Il ferro Il ferro in natura minerali di ferro Il ferro (Fe) minerali ferrosi Magnetite Ematite rossa Limonite Siderite Pirite

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1 Le leghe ferrose

2 Il Ferro I termini ferro, acciaio e ghisa definiscono tre prodotti siderurgici assai diversi per aspetto e proprietà tecnologiche, ma molto simili per composizione chimica. FERRO Il ferro è un elemento metallico, simbolo chimico Fe, duttile, malleabile, resistente agli urti, si ossida facilmente (arrugginisce) e fonde a 1535 C. N.B. Per ottenere il ferro puro bisogna ricorrere a procedimenti elettrolitici e chimici, che lo rendono puro, ma assai costoso e molto poco utilizzabile commercialmente. Normalmente è utilizzato in lega con il carbonio (C), a formare acciai e ghise.

3 Il ferro Il ferro in natura Per produrre la ghisa e l acciaio, bisogna estrarre dal sottosuolo dei minerali ricchi di ferro. Il ferro (Fe) allo stato naturale è presente sotto varie forme e mescolato a rocce. Di questi minerali ferrosi,i più importanti sono: Magnetite ( Fe3 O4 ) con una % di Fe di È la calamita naturale, le zone di estrazione in Italia sono la Val d Aosta e l Isola d Elba. Ematite rossa ( Fe2 O3 ) con una % di Fe di È da considerarsi un buon minerale di ferro perché contiene poco fosforo. Il fosforo infatti è poco gradito nell acciaio perché lo rende fragile. Le zone di estrazione in Italia sono la Sardegna e l Isola d Elba. Limonite (2Fe2 O3 +3H2O) con una % di Fe di È l ematite gialla e purtroppo contiene un elevato tenore di fosforo. Le zone di estrazione in Italia sono la Toscana e la Sardegna. Siderite (Fe CO3) con una % di Fe di ed è pertanto il minerale di ferro meno pregiato. Le zone di estrazione in Italia sono le Prealpi bergamasche e bresciane. Pirite è un minerale molto comune composto da disolfuro di ferro (II) (FeS2) che prende il nome dal termine greco pyros (fuoco) poiché produce scintille se percosso con un pezzo di metallo. Per via del color oro era noto in passato come l'oro degli stolti; se riscaldato alla fiamma emette una miscela di solfuri dal classico odore di uova marce.

4 Ciclo siderurgico integrale Si dice ciclo siderurgico integrale il processo di fabbricazione che, partendo dalle materie prime (minerali ferrosi, fondenti e carbone) consente attraverso una serie di lavorazioni, di ottenere come prodotto intermedio, la ghisa greggia e come prodotti finiti gli acciai.

5 Ciclo siderurgico integrale

6 L altoforno L altoforno ha la forma di due tronchi di cono rovesciati. Le dimensioni che si possono raggiungere sono di metri di diametro del crogiolo ed altezze anche di 80 metri. Le parti fondamentali dell altoforno le possiamo distinguere in : 1) Bocca di caricamento è la parte alta dell altoforno; essa viene raggiunta da nastri trasportatori e carrelli detti skips, che versano le cariche costituite da minerali di ferro, carbon coke e calcare. Dalla bocca si dipartono due tubazioni per la presa dei gas caldi da inviare ai ricuperatori di calore. 2) Tino è l elemento più grande dell altoforno ed ha la forma di tronco di cono con la base maggiore rivolta verso il basso. L allargamento verso il basso favorisce la discesa delle cariche. 3) Ventre Ha forma cilindrica e costituisce l elemento di giunzione tra il tino e la sacca. In esso inizia la fusione delle cariche tra 1350 C e 1550 C. 4) Sacca Anche la sacca ha la forma di tronco di cono però con la base maggiore rivolta verso l alto. Dal fondo della sacca è soffiata l aria calda. Nella sacca si completa la fusione delle cariche con temperatura prossima ai 2000 C. 5) Crogiolo Ha lo scopo di raccogliere la ghisa greggia liquida. Sul fondo ed in alto ci sono due aperture che permettono lo spillamento della ghisa e della scoria (o loppa) che galleggia sul bagno di ghisa liquida.

7 L altoforno Disegno schematico di un altoforno: 1. flusso di aria calda dalle stufe Cowper 2. zona di fusione 3. zona di riduzione dell'ossido ferroso 4. zona di riduzione dell'ossido ferrico 5. zona di pre riscaldamento 6. ingresso di minerali grezzi, fondente e coke 7. gas esausti 8. colonna contenente minerale grezzo, fondente e coke 9. rimozione delle scorie 10. fuoriuscita del metallo fuso 11. fuoriuscita dei gas di scarico

8 Ghise e acciai

9 Le Ghise Le ghise sono leghe Fe-C con tenore di carbonio tra il 2,06 e il 6,67 %. Il carbonio nella ghisa è contenuto in due forme: Combinato chimicamente con il ferro, dà origine alla cementite (carburo di ferro, Fe3C), che è durissima e chiara; Allo stato libero, dà origine alla grafite, in forma lamellare, tenera e nera. A seconda della prevalenza della cementite o della grafite, si ha: Ghisa bianca, con prevalenza di cementite, sono molto dure e fragili; Ghisa grigia con prevalenza di grafite, meno dure e meno fragili e possono essere lavorate per asportazione di truciolo. Ghisa malleabile resa malleabile da un trattamento termico, il carbonio si presenta in forma di fiocchi. Le ghise, sia bianche che grigie hanno scarsa saldabilità. Da queste ghise si generano, mediante particolari trattamenti, altri tipi di ghise.

10 Gli acciai L acciaio è una lega Fe-C, con percentuali di carbonio varianti da 0,008% a 2,06%. Gli acciai possono essere : semplici (non legati) speciali ( legati ) Sono semplici gli acciai che contengono solo ferro e carbonio e non contengono altri elementi. Sono speciali gli acciai che oltre al ferro e carbonio contengono altri elementi alliganti ( cromo, cobalto, Vanadio, tungsteno ecc.) in % più o meno elevate. In generale, le caratteristiche tipiche degli acciai sono: Elevata resistenza a trazione e compressione; Buona resilienza, ottima saldabilità ecc. Produzione dell acciaio L acciaio si ricava dalla ghisa d altoforno riducendo il tenore di carbonio in essa contenuta con appositi apparecchi chiamati convertitori. Il processo siderurgico utilizzato per ottenere l acciaio prende il nome di affinazione della ghisa. La diminuzione del carbonio avviene introducendo aria o ossigeno e rottami di ferro nella carica metallica fusa.