En mai 2026, sur une toute nouvelle ligne de production de l'usine sidérurgique de Tianjin, les gaz d'échappement à basse température de 200-300°C issus du refroidisseur circulaire de l'installation d'agglomération, au lieu d'être rejetés dans l'atmosphère comme d'habitude, sont aspirés dans un dispositif de séchage vertical. Celui-ci déshydrate le minerai en morceaux à forte humidité jusqu'à l'état optimal pour l'enfournement — l'ensemble du processus ne consomme pas un seul mètre cube de gaz de haut fourneau et ne brûle pas une goutte de combustible. La mise en service de cette installation a permis de résoudre simultanément deux problèmes techniques majeurs de l'industrie sidérurgique : la valorisation des gaz d'échappement à basse température issus du frittage et le séchage efficace et à faible coût du minerai en morceaux.

Une aciérie, deux dilemmes

Les étapes en amont du haut fourneau — frittage, bouletage et fusion — consomment près de 70 % de l'énergie totale du processus sidérurgique et contribuent à plus de 90 % des émissions polluantes. Deux contradictions y sont restées longtemps sans solution :

Les gaz d'échappement à basse température du frittage sont « inutilisables ». Lors du refroidissement de l'aggloméré, le refroidisseur circulaire produit une grande quantité de fumées à basse température, entre 160 et 300°C. Cette plage de température est problématique : trop basse pour une production d'électricité efficace, trop coûteuse à utiliser pour chauffer le gaz. La grande majorité des aciéries se contentent de les dépoussiérer avant de les rejeter directement dans l'atmosphère ou de produire de la vapeur de basse qualité. Ces gaz d'échappement, porteurs d'une énorme quantité de chaleur, sont considérés dans le secteur comme un « trésor gaspillé », représentant une perte annuelle équivalant à plusieurs millions de tonnes de charbon standard.

Le minerai en morceaux souffre de « l'inconvénient de l'humidité et de la difficulté à éliminer les fines ». Le minerai en morceaux est la matière première la plus économique pour le haut fourneau — il ne nécessite pas d'agglomération à haute température comme l'aggloméré ou les boulettes, et son prix à la tonne est inférieur d'environ 100 yuans à celui du minerai préparé. Cependant, sa teneur en eau atteint souvent 8 à 12 %, et les fines contenues dans le minerai humide sont très difficiles à cribler. Lorsque le minerai humide est enfourné, l'évaporation de l'eau « vole » une grande quantité de chaleur au haut fourneau, et les fines détériorent la perméabilité de la colonne de charge, ce qui augmente la mise au mille de combustible et provoque de fréquents accrochages et effondrements de la charge. De nombreuses aciéries sont donc contraintes de limiter la proportion de minerai en morceaux à un faible niveau de 10 à 15 %, sans pouvoir exploiter pleinement son avantage de coût.

D'un côté, une grande quantité de chaleur résiduelle à basse température est gaspillée, de l'autre, une matière première au rapport qualité-prix très avantageux est sous-utilisée en raison d'une humidité trop élevée — utiliser la première pour résoudre le second constitue une voie parfaite « gagnant-gagnant » alliant réduction des émissions de carbone et baisse des coûts.

La technologie pionnière chinoise de « séchage vertical à basse température »

Après plusieurs années de recherche collaborative entre l'industrie et le monde universitaire, Puyang Dalong Industrial Group Co., Ltd. et l'École de métallurgie et d'ingénierie écologique de l'Université des sciences et technologies de Pékin ont conjointement développé une solution technique totalement différente des approches traditionnelles. Construite par Chongqing Yanlong Energy Saving and Environmental Protection Technology Co., Ltd., elle a été mise en œuvre industriellement à l'usine sidérurgique de Tianjin Iron Works Co., Ltd.

Première innovation : zéro consommation de gaz, utilisation exclusive de la « chaleur résiduelle »

Le séchage traditionnel du minerai en morceaux utilise généralement un four rotatif avec un processus à haute température alimenté par combustion de gaz, atteignant 600 à 800°C. Ce procédé consomme non seulement une grande quantité de gaz de haut fourneau, mais nécessite également des installations de désulfuration et de dénitrification, avec un coût de traitement d'environ 15 yuans par tonne de minerai.

