Techniques des matériaux

HEH, Campus Technique Institut Supérieur Industriel de Mons Techniques des matériaux Synthèse Ce document a été rédigé en L A TEX. Le 6 mai 2014 Auteur : Corky Maigre *[*]* (FPMs 173) TB2CTM 2 ème Bachelier ISIMs G. Brisbois Année Académique 2013-2014

Table des matières 1 Métallographie 2 1.1 Définitions................................................... 2 1.2 Solidification d un métal pur........................................ 2 1.2.1 Germination homogène ou spontanée................................ 4 1.2.2 Germination hétérogène ou réelle.................................. 4 1.3 Alliages.................................................... 4 1.3.1 Alliages de substitution....................................... 5 1.3.2 Alliages d insertion.......................................... 5 1.3.3 Types d alliages............................................ 5 1.4 Diagrammes d équilibre........................................... 5 1.4.1 Généralités.............................................. 5 1.4.2 Diagramme de type a1........................................ 6 1.4.3 Diagramme de type a2........................................ 7 1.4.4 Diagramme de type a4........................................ 8 1.4.5 Diagramme de type b1........................................ 8 1.4.6 Diagramme de type b2........................................ 8 2 Diagramme Fer-Carbone 9 2.1 Introduction.................................................. 9 2.2 Les aciers................................................... 9 2.2.1 Acier eutectoïde........................................... 9 2.2.2 Acier hypoeutectoïde......................................... 10 2.2.3 Acier hypereutectoïde........................................ 10 2.3 Les fontes................................................... 11 2.3.1 Fontes blanches............................................ 11 2.3.2 Les fontes grises........................................... 13 2.4 Récapitulatif................................................. 14 3 Analyse métallographique de l acier 15 4 Sidérurgie 16 4.1 Phases de fabrication de l acier....................................... 16 4.1.1 Ancienne filière - Filière classique.................................. 16 4.1.2 Nouvelle filière - Filière actuelle................................... 19 1

Chapitre 1 Métallographie 1.1 Définitions Un métal est un conducteur dont les électrons forment un nuage électronique responsable de la conduction. Un métal pur est un métal qui a uniquement un seul type d atomes, cela n existe pas, on parle de pourcentage de pureté. Ses caractéristiques sont : éclat métallique (reflet) conducteur thermique et électrique structure régulière car cristal, empilement régulier électropositif, tendance à créer des liaisons en perdant des électrons. 1.2 Solidification d un métal pur On verse le liquide dans une lingotière et refroidit pour obtenir un solide. La vitesse du refroidissement va engendrer une structure différente. Lors de la solidification du métal, on constate trois zones définissant les propriétés mécaniques : 1. La première zone sur la périphérie est constituée de grains très petits, cette zone est difficile à casser et refroidit plus rapidement. 2. La seconde zone au milieu est constituée de grains allongés. 3. La troisième zone au centre intérieur est constituée de gros grains, cette zone est facile à casser et a un refroidissement lent. 2

L enthalpie libre de Gibbs G détermine si une transformation peut avoir lieu. OK si G < 0 équilibre si G 0 Pour passer du liquide au solide, il faut retirer de l énergie donc de la chaleur. G = G v 4 3 π r3 } {{ } I + σ} 4{{ π r 2 } II p V } {{ } négligeable < 0 avec G v, la variation d enthalpie volumique et V, le retrait de solidification qui est négligeable. Lors de la solidification, il faut appliquer une tension superficielle σ permettant d empêcher la destruction du germe. Après le rayon critique r c, l enthalpie G est négative et par conséquent, le germe est stable et peut croître. Par contre si r < r c alors l enthalpie libre est positive et il y a destruction du germe. d G dr = 0 = 4 π G v r c 2 + 8 π σ r c r c = 2 σ G v et r c 1 T avec σ, la tension superficielle. À l équilibre, l enthalpie libre volumique tend vers zéro et le rayon critique tend vers l infini. Par conséquent, lorsqu on arrive à T s rien ne se produit. On contine alors à refroidir et on obtient du liquide surfondu, c-à-d du liquide qui devrait être solide. C est donc un degré de sous-refroidissement ou de surfusion T (250 à 300 C). Lorsqu on passe du liquide au solide, il y a dégagement de chaleur et la température revient à T s. Voici, ci-dessous, un germe développé formé de grain. Si on refroidit plus vite, T sera donc plus grand car le système est surpris donc réagit moins vite. 3

