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Comment les solutions réfractaires de Calderys permettent d’accompagner la transition énergétique des sidérurgistes

Les usines sidérurgiques  intensifient les recherches  de solutions plus durables pour leurs processus, notamment en cherchant des moyens de réduire leurs émissions directes de CO2. Les fournisseurs de réfractaires, très au fait des processus des aciéries, mettent en avant de nouvelles solutions. 

Des solutions innovantes pour relever les défis environnementaux

Dans l’acier, l’empreinte écologique  constitue l'un des principaux moteurs du changement, ce que viennent accentuer l'Accord de Paris sur le climat et le Pacte vert pour l’Europe, qui tous deux incitent les industries à limiter leurs émissions de gaz à effet de serre. Ceci a donné lieu à une multitude d'initiatives à travers le globe. 

Pour réduire leurs émissions de CO/CO2, les sidérurgistes adoptent progressivement de nouvelles technologies permettant de substituer les énergies traditionnelles des hauts-fourneaux (HF) et convertisseurs à oxygène (BOF) par le Gaz Naturel et l’Hydrogène. Les deux plus prometteuses technologies utilisant de l’hydrogène l sont les suivantes :

  • L'injection d'hydrogène dans les hauts-fourneaux existants : en raison de la limitation de la quantité d'hydrogène que l'on peut injecter, il ne peut s’agir que d’une solution intermédiaire dans la transition énergétique de la sidérurgie.
  • La “réduction directe” du minerai de fer dans un four de fusion, communément appelé DRI, en utilisant le gaz naturel ou l’hydrogène ce ce procédé est en mesure d’amener la sidérurgie jusqu’à une empreinte carbone neutre.   

L’adaptation de ces deux procédés à l’utilisation du gaz naturel et à l’hydrogène est extrêmement et va nécessiter la mise au point de nouvelles solutions réfractaires, adaptée à ces nouvelles conditions.  

Alors que les sidérurgies intégrées  émettent  en moyenne 1,85 tonne de dioxyde de carbone par tonne d'acier, ces nouveaux procédés, alliés à des solutions réfractaires adaptées, permettent aux sidérurgistes de réduire radicalement cette quantité jusqu'à 0,2 tonne de CO2 par tonne d'acier. 

 

Graphique

 

Pour permettre l'utilisation maximale de ces nouvelles technologies utilisant l’hydrogène Calderys mobilise  son savoir-faire de plus de 100 ans pour fournir les solutions réfractaires optimales et aider ses clients dans leur transition énergétique. 

Développer  des solutions réfractaires pour ces processus utilisant de l’hydrogène et gaz naturel s'avère difficile. En effet, la capacité de l’hydrogène à pénétrer dans le matériau réfractaire et à réagir avec la silice contenue dans le  réfractaire à haute température, s’accentue au fur et à mesure que sa concentration augmente, jusqu’à impacter les propriétés physico-chimiques et les capacités de résistance du revêtement réfractaires. 

Afin de relever ces défis, Calderys élabore des solutions réfractaires adaptées à ses clients, et va même plus loin en s'associant avec divers laboratoires. Ensemble, ont été lancées plusieurs études afin de mieux comprendre les interactions entre l'hydrogène et différents matériaux réfractaires. Dans l'une des ces études, nous avons soumis sept matériaux réfractaires à une concentration élevée en H2  à haute température pendant une durée allant jusqu'à 240 heures : Une nette baisse du module de Young1 des matériaux a pu être constatée. Dans une autre étude, la modélisation d'un minerai de fer préréduit a montré les contraintes thermiques générées par les différentes réactions chimiques, ce qui a permis à  Calderys de définir  les types de réfractaire les mieux adaptés au procédé DRI.  (voir illustration).

Diverses autres études sont en cours afin de cerner les interactions complexes entre hydrogène et réfractaires à haute température. Cela aidera à concevoir des solutions réfractaires encore plus performantes pour anticiper les futurs besoins de la sidérurgie.

Modélisation de la température de l'enceinte extérieure d'un réacteur de minerai de fer préréduit montrant les contraintes thermiques générées par les réactions chimiques au sein du processus.
Modélisation de la température de l'enceinte extérieure d'un réacteur de minerai de fer préréduit montrant les contraintes thermiques générées par les réactions chimiques au sein du processus.

 

Modélisation de la température de l'enceinte extérieure d'un réacteur de minerai de fer préréduit montrant les contraintes thermiques générées par les réactions chimiques au sein du processus. 

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Le module de Young est la contrainte mécanique qui engendrerait un allongement de 100 % de la longueur initiale d'un matériau

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