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Procédé Midrex

Le procédé Midrex est un procédé sidérurgique de réduction directe. Avec une production de 44,8 millions de tonnes en 2012, ce procédé représente 60 % de la production mondiale de minerai de fer préréduit[1].

Schéma de principe du procédé Midrex.

Histoire
Évolution de la production[note 1] de minerai de fer préréduit selon les principaux procédés.

Le procédé Midrex a été inventé par le conglomérat américain Midland-Ross[2] et développé à partir de 1975 par l'entreprise MIDREX Corp., propriétaire des brevets. À partir de 1983, l'entreprise MIDREX Corp. devient une filiale américaine de Kobe Steel.

Économiquement intéressant dans tous les pays riches en gaz naturel, le procédé est un succès, et domine rapidement les procédés concurrents de réduction directe. Il est alors même envisagé comme une alternative au haut fourneau et au four à arc électrique. En Europe, une unité est construite dès le début des années 1970 en Allemagne de l'Ouest, à Hambourg[2].

En 2013, on recense 70 unités de production Midrex, opérant dans 21 pays[1].

Principe de fonctionnement

Le procédé Midrex est fondé sur le principe d'un réacteur à écoulement piston fonctionnant à contre-courant. Il est donc proche du principe du haut fourneau : le réacteur réalisant la réduction du minerai de fer peut être en fait assimilé à un haut fourneau dépourvu de creuset.

Le gaz réducteur est produit par craquage d'un mélange de gaz naturel et de gaz oxydés issus de la cuve de réduction. Ce craquage est réalisé dans une unité distincte, appelée « reformeur », qui consiste en des tubes chauffés par une partie (environ un tiers) du gaz issu du réacteur[3]. Les réactions s'y déroulent à haute température (vers 1100-1 150 °C), consistent en une thermolyse des composés injectés, pour obtenir un gaz riche en monoxyde de carbone et en dihydrogène[3] : CH4 + CO2 → 2 CO + 2 H2
CH4 + H2O → CO + 3 H2

Une unité de récupération de chaleur assure un bon rendement thermique à l'ensemble. Ce point est essentiel pour limiter la consommation de gaz naturel.

panorama de l'usine
Vue panoramique de l'usine Corex (en)-Midrex de Saldanha (en), en Afrique du Sud.

Avantages et inconvénients

Avantages

L'avantage essentiel des procédés de réduction directe est leur plus faible besoin en investissement. Sur ce point, le Midrex ne coûte que 145 $2000/(Mtpréréduit/an) contre 273 €2010/(Mtfonte/an)[note 2] pour un haut fourneau… sans usine d'agglomération ni cokerie[5]. Cet avantage, combiné avec la plus faible capacité de production des unités Midrex, rend le procédé attractif pour les sidérurgistes ne souhaitant pas investir dans de gigantesques complexes sidérurgiques[note 3]. Par ailleurs, à la différence de nombreux procédés de réduction directe, le procédé est techniquement mature, ce qui permet de garantir l'étude de rentabilité[7].

Un intérêt consécutif à l'utilisation de gaz naturel est la plus faible émission de gaz à effet de serre (0,65 tCO2/tpréréduit contre 1,5 tCO2/tfonte pour un haut fourneau)[5].

Inconvénients

Bien que la manutention et le traitement des gaz soit assez économique (surtout en comparaison de la construction de cokeries), l'utilisation du gaz naturel ne rend la réduction directe attractive que pour les sidérurgistes disposant de ressources en gaz bon marché. Ce point est essentiel, comme le rappelaient sans ambiguïté en 1998 les sidérurgistes européens :

« Pas de secret, pour être concurrentielle, la réduction directe doit disposer d'un gaz naturel à 2 dollars le gigajoule, la moitié des prix européens[8]. »

— L'Usine nouvelle, septembre 1998, La réduction directe passe au charbon

Un autre inconvénient, spécifique au procédé Midrex, est que le minerai doit être bouleté. Or les boulettes, bien que permettant une meilleure productivité, coûtent, en moyenne, 70 % plus cher que le minerai brut[9]. Ce handicap explique le développement de beaucoup d'autres procédés, notamment ceux fondés sur la fluidisation de minerai broyé.

Notes et références

Notes
  1. Il est essentiel de bien distinguer les capacités de production de la production réelle. En effet, de nombreuses unités, essentiellement de procédés concurrents au Midrex, n'ont jamais atteint leur capacité de production théorique, et beaucoup d'autres sont utilisées de manière épisodique, lorsque la conjoncture rend leur fonctionnement rentable.
  2. Soit 194 €2010/(Mtfonte/an) contre 273 €2010/(Mtfonte/an), si on retient 1 $2000≈1,34 €2010, soit un taux de change de 1 $2000≈1,07 €2000 et une inflation de 1 €2000≈1,23 €2010[4].
  3. Victime de la crise de 2008, le complexe sidérurgique américain de ThyssenKrupp (aciérie au Brésil et laminoirs en Alabama), dont la construction avait coûté, en 2010, près de 15 milliards de dollars au sidérurgiste allemand, a été revendu à ses concurrents 4,2 milliards trois ans après[6]…

Références
  1. [PDF](en) « World direct reduction statistics », Midrex,
  2. (de) « Mister Midrex kommt », Der Spiegel, no 3,‎ (lire en ligne)
  3. (en) « Direct reduction: a review of commercial processes », EPA (United States Environment Protection Agency, , p. 9
  4. « Convertisseur de devises », fxtop.com
  5. [PDF](en) Luc Vanwortswinkel et wouter nijs, « Iron and Steel », IEA ETSAP,
  6. (en) « ArcelorMittal, Nippon Steel Buy ThyssenKrupp Alabama Steel Mill for $1.55 Billion », Reuters,‎ (lire en ligne)
  7. [PDF](en) « Ironmaking Process Alternatives Screening Study », Lockheed Martin,
  8. Marc Magain, « La réduction directe passe au charbon : Le belge Sidmar envisage d'investir dans la première installation industrielle européenne de réduction directe du minerai de fer par le charbon. », L'Usine Nouvelle, no 2653,‎ (lire en ligne)
  9. [PDF](en) « Ask world steel synamics » [archive du ], AIST,

Voir aussi

Articles connexes

Liens externes
  • Brevet américain : 4 042 226
  • Brevet allemand : DE 2622 349 C3
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