Donc r c sera plus petit et il y aura donc des grains plus petits et plus nombreux. Ce qui explique la zone 1 avec des grains tout petits. Pour améliorer la qualité de la solidification et ainsi obtenir des grains de même dimension, il faut y avoir la même vitesse de refroidissement au milieu et au centre en refroidissant grâce à un brassage. 1.2.1 Germination homogène ou spontanée Etude théorique La germination homogène est la germination à partir d un métal pur. Si T est supérieur à 250-300 C alors ce n est pas un métal pur mais un métal avec des impuretés et on parle dans ce cas de germination hétérogène. Les impuretés servent de germes pour que le fer vienne se poser tout autour. Par exemple, en introduisant du silicium (Si), la germination aura lieu plus rapidement et les grains seront plus petits. Croissance des cristaux d un métal pur 1.2.2 Germination hétérogène ou réelle Il y aura un défaut lors du retrait. C est la zone 3 qui subit ce retrait car il ya plus de chance d avoir du liquide. La surface est d abord polie et ensuite plongée dans une solution acide pour mettre en évidence les joints de grain. Il y aura des contraintes et déformations à cause des joints de grain. En traction, la résistance à la rupture sera plus grande pour les germes à petits grains. Donc les joints de grain agissent comme des obstacles au déplacement. Une structure plus fine sera donc plus résistance suivant comment on la prend. Croissance des cristaux métalliques Système cubique La ferrite (F e α ) et le crhome alpha (Cr α ) ont une structure cubique centrée (cc). L austénite (F e γ ), le nickel (Ni), le cuivre (Cu), le cobalt (Co), et l aluminium (Al) ont une structure cubique à faces centrées (CFC). Système hexagonal le magnésium (Mg), le zinc (Zn), et le cadnium (Cd). 1.3 Alliages Un alliage est une solution solide qui a une allure homogène constituée d au moins deux éléments chimiques dont l un des deux est un métal. 4

1.3.1 Alliages de substitution Un atome peut être remplacé par un autre. Il faut trois conditions : 1. Il ne faut pas que le rayon de l atome inséré soit trop grand par rapport à celui substitué. 0.86 r A < r B < 1.14 r A 2. Il faut que l atome de substitution cristallise dans le même système cristallin que l atome substitué pour avoir une bonne homogénéité. 3. Il faut que l atome de substitution forme les mêmes liaisons chimiques que l atome substitué. 1.3.2 Alliages d insertion Un atome (C, N, H) de plus petite dimension est inséré entre les atomes de base. Il faut trois conditions : 1. Il faut que le rayon de l atome inséré soit entre : 2. Cristallisation 3. Liaisons chimiques 1.3.3 Types d alliages 0.41 r A < r B < 0.59 r A Nom de l alliage Liquide Solide a 1 total total a 2 total partiel a 4 total nul b 1 partiel partiel b 2 partiel nul c nul nul Table 1.1 Tableau des alliages L alliage a 2 est partiel pour le solide, il y aura donc un rejet et une séparation lors de la solidification. Pour l alliage b 1, il y aura une seule phase jusqu à un certain pourcentage mais au-délà, il y aura deux phases. 1.4 Diagrammes d équilibre 1.4.1 Généralités On obtient un diagramme d équilibre avec une vitesse de refroidissement v R faible. Soit un alliage binaire A n B m. Au début, le système est hétérogène puisqu on a deux constituants A et B l un en phase solide et l autre en phase liquide. Les paramètres sont : P, V, C liq A, Csol A, Cliq B, Csol B. où Cliq A étant la concentration de A dans le liquide. Il y a quatre paramètres indépendants car si on connaît C liq A, alors on peut connaître Cliq B. Les paramètres restants sont des variables d état ou de contrôle, une fois qu elles sont fixées, les autres ne changent plus. 5

