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Les méthodes de production de l'acier ont considérablement évolué depuis le début de la production industrielle à la fin du XIXe siècle. Cependant, les méthodes modernes reposent sur le procédé Bessemer.
Selon la World Steel Association, en 2011, la production d'acier brut a atteint un nouveau record de 1,527 milliard de tonnes métriques. Environ deux tiers de cette production ont été réalisés à l'aide du procédé BOS (basic oxygen steelmaking – four à oxygène) et un tiers à l'aide du EAF (electric arc furnace – four à arc électrique).
Production de l'acier – le procédé EAF
Contrairement à d'autres procédés, celui qui utilise le four à arc électrique génère des températures élevées grâce au courant électrique. Le premier four de ce type a été conçu par Paul Héroult. Il s'agit d'une technologie qui utilise 100 % de chutes d'acier.
Le four est divisé en trois sections : la carcasse, la sole et le toit. Le procédé commence par le levage du toit et des électrodes, puis on charge les chutes d'acier, les agents réducteurs ainsi que les éléments d'alliage, après quoi les électrodes sont introduites et le toit est remis en place.
Grâce à ces trois électrodes en graphite, une température d'environ 3500 degrés Celsius est créée et la fusion a lieu. Une fois toute la charge fondue, un échantillon est prélevé afin d'être analysé pour déterminer la quantité d'oxygène qui sera soufflée pendant l'affinage. Affinage au cours duquel la composition chimique est ajustée pour répondre aux exigences du produit. Le four à arc électrique a une capacité de 300 tonnes, et le processus de fabrication dure environ 40 à 60 minutes.
Ce procédé présente l'avantage de pouvoir être arrêté et redémarré sans coûts importants associés. Un autre avantage est qu'il peut n'utiliser que des matériaux recyclés. Pour ces raisons, le procédé EAF a connu une croissance constante au cours des 50 dernières années, représentant aujourd'hui environ 33 % de la production mondiale d'acier.
Méthode de fabrication de l'acier – BOF
La mise au point d'une méthode de séparation de l'oxygène et de l'azote à l'échelle industrielle en 1960 a permis des progrès majeurs dans le développement du four à oxygène. La majeure partie de la production à grande échelle est réalisée par le procédé de fusion à l'oxygène pur.
Le fer fondu, associé à des chutes recyclées, est versé dans un grand convertisseur revêtu de briques réfractaires. Un tube refroidi à l'eau est ensuite introduit jusqu'à ce que son extrémité se trouve au-dessus du métal en fusion. De l'oxygène pur est soufflé à travers ce tube, réagissant avec le carbone contenu dans le fer et produisant suffisamment de chaleur pour maintenir la charge en fusion.
Pour maintenir une température de 1600 degrés Celsius, de la chaux vive est ajoutée progressivement. D'autres matériaux fondants sont également ajoutés selon les besoins. Lorsque le soufflage d'oxygène commence, du monoxyde de carbone et d'autres gaz se dégagent, formant également des scories. Un temps de soufflage de 20 à 30 minutes est nécessaire pour un convertisseur de 400 tonnes. Les gaz émis sont aspirés par des ventilateurs, et à la fin du procédé, les scories sont retirées. L'acier ainsi obtenu est soit coulé dans des moules pour la fabrication de pièces moulées, soit coulé en lingots qui sont ensuite laminés. Ce procédé semble être le plus avantageux, en plus d'être rapide, sa consommation de combustible est très faible.
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