[TUTO] Réduction du minerai de fer par procédé direct (bas fourneau)

[Thanos]

Comme promis il ya quelques temps, un petit topo sur la réductions du minerai de fer en bas fourneau (procédé direct).

Pourquoi direct ? Parce que l'on va avoir directement du fer (et quelque partie aciérées) en sortie de fourneau contrairement au procédé indirect en haut fourneau ou l'on obtient d'abord de la fonte que l'on va décarburer pour obtenir du fer (affinage). Le fer n'existe quasiment pas à l'état natif, on le trouve la plupart du temps sous forme d'oxydes.

Commençons par le commencement, qu'est ce que la réduction ?

La réduction est un phénomène physico-chimique, le charbon brulé dans le BF en atmosphère réductrice va produire du monoxyde de carbone CO qui va venir réagir avec l'oxygène contenu par les oxydes (FE2O3, FE3O4 etc...) pour former du CO2 et petit a petit de laisser que du fer métal FE. Cette réaction se fait à haute température (aux alentours de 1400°)


(image cliquable)

Il existe deux grands types de BF :


- A scorie piégée; où le creuset est profondément creusé dans le sol ce qui implique de devoir casser le fourneau pour obtenir la loupe qui repose sur la scorie.

- A scorie écoulée; où la loupe est récupéré via une porte d'où c'est échappé la scorie durant la réduction qui est donc réutilisable.

Ci dessous quelques photo de la toute première réduction réalisée dans le cadre du Master d'un camarade, ce fut la moins reussi de toutes mais comme de bien entendu je n'ai que ces photo actuellement sur mon disque  

Préchauffage :



Ensuite, on ferme la porte et on remplit ras la gueule de charbon et on lance la soufflerie :



Puis débute le cycle des chargements lorsque le niveau de charbon commence à descendre, d'abord le charbon puis le minerai :

[Thanos]

Petit à petit, la loupe commence a se former près de la tuyère :



Quand tout est consommé, on ouvre la porte :



On sort la loupe :





Et on tente de la compacter (sur la photo elle est déjà bien trop froide mais c'était pour illustrer) :



Voila en gros comment cela se passe.

Alors vous entendrez souvent chez nos amis suisse "laitier" pour "scorie", en France on garde "laitier" pour les déchets de réduction en haut fourneau

[Thanos]

Pour aller plus loin :

M. Mangin, « Le Fer ». 2004 Errance, col Archéologiques, Paris  <=== LE manuel sur l'archeologie et la métallurgie du fer aux époques anciennes.


http://www.futura-sciences.com/fr/comprendre/dossiers/doc/t/chimie/d/le-fer-tombe-le-masque_565/c3/221/p4/  <== Un expé très bien expliquée.


http://www.michael-sabatier.com/four.html <=== le site de M. Sabatier que la plupart d'entre vous connait.

[mad]

Très chouette!
J'ai vu faire ça en Afrique, et ça me tentait d'essayer, mais je n'ai jamais pris le temps (les gens qui disent "je n'ai jamais EU le temps" me font vraiment marrer  ).
Par contre, je pense que je ferais le bas fourneau en terre et pas en pierre, comme sur le schéma, pas comme sur les photos - ou alors y avait-il un gainage en terre?

[stefalive]

superbe fotos,
merci

[Thanos]

Très chouette!
J'ai vu faire ça en Afrique, et ça me tentait d'essayer, mais je n'ai jamais pris le temps (les gens qui disent "je n'ai jamais EU le temps" me font vraiment marrer  ).
Par contre, je pense que je ferais le bas fourneau en terre et pas en pierre, comme sur le schéma, pas comme sur les photos - ou alors y avait-il un gainage en terre?

Oui il y a un enduit en limon sinon les pierres se transforment en chaux à cette T° (enfin pour les pierres calcaires !).

Sinon pas la peine de s'embêter à faire un BF si on veut juste grapper du métal de recup', une simple structure creusée dans le sol avec un bon système d'air suffis puisque le fer est deja à l'état de métal !

[Salix]

Si j'ai bien compris tu ajoute le minerai (sous quelle forme ? en poudre ?) apres que le charbon ai brulé, direct dans le feu comme ca ?

Tu obtient quelle rendement ?

[Thanos]

Le minerai est concassé donc ca fait de gros granulés en somme !