Considérons un système hétérogène comportant ϕ phases et n constituants indépendnts. La variance représente le nombre de variables d état et est donnée par : ν = 2 + (n 1) ϕ (ϕ 1) n } {{ } potentiel chimique µ Le potentiel chimique est le même pour chaque constituant quelque soit la phase : µ liq A = µsol A = µ gaz A Si l alliage se fait à pression atmosphérique : µ = 1 sinon µ = 2. 1.4.2 Diagramme de type a1 Au départ, la température est haute à pression atmosphérique µ = 2. On abaisse la température jusqu à l apparition du solide µ = 1. Il y a saturation en A et par conséquent éjection du solide saturé en A. On continue à refroidir, le liquide et le solide évoluent vers la droite. Par phénomène de diffusion, le solide S 1 va suivre la branche «solidus» et se transformer en solide S 2 en perdant du constituant A et en prenant du B. On dit qu il y a un enrichissement en B. La masse totale de B au départ reste constante car on n en a pas ajouté. m B = m S C S B + m L C L B = (m S + m L ) C B Lors d un refroidissement, les concentrations CB L et CS B augmentent alors que les masses m L et m S diminuent. Or m B = m L tot CB L } {{ } égal au départ = m S tot CB S } {{ } égal après refroidissement On obtient ainsi la règle des segments inverses : m S (C B C S B) = m L (C L B C B ) m L m S = C B C S B C L B C B = C I D I Par analogie, on a : m L m = C I D C 6

En effet : S L mb = (m ml ) CB + m L CB = m CB S L S m (CB CB ) = ml (CB CB ) S ml CI CB CB = = L S m DC CB CB Si on refroidit plus vite, il va y avoir ségrégation microscopique. Il n y aura plus les mêmes concentrations en A et B. Par conséquent, il y aura des propriétés mécaniques différentes. 1.4.3 Diagramme de type a2 Définitions Au départ, liquide à 100% de A. En C liquide saturé en B qui sera rejeté en D. En D, liquide saturé en A qui sera rejeté au point C. mβ0 CI = mα0 + mβ0 CD Le point E est le point eutectique, il y a du liquide saturé en A qui va vouloir rejeter du solide α0 mais également saturé en B qui va vouloir rejeter du solide β0. Il rejette du A mais alors il est sursaturé en B, donc rejette du B et revient au point E puis repasse de l autre côté et est sur-saturé en A et ainsi de suite. On obtient un solide eutectique en alternance A-B. Il y a trois phases puisque αe et βe en solide et ρe en liquide, donc la variance ν est nulle au point eutectique. mβ0 = CF CD et 7 mα0 = FD CD

Alliage hypoeutectique 1.4.4 Diagramme de type a4 1.4.5 Diagramme de type b1 1.4.6 Diagramme de type b2 8

Chapitre 2 Diagramme Fer-Carbone 2.1 Introduction Le fer a trois réseaux cristallins : Le carbone peut se trouver sous deux formes : Structure CFC : Austénite (F e γ ) Carbone graphite (C g r) : diagramme stable Structure CC : Fer sigma (F e σ ) Cémentite (F e 3 C) : diagramme métastable Structure CC : Ferrite (F e α ) À une certaine température, la cémentite va se décomposer durant un palier relativement long. 2.2 Les aciers Les aciers sont des alliages Fer-Carbone avec une teneur en carbone inférieure à 2%. 2.2.1 Acier eutectoïde Acier passant par le point eutectoïde situé à 0.77% de carbone. En A 0, l austénite est saturée en fer et carbone : F e γ F e α + F e 3 C À l état liquide, lorsque la température diminue, il y a apparition de germes d austénite d où la formation d austénite (F e γ ). 9

