Sidérurgie et métallurgie

La quantité de chaux se calcule à partir de la charge en oxydes acides qui entre dans le laitier, et non à partir de la cible de basicité. Les sources se listent dans l'ordre : silicium de la fonte (chaque 1 % de Si → 21,4 kg SiO₂/t), sable et terre sur les ferrailles, gangue du minerai ou des boulettes, SiO₂ et Al₂O₃ des ferroalliages, MgO issue de l'usure du garnissage. Tant que ce total n'existe pas, une cible B2 n'a aucun sens chiffré.

Le calcul comporte deux étapes. On détermine d'abord la CaO qu'exige la basicité visée (CaO = B2 × ΣSiO₂), puis on divise par le taux de CaO disponible de la chaux. Avec une chaux à 92 %, 68,5 kg de CaO demandent 74,5 kg de produit ; si la CaO disponible a dérivé à 86 %, le même résultat coûte 80 kg. Ces 6 kg d'écart viennent directement du certificat, sans la moindre erreur d'exploitation.

La chaîne commence à la préparation du minerai, pas à l'aciérie. La basicité du mélange d'aggloméré et le fluxage des boulettes se règlent du côté mines et enrichissement des minerais ; un aggloméré à forte basicité abaisse d'emblée la charge d'oxydes acides qui atteint le convertisseur. Limiter le calcul de charge à l'aciérie revient à ignorer la source de basicité la moins chère dont on dispose.

Un certificat se lit dans un ordre précis : CaO disponible d'abord, puis perte au feu, puis soufre, puis réactivité, et granulométrie en dernier. La CaO totale seule induit en erreur ; une chaux surcuite paraît chimiquement propre mais ne se dissout pas dans le laitier et n'apporte rien à la basicité, tout en figurant sur la feuille de charge.

La réactivité se mesure par l'essai d'extinction humide EN 459-2 et s'exprime en t60 : le temps que met une eau à 20 °C pour atteindre 60 °C. Une chaux tendre passe sous les trois minutes ; au-delà de six minutes, elle est surcuite et se dissout tardivement en aciérie. Cet essai lit le réglage du four à chaux, pas la chimie — c'est en général ce qui explique que deux usines se comportent très différemment à CaO identique.

La chimie de la chaux vient de sa matière première. Le profil en SiO₂, Al₂O₃ et soufre du carbonate de calcium naturel alimentant le four détermine le profil d'impuretés de la chaux qui en sort ; un changement de carrière ou de banc annonce un décalage d'analyse. Suivre chaque source plutôt que chaque lot suffit habituellement au contrôle à réception ; mais dès que le séjour en silo dépasse trois à quatre semaines, la perte au feu doit être remesurée.

Le soufre de la fonte de haut fourneau se situe typiquement entre 0,020 et 0,040 %. Le convertisseur étant une enceinte oxydante, il ne peut pas désulfurer efficacement ; l'attendre de lui ne fait qu'augmenter le volume de laitier et la perte en fer. Le soufre s'enlève donc en poche torpille ou en poche de chargement, au brasseur de type KR ou par co-injection.

Une recette classique de co-injection associe 0,4–0,8 kg/t de magnésium à 3–6 kg/t de chaux fine. Le magnésium fait chuter le soufre rapidement ; la chaux fixe le sulfure formé sous une forme stable, empêche la reversion et garde un laitier écrémable. La chaux seule demande 5–10 kg/t et un traitement plus long ; l'arbitrage se fait entre le prix du magnésium et la fenêtre de temps disponible en poche.

La granulométrie est ici décisive : 0–1 mm, d50 de 40 à 100 µm, et un produit qui ne s'agglomère pas en transport pneumatique. Une chaux ayant capté de l'humidité bouche la lance et la conduite ; la chaux d'injection réclame donc son propre silo fermé et sec. Le soufre visé est généralement inférieur à 0,005 %, et à 0,002 % pour les nuances IF et les tubes de conduite.

L'essentiel de la chaux est chargé dans le premier tiers du soufflage. La chaux précoce empêche le laitier primaire acide, né de l'oxydation du silicium, d'attaquer le garnissage ; la chaux chargée tard n'a plus le temps de se dissoudre et reste en îlot solide en fin de soufflage. Le moment du chargement pèse autant sur le résultat que la qualité de la chaux.

La déphosphoration réclame trois conditions simultanées : 15–25 % de FeO dans le laitier, B2 ≥ 3,0 et une température relativement basse. Au-delà de 1650 °C l'équilibre s'inverse et le phosphore repasse du laitier au métal. La température de fin de soufflage n'est donc pas une variable distincte de la cible phosphore : elle en fait directement partie.

Le coefficient de partage du phosphore Lp = (%P)/[%P] s'établit entre 50 et 150 sur un convertisseur bien conduit. S'il est faible, la première question n'est pas la charge de chaux mais la liquidité réelle du laitier. Une chaux non dissoute relève la basicité sur le papier sans prendre le phosphore ; cet écart entre la mesure et la réalité est la vraie raison derrière la plupart des décisions d'augmenter la charge.

