« Procédé Kaldo » : différence entre les versions

 

Le '''procédé Kaldo''' est un ancien procédé d'[[Affinage (métallurgie)|affinage]] utilisé en [[sidérurgie]] pour traiter la [[fonte brute]] [[phosphore]]use. Il s'agit d'un modèle particulier de [[Convertisseur (métallurgie)|convertisseur]] à l'[[oxygène]] pur, dans lequel le brassage du métal en [[Fusion (métallurgie)|fusion]] est assuré par la rotation de la [[Cornue (industrie)#Convertisseur|cornue]], à l'instar d'une [[bétonnière]]. Le nom « Kaldo » est un [[mot-valise]], construit à partir du nom de son inventeur, le professeur [[Bo Kalling]], et de l'usine qui, en 1948, a développé et industrialisé le procédé, la [[Usine sidérurgique de Borlänge|Domnarvets Jernverk]].

 

=== Contexte : mise au point du convertisseur à l'oxygène ===

{{article général|position=section|Histoire de la production de l'acier}}

 

|mois= juin |année= 1975}}.</ref>.

 

 

En 1949, le métallurgiste suisse [[Robert Durrer (métallurgiste)|Robert Durrer]] et l'ingénieur autrichien [[Theodor Eduard Suess]] trouvent une solution satisfaisante : ils mettent au point, à l'[[aciérie]] [[Voestalpine|Vöest]] à [[Linz]] (Autriche), le soufflage d'oxygène au moyen d'une [[Lance thermique|lance]] pénétrant verticalement dans la [[Cornue (industrie)|cornue]]. L'invention apparaît vite comme une [[technologie de rupture]] : six mois après le premier essai, le prototype s'avère plus économique que les meilleurs convertisseurs classiques ! En effet, il combine l'avantage des [[Procédé Martin-Siemens|convertisseurs Martin]] {{incise|l'absence d'azote dans l'acier}} avec la productivité des convertisseurs Bessemer et Thomas {{incise|une conversion rapide et sans combustible}}. Plus efficaces et donc moins nombreux que leurs équivalents à l'air, les nouveaux [[Procédé LD|convertisseurs LD]] (pour [[Linz]] et [[Donawitz]]) ne demandent qu'un investissement environ deux tiers, et des coûts d'exploitation limités à 55 % de ceux d'une usine traditionnelle de capacité comparable<ref>{{Lien web |langue= de

Les sidérurgistes [[Lorraine|lorrains]], dont le minerai local, la [[Minette lorraine|minette]], est riche en phosphore ([[apatite]], [[phosphate de calcium]]), s'intéressent de près au procédé. Convaincus par la nécessité de passer au convertisseur à l'oxygène, ils sont, en 1960, à l'origine du deuxième convertisseur Kaldo. Celui-ci, installé à l'[[usine sidérurgique de Florange]], représente un saut capacitaire notable par rapport à son aîné : il peut affiner {{nobr|110 tonnes}} de fonte phosphoreuse<ref name="Soleild'acier"/>. Il s'agit aussi du plus gros convertisseur à l'oxygène pur présent en [[Lorraine]]. Sa capacité est par la suite progressivement augmentée jusqu'à {{nobr|140 tonnes}}<ref name=Thouvenin>{{article|prénom1=Monique|nom1=Thouvenin|titre=De Wendel-Sidélor à Sacilor-Sollac : 1968-1980. 13 années de mutations difficiles en Lorraine|périodique=Revue Géographique de l'Est|année=1981|volume=21|numéro=1|passage=37-63 |lire en ligne= http://www.persee.fr/doc/rgest_0035-3213_1981_num_21_1_1483}}.</ref>.

 

 

Dans les années suivantes, le procédé est systématiquement évalué comme une alternative au procédé LD et à ses dérivés. Dès 1965, 10 usines utilisent le procédé Kaldo, en France, Suède, États-Unis, Japon et surtout au Royaume-Uni. Les capacités des nouveaux convertisseurs se situent entre {{unité/2|50|et=140|tonnes}}<ref name=Allen141>{{Harvsp|Allen|1967|p=141}}.</ref>. Mais l'avenir du procédé semble déjà compromis : dès 1967, le [[métallurgie|métallurgiste]] James Albert Allen estime qu'avec {{citation|une plus grande consommation de capitaux, des problèmes techniques et une consommation en réfractaire plus élevée, il apparaît plutôt douteux qu'il puisse rivaliser efficacement avec les procédés LD, LD-AC ou leurs évolutions<ref>{{Harvsp|Allen|1967|p=140}}.</ref>.}}