Au point eutectoïde, on obtient une structure alternée de ferrite (F e α ) et de cémentite (F e 3 C) appelée «perlite». La cémentite donne un aspect dur et cassant tandis que la ferrite un aspect flexible et mou à la struture. L alternance produit une meilleure résistance à la traction grâce aux différentes interfaces. Au point A 1 : % cémentite = %F e 3 C = 0.77 0 6.67 0 2.2.2 Acier hypoeutectoïde et % ferrite = %F e α = 6.67 0.77 6.67 0 Acier passant par un point inférieur au point eutectoïde de 0.77% de carbone. Au point A 3, il y a formation de ferrite (F e α ) qui apparaît aux joints de grain. Tout un réseau de ferrite se crée enrobant la perlite, on parle de matrice de ferrite. La matrice étant constituée de ferrite qui est un constituant tendre et donc facilement étirable, la résistance à la traction de celle-ci est relativement faible et par conséquent la structure est plus déformable. Par exemple, pour un acier hypoeutectoïde à 0.4% de carbone : % ferrite proeutectoïde = 0.77 0.4 0.77 % perlite = 0.4 0.77 = 52% = 48% % cémentite = 0.4 6.67 = 6% Pourcentage total de ferrite, en tenant compte de celle contenue dans la perlite : % ferrite = 6.67 0.4 6.67 = 94% Si la vitesse de refroidissement v R est infiniment lente, on aura de la perlite globulaire qui est plus facilement usiné. Par contre, si la vitesse de refoidissement s accroît, on aura plutôt une structure avec des aiguilles de cémentite. 2.2.3 Acier hypereutectoïde Acier passant par un point supérieur au point eutectoïde de 0.77% de carbone mais en-dessous de 2%. 10

Le point A CM est le point nous indiquant l apparition de cémentite. À la fin, nous obtenons une matrice de cémentite très cassante. La struture possède donc une grande résistance à la traction mais une très faible résistance aux chocs. Un domaine d application de telles structures est, par exemple, les plaquettes de frein qui ont besoin d être dure et résistance à l usure. Si on prend, par exemple, un acier hypereutectoïde à 1% de carbone, les pourcentages en masse à température ambiante sont : % cémentite proeutectoïde = 1 0.77 6.67 0.77 = 3.9% 2.3 Les fontes % perlite = 6.67 1 6.67 0.77 = 96.1% % cémentite totale = 1 0 6.67 0 = 15% % ferrite = 6.67 1 6.67 0 = 85% Les fontes sont des alliages Fer-Carbone caractérisées par un taux en carbone (C) supérieur à 2%. 2.3.1 Fontes blanches Les fontes blanches sont des fontes dont les échantillons ont un aspect blanchâtre due à la présence de cémantite (F e 3 C). Il faut se référer au diagramme métastable qui est un diagramme d équilibre car refroidissement lent. Au point E : L E saturé en C et Fe qu il va rejeter par alternance. L E F e γ + F e 3 C 11

Fontes blanches eutectiques Les fontes blanches eutectique ont une structure en «lédeburite», c-à-d de l austénite (F eγ ) enrobé de cémantite (F e3 C). Au point E : %F e3 C = 4.3 2 6.67 2 et %F eγ = 6.67 4.3 6.67 2 Au point E : F eγ F eα + F e3 C perlite 6.67 4.3 4.3 0.77 40% et %F e3 C = 60% 6.67 0.77 6.67 0.77 La fonte blanche est très cassante mais a une bonne résistance aux chocs thermiques (four). %perlite = %f onte = 6.67 4.3 = 35.5% 6.67 0 et %cémantitetot = Fontes blanches hypoeutectiques 4.3 3 = 56.522% 4.3 2 6.67 3 %perlite = = 62.203% 6.67 0.77 %F eγ proeutectique = Fontes blanches hypereutectiques 12 4.3 = 64.5% 6.67

