page d'accueil>Nouvelles de la machinerie et de l'équipement > New technologies could cut the cost of steel production

New technologies could cut the cost of steel production

Henry Bessemer était un inventeur britannique qui était réputé pour avoir développé une méthode de production en série de l'acier. Dans les années 1850, les convertisseurs inventés par Henry ont fait sauter l'air à travers le fer fondu pour éliminer les impuretés, faisant de l'acier le matériau de la révolution industrielle. Bessemer savait que ce n'était que le début et en 1865 déposé un brevet pour couler des bandes d'acier directement, par opposition à de gros lingots qui seraient ensuite largement réchauffés et façonnés par de grandes machines à rouler.
L'idée de Bessemer était de verser de l'acier fondu entre deux cylindres refroidis à l'eau tournant en sens inverse qui, comme un mangle, presseraient le métal dans une feuille. C'était une idée élégante qui, à force d'avoir moins d'étapes, permettrait d'économiser du temps et de l'argent. Pourtant, il était difficile de partir. Les efforts pour commercialiser le processus ont été abandonnés.
C'était jusqu'à maintenant. Grâce aux progrès de la technologie de production et de la science des matériaux, principalement dans le domaine de l'acier de haute technologie, la philosophie commence à être utilisée avec succès. Si la technologie commence à être utilisée à grande échelle, elle peut réduire la consommation d'énergie de 80%. D'autres économies sur les coûts d'exploitation et d'investissement sont également possibles. Si le nouveau procédé s'avère viable, la sidérurgie pourrait à nouveau être transformée.

Henry Bessemer was a British inventor whom was famed for developing a method to mass-produce steel. In the 1850’s the converters invented by Henry blasted air through molten iron to dismiss of impurities, making steel the commonly used material of the industrial revolution. Bessemer knew this was just the start though and in 1865 filed for a patent to cast strips of steel directly, as opposed to large ingots which would then be expansively reheated and shaped by large rolling machines. 

Bessemer’s idea was to pour molten steel in between two counter-rotating water-cooled rollers which, like a mangle, would squeeze the metal into a sheet. It was an elegant idea that, by dint of having fewer steps, would save time and money. Yet it was tricky to pull off. Efforts to commercialise the process were abandoned.

That was until now. Through progress in production technology and materials science, mainly in the field of high-tech steel, the philosophy is starting to be utilized successfully. If the technology begins to be used on a large scale, it has the potential to cut energy consumption by as much as 80%. Other savings in operating and capital costs are also possible. If the new process proves to be viable, steelmaking could once again be transformed.



 Les sidérurgistes ont toujours été inquiets de l'introduction de nouvelles technologies. Ce n'est qu'en 1960 que l'industrie est passée de la coulée de lingots à la construction d'usines géantes intégrées pour la coulée continue de l'acier. Cela implique de verser de l'acier fondu dans un moule sans fond qui, étant refroidi par l'eau, le solidifie partiellement. L'acier est ensuite tiré à travers une série de rouleaux pour former de la tôle d'acier ou d'autres formes requises par les usines et les entreprises de construction. La plupart des 1,6 milliard d'tonnes d'acier produites chaque année dans le monde sont maintenant fabriquées de cette façon.
La coulée continue, cependant, nécessite encore beaucoup de laminage pour réduire les dalles coulées de 80 à 120 mm d'épaisseur par rapport aux 1 à 2 mm requises par de nombreux fabricants, tels que les constructeurs automobiles. Le coulage de tout diluant entraîne des problèmes de qualité et des défauts dans la microstructure de l'acier. Une raison en est que le moule sans fond doit être oscillé pour s'assurer que l'acier fondu ne colle pas à ses côtés. Les nouvelles techniques de moulage à deux cylindres et à une seule courroie sont en fait des «moules mobiles» - les rouleaux et la courroie se déplacent avec l'acier qui se refroidit et se solidifie. Cela permet de couler directement à une épaisseur de quelques millimètres, ne nécessitant qu'un roulage minimal par la suite.
Selon Claire Davis, experte en acier chez Warwick Manufacturing Group à l'Université de Warwick en Grande-Bretagne, les nouvelles techniques sont particulièrement adaptées à la fabrication d'aciers spéciaux de plus grande valeur. Mme Davis et son équipe développent de nouveaux aciers de haute technologie, en particulier pour la coulée par bande, y compris des aciers avancés à basse densité plus résistants, plus légers et plus flexibles que l'acier conventionnel.
Comme Bessemer l'a conçu, un processus à deux rouleaux est déjà employé par Nucor, un géant américain de l'acier. Appelé Castrip, il produit de l'acier dans deux de ses usines. Un gros avantage du double rouleau et de la coulée par bande est la compacité. Nucor estime qu'une usine de Castrip n'a besoin que de 20 hectares (50 acres) et qu'elle procure un bon rendement d'investissement grâce à la production de seulement 500 000 tonnes d'acier par an. En comparaison, une aciérie conventionnelle peut s'étendre sur plus de 2 000 hectares et produire environ 4 millions de tonnes par an pour réaliser des bénéfices.
D'autres entreprises accordent également des licences à Castrip. Shagang, un grand sidérurgiste chinois, est en train de remplacer une usine moins écoénergétique par la nouvelle technologie. Les chiffres semblent assez convaincants pour encourager une startup aussi: Albion Steel parle aux investisseurs de la construction d'une usine de Castrip de £ 300 millions (370 millions de dollars) en Grande-Bretagne. L'usine serait «alimentée» par une mini-usine à bas prix qui fond les déchets et produit de l'acier pour la galvanisation, principalement pour l'industrie de la construction, explique Tony Pedder, l'un des fondateurs d'Albion. M. Pedder est le président de Sheffield Forgemasters, une société d'ingénierie, et un ancien patron de British Steel (qui devint plus tard Corus). La Grande-Bretagne a un excédent de ferraille mais importe de l'acier galvanisé. L'usine emploierait seulement environ 250 personnes; les opérations intégrées traditionnelles ont besoin d'un millier environ. "Nous croyons en la technologie", explique M. Pedder. "A notre avis, il est dépassé d'être expérimental".
Les techniques peuvent finir par être complémentaires. Leur efficacité spatiale et leur faible coût permettrait également de situer la production plus près des clients. M. Guthrie pense qu'il n'est pas inconcevable qu'une telle usine soit intégrée dans une usine automobile. "Si nous pouvons rendre la qualité aussi bonne que les grandes usines de coulée de brames, cela changerait le visage de l'industrie sidérurgique", dit-il. Les nouvelles technologies pourraient juste exploser une dose d'air frais à travers une vieille industrie, comme l'a fait le convertisseur de Bessemer il y a 150 ans.
Source: L'économiste, 2017


