Utilisation croissante de l'acier inoxydable contenant du molybdène dans l'industrie papetière

Au cours des 15 dernières années, la numérisation a entraîné une forte baisse de la demande de produits de papier graphique tels que le papier journal et le papier d'impression. De 2010 à 2017, la demande a diminué à un taux annuel moyen de 2,4 %. Après 2018, le déclin s'est accéléré rapidement, atteignant 6,2 % en 2021. Cependant, malgré le déclin des produits de papier graphique, d'autres produits de papier ont connu une croissance, tels que le papier d'emballage, le carton et les produits ménagers et d'hygiène, grâce à la croissance rapide du commerce électronique et à la demande croissante des économies en croissance comme l'Inde. Ces tendances ont maintenu le taux de croissance annuel net global de l'industrie papetière à environ 1 %-2 % depuis 2010. Les aciers inoxydables superausténitiques et duplex jouent un rôle important et croissant dans cette industrie en pleine expansion.

Les procédés de séchage de la pâte à papier sont énergivores. La fabrication du papier commence avec des copeaux de bois ou des vieux papiers. La méthode la plus répandue est le procédé Kraft, qui transforme le bois en pâte pour produire des produits en papier. Le procédé commence par le mélange de copeaux de bois avec un mélange chaud d'eau, d'hydroxyde de sodium et de sulfure de sodium, puis par la cuisson dans un autocuiseur. Ce processus de digestion transforme les copeaux de bois en pâte de fibres de cellulose, principal composant du papier. Après digestion, la pâte brute est collectée, lavée et blanchie, généralement avec une solution de dioxyde de chlore pour obtenir la couleur blanche souhaitée. Le blanchiment est parfois également réalisé avec du peroxyde d'hydrogène ou de l'ozone. Les vieux papiers recyclés ne nécessitent pas de digestion, mais sont retirés pour éliminer les plastiques et autres déchets, puis lavés et blanchis.

Dans les deux cas, la pâte blanchie est introduite dans une grande machine à papier appelée table Fourdrinier pour être transformée en rouleaux de papier. La pâte est diluée en une pâte liquide puis pulvérisée sur un tamis pour former un tapis de pâte, qui est ensuite essoré, séché et laminé pour former le produit final. Le papier traverse la table Fourdrinier à des vitesses pouvant atteindre 100 km/h, et le produit final est un rouleau de papier géant qui est ensuite inspecté, coupé et vendu.

Les machines à papier sont souvent appelées Fourdrinier, du nom d'Henry Fourdrinier, qui a inventé la première machine à papier industrielle en 1806.

Le séchage de la pâte à papier est très énergivore, car il faut éliminer une grande quantité d'eau. L'Association européenne des pompes à chaleur (EHPA) estime qu'en moyenne, une usine à papier consomme suffisamment d'électricité pour alimenter plus de 30 000 foyers pendant un an. Les avancées technologiques ont amélioré les procédés de déshydratation, augmenté la récupération de chaleur, et la cogénération (chaleur et électricité) peut rendre l'industrie papetière plus économe en énergie tout en réduisant les émissions.

Pendant des décennies, les usines de pâtes et papiers ont eu recours à la cogénération pour capter la chaleur de la vapeur, autrement gaspillée. Aujourd'hui, les pompes à chaleur permettent de récupérer davantage de chaleur.

La Confédération européenne de l'industrie papetière (Cepi) et l'EHPA collaborent pour promouvoir le déploiement à grande échelle de pompes à chaleur industrielles haute température, qui captent la chaleur résiduelle du séchage de la pâte. Les pompes à chaleur utilisent la chaleur d'une source de chaleur à basse température et la portent à une température plus élevée pour répondre aux besoins thermiques du procédé. Des développements récents permettent aux pompes à chaleur et aux compresseurs à vapeur de grande capacité de fonctionner à des températures allant jusqu'à 200 °C. Des économies d'énergie de plus de 50 % ont été calculées grâce à cette technologie lors du séchage de la pâte. Selon la nature corrosive de la vapeur résiduelle entrante, les composants des pompes à chaleur, tels que les tubes d'échangeur de chaleur, peuvent être fabriqués en acier inoxydable 304 ou 316.

L'acier inoxydable joue de nombreux rôles dans l'industrie papetière. Depuis plus de 70 ans, l'industrie papetière utilise l'acier inoxydable et d'autres alliages résistants à la corrosion pour accroître la durée de vie et la fiabilité des équipements. Le choix du matériau de construction le plus adapté aux équipements des usines papetières dépend du procédé et de la technologie utilisés, mais les aciers inoxydables contenant du molybdène sont largement utilisés tout au long du processus de production.

Les aciers inoxydables duplex sont de plus en plus utilisés dans l'industrie papetière en raison de leur grande résistance mécanique et de leur résistance à la fissuration par corrosion sous contrainte due aux chlorures et à la corrosion alcaline. Par exemple, l'acier inoxydable duplex 2205 est utilisé dans les lessiveurs des procédés de fabrication de pâte kraft et au sulfite. L'acier inoxydable duplex 2507, plus fortement allié, est également un matériau courant pour les tuyaux et les composants de la section de blanchiment de l'usine.

Grâce à son excellente résistance à la corrosion et à la fatigue, l'acier inoxydable duplex est également un matériau idéal pour les rouleaux d'aspiration des machines à papier, qui éliminent l'eau du processus de fabrication du papier. L'acier inoxydable duplex 3ER60 est souvent utilisé pour ces rouleaux, aux côtés d'autres nuances duplex telles que les 2205, 2101 et 2304.

Les rouleaux aspirants sont de grande taille et fabriqués selon des tolérances strictes. Ce rouleau 3RE60 mesure 12 mètres de long et près de 2 mètres de diamètre.

Le procédé de blanchiment en phase D est l'étape la plus corrosive de la fabrication du papier. Les matériaux des équipements sont souvent exposés au chlore et au dioxyde de chlore à des températures élevées de 70 à 80 °C. Les aciers inoxydables superausténitiques et superduplex sont utilisés pour les pompes et les réacteurs de ce procédé acide en raison de leur forte résistance à la corrosion localisée.

Un rouleau de papier presque fini passe dans une table Fourdrinier

À mesure que l'industrie papetière adapte ses capacités de production à l'évolution du marché mondial et met en œuvre des avancées technologiques pour accroître l'efficacité de ses usines, elle poursuivra sa croissance. Face à la transformation de l'industrie papetière, les aciers inoxydables au molybdène demeurent un matériau de construction important pour les équipements de production de pâtes et papiers.