. Dans le four à cuve exclusif MIDREX®, l’oxygène lié chimiquement dans l’oxyde de fer est éliminé à température élevée par réaction avec un gaz réducteur contenant du monoxyde de carbone (CO) et de l’hydrogène (H2) pour produire du fer métallisé (Fe), du dioxyde de carbone (CO2) et la vapeur d’eau (H2O) sont les sous-produits des réactions. 4. Les réactions de réduction du minerai de fer sont :
Réduction du minerai de fer Fe2O3+3H22Fe+3H2O
Fe2O3+3CO2Fe +3CO2
| Tableaux II.1; les réaction réduction du minerai de fer par hydrogène et carbone a déférent T°. | ||
|---|---|---|
| Temperature | Réduction par le monoxyde de carbone | Réduction par l’hydrogène |
| 900°C <T<1 000°C | 3Fe2O3+CO→2Fe3O4+CO2 | 3Fe2O3+H2→2Fe3O4+H2O |
| Fe3O4+CO→3FeO+CO2 | Fe3O4+H2→3FeO+H2O | |
| 1000°C <T<1050°C | FeO+CO→ Fe +CO2 | FeO +H2→Fe+ H2O |
Qualité de Pré-réduit de réduction direct par procédé Midrex :
Le DRI est principalement utilisé dans les fours électriques, mélangé à la ferraille de recyclage, pour produire de l’acier. Il peut aussi être utilisé comme complément de charge ferrifère au haut fourneau ou encore au convertisseur. Le fer obtenu se présente selon la forme suivante:
Billes ou boulettes :
Taille moyenne 6 à 25 mm de diamètre. Jusqu’à 5% de fines (particules de moins de 4 mm).
La porosité est importante, d’où une très forte propension à la réoxydation, ce qui est un inconvénient pour le transport. Cette forme est celle qui présente le plus grand risque d’auto échauffement. Aussi, des méthodes de traitement du DRI ont-elles été essayées pour réduire ce risque.
| Tableau II.2 : Qualité de pré-réduit à L’AQS. | |
|---|---|
| Type de Produit | CDRI : 312.5 t/h. |
| La qualité des Produits | 94.0% metallization. 2.5% minimum carbon for HDRI and CDRI. |
| Fer métallique | 84,2 basé sur un oxyde avec 66,7% de Fe total. |
| Temperature de CDRI | 50 °C |
| Densitéenvrac | 1.55‐1.8 t/m3 |
Procédé et processus de la transformation de pré- réduit en acier à L’AQS :
Introduction
Dans cette partie, on a présenté le fonctionnement de l ‘aciérie électrique un outil de production d’acier liquide à partir du DRI produit. Les opérations principales de la production sont :
La fusion de la charge dans le four à arc électrique. Le transport poche de I ‘acier liquide vers I ‘affinage. La coulée continue.
Traditionnellement, les fours électriques à arc servaient à produire des alliages, de l’acier inoxydable, des aciers spéciaux et pour outils. Récemment, leur taille et leur capacité ont été améliorées pour produire de gros volumes d’acier ordinaire allié et non allié.
De nos jours, le four électrique à arc peut être utilisé pour produire pratiquement tous les types d’acier. La séquence de fonctionnement sur le four électrique à arc peut essentiellement être décrite comme suit :
Chargement de lit de fusion Fusion
Raffinage
Et avant de commencer à parler de la première étape du processus de fabrication de l’acier, il est très important de mentionner certains points importants concernant les différentes sources de fer et les autres matières premières utilisées dans la production d’acier.
Les sources de fer les plus courantes sont : Ferraille
Gueuse de fonte
Oxyde de fer FeO
Les matières premières influencent :
Rendement énergétique maximal dans le four à arc. Conception des fours électriques à arc.
Le mode de fonctionnement du four à arc
Le choix des matières premières est influencé par :
Coût du matériel et disponibilité. Qualité de l’acier à produire.
Des sources alternatives de fer sont utilisées afin de réduire les niveaux de fragments résiduels (Cu, Sn, Ni, Cr et Mo) dans l’acier afin d’améliorer la qualité du produit.
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Figure II.3 : Fonctionnement normal du four à arc
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