L'équipe de recherche a adopté une approche différente en abaissant délibérément la température de séchage de plus de 600°C à une plage de 150-350°C. Cet ajustement, apparemment simple, représente en réalité un changement fondamental de logique : le séchage n'est qu'un moyen, le criblage est l'objectif. Le plus grand danger du minerai en morceaux pour le haut fourneau n'est pas l'humidité elle-même, mais le taux élevé de fines dû à un criblage inefficace causé par l'humidité. Il suffit de réduire la teneur en eau du minerai de 8-12 % à moins de 3 % pour réaliser un criblage efficace et contrôler les fines de moins de 5 mm en dessous de 5 %, répondant ainsi pleinement aux exigences du haut fourneau. Il n'est pas nécessaire de rechercher un « séchage extrême » — ce qui signifie qu'une source de chaleur de qualité inférieure peut être utilisée. C'est sur la base de cette percée théorique que l'équipe a audacieusement adopté les gaz d'échappement à basse température de 200-300°C du refroidisseur circulaire de frittage comme unique source de chaleur, s'affranchissant totalement de la dépendance aux énergies fossiles et au gaz.

Deuxième innovation : le séchage vertical, une avancée technique pour le séchage des matériaux en morceaux

En termes de conception d'équipement, l'équipe s'est écartée du four rotatif horizontal couramment utilisé dans l'industrie pour développer un four de séchage vertical spécifiquement destiné au séchage des matériaux en morceaux, et a obtenu avec succès un brevet national.

Le séchage vertical adopte une structure d'échange thermique à contre-courant où « la matière entre par le haut et sort par le bas, le gaz chaud entre et sort par les côtés » : le minerai en morceaux est chargé par le haut du four et descend lentement par gravité, sans aucune pièce mécanique rotative ; l'air chaud est introduit uniformément en plusieurs points sur les côtés du four, créant un échange thermique par pénétration transversale avec le minerai ; une structure brevetée à l'intérieur du four prolonge le trajet de contact entre l'air chaud et la matière, améliorant considérablement l'efficacité thermique.

Les avantages de cette conception sont évidents :

Empreinte au sol réduite, représentant seulement 1/3 de celle d'un four rotatif ;

Quasi-absence de pièces mobiles, le corps du four pouvant fonctionner sans maintenance à long terme ;

Usure très faible du matériau, évitant la production secondaire de fines pendant le processus de séchage ;

Efficacité thermique supérieure à 85 %, température des gaz d'échappement inférieure à 80°C.

Troisième innovation : couplage profond avec « zéro interférence » sur le site existant

Lors de la mise en œuvre du projet à l'usine de Tianjin, l'équipe de recherche a réalisé une intégration transparente avec le système existant en amont du haut fourneau :

Le point de prélèvement des gaz est directement situé dans la section à basse température du refroidisseur circulaire, l'emplacement minimisant la distance de transport des fumées pour réduire la perte de température ;

Les gaz d'échappement du séchage, après dépoussiérage, sont rejetés conformément aux normes, sans ajouter de charge environnementale supplémentaire ;

Le minerai en morceaux séché peut être directement acheminé vers la trémie du haut fourneau, sans modifier le flux d'alimentation existant.

Cette approche de conception « à faible intervention et haute intégration » a permis une mise en service rapide du nouveau système sans arrêt de production ni modification du processus principal.

Triple réduction carbone : un projet, trois bénéfices environnementaux majeurs

Selon les estimations préliminaires basées sur les données de la phase de production d'essai, les bénéfices environnementaux de cette installation sont extrêmement significatifs :

Premier niveau : zéro consommation de gaz. Aucune utilisation de gaz de haut fourneau ou de gaz naturel, permettant d'économiser des dizaines de millions de mètres cubes de gaz de haut fourneau par an, soit une réduction annuelle des émissions de carbone d'environ 5 400 tonnes.

