L'acier s'élabore actuellement de deux manières :
Filières d'élaboration de l'acier
Le minerai de fer possède des propriétés chimiques et physiques incompatibles qui le rendent inexploitable en l'état par le haut-fourneau. Il lui manque en particulier:
Les minerais sont préparés par broyage et calibration en grains qui s'agglomèrent entre eux. Le mélange obtenu est cuit sous une hotte à 1 300 °C. L’aggloméré obtenu est ensuite concassé et calibré puis chargé dans le haut-fourneau avec du coke.
De façon simplifiée, le coke est du carbone presque pur doté d'une structure poreuse et résistante à l'écrasement. Il est utilisé comme un puissant réducteur après avoir été libéré des composants indésirables de la houille. Pour cela on l'a fait cuire, à l'abri de l'air, dans les fours de la cokerie à 1 250 °C durant 17 heures. En brûlant dans le haut-fourneau, le coke apporte la chaleur nécessaire à la fusion du minerai et le carbone nécessaire à sa réduction.
On extrait le fer de son minerai. Minerai et coke solides sont enfournés par le haut, le gueulard. L'air chaud (1 200 °C) insufflé à la base provoque la combustion du coke (carbone presque pur). L'oxyde de carbone ainsi formé va « réduire » les oxydes de fer, c'est-à-dire leur prendre leur oxygène et, de ce fait, isoler le fer. Il se chargera cependant en carbone au fur et à mesure de sa descente dans le haut-fourneau et se transformera en fonte. A la sortie d'un haut-fourneau ces oxydes sont recupérés à l'état liquide, avec la gangue du minerai. Leur densité moindre les fait flotter au-dessus de la fonte. Ce résidu est appelé laitier du haut-fourneau et est principalement exploité pour la fabrication du ciment.
Cet outil assure la conversion de la fonte en acier.
La fonte en fusion est versée sur un lit de ferraille. On brûle les éléments indésirables (carbone et résidus) contenus dans la fonte en insufflant de l'oxygène pur. On récupère les résidus (laitier d'aciérie). On obtient de l'acier liquide sauvage, qui est versé dans une poche. Il est appelé acier sauvage, car, à ce stade, il est encore imparfait.
Le rôle de la métallurgie en poche consiste à mettre à nuance et à température l'acier liquide issu du convertisseur.
Elle comporte plusieurs étapes, toutes facultatives, et dont l'ordre peut changer:
La coulée continue demande typiquement des température d'acier d'environ 30 °C au-dessus du liquide de l'alliage. Les moyens de réchauffage sont, soit le four électrique à poches, soit un procédé chimique comme l'aluminothermie. Il est également possible de travailler tout le temps très chaud, pour ne refroidir à la bonne température qu'au dernier moment.
L'acier liquide est coulé dans une lingotière en cuivre de section carrée, rectangulaire ou ronde (selon le demi-produit fabriqué). L'acier liquide admet une température de l'ordre de 1 500 °C.
Le métal commence à former une peau solide dans la lingotière violemment refroidie à l'eau et par rayonnement. L'acier est ensuite tiré vers le bas par un jeu de rouleaux et d'extracteur, il achève de se solidifier, grâce essentiellement à des jets pariétaux d'eau.
A cause du refroidissement intense, le métal subit une histoire thermomécanique, lors de son parcours dans la machine de coulée continue. En fonction de cet historique (influencé notamment par la vitesse de coulée, la forme de la machine, l'intensité du refroidissement), la qualité du produit est plus ou moins bonne et le constructeur (Arcelor, par exemple) pourra vendre plus ou moins cher le produit. Une telle machine existe sur plusieurs sites : à Fos-sur-Mer, à Dunkerque, à Châtelet etc.
Pour plus de renseignements sur la coulée continue, deux thèses peuvent être lues en ligne :
La coulée peut être également faite en lingotière. Ce procédé, peu performant en termes de mise au mille permet cependant l'obtention d'alliages spécifiques, comme les aciers non calmés.
L’acier est coulé et solidifié dans des moules en fontes : les lingotières.
Une fois la solidification terminée, les lingots sont démoulés.
Après un réchauffage à 1 200 °C, ils sont écrasés dans un gros laminoir pour être transformés en
Voir également laminoir
La brame est réchauffée dans un four pour rendre le métal plus malléable, donc plus facile à étirer et à mettre en forme. L'ébauche est ensuite amincie par écrasements progressifs entre les cylindres du laminoir.
Les blooms ou billettes issus de la coulée en lingots ou de la coulée continue sont transformés en poutrelles, profilés, rails, barres ou fils.
Le laminage s'effectue à chaud. Certains produits plats subissent ensuite un amincissement complémentaire (moins de 1 mm), effectué par laminage à froid. Ils peuvent également être revêtus pour protéger le métal contre l'oxydation.