Termotecnica: non soggetta al tempo importante per i processi metallurgici. THERMPROCESS 2015 Fiera Internazionale per la tecnica per processi termici

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1 Articolo specialistico n 1: THERMPROCESS dal 16 al 20 Giugno 2015 Termotecnica: non soggetta al tempo importante per i processi metallurgici THERMPROCESS 2015 Fiera Internazionale per la tecnica per processi termici Tecnica dei materiali e termotecnica sono strettamente collegate fra di loro. L energia, soprattutto sotto forma di calore, è necessaria per trattare i minerali e per lavorare e colare il metallo estratto. Durante la modellatura le parti di metallo possono essere sottoposte a trattamento termico per poter ottenere specifiche proprietà meccaniche. Ma anche per produrre e lavorare materiale non metallico come vetro, ceramica e polimeri così come materiale da costruzione come il cemento, è necessario il calore. Molteplici sono i processi termici e quelli per la realizzazione di impianti e forni. Attraverso l ottimizzazione di questi impianti e della catena dei processi termici fino all utilizzo del calore perduto, i produttori e gli utilizzatori hanno diverse possibilità per ridurre i costi di attività. Nuovi processi termici e termomeccanici rendono possibili svariati impieghi. Il seguente articolo si occupa di particolarità tecniche in relazione al calore nell industria metallurgica. Una visione dello stato attuale della tecnica del processo termico, della moltitudine di impieghi e i futuri sviluppi viene offerta dalla fiera specialistica THERMPROCESS 2015 dal 16 al 20 Giugno 2015 a Düsseldorf. Fusione e colata Le leghe ferrose sono i materiali metallici maggiormente utilizzati. I più grandi gruppi sono rappresentati dagli acciai, lega di ferro-carbonio con una percentuale di carbonio tra 0,01% e 2,06% e metalli come cromo, /2

2 nichel, manganese. La ghisa, la materia iniziale, nasce dai alti forni, nei quali vengono trattati minerali di ferro, aggregati e coke. Inoltre si forma anche la ghisa fusa che durante la spillatura esce dagli alti forni con una temperatura intorno ai 1500 C. Nel 2013 sono stati prodotti in tutto il mondo 1,6 Mrd. t di acciaio grezzo. L acciaio fuso così come i rottami di acciaio e metalli vengono raffinati ad acciaio in convertitori e in forni elettrici ad arco. Gli acciai, che sono necessari in grandi quantità, ottengono la loro forma attraverso colata continua e successivamente tramite laminazione a caldo. In base alla composizione dell acciaio la colata continua si avrà a temperature fino a oltre 1600 C, la laminazione a caldo a temperatura fino a 1250 C. Se la modellatura avviene tramite colata, sono necessarie temperature da 1500 C a 1700 C, per ghisa grezza, lega ferro-carbonio con una percentuale di carbonio superiore a 2,06%, 1340 C fino a 1480 C. Importanti metalli non ferrosi necessitano delle seguenti temperature di colata: leghe di zinco da pressocolata: da 420 C a 580 C, leghe alluminio e magnesio: da 620 C a 730 C, leghe zinco-rame ( ottone ): da 960 C a 1160 C e lega al titanio: da 1700 C a 1800 C. Formatura Oltre che per la fusione e la colata di metalli, il calore è necessario anche per influenzare la parte interna del materiale, la struttura di prodotti semilavorati e prodotti finiti, perché in questo modo possono essere create determinate caratteristiche di resistenza. E tipico per i metalli che i loro atomi si dispongano in maniera pseudoreticolare. Per alcuni metalli e leghe, composti da almeno due metalli, in base alla temperatura si modellano in differente struttura reticolare. Un tipico esempio è dato dal ferro i cui atomi in base alla temperatura formano due tipi di struttura reticolare, una cubica a corpo centrato e ad alte temperature una cubica a facce centrate. Il modello di una cella unitaria del ferro ingrandita 165 miliardi di volte è l "Atomium, simbolo della capitale belga, Bruxelles. Le sfere, otto agli angoli e una al centro del cubo, rappresentano gli atomi del ferro. La fase in cui l atomo del ferro ha nell acciaio una disposizione cubica a corpo centrato si chiama ferro /3

