Hauts fourneaux

Le haut fourneau est une énorme cuve qui sert de four à combustion où est produit la fonte. La fonte est un métal, qui une fois arrivée à l'aciérie sera décarburée pour devenir, principalement, de l'acier.

Pour produire de la fonte on utilise du minerai de fer, du coke, des pellets (agglomérés) et d'autres constituants spéciaux. Le haut fourneau se distingue par plusieurs étages, du plus bas au plus haut :

• Le creuset
• L'étalage
• Le ventre
• La cuve
• Le gueulard

Tout comme la cokerie, le haut fourneau ne s'arrête jamais, ce sont des installations en constante production.

On achemine les composants nécessaires, c'est à dire déjà préparé, par l'intermédiaire de bennes qui vont monter et se déverser au niveau du gueulard, grâce à un skip, on y dispose des couches ou "charges" alternées de coke et de minerai.

Le processus se déroule ainsi de haut en bas :

• La calcination : le minerai perd toute son eau (400 degrés)
• La réduction : le minerai perd son oxygène et devient du fer. L'oxygène se combine avec l'oxyde de carbone qui se dégage du coke (400-900 degrés)
• La carburation : le fer se combine avec le carbone et devient de la fonte (900-1200 degrés)
• La fusion : le fonte fond (1600 degrés)
• La séparation : Le laitier se sépare de la fonte par différence de poids.

Pour obtenir une telle température, on envoie de l'air chaud provenant des cowpers au niveau du creuset, grâce aux tuyères qui sont disposées tout autour, à l'intérieur le coke brûle et dégage alors une chaleur suffisante pour faire fondre le minerai et transformer l'oxyde de fer, en fonte.

Après plusieurs heures dans le haut fourneau, il en ressort deux produits, la fonte et le laitier. On fait couler la fonte dans une rigole au plancher de coulée, par un trou de coulée, une foreuse pneumatique va percer un trou et faire couler la fonte. On rebouche ensuite ce trou à l'aide d'une "boucheuse" qui va injecter un bouchon colmatant le trou. L'opération est répétée autant de fois qu'il y a de coulées.

Une coulée s'effectue toutes les quatre à cinq heures, on produit en général de 2000 à 10 000 tonnes de fonte par jour. Il faut trois fois plus de minerai pour produire une tonne de fonte. Le laitier à sa sortie sera transporté vers un crassier. La fonte quand à elle part vers l'aciérie par wagon torpille où elle sera transformée en acier. Il faut alors se dépêcher, afin que la fonte ne se solidifie pas dans le wagon, on utilise parfois des surchauffeurs à l'entrée des aciéries pour éviter ce phénomène.

Fonte Hématite :

- Fonte élaborée à partir de minerai pur (l'hématite) (très peu de phosphate quasiment)

Fonte Phosphoreuse :

- Fonte contenant du phosphore entre 1.4 et 2%.

Agglomération :

- C'est le nom du bâtiment où sont fabriqués les agglomérés. Procédé permettant d'unir étroitement en masses compactes des fragments de minerai.

Basculeur :

- C'est un récipient qui reçoit la fonte, par l'intermédiaire d'un bec placé au centre. Au fond du récipient se trouve deux busettes (gros tuyaux), une de chaque côté, en dessous de chacune d'elles viennent se positionnent les torpilles, qui reçoivent donc la fonte. Quand une torpille est pleine, le récipient "bascule" et déverse dans l'autre torpille, et cela sans arrêter la coulée. Une fois que la torpille est pleine une autre prend sa place.

Circulaire :

- C'est le nom que l'on donne à l'énorme conduite circulaire qui est située au dessus des tuyères.

Coulée du Loup :

- On parle aussi de "Vidange du Loup", comme son nom l'indique elle sert à vider complètement le haut fourneau. Après la dernière coulée, il reste encore de la fonte à l'intérieur qui ne peut s'évacuer par le trou de coulée, un trou est donc effectué au plus bas du creuset pour éliminer toutes les matières en fusion restantes.

Pellet :

- Ce sont des billes d'un diamètre de 5 à 20mm issue d'un compactage de minerai de fer. Il sert à la combustion. Il est plus simple à stocker et moins coûteux que des bûches par exemple. On appelle pelletisation l'action de fabriquer des pellets. L'action se divise en trois étapes : broyage, bouletage et chauffage.