Deuxième niveau : valorisation de la chaleur résiduelle, réduction des rejets directs. Les gaz d'échappement à basse température du frittage, auparavant directement rejetés, sont entièrement utilisés, l'énergie thermique étant « exploitée jusqu'à la dernière calorie », ce qui augmente le taux de récupération de chaleur résiduelle de l'atelier de frittage de 8 à 10 points de pourcentage.

Troisième niveau : baisse de la mise au mille de combustible du haut fourneau. Après séchage, la teneur en eau du minerai passe de 8-12 % à moins de 3 %, réduisant considérablement l'humidité à l'enfournement. On estime que pour chaque baisse de 1 % de l'humidité de la charge, la mise au mille de coke peut diminuer d'environ 0,5 kg/t. Combinée à l'amélioration de la perméabilité due à la réduction des fines, la mise au mille totale de combustible devrait baisser de 2 à 5 kg/t.

La superposition de ces trois bénéfices fait de ce projet un exemple typique de « synergie entre réduction de la pollution et diminution des émissions de carbone » dans l'industrie sidérurgique.

Réduction des coûts et gain d'efficacité : l'avantage du coût de traitement du minerai en morceaux mis en évidence

Pour les entreprises sidérurgiques, aussi avancée que soit la technologie, c'est le bilan économique qui prime. Comparé au procédé traditionnel de séchage en four rotatif à haute température, le procédé de séchage vertical à basse température permet d'économiser 3 à 6 yuans par tonne rien qu'en combustible. Sur la base de la capacité de traitement annuelle de 2,27 millions de tonnes du projet de l'usine de Tianjin, l'économie annuelle sur les seuls coûts de combustible avoisine les dix millions de yuans.

Plus crucial encore, le minerai en morceaux de haute qualité après séchage permet au haut fourneau d'augmenter considérablement la proportion de minerai en morceaux dans la charge. Actuellement, la proportion moyenne de minerai en morceaux dans les aciéries chinoises n'est que de 12 à 15 %, alors qu'après la mise en service du projet de l'usine de Tianjin, cette proportion devrait dépasser 20 à 25 %. Selon les calculs globaux, ce projet peut générer des bénéfices économiques directs de plusieurs dizaines de millions de yuans par an pour l'usine.

Reconfiguration de la structure de la charge du haut fourneau

Pendant longtemps, la structure de la charge des hauts fourneaux chinois a dépendu d'une approche à « taux élevé d'aggloméré et taux élevé de boulettes ». La percée technique de l'équipe de recherche offre aux aciéries une toute nouvelle voie : « remplacer les boulettes par du minerai en morceaux séché de haute qualité » :

Réduction de la consommation de boulettes : chaque tonne supplémentaire de minerai en morceaux séché utilisée permet d'économiser une tonne de boulettes, réduisant à la source les émissions polluantes liées à la cuisson des boulettes ;

Amélioration de la perméabilité de la charge : le minerai en morceaux avec un taux de fines ≤ 5 % après criblage résout radicalement le problème de détérioration de la perméabilité causé par l'introduction de fines dans le four ;

Augmentation de la teneur en fer à l'enfournement : le minerai en morceaux a généralement une teneur en fer supérieure de 5 à 6 points de pourcentage à celle de l'aggloméré. Son utilisation en grande proportion augmente la teneur globale de la charge, ce qui favorise la réduction du ratio de laitier et de la consommation de combustible.

La réduction du taux de fines du minerai en morceaux après séchage et criblage permet une optimisation fondamentale de la structure de la charge du haut fourneau, une baisse significative du coût global des matières premières enfournées, et libère les entreprises sidérurgiques d'une dépendance excessive aux ressources de boulettes, renforçant considérablement la capacité du secteur à faire face aux fluctuations des prix des matières premières en amont.