Steelmakers have a history of being apprehensive about introducing new technologies, it was not until the 1960’s that the industry shifted from casting ingots to building giant integrated plants for the continuous casting of steel. This involves pouring molten steel through a bottomless mould which, being cooled by water, partially solidifies it. The steel is then drawn down through a series of rolls to form sheet steel or other shapes required by factories and construction companies. Most of the 1.6bn tonnes of steel produced annually worldwide is now made this way.

Continuous casting, however, still takes a lot of rolling to reduce slabs cast 80-120mm thick to the 1-2mm required by many producers, such as carmakers. Casting any thinner causes quality problems and flaws in the steel’s microstructure. One reason for that is the bottomless mould has to be oscillated to ensure molten steel does not stick to its sides. The new techniques of twin-roll and single belt-casting are, in effect, “moving moulds”—the rollers and the belt move with the steel as it cools and solidifies. This allows direct casting to a thickness of just a few millimetres, requiring only minimal rolling thereafter.
The new techniques are particularly good for making higher-value, specialist steels, says Claire Davis, a steel expert with the Warwick Manufacturing Group at the University of Warwick in Britain. Ms Davis and her team are developing new high-tech steels especially for belt casting, including advanced low-density steels that are stronger, lighter and more flexible than conventional steel.
A twin-roll process, much as Bessemer conceived, is already employed by Nucor, a giant American steelmaker. Called Castrip, it is producing steel in two of its plants. A big advantage of twin-roll and belt-casting is compactness. Nucor reckons a Castrip plant needs only 20 hectares (50 acres) and provides a good investment return from the production of only 500,000 tonnes of steel a year. A conventional steel plant, by comparison, may sprawl over 2,000 hectares and need to produce some 4m tonnes a year to turn a profit.
Other firms are licensing Castrip as well. Shagang, a large Chinese steelmaker, is replacing a less energy-efficient plant with the new technology. The numbers look compelling enough to encourage a startup, too: Albion Steel is talking to investors about building a £300m ($370m) Castrip plant in Britain. The plant would be “fed” by a low-cost mini-mill that melts scrap and produces steel for galvanising, mostly for the construction industry, says Tony Pedder, one of Albion’s founders. Mr Pedder is the chairman of Sheffield Forgemasters, an engineering company, and a former boss of British Steel (which later became Corus). Britain has a surplus of scrap but imports galvanised steel. The plant would employ only about 250 people; traditional integrated operations need a thousand or so. “We believe in the technology,” says Mr Pedder. “In our view it is past the point of being experimental.”
The techniques may end up being complementary. Their spatial efficiency and low cost would also allow production to be located closer to customers. Mr Guthrie thinks it is not inconceivable for such a plant to be integrated within a car factory. “If we can make the quality as good as the big slab-casting plants, it would change the face of the steel industry,” he says. New technologies might just blast a dose of fresh air through an old industry, much as Bessemer’s converter did 150 years ago.
Source: TheEconomist, 2017