La basicité visée au four à arc est plus basse qu'au convertisseur ; B2 se situe typiquement entre 1,8 et 2,4. La raison est physique et non chimique : pour couvrir l'arc, le laitier moussant doit rester à la fois visqueux et fluide. Au-delà de 2,5, le laitier s'assèche, la mousse s'effondre et l'arc se découvre ; charge thermique des panneaux, consommation d'électrodes et bruit montent ensemble.

Ce qui soutient la mousse, ce sont les particules solides de seconde phase présentes dans le laitier. Travailler juste au-dessus de la saturation en MgO (8–14 % de MgO) les génère ; rester sous la saturation affaiblit la mousse et puise la magnésie dans le garnissage. Sur charges DRI/HBI, Al₂O₃ et SiO₂ augmentent toutes deux : il faut alors suivre B4 = (CaO+MgO)/(SiO₂+Al₂O₃), car la seule B2 y donne une lecture systématiquement optimiste.

Les poussières et les gaz sortant du four constituent un autre point de contact pour la chaux. La captation des composants acides en amont du filtre à manches et l'élimination du SO₂ à la cheminée de l'agglomération relèvent du traitement des fumées ; la finesse et la réactivité exigées de ce sorbant forment une spécification totalement différente de celle de la chaux de laitier, et les deux ne partagent pas un silo.

L'entraînement de laitier de convertisseur dans la poche à la coulée est le principal obstacle devant un laitier blanc. Chaque kilogramme de laitier chargé en FeO qui passe est consommé par l'aluminium en poche, alourdit le coût d'alliage et retarde la désulfuration. Obturateurs de laitier, mesure d'épaisseur et coupure anticipée de la coulée comptent ici autant que la qualité de la chaux.

Le laitier blanc se construit dans le système CaO–Al₂O₃–SiO₂, avec FeO+MnO sous 1 % et une basicité de 2,5 à 4,0. Dans ces conditions le coefficient de partage du soufre Ls grimpe à 300–1000, contre 2 à 8 au convertisseur. L'écart provient de l'abaissement de l'activité de l'oxygène, non de la basicité — dans une poche non calmée à l'aluminium, le soufre ne descendra pas, quelle que soit la basicité.

La chaux entrant en poche doit être pauvre en soufre, faible en perte au feu et sèche. Une chaux humide ou hydratée est une source d'hydrogène dans l'acier liquide ; sur fortes épaisseurs, 1 ppm d'hydrogène en plus suffit à accroître le risque de flocons. Les laitiers synthétiques à base d'aluminate de calcium ne remplacent pas la chaux : ils l'accompagnent pour accélérer sa mise en solution.

La vie d'un garnissage MgO-C dépend largement de la saturation du laitier en MgO. Un laitier non saturé dissout le garnissage ; un laitier saturé laisse une couche protectrice à sa surface. Porter la MgO du laitier de 6 % à 10 % sur le même four produit un écart visible de consommation de réfractaire par coulée, sans toucher à la formulation des briques.

Au convertisseur, ce principe devient la pratique de projection de laitier : le laitier restant après coulée est épaissi à la chaux dolomitique puis projeté sur la paroi par un soufflage d'azote, où il se fige. Une projection bien menée fait passer la campagne du convertisseur de quelques milliers de coulées à plusieurs dizaines de milliers ; les variables critiques sont les teneurs en MgO et en FeO du laitier résiduel et la durée de soufflage.

Mais monter la MgO sans limite ne fonctionne pas davantage. Très au-dessus de la saturation, le laitier devient visqueux, le brassage métal-laitier se dégrade pendant le soufflage, la déphosphoration chute et les problèmes de rétention de laitier commencent. La bonne pratique consiste à rester juste au-dessus de la courbe de saturation et à déplacer la cible quand la température et le FeO bougent — une cible MgO figée est aussi trompeuse qu'une dose de chaux figée.

Le laitier d'aciérie n'est pas un déchet mais un produit à gérer. Comme la CaO et la MgO libres du laitier de convertisseur s'hydratent et gonflent au contact de l'eau, ce laitier doit être vieilli trois à six mois ou stabilisé à la vapeur avant tout emploi en assise de chaussée ou en béton. Sauter cette étape, c'est voir le matériau posé comme granulat gonfler des mois plus tard et soulever la structure au-dessus.

Le laitier granulé de haut fourneau, une fois broyé, est un liant qui se substitue au ciment et crée directement de la valeur côté matériaux de construction. Le laitier de convertisseur ne peut pas suivre la même voie à cause de sa chaux libre ; les regrouper sous une même ligne est faux techniquement et commercialement, et masque dans la plupart des usines la moitié de la valeur récupérable.

Les effluents acides des lignes de décapage, la purge des circuits de refroidissement et les boues de calamine sont neutralisés à la chaux côté traitement des eaux et des eaux usées ; le produit employé n'y est pas la chaux d'aciérie mais un hydrate directement dosable. Si vous souhaitez construire un bilan chaux à partir de vos propres analyses de laitier et de vos relevés de charge, la page contact vous permet de nous joindre.