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Élaboration du métal primaire Généralités par Jacques ASTIER Ingénieur-conseil Ancien Directeur à l’Institut de recherche de la sidérurgie française (IRSID) 1. Divers choix de matières premières ................................................... M 7 300 - 2 2. Importance des diverses filières.......................................................... — 2 3. Tendances actuelles ................................................................................ — 3 Références bibliographiques ......................................................................... — 3 omme l'étymologie l'indique, les aciers sont produits dans les aciéries et ces opérations sont décrites dans la rubrique « Aciéries », tandis que le schéma de la figure 1 montre bien que, malgré les importants efforts de recherches faits par les sidérurgistes pour développer un réacteur où l'on chargerait le minerai de fer pour produire directement l'acier, toute la production mondiale d'acier est faite en deux étapes : — production du métal primaire (fonte, DRI ou minerais de fer réduits) ou collecte et recyclage de ferrailles pour alimenter l’aciérie ; — élaboration de l'acier liquide à partir de ces métaux primaires. Ces opérations de production ou de collecte d'un métal primaire (fonte, DRI ou minerais de fer réduits, ferrailles) sont l'objet d'articles séparés et la présente introduction vise à : — préciser les choix entre ces diverses matières premières ; — indiquer l'importance relative de ces filières ; — préciser leur évolution. C Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. © Techniques de l’Ingénieur, traité Matériaux métalliques M 7 300 − 1 ÉLABORATION DU MÉTAL PRIMAIRE _______________________________________________________________________________________________________ 1. Divers choix de matières premières Les figures 1 et 2 (cette dernière étant, en fait, un agrandissement du haut de la figure 1) montrent bien les différences, de plus en plus profondes, qui séparent les sidérurgies basées sur : MINERAIS DE FER FERRAILLES Préparation Superconcentration Concentration ou emploi de minerais ou emploi des minerais naturels (1) naturels très riches en fer (1) — les minerais de fer (voir l'article [M 7 040] Minerais et fondants) ; — les ferrailles (voir l’article [M 7 060] Recyclage des déchets ferreux). Sans vouloir faire un historique de cette évolution, on peut rappeler que, au temps des aciéries Martin, on pouvait utiliser à peu près toutes les combinaisons de fonte (c'est-à-dire de minerais de fer) et de ferrailles ; la disparition de ces aciéries Martin, l'avènement des aciéries à l'oxygène (qui sont basées sur la conversion de la fonte) et la croissance des fours électriques (qui étaient basés sur les ferrailles) ont créé cette coupure de la sidérurgie mondiale. On a donc, maintenant, deux sidérurgies ou, plus exactement, deux filières bien différentes : — les « mini-usines » basées sur le four électrique et les ferrailles ; Utilisation directe Agglomération Utilisation directe Collecte des "vieux fers" Recyclage des ferrailles Agglomération Production d'un métal primaire à l'état liquide à l'état solide au hautautres fourneau procédés (fonte) (DRI/HBI) — la filière dite « classique » des usines intégrées basées sur le minerai de fer, le haut-fourneau et l’aciérie à l'oxygène. Aciérie à l'oxygène MINERAIS DE FER FERRAILLES (1) on entend généralement par très riches en fer des minerais ou concentrés à moins de 3 % en masse de gangue Extraction Collecte des "vieux fers" Préparation Production d'un métal primaire à l'état liquide (fonte) Aciérie électrique Recyclage des ferrailles à l'état solide (DRI/HBI) Figure 2 – Détail de la production ou de la collecte des métaux primaires 2. Importance des diverses filières On pourra consulter les références [1] et [2]. Aciérie Coulée Laminage Produits finis Utilisation Obsolescence Figure 1 – Les métaux primaires et la sidérurgie M 7 300 − 2 Ces deux voies de production du métal primaire sont décrites dans les articles [M 7 090] pour les usines intégrées classiques et [M 7 110] pour les mini-usines ; il existe, néanmoins, de plus en plus de ponts ou de croisements entre ces deux filières principales, comme le montre l’article [M 7 130]. On peut apprécier leur importance relative, concernant les capacités, par les données mondiales approximatives suivantes : — fonte, probablement environ 600 Mt/an en quasi-totalité