%lédeburite = 6.67 5 6.67 4.3 = 70.464% %perlite = 6.67 5 6.67 0.77 = 28.305% %F e 3 C tot = 5 0 6.67 0 = 74.963% 2.3.2 Les fontes grises Solidification dans le diagramme stable donc le carbone (C) est sous forme de carbone graphite (C graphite ). Il doit y avoir au minimum 1.2% de silicium (Si) dans les fontes grises (> ± 1.5%) qui favorise la formation du carbone graphite et empêche la formation de perlite F e 3 C. On dit que le silicium est un élément graphitisant et un inhibiteur de cémentite. Il n y aura donc plus de perlite F e 3 C. Il y aura de carbone graphite et de la ferrite (F e α ). La matrice sera faite de ferrite qui est un matériau plus ductile et moins cassant que la fonte blanche. Fontes grises à graphite lamellaires Type A - eutectique saturé en carbone (C) et austénite (F e γ ). Type B -hypereutectique/hypoeutectique On peut avoir une fonte traitée qui possède une matrice à base de ferrite (F e γ ) et de perlite. On passe du diagramme stable au métastable. Cela dépend de la vitesse de refoidissement. Le carbone graphite est très cassant et crée un effet d entaille qui modifie les propriétés mécaniques. Facteur de concentration : F c = b 2 a Fontes grises à graphite sphéroïdales L effet d entaille est pratiquement inexistant. Facteur de concentration : F c = 1 2 13

Pour obtenir des sphères, il faut introduire 0.1 à 0.2% de magnésium (Mg) qui, à la coulée, va retarder l apparition et la formation du carbone graphite. On aura de l austénite solide saturé en carbone qui n en peut plus puis ça split. Il y a une augmentation de la résistance aux chocs et à la rupture. Le fait d avoir des sphères facilite l usinage car l outil de coupe ne butte plus contre les grains. Fontes grises à graphite nodulaires ou malléables Soit une fonte avec ±1% de silicium (Si). Si on refroidit, on aura une fonte blanche. On recuit la fonte blanche jusqu à une température de 900 à 1000 C que l on maintient plus ou moins 40h et la cémentite (F e 3 C) se décompose en F e γ + C gr puis en F e α + C gr. On a obtenu une fonte grise à coeur noir. On peut aussi avoir des nodules à coeur blanc lorsqu on travaille en atmosphère oxydant, c-à-d lorsqu on rajoute des oxydes, il y a décarburation. Ici le recuit est appelé recuit décraburant et graphitisant. On usine les pièces voulues en fonte grise. Elle a la bonne forme mais pas les bonnes propriétés. Alors on la remet dans le four, on fait un recuit décarburant et on revient à une catégorie d acier. 2.4 Récapitulatif La matrice détermine les propriétés mécaniques. La forme des constituants influence aussi les propriétés (effet d entaille, en aiguille,...). La taille des grains : les petits augmentent la résistance à la déformation mais la charge de rupture (σ R ) diminue. σ R [MPa] A [%] Dureté [Hb] F e a lpha 300 35 100 Fontes grises à lamelles 250 0 200 Fontes grises à graphite sphéroïdale 500 12 150 Acier à 0.05% de carbone 550 20 200 Table 2.1 Tableau des alliages 14

Chapitre 3 Analyse métallographique de l acier Soit un échantillon que l on polit de façon parfaite avec du papier émeri de plus en plus fin de manière à avoir une surface parfaitement plane. On passe ensuite l échantillon sur un disque de feutre pour y éliminer la poussière. Si, par exemple, on prend un acier eutectoïde (perlite = ferrite F e α + cémentite F e 3 C) qu on passe au microscope à lumière polarisée perpendiculaire à la surface. Cette lumière va être réfléchie perpendiculairement à la face lorsqu elle atteint la surface parfaitement polie car il n y a pas de rugosité, la face apparaît donc claire. On plonge l échantillon dans un réactif métallographique comme le nital contenant 2 à 3% d acide nitrique. L acide attaque préférentiellement la ferrite (F e α ) plutôt que la cémentite (F e 3 C). On observe une irrégularité appelée déchaussement de certaines parties qui auront disparues suite à l attaque du métal. Au microscope, à cause du déchaussement, la lumière polarisée atteignant la surface sera réfléchie dans toutes les directions. On verra ainsi apparaître des zones sombres là où il y a eu déchaussement. La surface restée intacte sera, quant à elle, plus claire. Si on avait attaqué une structure uniquement faite de ferrite pure ou de cémentite pure, alors on aurait observé, qu après la phase nital, seuls les joints de grains auraient été attaqués et apparaîtraient ainsi plus foncé lors de l observation au microscope. On peut alors observer la forme des joints de grains. Pour pouvoir faire la distinction entre la ferrite et la cémentite, on effectue un test de dureté à l aide d une fine pointe en diamant. En fonction de la trace laissée on détermine lequel des matériaux est le plus tendre. On peut aussi travailler en termes de pourcentage de ferrite et de cémentite afin de pouvoir distinguer les deux. 90% de phase sombre 70% de phase sombre Acier hypoeutectique %C = (0.9 0.77) + (0.1 0.02) = 0.7% } {{ } } {{ } %C = (0.7 0.77) + (0.3 0.02) } {{ } } {{ } perlite ferrite pure perlite ferrite pure Acier hypereutectique %C = (0.9 0.77) = 1.36% %C = (0.7 0.77) } {{ } perlite + (0.1 6.67) } {{ } cémentite pure } {{ } perlite + (0.3 6.67) } {{ } cémentite pure = 0.5% = 2.54% Pour les 70% de phase sombre, on a de la fonte, ça ne peut donc être q un acier hypoeutectique. Une structure en aiguille est plus fragile qu une structure à refroidissement lent. 15