Le charbon et le minerai sont ajoutés quasiment ensembles mais le minerai "sur" le charbon à chaque cycle de chargement. Tu recommences à chaque fois que ton fourneau à bien consommé sa charge charbon+minerai précédente. Au début charbon et minerai forment un monticules à la bouche puis ils descendent doucement au fur et a mlesure que la charge précédente se réduit. Tu sais que ta charge de minerai atteint la "zone de réduction" quand la flamme a la bouche augmente (apport d'oxygène).

Le rendement dépend en grande partie de ton minerai, plus celui ci sera riche en oxydes de fer plus tu auras de métal et moins tu auras de scorie. 

[Tumiza]

Tu ne fait pas de traitement pour le minerais? la seul fois ou je l'ai fait on l'as reduit en poudre et griller sur un feu.

[Thanos]

Tu ne fait pas de traitement pour le minerais? la seul fois ou je l'ai fait on l'as reduit en poudre et griller sur un feu.

Oui cela fait parti du concassage ! J'aurais du le détailler 

[Yan]

Merci c'est très interessant.

Une petite question: à chaque fois tu rajoutes charbon + minerai par dessus?

[Thanos]

Merci c'est très interessant.

Une petite question: à chaque fois tu rajoutes charbon + minerai par dessus?

Voila c'est bien cela, à chaque cycle de chargement  
En gros quand ça consomme bien on fait un cycle toutes les 3/4 minutes, mais c'est variable d'un fourneau à l'autre.

[guillaume]

Génial !

Qu'as-tu utilisé comme minerai de base stp (si tu as la formule chimique...)

Merci d'avance .

a+

[Thanos]

Salve ! De l'hématite Fe2O3 et de la goethite FeOOH 

[DIY]

Un article sur un bas fourneau, à Sainte Hermine en vendée

http://gvep.fr/publi...ard_2004-40.pdf

[Thanos]

ahah la réponse qui tue : ca dépend de ton minerai

Mais il ne sera jamais homogène comme un acier moderne , c'est certain !

[Madudu]

Je suis impressionné ! C'est le genre de chose que je croyais être trop complexe pour être fait sans technologies modernes.

Une fois la loupe compacté, ça donne du fer mélangé à du carbone ou juste du fer ? Si il reste du carbone comment fait-on pour purifier le fer ? C'est envisageable de collecter soi-même le minerai ?

[Tumiza]

euhhhhhhh le principe c'est d'avoir une assez bonne teneur en carbone pour avoir de l'acier, au dessus de 2 pourcent c'est de la fonte, en dessous de l'acier
un acier non allié contenant environ 1 pourcent de C est deja conciderer comme dur

[Madudu]

Mais les gros morceaux de charbons noirs on en fait quoi ? Il doit bien y en avoir quelques fragments dans la loupe compactée, non ?

[Thanos]

Soit tu la martèles, l'étires et la replies jusqu'à se que les impuretés soient enlevées, soit tu la grappes dans une structure

[Madudu]

[...] soit tu la grappes dans une structure

Tu peux expliquer ?
Grapper ? Structure ?

[François]

On ne se rend pas compte quand on voit un banal morceau d'acier brut, de ce qu'ils représente d'expérience accumulée au cours des millénaires, de compétence et de travail. Quand on met le fer au feu pour fabriquer une lame, c'est la touche finale d'un processus qu'une vie entière ne suffirait pas à réinventer.

[Thanos]

Un structure c'est juste un truc que tu fabriques, pour grapper tu la fais idéalement en creux dans le sol, tu lui donnes les dimensions grossières de ce que tu veux en sortie de grappage.

Le grappage c'est le fait de regrouper plusieurs morceaux de fer/acier et de les faire monter a très haute température pour qu'ils se regroupent en somme. Sa marche avec du métal de récup' et tu peux aussi utiliser cette méthode pour compacter ta loupe et éliminer les plus grosses impuretés.

[François]

La particularité du wootz venait du minerai utilisé, qui en faisait un acier chrome vanadium naturel.
(opinion de mineur, donc un peu biaisé, peut être )

[Thanos]

Le wootz, c'est un minerai bien particulier, traité de façon bien particulière, réduit puis grappé dans un creuset hermétique avec des cendres de plantes locales contenant des éléments trace que l'on ne trouve pas ailleurs du fait de la nature du sol ^^