Guide complet des hauts fourneaux : définition, composants et maintenance

Dans la sidérurgie, l'équipement de base est le haut fourneau, qui contient généralement les matériaux composites pour produire un type de métal spécifique. Aujourd'hui, vous découvrirez la définition, les composants, le schéma et la maintenance d'un haut fourneau. Vous apprendrez aussi le terme « four à vent chaud » (blast stove).

Qu'est-ce qu'un haut fourneau ?

Un haut fourneau est un four métallurgique utilisé pour la réduction du minerai afin de produire des métaux industriels, généralement de la fonte, mais aussi du plomb ou du cuivre. « Haut » fait référence à l'air de combustion « forcé » ou fourni au-dessus de la pression atmosphérique.

Les composants d'un haut fourneau incluent : la charge, la sortie des gaz d'échappement, les cloches de chargement, la sortie de gaz, les tuyères, la gueulée, le tuyau de buste, le trou à laitier, le revêtement réfractaire et le système de convoyage.

Fonctionnement d'un haut fourneau

Un haut fourneau typique mesure environ 30 m de haut et 10 m de diamètre à son point le plus large, bien que certains fours modernes soient encore plus grands. La cuve est en plaques d'acier épaisses avec un revêtement très épais en briques réfractaires, refroidi à l'eau autour de la zone de fusion (ou « bosse ») pour éviter les dommages dus aux températures extrêmes. Un léger élargissement vers la base permet l'expansion de la charge en descendant, et au niveau de la bosse, le diamètre diminue où la fusion commence et le volume de la charge diminue.

Entourant la bosse, le tuyau de buste distribue l'air chaud du vent à dix ou plus buses ou tuyères (prononcé « tweers ») espacées régulièrement autour du fourneau. Les tuyères, gainées d'eau pour le refroidissement, mesurent chacune 125 à 175 mm de diamètre et injectent le puissant et très chaud vent au centre du fourneau, faisant brûler le coke violemment. Ce tirage forcé entraîne les gaz chauds vers le haut de la colonne, par la prise, et dans le descente. Ils passent par l'usine d'épuration des gaz puis vers les gazomètres, prêts pour le four à vent chaud qui chauffe l'air pour les fours.

Regardez la vidéo ci-dessous pour en savoir plus sur le fonctionnement d'un haut fourneau :

Le niveau de charge doit être maintenu dans le fourneau et à intervalles réguliers, des charges pesées de minerai, coke et calcaire (et parfois ferraille) sont ajoutées. Les matières premières sont montées en bennes qui se déchargent dans une trémie tournante, qui répartit la charge uniformément, puis elle entre dans le fourneau par un mécanisme à double cloche. Ce mécanisme est nécessaire pour assurer l'étanchéité au gaz, car le haut fourneau ne peut être arrêté à aucun moment durant sa longue période d'exploitation.

Four à vent chaud (Blast Stove)

Chaque haut fourneau est généralement équipé de trois fours à vent qui brûlent le gaz de fourneau pour chauffer l'air du vent. Chacun est presque aussi haut que le haut fourneau, jusqu'à 7-8 m de diamètre. À l'intérieur, un nid d'abeilles en briques réfractaires et une chambre de combustion où le gaz s'enflamme, la flamme traversant le nid d'abeilles et le chauffant sur le chemin vers le registre de cheminée. Ce dernier est fermé et le four est mis « sur vent » : l'air du vent, entraîné par de puissants turbosoufflantes, traverse et absorbe la chaleur stockée. La température de l'air atteint 650 à 800 °C.

Généralement, deux fours sont « au gaz » (en chauffe) tandis que le troisième est « sur vent ». Quand celui-ci refroidit, il repasse au gaz, et un autre passe sur le vent, les trois étant utilisés en rotation.

Maintenance du haut fourneau

Les hauts fourneaux fonctionnent jour et nuit pendant plusieurs années. Le revêtement en briques peut commencer à s'effriter, imposant un arrêt pour maintenance. L'exploitation est surveillée en continu : températures et durées sont vérifiées et enregistrées.

La composition chimique des minerais de fer reçus de diverses mines est analysée, et les minerais sont mélangés avec d'autres minerais pour obtenir la charge désirée. Des prélèvements sont effectués à chaque coulée pour vérifier la composition chimique et les propriétés mécaniques (résistance, dureté). Ces contrôles servent d'assurance qualité du haut fourneau.

Ceci conclut cet article où la définition, le fonctionnement, les composants, le schéma et la maintenance du haut fourneau ont été expliqués. J'espère que vous en avez beaucoup appris. Si oui, partagez avec d'autres étudiants. Merci de votre lecture, à la prochaine !