Cowpers :

- Ce sont de grandes tours cylindriques de trente mètres de haut se trouvant à côté du haut fourneau (un haut fourneau en possède trois en général) Ils servent à produire du vent chaud (1200°) grâce aux gaz du hauts fourneaux, pour pouvoir activer la combustion dans la cuve. Les gaz produits par le haut fourneau sont envoyés vers les cowpers après dépoussiérage, ces gaz vont réchauffer l'air froid venant des turbosoufflantes. Les cowpers sont en rotation permanente, le premier souffle l'air chaud, le second est en phase de chauffe, et le troisième en réserve en cas de panne.

Gaz de hauts fourneaux :

- Le gaz qui est récupéré au niveau du gueulard correspond à l'air chaud qui a été envoyé au niveau du creuset, avec la combustion du coke, l'oxygène devient du monoxyde de carbone. Ce gaz est un très bon combustible. Après dépoussiérage il sert à réchauffer l'air pour les cowpers, chauffer le four à la cokerie, réchauffer les fours de l'aciérie ou est envoyé directement vers des centrales thermiques.

Gueulard :

- C'est la partie la plus haute du haut fourneau, c'est là que sont introduites les matières premières, et d'où sortent les gaz.

Intercoulée :

- C'est le temps qui sépare la fin d'une coulée, jusqu'au début de la prochaine.

Laitier :

- Le laitier est la gangue fondue de la fonte, c'est à dire la partie qui n'avait pas de valeur dans le minerai. A sa sortie il sera soit transporté vers un crassier soit granulé à l'eau.

Plancher de coulée :

- C'est la base du creuset, c'est ici que l'on effectue les coulées de fonte et de laitier. On appelle trou de coulée ces orifices où sortent les coulées. Ces coulées se déversent dans des rigoles vers lesquelles se trouvent un wagon poche ou torpille. La fonte sera envoyée vers l'aciérie, et le laitier vers les crassiers.

Refroidisseurs :

- C'est un système permettant de refroidir la cuve à l'extérieur, soit par un ruissellement d'eau, soit par une circulation d'eau dans des "tubes" en fonte à l'intérieur de la maçonnerie. La température peut approcher les 2000° à l'intérieur du haut fourneau.

Skip :

- C'est le plan incliné, on y achemine des bennes contenant le minerai, on pourrait le comparer vulgairement à un funiculaire. Il y a généralement deux bennes quand l'une monte, l'autre descend, une fois en haut elles se vident dans le gueulard par basculement automatique. On utilise un treuil, généralement à la base du skip, pour faire monter ces bennes.

Systeme Staehler :

- Le principe reste le même que celui du skip mais ce système est le plus vieux. Il s'agit d'une benne ronde de grande dimension où dépasse une barre au centre qui sert de crochet. Ce crochet sert d'attache au monte charge, qui le hisse verticalement jusqu'en haut du haut fourneau. Le minerai se déverse dans le gueulard grâce au fond qui s'ouvre.

Tuyères :

- Elles servent à envoyer l'air chaud des cowpers, dans le haut fourneau. Elles sont placés tout autour du creuset.

France

L'usine de Fos-sur-Mer

L'usine de Fos sur Mer est le deuxième site de production d'acier en France, aujourd'hui détenu par ArcelorMittal, branche Méditerranée. L'usine est crée en 1969 par les De-Wendel sous le nom de SOLMER (Société Lorraine et Meridionale de Laminage Continu. Elle change de nom et devient Sollac Fos en 1988, puis elle intègre le groupe Usinor en 1997 et s'appelle Sollac Méditerranée. Les De Wendel espèrent donner un nouvel essor à la sidérurgie telle que la connue la Lorraine, longtemps surnommé le "Texas Lorrain" durant les années de gloire, on espèrent créer ici la "Californie Française".

Usinor avait choisi Dunkerque quelques années plus tôt, les De Wendel, "forcés" par l'Etat choisissent Fos.