Autonomie technologique : plus de 10 brevets nationaux déposés

Derrière cette percée technologique se cachent plusieurs années de coopération approfondie entre l'industrie et le monde universitaire, entre Puyang Dalong Industrial Group Co., Ltd. et l'École de métallurgie et d'ingénierie écologique de l'Université des sciences et technologies de Pékin. Pour résoudre les problèmes de faible efficacité de séchage, de répartition inégale de la matière et de teneur en eau locale élevée dans des conditions de source de chaleur à basse température, l'équipe de recherche a mis en place un système complet de R&D associant « modèle de simulation + expérimentation à froid + validation industrielle ». Plus de 10 brevets nationaux ont été déposés pour les maillons essentiels tels que le modèle de répartition de la charge, la structure de distribution d'air, l'étanchéité anti-poussière et la conception modulaire, dont plus de la moitié sont des brevets d'invention. Les technologies clés sont totalement autonomes et contrôlables.

De Tianjin à toute la Chine, de l'élimination des déchets à la création de valeur

La portée de cette installation de séchage de minerai en morceaux « zéro consommation de gaz » va bien au-delà d'une seule entreprise sidérurgique :

Catalyseur en profondeur de la transformation verte de l'industrie sidérurgique : alors que l'objectif de pic carbone de l'industrie sidérurgique chinoise est imminent, le système en amont du haut fourneau est le principal champ de bataille pour la réduction du carbone. Cette technologie offre une voie « gagnant-gagnant » à faible coût et reproductible, alliant réduction des émissions de carbone et baisse des coûts, fournissant un modèle technique fiable pour la généralisation à l'ensemble du secteur.

Reconfiguration de la structure de la charge du haut fourneau et amélioration de la résilience : face aux fluctuations continues de la chaîne d'approvisionnement mondiale en minerai de fer, la capacité de remplacer les boulettes coûteuses par du minerai en morceaux à faible coût se traduit directement par un avantage concurrentiel pour les aciéries. Cette technologie renforce la flexibilité stratégique de l'industrie sidérurgique chinoise face à la volatilité du marché mondial des matières premières.

Promotion de la synergie dans la chaîne industrielle mines-métallurgie : cette technologie peut également être étendue au prétraitement du minerai en morceaux dans les entreprises minières, favorisant une synergie verte sur l'ensemble de la chaîne allant de l'extraction minière à la métallurgie en passant par le traitement du minerai.

Pour les grandes entreprises sidérurgiques chinoises, la voie technique consistant à remplacer le gaz de haut fourneau par de la chaleur résiduelle à basse température pour le séchage du minerai en morceaux a été pleinement validée. Les coûts d'exploitation et de maintenance de l'installation sont nettement inférieurs à ceux du procédé traditionnel en four rotatif, offrant un avantage considérable en termes de délai de retour sur investissement et un énorme potentiel de réduction des coûts et de gain d'efficacité, résolvant ainsi le problème central qui empêchait les entreprises « d'oser utiliser davantage de minerai en morceaux ».

Sécher le minerai avec de la chaleur résiduelle, réduire les coûts et gagner en efficacité grâce à l'innovation technologique

De « trésor gaspillé » à « source de chaleur propre sans gaz », les gaz d'échappement à basse température du refroidisseur circulaire de frittage ont bouclé la boucle, passant d'un rejet inutile à une création de valeur économique ; de « ne pas oser utiliser beaucoup de minerai en morceaux » à « une incorporation en grande proportion », le minerai en morceaux a accompli un bond, passant d'une ressource négligée à une pleine libération de sa valeur.

Sécher le minerai avec de la chaleur résiduelle, réduire les coûts et gagner en efficacité grâce à l'innovation technologique — cette voie est désormais ouverte et l'avenir est prometteur.

Avec la validation réussie de cette technologie dans une base sidérurgique chinoise d'une capacité de plusieurs dizaines de millions de tonnes, un modèle de séchage intelligent « bas carbone + faible coût », dont l'origine est traçable, le procédé contrôlable et la viabilité économique avérée, a été établi. Ce « pilier de la puissance nationale » est en train de transformer la « chaleur résiduelle » en un véritable moteur de la transformation verte de l'industrie sidérurgique.