Convertisseur (métallurgie)

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vue en coupe d'un convertisseur
Premier prototype de convertisseur de Bessemer. S'il n'a pas encore sa forme caractéristique en cornue, ce type de convertisseur vertical a été exploité industriellement en Suède au milieu du XIXe siècle[1].

Un convertisseur est un four servant de réacteur chimique pour une opération d'affinage des métaux en fusion.

Apparition du convertisseur[modifier | modifier le code]

Le convertisseur apparaît avec l'invention du procédé Bessemer. Jusqu'ici l'affinage de la fonte en acier se faisait à l'état solide (fabrication d'acier naturel, puddlageetc.), mais le four-réacteur inventé par Henry Bessemer est si différent des procédés connus jusqu'ici qu'un nouveau terme apparaît pour le désigner. Par extension, tous les appareils d'affinage des métaux en fusion qui en dérivent prennent le même nom. Les fours d'affinage du procédé Martin-Siemens sont d'un principe très différent, mais comme leur fonction est la même, ils ont pris -dans la langue française- le même nom.

On distingue deux types de convertisseurs :

Part des différents procédés d'élaboration dans la production mondiale de l'acier (hors inox).

Évolutions[modifier | modifier le code]

Sidérurgie[modifier | modifier le code]

Ces deux technologies ont coexisté jusqu'à l'avènement des convertisseurs fonctionnant à l'oxygène pur, qui sont une amélioration des cornues Bessemer-Thomas. Quant au four Martin-Siemens, dont la polyvalence lui permet d'affiner la fonte comme de recycler les ferrailles, il a été remplacé par le four à arc électrique, exclusivement destiné au recyclage de ferrailles. On recense actuellement :

  • les convertisseurs à soufflage par le bas, au moyen de tuyères métalliques refroidies grâce au craquage d'hydrocarbures. Ce procédé, efficace mais très difficile à maîtriser, est en cours de disparition ;
  • les convertisseurs à soufflage latéral, comme les fours Kaldo, où le brassage de l'acier liquide est assuré par la rotation de la cornue, imitant la cinématique d'une bétonnière. Cette solution a disparu pour des raisons économiques, le coût de renouvellement des réfractaires, soumis à des chocs thermiques répétés, étant prohibitif ;
  • les convertisseurs à soufflage par le haut, au moyen d'une lance. Ces convertisseurs s'inspirent tous du type LD (Linz-Donawitz), développé en 1952 par Voestalpine. Le brassage du métal liquide est assuré par la réaction chimique elle-même ;
  • le type AOD (Argon Oxygen Decarburization) qui est une variante du LD, destiné à l'élaboration des aciers inoxydables. Dans ce convertisseur, l'oxygène est dilué dans de l'argon en proportion variable.
Comparatif entre différents fonctionnements typiques de convertisseurs en 1971[2].
Matières consommées par tonne d'acier produite (en kg) Énergies
Procédé Fonte brute Ferraille Additions diverses
(laitier et métal)
Mise au mille Combustible (MJ/t) Oxygène (m³/t)
Liquide Solide Acier Fonte moulée
Procédé Martin-Siemens Acide 182 848 47 85 1 162 6 200
Basique 493 93 492 32 185 1 299 4 280
Convertisseurs à l'oxygène Kaldo 583 11 425 137 127 1 283 65
LD 838 12 282 4 316 1 252 57
Rotor 840 160 (minerai de fer) NC NC 72,5
Four à arc électrique 19 32 1 002 23 105 1 181 1 283 (485 KWh) 4

Métallurgie extractive des métaux non ferreux[modifier | modifier le code]

Le convertisseur Manhès-David, est développé dans les années 1870 par l'industriel français Pierre Manhès et son ingénieur Paul David, pour affiner les mattes de cuivre. Inspiré du convertisseur Bessemer, il consiste en l'utilisation d'un convertisseur Bessemer pour oxyder avec de l'air les éléments chimiques indésirables (essentiellement le fer et le soufre) contenus dans la matte afin de la transformer en cuivre. L'adaptation la plus notable consiste en des tuyères latérales, puis en une forme de cylindre horizontal. En 1905, les américains William H. Peirce et Elias Anton Cappelen Smith augmentent significativement ces performances en changeant son revêtement réfractaire. Au début du XXIe siècle les convertisseurs Peirce-Smith interviennent dans 90 % de l'extraction du cuivre, et dans 60 % de l'extraction du nickel.

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. (en) Hilary Bauerman, F.G.S (ill. J. B. Jordan), A treatise of the Metallurgy of Iron, Londres, Crosby Lockwood and Son, coll. « Weale's scientific & technical series / Mining and metallurgy », , 6e éd. (1re éd. 1868) (lire en ligne), p. 436
  2. (en) Colin J. Smithells, Metals Reference Book, Butterworths, , 1582 p. (ISBN 0408706279, lire en ligne), p. 1432 ; 1434

Voir également[modifier | modifier le code]

Articles connexes[modifier | modifier le code]

Généralités :

En sidérurgie :

Dans la métallurgie extractive des métaux non ferreux :

Liens externes[modifier | modifier le code]