IL FERRO E LE SUE LEGHE

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1 IL FERRO E LE SUE LEGHE Il ferro e le sue leghe (ghise e acciai) costituiscono circa il 95% della produzione di metalli nel mondo, grazie al basso costo e alle ottime caratteristiche di resistenza. Vengono utilizzati come materiali da costruzione, per produrre mezzi di trasporto, elettrodomestici, mobili, pentole e molti altri oggetti e strumenti. UN METALLO MOLTO DIFFUSO, MA INTROVABILE ALLO STATO PURO Il ferro (simbolo chimico Fe) costituisce oltre un terzo della massa della Terra. Non si trova puro in natura, ma si estrae da alcuni minerali (ossidi di ferro = ossigeno + ferro) che si trovano nella crosta terrestre vicino alla superficie: come l'ematite, la magnetite e la limonite. Il ferro puro ha proprietà scadenti e per questo viene usato esclusivamente in lega con il carbonio per produrre acciai e ghise. A seconda della percentuale di carbonio presente nella lega, si distinguono: ferro comune (acciaio dolce), con bassissima percentuale di carbonio (C < 0,5%); acciaio, con percentuale di carbonio variabile tra lo 0,5 e l'1,7%; ghisa, con percentuale di carbonio compresa tra l'1,7 e il 5% L ALTOFORNO: LA GHISA DI PRIMA FUSIONE (guarda il video dal DVD pag. 150) L'estrazione del ferro dai suoi minerali avviene nell'altoforno, un forno gigantesco all'interno del quale avviene la riduzione del ferro, ossia la reazione chimica per la quale l'ossigeno presente negli ossidi di ferro si lega al carbonio (del carbone) liberando il ferro. Nell altoforno avviene la combustione dei materiali di carica: minerale ferroso già preparato (frantumato e arricchito), materiale fondente (calcare) e coke metallurgico (carbone artificiale che svolge la funzione di combustibile); il ferro fuso e i materiali di scarto (loppe) si depositano nel crogiolo, posto in basso, da cui vengono fatti uscire periodicamente. Il processo di trasformazione, dalla carica alla colatura del metallo fuso, dura circa 6 ore. Il liquido incandescente che fuoriesce dall'altoforno si chiama ghisa madre o di prima fusione, contiene il 4-5% di carbonio. Esso viene raccolto in appositi recipienti detti siviere che hanno la forma di un grande secchio, con manici laterali. Una parte della ghisa madre viene raffreddata e inviata in fonderia per ottenere, tramite ulteriore fusione, ghisa di seconda fusione; il resto viene caricato su carri-siluro (vagoni ferroviari a forma di siluro), che servono al trasporto in acciaieria, dove la ghisa viene affinata e trasformata in acciaio. Negli stabilimenti siderurgici a ciclo integrale si svolgono tutti i passaggi, che vanno dalla preparazione della materia prima alla produzione di semilavorati. Un esempio di stabilimento di questo tipo è l ILVA di Taranto. 1

2 Stabilimento siderurgico a ciclo integrale 2

3 IN FONDERIA: LA GHISA DI SECONDA FUSIONE La ghisa madre giunge in fonderia in lingotti solidi; qui viene fusa nuovamente, insieme a rottami di ghisa e acciaio, per ottenere ghisa di seconda fusione. La ghisa è: molto dura ma fragile; un ottimo conduttore di calore (termosifoni, stufe, padelle); resistente a corrosione e usura (oggetti di arredo urbano: panchine, cestini rifiuti); poco resistente a trazione e flessione; caratterizzata da un ottima fusibilità, per questo viene utilizzata per realizzare forme anche complesse per mezzo di stampi. 3

4 IN ACCIAIERIA: GLI ACCIAI Per ottenere acciaio è necessario diminuire la percentuale di carbonio presente nella ghisa madre che giunge dall'altoforno, questo processo è detto di affinazione e si può ottenere con diversi strumenti; quelli attualmente più usati sono: il convertitore a ossigeno (l ossigeno brucia il carbonio); il forno elettrico (la ghisa si trasforma in acciaio mediante l aggiunta di sostanze opportune). Le materie prime per produrre l acciaio sono: ghisa greggia + rottami di ferro + ferroleghe. Ferroleghe (leghe di ferro contenenti silicio, manganese, cromo, nichel ecc.) = servono a migliorare le prestazioni del materiale o per ottenere caratteristiche particolari. Per esempio l acciaio inossidabile (molto resistente alla corrosione) contiene cromo e nichel. L acciaio è: meno duro della ghisa (meno carbonio = minor durezza); poco resistente alla corrosione (a contatto con l aria/ossigeno si ossida trasformandosi in ruggine e diminuendo le proprietà meccaniche); molto resistente a trazione e flessione; è facilmente lavorabile per deformazione plastica. 4

5 LA COLATA DELL ACCIAIO L'acciaio liquido prodotto con il convertitore o con il forno elettrico viene colato in una siviera, che lo trasporta fino al punto in cui viene nuovamente colato in lingottiere oppure in colata continua per produrre semilavorati a sezione quadrata o rettangolare (bramme, bilette e blumi). Lingottiere Sono recipienti in ghisa o acciaio in cui il metallo si raffredda e solidifica; la forma, a tronco di cono rovesciato, permette di estrarre facilmente i lingotti, che vengono successivamente laminati per ottenere semilavorati (laminazione primaria = i lingotti vengono schiacciati tra due rulli che ruotano l uno in senso contrario rispetto all altro; sfruttando la malleabilità dei metalli, il lingotto viene deformato e schiacciato e raggiunge la forma voluta). Colata continua Consiste nel colare l acciaio liquido, ad una temperatura di circa 1600 C, dalla siviera alla lingottiera di rame che ha il fondo mobile. Quando l acciaio comincia a solidificarsi, si sfila il fondo della lingottiera ed il semilavorato viene spinto da un sistema di rulli lungo un percorso, durante il quale viene ulteriormente raffreddato da getti di acqua fredda. Ormai solidificato all uscita dalla macchina, viene tagliato della lunghezza desiderata. La laminazione secondaria Dalla colata continua si ottengono direttamente i semilavorati, invece i lingotti devono subire una laminazione primaria per diventare semilavorati. I semilavorati sottoposti ad una ulteriore laminazione (laminazione secondaria) diventano prodotti finiti: barre, tondi, tubi, profilati, lamiere. I prodotti finiti sono poi inviati in altri stabilimenti per successive lavorazioni. 5