Transformé par l’industrie sidérurgique, le fer est extrait du minerai afin de fabriquer de la fonte. Celle-ci est constitué de plus de 3% de carbone. Si la fonte est résistante, elle est lourde et cassante.
L’acier est également un mélange de fer et de carbone, mais comprenant moins de 3% de carbone. Ce mélange révolutionnaire a été trouvé grâce au procédé Bessemer en 1855, qui permettait d’affiner de la fonte brute.
De nos jours, l’acier est élaboré par des entreprises sidérurgiques. Leur capacité de production permet de réaliser des volumes importants de produits sidérurgiques, afin de répondre à la demande de diverses industries et aciéries.
La production d’acier
La production d’acier est obtenue soit par la filière fonte, soit par la récupération de ferraille en four électrique.
La filière fonte démarre en bassins sidérurgiques, qui rassemblent les technologies d’obtention de la fonte et d’acier à partir de minerais de fer. Ces complexes sidérurgiques sont en général situés dans des ports, proches des voies maritimes, qui acheminent le minerai.
Les minerais de fer passent par une première phase de sélection en amont de la production sidérurgique. Ce sont les étapes de concassage et de broyage, qui permettent d’obtenir du minerai concentré et aggloméré. Ce minerai est ensuite fondu grâce au haut-fourneau. Ce four mesurant plusieurs dizaines de mètres de haut utilise le procédé de cokéfaction pour faire fondre le fer à haute température. En effet, le coke est un charbon à faible teneur en carbone, utilisé comme combustible métallurgique. Le point de fusion du fer est atteint à 1600 degrés grâce à ce combustible. Le métal ferreux à l’état liquide qui en résulte est ainsi appelé la fonte.
La fonte liquide sort du plancher de coulée à 1400 degrés. Les déchets de combustion, le laitier et les gazs sont récupérés pour fabriquer du ciment et alimenter des centrales électriques. Contenant encore trop de carbone et d’impuretés après la sortie du haut-fourneau, la fonte est acheminée en wagon en aciérie.
La fonte doit être débarrassée des impuretés et du carbone qui sont encore très présent. Elle est donc envoyée dans un convertisseur à oxygène, qui va refondre la fonte à 1670 degrés. Pour obtenir 240 tonnes d’acier, il faut 220 tonnes de fonte, auxquelles s’ajoutent 20 tonnes de ferrailles récupérées de carcasse de voiture et de matériaux de construction. Dans le convertisseur, l’oxygène à haute température se recombine avec le carbone présent dans la fonte, et s’échappe du convertisseur sous forme d’oxyde de carbone. Ainsi le fer présent dans la fonte devient presque pur, la fonte est alors appelée « acier sauvage ».
Par ailleurs l’acier peut aussi être obtenu par récupération de métaux ferreux et non ferreux, fondus en four électrique. Cette méthode de recyclage ne nécessite pas de passage en convertisseur, puisque la teneur en carbone à l’état liquide est déjà très faible. Cela donne directement de l’« acier sauvage ».
L’acier sauvage passe par une mise à nuance, en plusieurs étapes :
- Le calmage, qui consiste à ajouter de l’aluminium pour les produits plats ou du silicium pour les produits longs ;
- L’ajustement du laitier de poche, pour qu’il absorbe les impuretés produites par le calmage
- L’affinage, qui enlève les derniers éléments indésirables, et ajoute les éléments d’alliage.
L’acier sauvage doit être affiné en station, afin d’acquérir les propriétés mécaniques qui lui permettront de fabriquer des aciers spéciaux (inoxydables, pour forge). L’affinage des métaux purifie le métal brut en ajoutant d’autres métaux ferreux et non-ferreux. L’affinage de l’acier est effectué dans un four. Le zinc est distillé, le cuivre et l’aluminium sont quant à eux affinés par électrolyse.
La coulée contenue ressortant de la phase d’affinage permet de solidifier les métaux sous des lingots de formes différentes :
- Les billets et bloomes pour fabriquer des pièces moulées de construction métallique, les rails de chemins de fer, etc ;
- Les brames permettent d’enrouler des kilomètres de feuillards autour de bobines métalliques après la phase de laminage à chaud.
La fabrication d’acier
La fabrication de l’acier se décompose en deux étapes de laminage, à chaud et à froid. Ce dernier est approprié pour les produits longs et plats.
Le laminage à chaud se divise en plusieurs étapes, et a pour but de réduire l’épaisseur d’un produit. Les défauts de surface sont enlevés par des chalumeaux. Puis elles sont envoyées dans plusieurs cages afin d’être laminées. Le laminoir à chaud permet de réduire l’épaisseur de feuilles de métal en plusieurs fois.
Le laminage à froid change les caractéristiques mécaniques du métal laminé à chaud. Réservé aux produits plats comme la tôle, l’épaisseur est réduite jusqu’à atteindre un maximum de 3 millimètres !
Ces produits bruts permettent par la suite de fabriquer des produits finis : des tôles, du fil, etc.