Chapitre 4 Sidérurgie La métallographie est l étude de la structure des métaux ou des alliages pour en tirer des propriétés mécaniques des métaux. La sidérurgie est la technique des fabrications utilisant le fer. 4.1 Phases de fabrication de l acier 4.1.1 Ancienne filière - Filière classique L ancienne filière est la filière classique qui se déroule en six étapes comme suit : a) Minerais de fer + autres éléments b) Préparation (enrichissement) c) Réduction dans un haut-fourneau (désulfuration) obtention de fonte. d) Oxydation dans une aciérie de conversion (déphosphoration) obtention de l acier. e) Affinage f) Laminoire obtention de produits finis. a) Minerais de fer minéral : élément chimique. roche : ensemble de minéraux. minerais : roche dont on peut extraire de manière exploitable du fer (Fe) ou un autre élément chimique. gangue : ensemble des impuretés du minerais. Voici ci-dessous quelques types de minerais de fer : Hématite F e 2 O 3 Hématite hydratée 2 F e 2 O 3.3H 2 O Magnétite F e 3 O 4 Sidérite F eco 3 Sulfure de fer F es b) Préparation La préparation est l enrichissement du fer, c est-à-dire qu il y a une augmentation de la quantité de fer (60%) grâce à l élimination des impuretés et éléments nocifs. La réactivité chimique et la résistance mécanique sont augmentées. Les techniques d enrichissement sont : par aimantation Concassage, broyage, et tamissage, afin d obtenir des fines de minerais qui est de la poudre de minerais pour facilement éliminer les impuretés. Les impuretés peuvent être enlevées avec un aimant gardant le fer dans le bac, mais ne gardant pas les impuretés car non-magnétiques. 16

par hydrogravimétrie On joue avec les masses volumiques de différents composants afin de récupérer uniquement le fer. par flottation Grâce à de l huile minérale enrobant le fer (Fe) et laissant passer les impuretés. Une fois les impuretés enlevées, la fine enrichie est ensuite agglomérée par fusion pâteuse en élévant la température. c) Réduction dans un haut-fourneau En élévant la température du charbon de coke, on obtient du coke car le charbon perd ses parties volatiles. Ensuite on introduit le coke dans le bassin contenant les fines. On insère l aggloméré et le coke dans le gueulard du haut-fourneau par le haut. Comme le coke est plus compact que l aggloméré, on injectele tout de manière inversée, c-à-d le coke au-dessus de l aggloméré pour qu ensuite ça se rétablisse. La fonte et le laitier se séparent par densité. Au niveau des étalages, on injecte de l air chaud pour avoir la combustion avec le coke et ainsi produire du monoxyde de carbone (CO) qui permettra la réaction du minerais. C (coke) + CO 2 2 CO 17