 

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Kaldo converter Rotating cropped.png|Kaldo en rotation.|alt=photo d'un Kaldo en rotation

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=== Adaptation aux métaux non-ferreux ===

 

 

En 1958, soit deux ans après la mise en service industrielle du premier Kaldo sidérurgique de {{nobr|30 tonnes}} à Domnarvet, l'entreprise canadienne [[Inco]] commence à évaluer la déclinaison de ce procédé à la [[Extraction du nickel|métallurgie extractive du nickel]]. Elle envoie quelques ingénieurs en Suède pour explorer la conversion à l'oxygène pur de la [[Matte (métallurgie)|matte]] de nickel avec le prototype originel de {{nobr|3 tonnes}}. Tous leurs essais ayant réussi, Inco construit un convertisseur expérimental de {{nobr|7 tonnes}} dans son centre de recherche de [[Port Colborne]]<ref name=OxygenCopperCliff>{{article |langue= en

== Le procédé ==

=== Le convertisseur ===

 

Le convertisseur est conçu comme une [[bétonnière]]. En fonctionnement, il est légèrement incliné par rapport à l'horizontale et tourne à environ {{unité|30|tr/min}}. La rotation assure un bon mélange, et accélère les réactions chimiques ; mais elle augmente considérablement les coûts de construction comme d'entretien<ref name=NewSientist244/>. Par contre, l'agitation de bain étant moins violente que dans le procédé LD, le [[Laitier (métallurgie)|laitier]] mousse peu et il est alors plus facile de suivre l'évolution de l'affinage<ref name=Bhardwaj/>.

La chaux et les ferrailles sont enfournées en premier, puis la fonte en fusion. On limite la quantité de ferrailles pour éviter que la fonte ne se solidifie complètement sur la masse de ferrailles. Le reste de ferrailles, qui peut atteindre la moitié de la quantité totale, est enfourné au plus tôt {{nobr|10 minutes}} après le début du soufflage<ref name=Bhardwaj/>.

 

 

Le soufflage commence immédiatement après la mise en place de la hotte, et atteint son maximum au bout de quelques minutes. La vitesse de rotation est également maximale, soit environ {{unité|30|tr/min}}. Le métal liquide fortement agité retombe en pluie dans l'atmosphère oxydante du convertisseur, ce qui favorise sa décarburation. De même, les réactions avec le [[Laitier (métallurgie)|laitier]] sont accélérées par l'augmentation de la surface de réaction : combinée avec le milieu oxydant, cette configuration permet de commencer la déphosphoration immédiatement<ref name=Bhardwaj/>{{,}}{{note|La déphosphoration de la fonte en fusion a été bien comprise lors de la mise au point du [[procédé Thomas]]. À haute température et en présence d'oxygène gazeux ({{O2}}), le phosphore contenu dans la fonte s'oxyde en [[pentoxyde de phosphore|hémipentoxyde de phosphore]] {{chem|P|2|O|5}} suivant la réaction :

La dernière phase de réduction est obtenue par du [[coke de pétrole]]<ref name=BlazyJdidPyro/>. Elle peut être réalisée dans un second TBRC dédié, le premier TBRC recyclant les scories qui se sont enrichies en {{Page h'|Oxyde de cuivre|oxydes de cuivre}}. Dans ce cas, elle sert essentiellement à récupérer les métaux précieux ([[or]], [[argent]], [[Groupe du platine|platinoïdes]]) contenus dans le minerai<ref name= BackgroundEPA/>.

 

 

Cependant, l’extraction de cuivre primaire, c'est-à-dire à partir de minerai concentré, avec un TBRC a été abandonnée dans les années 1970-1980, au profit du soufflage par le fond ([[procédé Manhès-David]] avec un [[convertisseur Peirce-Smith]]), plus productif<ref name=BlazyJdidPyro/>{{,}}<ref name=EMC91/>. À partir des années 1990, Inco réserve le TBRC à la toute dernière étape d’affinage [[Pyrométallurgie|pyrométallurgique]], après une [[Séparation par flottaison|flottation]] sélective du « {{lang|en|[[wikt:blister|blister]]}} de cuivre-nickel ». L’étape de fusion est en effet dorénavant réalisée par une [[fusion flash]] et l’oxydation est assurée par un convertisseur Peirce-Smith. Comme pour la sidérurgie, l’utilisation de plusieurs outils spécialisés s'est révélée plus adaptée à la production de masse qu'un unique outil polyvalent<ref name=OxygenCopperCliff/>. Les coûts d’exploitation élevés ont également condamné cette utilisation :