L'usine doit suivre l'orientation du VIe plan (1971-1975) décidé par Pompidou, qui est celui d'une production forte, d'une industrie compétitive et d'une croissance rapide. On a vu grand, le site est 3,5 fois plus grand que Dunkerque, avec un rendement de 3,5Mt/an qui devra être doubler en 5 ans. Malheureusement les capitaux ne sont pas suffisant et l'Etat contraint Usinor à investir dans SOLMER à 47,5%, autant que les De Wendel, les 5% restants étant pour le groupe allemand Thyssen.

L'usine fait sa première coulée en avril 1974.

L'usine aujourd'hui : le site de Fos sur Mer ressemble furieusement à celui de son confrère, celui de Dunkerque. Le site dispose de deux hauts fourneaux, une cokerie, une usine d'agglomération, un quai de chargement et déchargement, une aciérie comprenant deux convertisseurs à oxygène, deux coulées continue, une métallurgie en poche, un train à chaud, et une ligne de finition. Le site est spécialisé dans les produits plat et notamment les coils.

Sources :

"L'aventure sidérurgique de Fos Sur Mer" - Olivier C. A. Bisanti

Allemagne

DK Recycling - 2

Forges de Neunkirchen - 2

Henrichshütte - 1

HKM - 2

Phoenix-West - 2

ROGESSA Dillinger Hütte - 3

ThyssenKrupp Steel Duisburg - 4

Thyssen Meiderich (Landschaftspark) - 3

Usine sidérurgique de Völklinger Hütte - 6

Belgique

Actifs

• Hauts Fourneaux SIDMAR - Gand - 2

L'usine de SIDMAR (Sidérugie Maritime) est construite en 1962 par ARBED, comme étant le premier port maritime producteur d'acier de Belgique, et démarre sa production dés 1967. C'est un site immense qui comprend entre autre 2 hauts fourneaux, 2 usines d'agglomérations, une cokerie de 2 batteries, une aciérie, 2 laminoirs à froid, 1 à chaud, une coulée continue à brames, 3 lignes de galvanisation, une ligne de revêtement organique et une unité "flans soudés".

Sources :

• ArcelorMittal

Desservit par le canal, à ses pieds, les bateaux de 80 000 tonnes débarquent les matières premières et de l'autre sont expédiés les produits finis.

Les deux hauts fourneaux produiraient jusqu'à quatre millions de fonte par an.

Détruits/arrêtés

• Usine d'Athus - Athus - 5
• Hauts Fourneaux Trieu Kaisin - Châtelet (Charbonnages du Trieu-Kaisin)
• Usines de Chatellineau - Chatellineau (Hainaut-Sambre division de Chatellineau) 2
• Hauts Fourneaux de Couillet - Couillet (Hainaut-Sambre division de Couillet) - 7
• Haut Fourneau de Grivegnée - Grivegnee - 1
• Hauts Fourneaux d'Halanzy - Halanzy - 2
• Hauts Fourneaux de Hourpes - Hourpes sur Sambre - 2/3?
• Hauts Fourneaux Gustave Boel - La Louvière (Duferco) - 6
• Forges de la Providence - Marchienne au Pont - 6
• Hauts Fourneaux Cockerill-Sambre - Marchienne au Pont (Carsid/Duferco) - 4
• Hauts Fourneaux de Monceau Saint Fiacre - Marchienne au Pont
• Hauts Fourneaux des Hauchis - Marcinelle - 1
• Hauts Fourneaux de Montignies sur Sambre - Montignies sur Sambre (Hainaut-Sambre division de Montignies) - 5
• Hauts Fourneaux de Musson - Musson - 2
• ArcelorMittal Ougree - 8
• ArcelorMittal Seraing - 6
• Hauts Fourneaux Strepy Bracquegnies - Strepy Bracquegnies
• Forges de Clabecq - 6
• Hauts Fourneaux Usines et Charbonnages de Sclessin - Tilleur - 6

Luxembourg

Usine de Belval - 2

Cokeries

La cokerie est l'usine qui permet d'obtenir du coke. Celui-ci est obtenu par distillation du charbon, dans des fours à l'abri de l'air. Ces fours sont regroupés pour former une batterie. Le coke sert principalement à alimenter les hauts fourneaux.

