La fabrication de l’acier : les étapes essentielles

Au cœur de nos économies et de nos plus belles fenêtres, l’acier est un matériaux de base pour de nombreux secteurs économiques : automobile, construction… Il est au centre d’une guerre commerciale entre l’Occident et la Chine. Toutefois, sa fabrication requiert des infrastructures colossales que peut d’entreprises sont en mesure de développer. Le marché est en phase de stagnation en raison de la concurrence chinoise.

Qu’est ce que l’acier ?

L’acier est un alliage résultant d’une transformation de matières premières naturelles. Selon les matériaux et processus de fabrication employés, il est possible d’ajuster le pourcentage des impuretés (souffre, carbone…) ou d’ajout volontaires pour obtenir des propriétés particulières. Les aciers ont une teneur en carbone qui peut varier de 0.005 % à 1,5 % en masse.

La première famille des aciers non-alliés sont utilisés dans le BTP, les outils, les moules ou les pièces mécaniques soudables. Les aciers faiblement alliés se caractérisent par leur haute résistance et le fait qu’aucun élément additionnel ne dépasse 5 % en masse.

Les aciers fortement alliés ont au moins un élément qui dépasse 5 % en masse et sont réservés à des utilisations très spécifiques nécessitant des caractéristiques particulières comme une très haute résistance mécanique, une très grande résistance à l’usure et à la corrosion, une très faible dilatation et fluage. C’est le cas, par exemple, les aciers inoxydables.

Refroidissement de l'acier fondu

Utilisation de l’acier inoxydable

De part sa résistance à la corrosion, l’acier inoxydable reste le matériau de référence pour la construction des plus grands édifices du monde tel que le Khalifa à Dubaï inauguré en janvier 2010. Les éléments de structures sont bien sûr réalisés en acier de même que les fenêtres, portes verrières ou vérandas aux finitions fines et esthétiques.

Les architectes disposent aujourd’hui d’une vaste gamme d’aciers aux finitions de surface et de couleurs nombreuses, utilisables à l’intérieur (poutrelles, structures) comme à l’extérieur (fenêtre ou verrière) pour qui permettent des excentricités jusqu’alors inimaginables.

Comment est fabriqué l’acier ?

Le haut-fourneau a pour mission de transformer le minerai de fer en fonte, puis en acier. La fonte est simplement un acier de moins bonne qualité très riche en carbone. Il permet de chauffer et de provoquer une réaction chimique lors de laquelle on enlève l’oxygène des oxydes de fer, pour obtenir le fer métallique. C’est le processus inverse de l’oxydation qui a lieu lorsque le fer rouille.

Le minerai de fer ainsi que le charbon sous forme de coke sont ajoutés en haut, et le métal en fusion s’écoule en bas sous l’effet de l’attraction terrestre. Le charbon réagit avec l’air pour former du monoxyde de carbone (CO). Ce dernier réduit l’oxyde de fer pour former du fer métallique (Fe) mais aussi du dioxyde de carbone, le CO2.

Usine métallurgique et acier en fonte

Le coke est un combustible obtenu par distillation de la houille dans le four de la cokerie. Il ‘agit de carbone presque pur doté d’une structure poreuse et résistante à l’écrasement. En brûlant dans le haut fourneau, le coke apporte la chaleur nécessaire à la fusion du minerai et les gaz nécessaires à sa réduction.

Le convertisseur (sorte de gros œuf percé à son sommet) permet ensuite de transformer 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 obtient de l’acier liquide “sauvage” car encore imparfait, qui est versé dans une poche.

L’acier en fusion s’écoule en continu dans un moule sans fond. En traversant ce moule, il se solidifie au contact des parois refroidies à l’eau. Le métal moulé descend, guidé par un jeu de rouleaux, et continue à se refroidir. Arrivé à la sortie, il est complètement solidifié. Il est immédiatement coupé aux longueurs voulues.

Qu’est ce que l’acier galvanisé ?

Sans protection, il est bien connu que l’acier rouille, c’est son point faible. La galvanisation vise à empêcher cette corrosion. Il s’agit d’une technique qui consiste à recouvrir l’acier d’une couche de zinc afin qu’il ne soit plus atteint par la rouille.

Il existe deux techniques de galvanisation de l’acier :
– la galvanisation en continu qui consiste à plonger des bobines d’acier préalablement déroulées dans un bain de zinc
– la galvanisation à chaud qui nécessite l’immersion des pièces d’acier dans un bain de zinc liquide à 450 °C

L’acier galvanisé offre une conductivité thermique relativement basse. IL peut être utilisé comme matériau de couverture pour les toitures, pour la fabrication d’outils, de portails, pour la réalisation d’ouvrages d’art comme les ponts.