Les réactions de réduction indirecte en raison de la présence de CO et non du coke, sont dans l ordre : 3 F e 2 O 3 + CO 2 F e 3 O 4 + CO 2 F e 3 O 4 + CO 3 F eo + CO 2 F eo + CO F e + CO 2 En bas, les réactions de réduction directe se déroulant dans le bas du haut-fourneau sont : F eo + C F e + CO MnO + C Mn + CO SiO 2 + 2 C Si + 2 CO P 2 O 5 + 5 C 2 P + 5 CO Au haut-fourneau, il y a désulfurisation et le soufre se retrouve dans le laitier qui est constitué d environ 35% de Si, 35% de CaO, 15% de Al 2 O 3, et 10% de MgO. Il est utilisé sur les routes mais aussi pour fabriquer de la laine minérale. En périphérie du fourneau, se trouvent des «cowpers». Les ruchages sont des plaques en céramiques où passent les fumées chaudes. On alterne les cowpers car lorsque le ruchage est chaud, on fait passer de l air qui sera ainsi réchauffé pour être ensuite injecté à l étalage et le CO passe dans le second cowper qui sera à son tour réchauffé. La fonte est constituée de 4% de C, 2% de P, 0.5% de Mn, 0.5% de Si, et 0.03% de S. 1. Les fumées chaudes passent dans le premier cowper et réchauffe le ruchage. 2. Lorsque les plaques en céramiques sont suffisamment chaudes, de l air passe en contre sens pour être réchauffé et injecté à l étalage. 3. Pendant que l air passe dans le premier cowper, les fumées chaudes passent dans le deuxième cowper où se déroule le même processus. 4. Une fois le ruchage chaud, l air passe au travers et est injecté à l étalage pendant que les fumées chaudes sont à nouveau dérivée vers le premier cowper. d) Oxydation dans une aciérie de conversion Les réactions d oxydation se déroulent dans une aciérie de conversion. 18

1. Si + O 2 SiO 2 2. Mn + 1/2 O 2 MnO 3. F e + 1/2 O 2 F eo 4. 2 P + 5/2 O 2 P 2 O 5 Les deux premières réactions dégagent beaucoup de chaleur, ce qui va permettre de garder la fonte liquide. La troisième est la cause de la perte obligatoire d une partie de fer. L ensemble de ces réaction a une durée de ±3/4 d heure, ensuite on retire la scorie et on récupère l acier. e) Affinage L affinage consiste en la réaction entre [O] et [C] qui se trouvent en solution dans le liquide pour donner du CO. Lors de la solidification, il y aura des bulles de CO emprisonnées, par conséquent, la qualité de l acier diminue et on l appelle «acier effervescent». Pour éviter cette diminution de qualité, on injecte de l aluminium (Al) ou du titane (Ti) pour que [O] soit capté par l alumine (Al 2 O 3 ) ou le??? (T io 2 ). On a alors de l «acier calmé». Il faudrait une réaction totale donc un déplacement d équilibre et donc une diminution de la pression. Le mélange introduit est de la fonte ainsi que de la ferraille, de la chaux (CaO) servant à récupérer le P 2 O 5 qui se retrouvera dans la scorie, et du fondant. f) Laminoire L acier est coulé dans des lingotières formant des lingots qui sont ensuite introduits dans une sorte de presse après avoir été réchauffés pour faciliter la mise en forme. Les lingots pressés sont ensuite encore réchauffés avant d être introduits dans un laminoire pour profilés ou pour produits plats. Ces deux laminoires sont très coûteux en énergie et donc plus utilisé en Belgique. Afin d améliorer le rendement et de diminuer les pertes, on peut utiliser la coulée continue. 4.1.2 Nouvelle filière - Filière actuelle La filière contemporaine apparue il y a environ 30 ans se déroule comme suit : 19

a) Ferrailles de recyclage + autres éléments b) Four électrique obtention d acier. c) Coulée continue d) Laminoire Les avantages de la nouvelle filière est le fait qu il n y ait pas de retassure et que la forme est déjà donnée. On a éliminé la chaîne de laminoire. Les inconvénients est l investissement important du au four électrique. Ferrailles électriques La ferraille constitue l ensemble des vieux métaux de hautes valeurs énergétiques récupérés par recyclage. 20