L’acciaio è stato una parte importante delle costruzioni fin dal 1800, a causa della sua versatilità come materiale da costruzione. La sua popolarità è in gran parte dovuta alla sua forza e facilità di fabbricazione. Le materie prime per l’acciaio variano perché è possibile realizzare acciai diversi per soddisfare i loro usi finali, dall’acciaio più morbido per la lavorazione all’acciaio molto duro per dispositivi di sicurezza o casseforti. Tutti i prodotti in acciaio sono apprezzati per la loro resistenza, durata e facilità di riciclaggio quando non sono più necessari.
L’ingrediente chiave per l’acciaio è il ferro che si trova nel terreno sotto forma di ossido, una miscela chimica di ferro e ossigeno mescolata con la roccia. Il ferro ossidato è comune nei prodotti siderurgici man mano che invecchiano, perché la stessa molecola è nota come ruggine, che si verifica quando il ferro e l’ossigeno si ricombinano nel tempo. Un recipiente ad alta temperatura chiamato altoforno viene utilizzato per preparare il metallo puro dal minerale grezzo. Prima che il ferro possa essere immesso nel forno, in genere passa attraverso diverse fasi di lavorazione per rimuovere la roccia di scarto e concentrare la percentuale di ferro nel minerale.
In un altoforno, il minerale di ferro e altre materie prime per l’acciaio vengono aggiunti e riscaldati a temperature molto elevate. Quando la miscela è fusa, l’ossigeno viene iniettato utilizzando un tubo cavo chiamato lancia, che fa sì che la miscela diventi ancora più calda. A temperature molto elevate, l’ossigeno viene separato dall’ossido di ferro, risultando in metallo puro. Le impurità chiamate scorie salgono nella parte superiore del forno e vengono rimosse, risultando in una miscela fusa di ferro e altri additivi.
Esistono centinaia di diverse composizioni o leghe di acciaio, ma ci sono alcune materie prime comuni per l’acciaio. Il carbonio è un ingrediente chiave in tutti gli acciai, ma è presente a basse concentrazioni. L’ossigeno nel minerale reagisce con il carbonio aggiunto al forno, rimuovendolo dalla molecola di ossido di ferro. Una forma pura di carbonio chiamata coke è necessaria in un altoforno e viene preparata riscaldando il carbone ad alte temperature per rimuovere eventuali composti organici.
Il ferro con percentuali di carbonio superiori al due percento è indicato come ghisa, che è dura ma più fragile. Altre materie prime per l’acciaio includono diversi metalli, silicio e calcare. Il calcare, che è carbonato di calcio, è chiamato fondente e viene aggiunto ad intervalli regolari al forno per formare la scoria e rimuovere le impurità. Il silicio rimuove l’ossigeno nel forno e rende l’acciaio più lavorabile o più facile da piegare o lavorare.
Un altoforno può utilizzare dell’acciaio riciclato, ma in genere è limitato a circa il 30% in peso. L’acciaio è facilmente riciclabile, ma per percentuali più elevate di acciaio riciclato viene utilizzato un forno diverso chiamato forno ad arco elettrico. Un forno elettrico ad arco utilizza due elettrodi sospesi all’interno del forno, tra i quali passa un’elevata corrente elettrica che crea temperature elevate. Le materie prime per l’acciaio sono già contenute nel materiale riciclato e potrebbero essere necessarie solo piccole quantità di additivi per creare la composizione dell’acciaio desiderata.