L’acier est une partie importante de la construction depuis les années 1800, en raison de sa polyvalence en tant que matériau de construction. Sa popularité est en grande partie due à sa solidité et sa facilité de fabrication. Les matières premières pour l’acier varient car différents aciers peuvent être fabriqués en fonction de leurs utilisations finales, y compris l’acier plus doux pour l’usinage à l’acier très dur pour les dispositifs de sécurité ou les coffres-forts. Tous les produits en acier sont appréciés pour leur résistance, leur durabilité et leur facilité de recyclage lorsqu’ils ne sont plus nécessaires.
L’ingrédient clé de l’acier est le fer qui se trouve dans le sol sous forme d’oxyde, un mélange chimique de fer et d’oxygène mélangé à de la roche. Le fer oxydé est courant dans les produits en acier à mesure qu’ils vieillissent, car la même molécule est connue sous le nom de rouille, qui se produit lorsque le fer et l’oxygène se recombinent au fil du temps. Un récipient à haute température appelé haut fourneau est utilisé pour préparer le métal pur à partir du minerai brut. Avant que le fer puisse être placé dans le four, il passe généralement par plusieurs étapes de traitement pour éliminer les stériles et concentrer le pourcentage de fer dans le minerai.
Dans un haut fourneau, le minerai de fer et d’autres matières premières pour l’acier sont ajoutés et chauffés à très haute température. Lorsque le mélange est fondu, de l’oxygène est injecté à l’aide d’un tuyau creux appelé lance, ce qui rend le mélange encore plus chaud. Aux températures très élevées, l’oxygène est séparé de l’oxyde de fer, ce qui donne du métal pur. Les impuretés appelées scories montent au sommet du four et sont éliminées, ce qui donne un mélange fondu de fer et d’autres additifs.
Il existe des centaines de compositions ou d’alliages d’acier différents, mais il existe quelques matières premières communes pour l’acier. Le carbone est un ingrédient clé de tout acier, mais il est présent à de faibles concentrations. L’oxygène du minerai réagit avec le carbone ajouté au four, le retirant de la molécule d’oxyde de fer. Une forme pure de carbone appelée coke est nécessaire dans un haut fourneau, et elle est préparée en chauffant du charbon à des températures élevées pour éliminer tout composé organique.
Le fer avec des pourcentages de carbone supérieurs à deux pour cent est appelé fonte, qui est dure mais plus cassante. D’autres matières premières pour l’acier comprennent différents métaux, le silicium et le calcaire. Le calcaire, qui est du carbonate de calcium, est appelé fondant et est ajouté à intervalles réguliers au four pour former le laitier et éliminer les impuretés. Le silicium élimine l’oxygène dans le four et rend l’acier plus maniable, ou plus facile à plier ou à usiner.
Un haut fourneau peut utiliser de l’acier recyclé, mais est généralement limité à environ 30 pour cent en poids. L’acier est facilement recyclé, mais un four différent appelé four à arc électrique est utilisé pour des pourcentages plus élevés d’acier recyclé. Un four à arc électrique utilise deux électrodes suspendues à l’intérieur du four, et un courant électrique élevé passe entre elles, créant des températures élevées. Les matières premières pour l’acier sont déjà contenues dans le matériau recyclé, et seules de petites quantités d’additifs peuvent être nécessaires pour créer une composition d’acier souhaitée.