Une cokerie s'organise en plusieurs sections :

• Le stockage (installations de déchargement du minerai) et de préparation (mélange avant enfournement)
• Les batteries de fours
• Les produits annexes (le traitement des sous produits issue de la carbonisation)

Aujourd'hui le charbon provient essentiellement de l'étranger, il faut le faire importer, généralement celui-ci arrive par bateaux ou trains et beaucoup plus rarement par la route. Bien avant ces exportations, c'est les mines aux alentours, qui fournissait le charbon.

La première étape consiste à réceptionner le charbon, selon le mode de déchargement il sera trié en fonction de sa qualité puis sera envoyé par convoyeurs pour être stocker dans des silos, ou dans un parc à charbon. Il doit être doser et mélanger puis broyer pour former une pâte à coke qui va pouvoir être chargée dans le four.

Un four est un parallélépipède d'une hauteur de 4 à 8 mètres, d'une longueur de 12 à 18 mètres pour moins d'un mètre de largeur. Il est constitué par les panneresses, d'une sôle et d'une voûte munie d'une colonne montante pour la sortie des gaz brutes. A chaque extrémité se trouve une porte en fonte, l'une sert pour défourner/enfourner, l'autre pour faire sortir le coke. Les panneresses sont chauffés à rouge par des carneaux regroupés par piédroits. Sous les carneaux se trouvent les régénérateurs chauffés par les fumées issue des piédroits pour réchauffer l'air qui y circule. Les gaz utilisés sont soit les gaz de cokerie soit les gaz de hauts fourneaux enrichi aux gaz de cokerie.

• Que se passe t'il une fois que le charbon est introduit dans le four ?

Le charbon va alors passer par différentes étapes en fonction de l'augmentation de la chaleur. De 100 à 200°C il va sécher, toute l'eau qu'il contient va s'évaporer. Jusqu'à 350°C la pâte entre en fusion, il se ramollit (dégagement de goudron) puis vers 500°C et plus il se solidifie (dégagement d'hydrogène) c'est la phase de semi carbonisation.

A la fin de la cuisson qui peut durer entre 15 et 40 heures selon la qualité que l'on souhaite avoir, on obtient du coke et des matières volatiles. La défourneuse "arrache" la porte et pousse à l'aide d'un bélier le coke de l'autre côté vers le coke car, celui-ci une fois rempli, se dirige vers la tour d'extinction qui va l'éteindre par aspersion d'eau. On déverse ensuite le coke par basculement d'une trappe, sur le quai à coke, situé en contrebas. Le coke sera alors criblé en fonction d'un certain diamètre (critères selon l'acheteur).

On extrait du goudron par condensation, de l'ammoniac par sulfatation, du benzol par lavage et du gaz comme du méthane ou de l'hydrogène. Sur une tonne de charbon on obtient 750kg de coke, 35kg de goudron, 10kg de sulfate d'ammoniaque, 7kg de benzol, 350m3 de gaz

La cokerie est une usine très polluante.

Sources :

• Glossaire du Haut Fourneau par Jacques CORBION.
• Elaboration du métal primaire par Jacques ASTIER.

Barre de repalage :

- Un peu avant que l'enfournement se termine, la barre de repalage sert à égaliser le niveau de charbon dans le four, le surplus est recueilli dans une trémie et ré-incorporé au mélange.

Carneaux :

- Ce sont des chambres de combustion. On distingue le carneau montant, conduites où circulent le gaz pour chauffer le four et le carneau descendant, conduites où sont évacuées les fumées.

Coke Car :

- On l'appelle aussi "wagon coke" il réceptionne le coke chaud à la sortie du four pour l'envoyer vers la tour d'extinction. Puis une fois éteint et égoutté il est déversé sur le quai à coke, avant son transport vers le criblage.

Défourneuse :

- C'est une machine énorme, comme son nom l'indique elle sert à défourner, c'est à dire à évacuer le coke du four. La machine possède un arrache porte, puis à l'aide d'un bélier elle pousse horizontalement le "saumon" de coke, dans un wagon de l'autre côté du four. Elle se déplace sur des rails parallèle aux fours sur "le quai de la défourneuse", en général une sirène retentit quand elle se déplace.

Enfourneuse :

- C'est la machine qui sert à remplir les fours en combustible. Elle reçoit le charbon provenant de la tour à charbon et le stocke dans ses trémies. On distingue ensuite deux sortes d'enfournement, le plus commun l'enfournement par gravité, l'enfourneuse va se positionner au dessus des fours qu'elle va enfourner en déversant le charbon dans les bouches (ou tampons) de four. L'enfournement pilonné, quand à lui est l'enfournement par la porte du coté défournement.

