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Réactions dans un haut-fourneau

 

A travers cet exercice, nous allons voir les différentes étapes de l'élaboration de la fonte dans un haut-fourneau. Equilibre les équations chimiques suivantes. Attention, même le coefficient 1 doit être écrit.

L'oxyde ferrique est le principal constituant du minerais de fer. Dans les hauts-fourneaux, ce minerais de fer est mélangé avec du coke (carbone pratiquement pur). Le coke brule et forme du monoxyde de carbone. Cemonoxyde de carbone va ensuite réagir avec le minerais pour donner après une suite de réactios chimiques, de la fonte.

1) Combustion du coke :

carbone + dioxygène -----> monoxyde de carbone

C + O2 -----> CO

2) L'oxyde ferrique réagit dans un premier temps avec le monoxyde de carbone pour former de l'oxyde magétique et du dioxyde de carbone :

oxyde ferrique + monoxyde de carbone -----> oxyde magnétique

Fe2O3 + CO-----> Fe3O4 + CO2

3) L'oxyde magétique réagit dans un deuxième temps avec le monoxyde de carbone pour former de l'oxyde ferreux et du dioxyde de carbone :

Fe3O4 + CO-----> FeO + CO2

4) l'oxyde ferreux réagit dans un troisième temps avec le monoxyde de carbone pour former du fer et du dioxyde de carbone :

FeO + CO-----> Fe + CO2

5) Le fer réagit enfin avec le monoxyde de carbone pour former la cémentite, principal constituant de la fonte, et du dioxyde de carbone

Fe + CO -----> Fe3C + CO2

6) Outre les 3à 4% de carbone, la fonte provenant du haut-fourneau contient des impuretés : phosphore, soufre, silicium ... L'acier s'obtient en éliminant la plus grande partie de ces impuretès. Pour cela, on envoie un violent courant de dioxygène dans la fonte liquide à une température de 1200°C. Le carbone et les impuretés brûlent. L'opération se passe dans un grand récipient appelé convertisseur. La chaleur dégagée par ces combustions porte la fonte à 1600°C, il s'en échappe des fumées qui emporte hors du convertisseur une partie des oxydes formés.

Elimination du soufre :

soufre + dioxygène -----> dioxyde de soufre

S + O2 -----> SO2

Le phosphore et le silicium brûlent pour formé de l'oxyde de phosphore et de l'oxyde de silicium. Les oxydes formés sont liquides et on les élimine en ajoutant de la chaux pour former les "scories" qui surnagent sur le métal en fusion et sont alors éliminés.

phosphore + dioxygène -----> oxyde de phosphore

P + O2 -----> P4O10

silicium + dioxygène -----> oxyde silicium

Si + O2 -----> SiO2