au haut-fourneau, avec 5 Mt/an pour tous les autres procédés ; — une capacité de l'ordre de 50 Mt/an de minerais réduits par réduction directe. Les productions correspondantes ont été, en 1999, de : — 541 Mt de fonte ; — 39 Mt de minerais réduits. En regard de ces valeurs, on doit noter une consommation de ferrailles de l'ordre de 370 Mt en 1997 et un peu moins, respectivement 354 et 360 Mt, en 1998 et 1999. Un examen des statistiques mondiales permet d'apprécier leur évolution qui peut être résumée par le tableau 1 où l'on voit la stagnation ou, plus exactement, une faible croissance de la production de fonte, une croissance beaucoup plus forte de la consommation de ferrailles et une croissance encore plus rapide de la réduction directe, mais à un niveau encore nettement plus modeste. Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. © Techniques de l’Ingénieur, traité Matériaux métalliques ______________________________________________________________________________________________________ Tableau 1 – Évolution mondiale des productions ou consommations de métaux primaires en sidérurgie (en Mt/an) Année Production de fonte Production de minerais réduits 1974 503 2 1978 497 4 1980 508 7 277 1988 516 14 368 1990 528 17 382 1999 541 39 360 Consommation de ferrailles 286 3. Tendances actuelles Rappelons la stagnation mondiale de la production de fonte (voir le tableau 1 avec sa croissance dans certaines régions (Asie, notamment) et une décroissance dans les « vieux pays industriels », tandis que l'on assiste à la croissance de la réduction directe (c'est-à-dire à l'état solide) dans certaines régions du monde, notamment dans ceux qui sont riches en gaz naturel. Ce qui conduit aux commentaires suivants. ÉLABORATION DU MÉTAL PRIMAIRE ■ La production de fonte évoluera peu, bien qu'il y ait des besoins croissants : — d'une part, sur le plan géographique, pour les pays en développement ; — d'autre part, sur le plan métallurgique, par les besoins en « substituts des ferrailles » des fours électriques ; on a, là, une concurrence entre la fonte et les minerais de fer réduits (DRI/HBI). En ce qui concerne les efforts pour développer de nouvelles méthodes de production de fonte (voir l'article [M 7 550]), il semble qu'il y ait un certain découragement et, donc, un développement moins rapide que ce qui avait été espéré il y a quelques années ; même le procédé COREX (voir l'article [M 7 555]), qui est actuellement le seul qui ait été utilisé sur une échelle industrielle, ne se développe que lentement. Autrement dit, le haut-fourneau a encore de beaux jours devant lui... ■ Pour ce qui est de la réduction directe (voir l'article [M 7 580]), il est probable que son développement va continuer mais, jusqu'à un éventuel développement de la réduction directe au charbon, la croissance sera probablement limitée aux pays riches en hydrocarbures, c'est-à-dire à gaz naturel bon marché. Finalement, ce sont, probablement les développements relatifs des deux types d'aciéries, à l'oxygène ou électriques, qui vont « tirer » l'évolution des métaux primaires en sidérurgie ; ces développements seront certainement influencés, d’une part, par les aspects relatifs aux coûts et à la qualité des produits sidérurgiques et, d’autre part, par des considérations liées aux consommations d'énergie (voir l'article [M 7 140]) et à la protection de l'environnement (voir les articles [M 7 150] et [M 7 151]). Références bibliographiques [1] Steel Statistical Yearbook. L'IISI à Bruxelles rassemble les meilleures données statistiques mondiales et les publie annuellement. La dernière édition est de 1999. [2] Iron and Steel Scrap. Les Nations unies, à New York et Genève, mettent à jour, tous les deux ans les données concernant les ferrailles. La dernière édition est ECE/TRADE/ 238 de 1999. Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. © Techniques de l’Ingénieur, traité Matériaux métalliques M 7 300 − 3 ÉLABORATION DU MÉTAL PRIMAIRE _______________________________________________________________________________________________________ Liste des mots clés Usine intégrée§ 1 Haut-fourneau Réduction directe Métal primaire Minerai de fer§ 1 Ferraille§ 1 Mini-usine§ 1 Fonte Minerai réduit COREX§ 3 Situation de l’article N˚ de traité : 555 N˚ de rubrique : 620 N˚ de sous-rubrique : N˚ de volume : ME 1 M 7 300 − 4 Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. © Techniques de l’Ingénieur, traité Matériaux métalliques