Guide Coke :

- Il se situe côté coke, entre les fours et le coke car, il sert à guider le coke pour qu'il tombe bien dans le coke car. Il possède également un arrache porte.

Panneresses :

- Ce sont les deux parois verticales, en briques réfractaires, du four.

Piédroits :

- C'est l'ensemble des carneaux de chauffage qui séparent chaque fours, ces piédroits sont communs pour deux fours, c'est à dire qu'il chauffe pour deux.

Régénérateurs :

- Ce sont des empilages de briques

Scrubbers :

- C'est un appareil en forme de tour qui élimine les particules de gaz toxiques et corrosifs dans les fumées, en les lavant.

Torchère :

- C'est un brûleur (en forme de cheminée) qui sert à brûler les rejets de gaz. Dans les hauts fourneaux on y voit souvent brûler une flamme bleue.

Tour à charbon :

- Elle stocke le charbon avant de le transmettre à l'enfourneuse.

Tour d'extinction :

- Le coke brûlant arrive ici où il est arrosé d'eau pour être refroidi, au moment de l'extinction un violent panache de fumée, caractéristique, se dégage, il perd un tiers de son poids qui part donc en vapeur d'eau.

France

Cokeries

Cokeries gazières - Usines à gaz - Centrales à gaz

Généralités

La première utilisation du gaz à usage pratique en France remonte à 1816 à Paris pour l'éclairage public. On utilise le gaz pour son pouvoir éclairant.

On parle alors d'usine à gaz comme l'usine de production et de gaz d'éclairage pour l'éclairage des villes. Celui-ci se fait grâce à un bec papillon puis remplacé vers 1892 par le tube à incandescence. Il devient gaz de ville un peu plus tard (à partir de 1830 avec la mention "Gaz à tous les étages" jusqu'en 1930) quand celui-ci sert également pour le chauffage (chauffage urbain), la cuisson (la gazinière) et l'alimentation de moteurs et turbines pour l'industrie. Cette production est dites gaz manufacturé quand elle est produite par distillation d'un matériau tel que :

• Bois
• Houille
• Huiles (végétales et animales)
• Schistes bitumineux
• Résines
• Pétrole
• Tourbe

Le terme "usine à gaz" est resté dans le langage, car elle fait référence à l'usine embouteillée de canalisations de toute part et indique aujourd'hui une façon de complexifier un sujet qui n'a pas besoin de l'être davantage.

Avec l'apparition et la démocratisation de l'électricité, le gaz disparait de plus en plus des villes. On utilise alors le gaz plutôt pour son pouvoir calorifique. C'est ainsi que l'on peut différencier deux appellations :

• L'usine à gaz sert principalement à la production de gaz et le coke est considéré comme un sous produit.
• La cokerie sert principalement à la production de coke et le gaz est considéré comme un sous produit qui sert pour la carbochimie.

Jusque dans le milieu des années 1930, la production de gaz était confiée dans chaque ville voire même département à une société privée qui gérait une concession. C'est ainsi qu'un siècle plus tard durant la période 1900-1914 on recensait approximativement 843 usines en France productrices de gaz. En 1946, après la Seconde Guerre Mondiale, la concentration de la production et la nationalisation eurent pour effet la création d'une seule entité qui fût chargée de la gestion globale (production, transport et distribution) en France, ce fût la naissance du groupe public : Gaz de France (GDF).

Le cas de Paris

Six compagnies se partagent la distribution du gaz à Paris, elles fusionnent, sous l'impulsion du baron Haussmann, en 1856 pour former la Compagnie Parisienne d’Eclairage et de Chauffage par le Gaz (CPECG). A l'expiration de la concession (Paris) en 1906 celle-ci se reforme en Société du Gaz de Paris (SGP) puis se renome en 1937 la Compagnie du Gaz de Paris (CGP).

Onze usines distribuent le gaz à Paris en 1893 produisant 150 millions de mètres cube de gaz par an et 1 millions de tonnes de coke. En 1931 Paris consomme 537 millions de mètres cubes de gaz.

