Elaboration de l'acier

La Métallurgie Conventionnelle


                  3 Opérations fondamentales

-          L’Elaboration : Destinée à produire la nuance d’acier désirée

-          La Coulée : La coulée de l’acier à l’état liquide est suivie de la solidification du métal

-          La mise en forme : se fait par laminage à chaud ou à froid et aboutit à la production de produits plats (tôles) ou long (profilés, barres)

 

 


Le fer est extrait du minerai dans un haut fourneau à l’aide d’un combustible, le coke

Minerai et coke solide sont enfournés par le haut. L’air chaud (I 2000C) insufflé à la base provoque la combustion du coke. L’oxyde de carbone ainsi formé va réduire les oxydes de fer, c’est-à-dire leur prendre leur oxygène et, ainsi, isoler le fer. La chaleur dégagée par la combustion fait fondre fer et gangue (en une masse liquide) où la gangue, de densité moindre, flotte sur un mélange à base de fer: la fonte.

 

 Le carbone et les résidus de la fonte sont éliminés à l’aciérie par soufflage d’oxygène

La fonte liquide est versée dans un convertisseur avec de l’acier usagé qui fait fonction de matière complémentaire, c’est le point d’entrée du recyclage. Parmi ces ferrailles, on compte chaque année 200 millions de boîtes acier qui reviennent, après usage, dans le cycle de fabrication. A l’issue de l’aciérie à oxygène, on obtient du fer presque pur à l’état liquide, c’est "l’acier sauvage".

 

  Le métal est complètement purifié

Sa composition chimique est affinée au moyen d’additifs utiles au bon déroulement des futures opérations de transformation et aux propriétés voulues par l’acier : aluminium et manganèse.

 

  L’acier liquide est ensuite transformé en ébauches solides, "les brames"

Cette opération se déroule à l’aciérie dans la machine de coulée continue : l’acier liquide est versé dans des moules rectangulaires, d’où il sort en continu, ayant formé une peau solide. Il arrive au bas de l’installation, solidifié à cœur, sous la forme d’un épais ruban d’acier immédiatement tronçonné aux longueurs voulues.

 

  Les brames sont transformées en fines bandes de tôle

Dirigées vers le laminoir à chaud, elles sont réchauffées à I 2000C et amincies par écrasements successifs entre des cylindres. Au final, l’épaisseur de la bande d’acier est de 1,2 à 5 mm, soit 200 fois moins épaisse que la brame .Un second laminage, à froid cette fois-ci, est réalisé pour mettre l’acier à l’épaisseur voulue par le client. De nouveau écrasé et étiré, son épaisseur est encore divisée par 10 et peut atteindre jusqu’à 0,09 mm dans le cas de l’acier pour emballage !

 

  Le recuit de la bande de tôle

Un traitement thermique à 8000C va rendre au métal, durci par le laminage à froid, toute sa malléabilité et le rendre ainsi apte à la mise en forme (emboutissage, roulage, estampage).

 

 

  L’étamage


Pour devenir métal de l’emballage, l’acier va subir une ultime opération : pour protéger l’acier de l’oxydation, la bande est revêtue en continu d’une fine couche d’étain* par un procédé d’électrodéposition. L’étain donne à l’acier, telle une feuille de papier glacé, une imprimabilité exceptionnelle.
Depuis toujours. l’étain est utilisé dans l’alimentaire, par exemple pour la
 fabrication d’articles de 
vaisselle.

 

Composition et types de charbons

Le charbon est constitué de 78 p. 100 de carbone, 7,3 p. 100 de cendres, 6,4 p. 100 d'oxygène, 5 p. 100 d'hydrogène, 1,4 p. 100 d'azote, 1,2 p. 100 d'humidité et de 0,7 p. 100 de soufre.

On classe le charbon en différents types selon leur teneur en carbone.

Houille

Ce terme général désigne différentes variétés de charbon. La houille est riche en charbon!; sa teneur en cendres et en matières volatiles dépend des gisements. Selon la teneur en matière volatile et le gonflement, on distingue notamment : les charbons anthracites (gonflement nul!; indice de matières volatiles (IMV) <!10), les charbons à coke (gonflement <!7!; IMV de 20 à 40 p. 100).

Graphite

Il s'agit du carbone naturel cristallisé. On le trouve sous la forme de paillettes, ou finement divisé lorsqu'il est amorphe. On peut obtenir du graphite à partir du charbon ou du coke de pétrole. On l'utilise dans la production des aciers spéciaux, des lubrifiants, des piles.

Coke

On le prépare en calcinant la houille à plus de 1 000!°C (cokéfaction). Il ne possède pas de matière volatile, brûle sans fumée ni odeur. De pouvoir calorifique élevé, on l'emploie dans les hauts fourneaux.

 

La métallurgie des poudres


Généralités

La métallurgie des poudres est une partie de la métallurgie traitant de la production des poudres de métaux ou d’alliages ainsi que de la  fabrication de produits de ces poudres par application de procédés de mise en forme et de frittage

-          La poudre est un ensemble de particules dont les dimensions sont inférieures à 1mm

-          Le formage est un terme général recouvrant tous les procédés de transformation d’une poudre en un comprimé de forme déterminée

-          Le frittage est le traitement thermique d’une poudre ou d’un comprimé, effectué à une température inférieure au point de fusion du constituant principal, dans le but d’accroitre sa résistance mécanique

-          La métallurgie des poudres est différente des techniques métallurgiques conventionnelles parce qu’elle n’implique jamais la fusion complète des poudres mises en œuvre

 

Elaboration des poudres

La taille des particules, leur forme, leur pureté, leur état de surface sont des paramètres très importants pour la réussite des opérations de formage et de frittage ultérieures.

Diverses techniques permettent d’élaborer les poudres, parmi lesquelles on peut distinguer les méthodes chimiques, électrolytiques, mécaniques et par atomisation.

 

Les plus courantes sont :

-          Méthodes mécaniques

Elles utilisent le broyage à sec ou en milieu humide .Toutes sortes de poudres peuvent être obtenues : fer, cuivre, nickel, chrome, cobalt mais aussi des mélanges très homogènes de poudres de nature différente.


-          Méthodes par atomisations

Elles consistent à « désintégrer » un écoulement de métal ou d’alliage à l’état liquide surchauffé en de très fines gouttelettes qui se solidifient ensuite sous forme de poudre de diverses granulométries.

Les méthodes les plus courantes utilisent l’atomisation par jets de gaz ou d’eau à grande vitesse sous pression.

 

Mise en forme

 

Une poudre ne peut pas être mise en forme sans consolidation. Dans le compactage à froid, la consolidation a lieu dans un moule ou une matrice sous pression plus ou moins importante. Elle permet la réalisation de pièces pratiquement aux cotes finales, ce qui est un des intérêts principaux de la métallurgie des poudres.

Cette étape est suivie de l’opération de frittage.

 

Dans le compactage à chaud, la consolidation a lieu sous pression à chaud ; frittage et mise en forme ont lieu simultanément.

 

Mécanisme du frittage

 

Le traitement thermique de frittage entraine trois processus qui interviennent simultanément :

 

-          La soudure entre les particules

-          La recristallisation

-          L’élimination plus ou moins importante de la porosité, conduisant à une densité très proche de la valeur théorique




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