Le haut fourneau assure les fonctions suivantes : réduction presque complète des oxydes de fer et de phosphore, et réduction partielle des oxydes de silicium et de manganèse ; fusion du minerai réduit et évacuation de ce dernier sous forme de fonte et de laitier ; gazéification des combustibles, les gaz produits ...
Historiquement, l'âge du fer débute avec ce qui va devenir le bas fourneau. Dans le bas fourneau la combustion fournit une température d'environ 1100°C (jusqu'à environ 1300°C). Dans le haut fourneau la combustion fournit une température d'environ 1600°C (jusqu'à 1800/2000°C).
1311 Premiers hauts fourneaux à soufflets hydrauliques. 1735 Le Britannique Abraham Darby (dont le père avait été le premier à fabriquer le coke dans un haut fourneau) construit le premier haut fourneau industriel à coke.
Comment cela fonctionne-t-il ? Les hauts fourneaux produisent de la fonte liquide par fusion du minerai de fer dans une atmosphère réductrice. Le minerai de fer est composé de fer et d'oxygène. La fusion du minerai de fer dans une atmosphère réduite va permettre d'éliminer l'oxygène.
L'utilisation d'un haut fourneau est plus ou moins la même que celle d'un fourneau ordinaire. Il suffit de mettre du combustible dans la section inférieure gauche, et l'objet à fondre dans la section supérieure gauche. N'oubliez pas que les hauts fourneaux ne peuvent fondre que des objets, pas de nourriture.
Utilisation du coke
Le coke est quasi essentiellement utilisé dans la sidérurgie pour produire de la fonte puis de l'acier dans les hauts fourneaux. Il faut environ 600 kg de coke pour obtenir une tonne (1.000 kg) d'acier à l'aide d'un convertisseur basique à oxygène.
Obtenue par chauffage vers 930 °C, pendant un certain temps, variable, puis refroidissement (parfois rapide) jusqu'à 730 °C.
Le réducteur utilisé est le monoxyde de carbone CO. La réduction de Fe 2O 3 par CO a lieu dans un haut fourneau. On introduit par la partie supérieure (le gueulard) un mélange solide contenant le minerai de fer, du coke et une substance appelée fondant.
La conversion de la fonte en acier s'effectue dans une cornue géante, le convertisseur. La fonte liquide est versée dans le convertisseur, sur une charge de chaux et de ferrailles. On insuffle de l'oxygène, qui brûle presque totalement les éléments indésirables (carbone, silicium, phosphore, ...).
On distingue deux procédés de réduction du fer : le procédé de réduction directe, où le minerai, généralement sous forme d'oxydes de fer, est réduit à l'aide de charbon de bois et transformé en fer métallique et/ou acier dans un bas fourneau.
Il existe un quatrième site en France possédant un haut-fourneau, situé à Pont-à-Mousson (Meurthe-et-Moselle) et propriété de Saint-Gobain, produisant uniquement de la fonte, non transformée en acier. En 2008, il en a fabriqué 600.000 tonnes.
Dans une aciérie électrique, l'acier est produit à partir de ferrailles de récupération fondues grâce à l'énergie électrique, contrairement à la filière fonte (haut fourneau - convertisseur) dans laquelle il est produit à partir de minerai de fer.
Il est chargé avec de la limonite ou du minerai de fer houiller et, selon la construction, avec du charbon de bois ou du coke. Le vent est injecté par une soufflante à pistons. Un tel appareil produit alors de 450 à 650 kg de fonte par jour, avec une consommation de 100 kg de coke pour 100 kg de fer produit.
Des trémies permettent l'addition des produits destinés à constituer ou amender le laitier. Les laitiers d'aciérie sont généralement de composition chaux-alumine, pour les aciers au carbone destinés aux produits plats, et chaux-silice pour les aciers au carbone destinés aux produits longs.
Chimie du bas fourneau
La température diminue régulièrement lorsqu'on se déplace vers le haut (le Gueulard) ou vers le bas. Au dessus de 800 à 900°C le charbon brûle avec l'oxygène de l'air pour donner du monoxyde de carbone (CO). Le minerai ainsi que le métal déjà formé sont très perméables au monoxyde de carbone.
Le haut fourneau (nom anglais : blast furnace) est un bloc qui permet de cuire les minerais, les armures et outils en métaux 2 fois plus vite qu'avec un fourneau normal.
Teneur en carbone de l'acier
L'acier à faible teneur en carbone est généralement caractérisé par ce qu'on appelle douceur et bonne soudabilité. Pour cette raison, il est souvent utilisé pour la production de tôles, de pièces embouties, de fils, etc.
La sidérurgie européenne est son propre meilleur client
Pour les pays de l'Union européenne, le marché intérieur européen est le principal fournisseur d'acier importé : 116,9 millions de tonnes d'acier sont importées chaque année par les membres de l'Union en provenance d'autres pays membres.
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.
La fonte et l'acier sont fabriqués essentiellement à partir du minerai de fer mais contiennent également d'autres composants et sont différenciés par leur teneur en carbone : la fonte en contient de 2,1 à 6,6 7 % et l'acier de 0,03 % à 2 %.
Ses formes minérales les plus importantes sont la magnétite (Fe3O4, 72,4 % de fer métallique), l'hématite (Fe2O3, 69,9 % de fer métallique) et la sidérite (FeCO3, 48,29 % de fer métallique).
Les feuilles de coca sont séchées au soleil, puis écrasées pour obtenir un jus : "l'aqua rica". La pâte de coca est obtenue par addition de kérosène (ou même de gasoil) et d'acide sulfurique à ce jus. Une fois séchée et pulvérisée, elle est mélangée à du tabac ou à de la marijuana ("pitillo").
Le coke est fabriqué par cuisson jusqu'à 1 000 °C de charbons, à l'abri de l'air dans des fours à coke. Les propriétés du coke dépendent beaucoup de la nature des charbons utilisés pour fabriquer le coke et des conditions de cuisson.
Le coke est un combustible obtenu par pyrolyse de la houille dans un four à l'abri de l'air ; ces fours sont regroupés en batteries dans une usine appelée cokerie. Ce procédé a longtemps été très polluant et l'est encore dans les pays en développement.
Le laminage est un processus industriel de transformation qui consiste à faire traverser un matériau entre deux cylindres lisses ou cannelés tournant dans deux sens contraires. Le mouvement rotatif ainsi produit engendre un effet de compression diminuant continuellement l'épaisseur initiale du matériau.