Fabrication de l'acier - Définition

Introduction

L'acier s'élabore actuellement de deux manières :

• Dans un haut-fourneau, à partir du minerai de fer et de coke avec réduction du carbone dans un convertisseur ;
• Dans un four électrique, à partir d'acier de récupération. On parle d'acier de recyclage ou d'acier électrique.

Filières d'élaboration de l'acier

Usine d'agglomération

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:

• la résistance mécanique nécessaire pour supporter l'écrasement dû à l'empilage des matières dans le haut-fourneau
• la porosité permettant la circulation du vent des tuyères vers le gueulard
• la composition chimique en oxydes, pour maîtriser le laitier

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.

Haut fourneau

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.

Cokerie

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.

Métallurgie en poche

Le rôle de la métallurgie en poche consiste à mettre à nuance et à température l'acier liquide issu du convertisseur.

Mise à nuance

Elle comporte plusieurs étapes, toutes facultatives, et dont l'ordre peut changer:

• le calmage de l'acier sauvage qui va consommer l'oxygène dissous dans l'acier. Pour cela, on jette dans l'acier liquide de l'aluminium (pour les produits plats) ou du silicium (cas des produits longs) qui, en s'oxydant, vont transformer l'oxygène dissous en oxydes.
• le dégazage: l'acier va passer par un passage sous vide destiné à parfaire la décarburation entamée au convertisseur (dans ce cas-ci, il est nécessaire de conserver, au préalable, un minimum d'oxygène dissous), la déshydrogénation ou parfois encore la dénitruration.
• l'ajustement du laitier de poche, de manière à ce qu'il ait la capacité d'absorber les impuretés comme les oxydes produits par le calmage.
• l'affinage qui va ôter les derniers éléments indésirables, comme le phosphore ou le soufre.
• l'ajout des éléments d'alliages.

Mise à température

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.