Enrichissement en oxygène en sidérurgie et en fonderie

Convertisseur à l’oxygène

Le document de référence sur les meilleures techniques disponibles (BREF) de l’UE pour la production sidérurgique, publié en 2013, décrit le convertisseur LD comme un réacteur en forme de poire, revêtu de réfractaire, dans lequel on descend une lance à oxygène refroidie à l’eau ; par cette lance, de l’oxygène pur (plus de 99 %) provenant d’une unité de séparation de l’air est soufflé sur la fonte liquide. Un cycle comprend le chargement de la ferraille et de la fonte liquide, le soufflage d’oxygène, l’échantillonnage et la mesure de température, et la coulée, et le document indique que les aciéries modernes produisent jusqu’à 380 tonnes d’acier en un cycle de 30 à 40 minutes.

Four à arc électrique et haut fourneau

Pour les fours à arc électrique, le même BREF indique que les lances à oxygène et les brûleurs oxy-combustible sont de plus en plus utilisés pour faciliter les premières phases de la fusion. L’oxygène injecté avec du carbone granulé produit un laitier moussant ; l’oxygène décarbure aussi le bain et élimine des éléments indésirables comme le phosphore et le silicium ; et l’oxygène injecté dans le haut du four réagit avec le CO et les hydrocarbures (post-combustion).

Au haut fourneau, le BREF décrit un vent chaud enrichi en oxygène, injecté au niveau des tuyères avec des agents réducteurs auxiliaires, et rapporte l’enrichissement en oxygène du vent chaud et l’injection de charbon avec oxygène aux tuyères dans des hauts fourneaux de l’UE.

Cubilots de fonderie

Le BREF de 2024 sur les forges et fonderies décrit l’enrichissement en oxygène de l’air de combustion du cubilot, réalisé directement dans le vent, par injection dans le lit de coke ou par les tuyères. Dans le cubilot à vent froid, il donne une température de combustion du coke plus élevée et, par rapport au fonctionnement normal, son utilisation continue permet l’une de ces améliorations : une température de métal plus élevée pour la même consommation de coke, une consommation de coke plus faible pour une température de métal donnée, ou une production accrue d’un cubilot existant grâce à une vitesse de fusion plus élevée.

• Teneur en oxygène, pour les cubilots à vent froid : le mélange d’air oxydant contient en général de 22 % à 25 % d’oxygène, soit un enrichissement de 1 % à 4 %.
• Hausse attendue de la température de coulée pour une charge de coke donnée, par rapport au fonctionnement classique à vent froid avec une rangée de tuyères : 15 °C avec l’enrichissement du vent, 85 °C avec l’injection dans le lit de coke (le creuset) et 40 °C avec l’injection aux tuyères.
• Cubilots à vent divisé : la vitesse de fusion augmente d’environ 6,8 % et la température de coulée d’environ 20 °C par tranche de 1 % d’enrichissement direct en oxygène.
• Pratique : presque tous les cubilots européens à vent chaud injectent de l’oxygène par les tuyères, et pour les cubilots à vent froid, le BREF indique que l’enrichissement en oxygène peut être considéré comme la technique standard.

Le BREF ajoute que l’intérêt économique de l’oxygène doit être établi au cas par cas.

Brûleurs oxy-combustible

Dans l’oxycombustion, l’air de combustion est remplacé en tout ou en partie par de l’oxygène pur. Le BREF de 2024 sur les fonderies indique que l’oxycombustion totale peut permettre des économies d’énergie allant jusqu’à 50 % et réduire le volume des gaz d’échappement jusqu’à 72 %. Il décrit aussi une fonderie allemande équipée d’un cubilot à vent chaud de 24 t/h où six brûleurs oxy-combustible ont augmenté la vitesse de fusion de 20 % et réduit la consommation de coke de 6 %, d’après des résultats à long terme.

ULTRAOX VSA et fours industriels

Le catalogue Industrial 2026 d’Ultra Controlo compte la métallurgie parmi les plus de 40 industries que servent ses systèmes d’air comprimé, de gaz et de vide. L’ULTRAOX VSA, la centrale d’oxygène industrielle d’Ultra Controlo, cite les fours industriels parmi ses applications. Elle délivre de l’oxygène de 75 % à 95 % à 50 kPa, avec un surpresseur d’oxygène supplémentaire sur demande pour des pressions plus élevées, et ses sept modèles délivrent de 18 à 240 m³/h à 93 % d’oxygène. Cette plage de pureté est inférieure à l’oxygène à plus de 99 % que le BREF sidérurgie décrit pour le convertisseur LD ; voir générateurs d’oxygène industriels.