Les laitiers sidérurgiques

Différentes variétés de laitiers sidérurgiques

Les laitiers sidérurgiques sont des matières minérales artificielles, qui sont produites à raison de plusieurs millions de tonnes par an en France par l’industrie du fer et de l’acier.
Ces matériaux sont générés en même temps que la fonte sidérurgique (pour les laitiers de haut-fourneau) ou que l’acier (laitiers d’aciérie), sous forme liquide à une température proche de 1500°C: ce sont des « co-produits » de la sidérurgie.
Si leur génération est nécessaire à la production des aciers, ils ne sont pas destinés à l’abandon : au contraire, ils sont transformés, le plus souvent directement sur le site sidérurgique, en divers produits finis qui sont utilisés pour la plupart dans l’industrie du bâtiment ou en travaux publics.
ll existe trois grands types de laitiers sidérurgiques : les laitiers de haut-fourneau, les laitiers d’aciérie de conversion et les laitiers d’aciérie électrique. Ces derniers sont issus de deux filières principales utilisant des fours électriques :
- la production d’aciers non alliés ou faiblement alliés, dits « Carbone »,
- la production d’aciers fortement alliés ou inoxydables, dits « Inox ».

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Les laitiers de haut-fourneau et les laitiers d’aciérie de conversion sont issus de la « filière intégrée », dite aussi «filière fonte » ou «filière à chaud». Celle-ci utilise, comme matières premières du minerai de fer et du coke qui sont injectés dans le haut-fourneau pour produire la fonte et dont le coproduit est le laitier de haut-fourneau. La fonte est, dès la sortie du haut-fourneau, dirigée vers l’aciérie où elle est transformée en acier dans un convertisseur. Le laitier d’aciérie de conversion est le coproduit de l’acier ainsi obtenu.

Les laitiers d’aciérie électrique sont, quant à eux, issus de la filière « électrique », par laquelle on produit de l’acier en fondant des ferrailles recyclées dans un four électrique : le laitier d’aciérie électrique est le coproduit de l’acier ainsi obtenu.

Laitier de haut-fourneau cristallisé

Le laitier de haut-fourneau sort du haut-fourneau sous forme liquide à 1 500°C. Lorsqu’il est refroidi lentement, à l’air libre, on obtient du laitier de haut fourneau cristallisé.
Ses usages sont généralement les mêmes que ceux des roches naturelles de mêmes caractéristiques physico-chimiques : granulats pour bétons, pour enrobés bitumineux, pour graves traitées au liant hydraulique, ballast, etc. Ils sont généralement couverts par les normes “granulats” ou « terrassement » françaises et européennes.
De plus, ce matériau présente à la fois une résistance mécanique élevée et une conductivité thermique faible.

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Laitier de haut-fourneau vitrifié (granulé ou bouleté)

Le laitier peut, alternativement, subir un refroidissement rapide (une « trempe ») à l’eau sous pression, dans un granulateur.
On obtient alors du laitier de haut fourneau vitrifié, également nommé « granulé ».
Le laitier vitrifié est largement utilisé dans l’industrie du verre comme source d’alumine et de silice. Néanmoins, en France, c’est surtout ses caractéristiques hydrauliques qui sont recherchées et qui permettent sa valorisation.

Ainsi, on le retrouve dans :

La fabrication de béton, en tant qu’addition sous forme moulue, en remplacement partiel du ciment,
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La fabrication de graves hydrauliques pour les routes,
La production de ciment, en remplacement du clinker, dans les catégories CEM II et CEM III (jusqu’à 95%) destinées, en particulier, à la réalisation de bétons en milieux agressifs.
La production de liant hydraulique routier (SIDMIX®, …).
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Laitier d’aciérie de conversion (LAC en français, BOF slag en anglais)

Une fois l’acier écoulé en partie basse du convertisseur, le laitier d’aciérie de conversion liquide, qui surnage sur le dessus, est déversé dans un cuvier. Après un refroidissement lent et progressif à l’air puis à l’eau, on obtient une roche artificielle qui peut être concassée et criblée pour produire des granulats.
En travaux publics, le laitier d’aciérie de conversion est utilisé principalement pour les travaux de terrassement (remblais, merlons de protection phonique, …), pour la fabrication de graves non traitées pour la réalisation de couches de forme, ou encore comme enrochement pour la construction de digues.
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Ce laitier est aussi utilisé depuis de nombreuses années dans le domaine agricole comme fertilisant mixte, et plus récemment, comme constituant principal de liant hydraulique routier.
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Laitiers d’élaboration d’aciers carbone en filière électrique

L’élaboration des aciers dits “carbone” se fait généralement en deux étapes, l’une au four de fusion dont l’objectif est l’obtention d’un acier “de base” et l’autre en poche de coulée où la nuance d’acier recherchée est élaborée. Cela génère deux types de laitiers : le laitier de four et le laitier de poche (ou de métallurgie secondaire).
Les laitiers liquides sont coulés dans des cuviers, puis déversés sur le sol ou en fosses et faiblement arrosés d’eau jusqu’à solidification et refroidissement. Le bloc massif de laitier est alors concassé grossièrement par des moyens mécaniques, puis de plus en plus finement pour favoriser la récupération des particules de métal résiduelles (scraps). Des criblages successifs permettent de produire des granulats.
Si le laitier de poche est souvent utilisé en cimenterie ou recyclé au sein de l’aciérie, les granulats de laitier de four d’aciérie électrique, de par leurs excellentes caractéristiques géotechniques, sont généralement employés pour la construction d’assises de chaussées, pour la fabrication de couches de surface ou encore la réalisation d’enduits superficiels.
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Laitiers d’élaboration de l’acier inoxydable

L’élaboration de l’acier inoxydable s’effectue généralement en trois étapes qui génèrent la formation de trois types de laitiers différents : le laitier de four, le laitier d’AOD et le laitier de poche (ou de métallurgie secondaire). Leur traitement est identique à celui des laitiers d’aciérie issus de la filière carbone, jusqu’à obtenir des granulats de qualité similaire.
En travaux publics, ces laitiers sont utilisés pour la réalisation de pistes d’accès et de chemins forestiers ou d’exploitations agricoles comme matériaux pour remblai et couches de chaussée, sous revêtement superficiel.
En construction, du fait de leur stabilité dimensionnelle et de la faible teneur en oxydes de fer, ils sont utilisés comme granulats dans le béton ou comme liant hydraulique dans la fabrication de briques.
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