La découverte du gisement de gaz naturel de Lacq en 1951 bouleverse la production de gaz. Les usines ferment les unes après les autres. A partir de 1967 Paris est alimenté par le gaz provenant de Lacq, la dernière torchère de gaz manufacturé est éteinte en 1979.

Sources :

• GDF
• Le gaz toute une histoire
• Archives SGP
• Archives CPECG

Allemagne

Région Rhénanie-du-Nord-Westphalie

• Kokerei Hansa
• Kokerei HKM
• Kokerei Prosper
• Kokerei Salzgitter
• Kokerei Schwelgern
• Kokerei Zollverein

Belgique

Actives

• Cokerie SIDMAR (1973 -) - Gand

Détruites

• Cokerie d'Anderlues - (Cokeries d'Anderlues, 1906-2002) - Anderlues
• Cokerie d'Athus - Athus
• Fours à coke SA de la Grande Machine à Feu Puits 1 - Dour
• Cokerie de Flemalle (Cockerill, 1922-1984) - Flemalle
• Fours à coke Charbonnage de Bois du Luc - Houdeng-Aimeries
• Fours à coke Charbonnage de Houssu Fosse 6 - Haine Saint Paul
• Cokerie Hainaut-Sambre - Montignies sur Sambre
• Cokerie Gustave Boel (-1994) - La Louvière
• Cokerie Buda Marly (Carcoke, 1930-1993) - Neder-Over-Henbeek
• Cokerie de Marchienne-au-Pont ou Providence (Duferco, -2008) - Marchienne-au-Pont
• Cokerie d'Ougrée (1835-1979) - Ougrée
• Fours à coke de Ressaix - Ressaix
• Cokerie de Tertre (Carcoke, 1928-1997) - Saint Ghislain (la plus grande de Belgique)
• Cokerie de Seraing (ArcelorMittal, -2014) - Seraing
• Fours à coke de Vilvoorde (1918-1986) - Vilvoorde
• Cokerie de Vilvoorde (Cokeries du Brabant, 1927-1969) - Vilvoorde
• Cokerie Carcoke Zeebrugge (Carcoke, 1900-1996) - Zeebrugge
• Cokerie Kuhlmann - Zelzate (1912-1965)

Aciéries

L'aciérie est une usine de transformation, qui permet d'obtenir de l'acier par la fusion du fer.

On peut l'obtenir de deux façons :

• A partir de fonte liquide : Les aciéries à oxygène.
• A partir de ferrailles : Les aciéries électriques.

Pour rappel, la fonte liquide est élaborée dans un haut fourneau grâce au minerai de fer. A sa sortie du haut fourneau, la fonte est envoyée vers des convertisseurs afin de transformer la fonte en acier liquide. La fonte en fusion est versée sur un lit de ferrailles dans le convertisseur, où on y insuffle de l'oxygène pur par le bas, afin de brûler le carbone et tous les résidus.

La ferraille provient de la récupération, chutes, ou du recyclage des matériaux contenant du fer. Ils doivent contenir un minimum de 92% de fer. Ces ferrailles sont récupérées à l'aimant puis sont chargés dans un panier à ferrailles et envoyées vers un four électrique, préalablement remplie de chaux. La fusion dans ce four se fait grâce à des électrodes de graphite au nombre de deux ou trois, formant un puissant un arc électrique. Les impuretés se lient avec la chaux et surnagent au dessus formant le laitier.

Cette fois-ci nous avons véritablement de l'acier liquide, il va maintenant être traité en poches.

C'est aussi à partir de maintenant qu'il va recevoir ses propriétés finales dans un atelier d'affinage : décarburation et injection d'argon (Passage au vide) et additions (Mise à nuance). L'acier est placé sous vide par deux processus, au choix :

• Le vide en cuve
• Process RH (Ruhrstahl-Heraeus)

L'acier est maintenant prêt pour être solidifier. Cette opération s'effectue soit :

• En coulée continue
• En coulée en lingots

Voici un schéma très explicite sur la fabrication de l'acier :

Source : Usinor

On obtient alors des demi-produits qui seront envoyés vers un laminoir :

Source : Usinor

France

Aujourd'hui en France il reste seulement 3 aciéries à oxygène, contre 20 aciéries électriques.