3 α o ferrite, l altra fase ferro γ o austenite. Gli acciai si lasciano leggermente deformare nel campo dell austenite, dunque ad alte temperature, rispetto al campo della ferrite. Poiché le strutture reticolari in ferro γ hanno maggiore spazio per accogliere comparativamente piccoli atomi di carbonio rispetto alle strutture reticolari cubiche a corpo centrato del ferro α, è possibile produrre tramite processo termico determinate condizioni di resistenza. Raffreddando ad esempio un pezzo di acciaio nel campo dell austenite molto velocemente nel campo della ferrite, gli atomi di carbonio non hanno alcuna possibilità di lasciare la struttura reticolare durante la ribalta e vengono rinchiusi dando origine a un alta tensione. Il pezzo di acciaio avrà allora un alta tempra e resistenza, tuttavia sarà anche molto fragile. Con la ricottura una parte degli atomi del carbonio possono abbandonare la rete degli atomi del ferro portando così a un rilassamento delle tensioni. In determinati acciai è possibile, attraverso un trattamento termico come la ricottura a induzione o il riscaldamento con un raggio laser, riscaldare determinate zone limitate e raffreddarle in maniera mirata, in modo che ad esempio si possa sviluppare una superficie dura e resistente all usura, mentre l interno del materiale resta duttile ( duro ). Tali caratteristiche devono essere conformi agli ingranaggi e alle altre parti del meccanismo. Oltre a procedimenti termici puri esistono anche procedimenti termomeccanici e procedimenti termochimici in grado di dare a componenti derivanti da certi acciaio delle determinate proprietà di resistenza. Con il calore anche le tensioni si lasciano decomporre nelle strutture che si formano da formatura a freddo. La differenza tra formatura a freddo e a caldo è che sotto una determinata soglia termica la struttura si deforma solamente, per cui durezza e resistenza aumentano, mentre al di sopra di una determinata soglia termica si riordina continuamente. Si può prendere come esempio la laminatura del materiale a banda in alluminio. Il materiale di partenza inizialmente è preriscaldato a temperature tra 500 C e 600 C e attraverso la laminazione a caldo viene laminato in bande dallo spessore di pochi millimetri. Il resto della lavorazione avviene mediante laminazione a freddo. Poiché il materiale /4

4 si solidifica velocemente, deve essere reso nuovamente molle mediante ricottura intermedia tra 350 C e 400 C. Successivamente, bisogna dare alla banda laminata le proprietà che richiedono un ulteriore lavorazione. La banda che durante la laminatura a freddo si riscalda a una temperatura di 150 C e oltre, dopo tale processo viene raffreddata ad una temperatura inferiore a 60 C e poi ricotta in base a un programma a tempo alla temperatura di 480 C; infine, nuovamente raffreddata a temperatura ambiente. Adesso ha le proprietà necessarie per essere utilizzata per la produzione di articoli come motori per veicoli, lastre offset, lattine per bibite o coperchi per vasetti di yogurt. Tendenze tecniche I produttori, insieme agli istituti di ricerca, lavorano al continuo sviluppo di materiali metallici le cui proprietà migliorano tramite processi termomeccanici e processi termici. Insieme con i produttori di impianti si sviluppano nuovi processi di produzione e vengono sviluppati ulteriormente quelli tradizionali. Nella produzione di singole parti, come ad esempio di componenti dell ingranaggio di biciclette, è necessario integrare il trattamento termico nella catena di produzione. Il risultato di una collaborazione di successo di specialisti in diverse discipline sono anche acciai temprati in pressa, i quali ad esempio vengono utilizzati sotto forma di lamiera nell industria automobilistica. Per la preparazione vengono riscaldate e immediatamente inserite in una pressa di formatura ottenendo così la forma e le proprietà di resistenza richieste. Se la torre Eiffel a Parigi fosse stata costruita con acciai moderni, secondo le affermazioni della Worldsteel Association, l Organizzazione dell Industria dell Acciaio, sarebbe stato necessario solo un terzo dell acciaio impiegato. Un grande potenziale, per ridurre i costi di attività, deriva anche dall ottimizzazione dei forni industriali e altri impianti per il trattamento termico, come anche la catena di processo termico fino all utilizzo di calore perduto. La fiera specialistica THERMPROCESS 2015 Le aziende che lavorano con processi termici devono prestare attenzione all efficienza energetica e delle materie. Moderni impianti di /5

5 trattamento termico giocano, in questo, un ruolo importante. A tale proposito e sugli sviluppi futuristici ci fornisce informazioni la fiera specialistica internazionale THERMPROCESS e le fiere vicine che si terranno contemporaneamente, GIFA, METEC e NEWCAST sotto il comune pensiero dominante The Bright World of Metals dal 16 al 20 Giugno 2015 a Düsseldorf. The Bright World of Metals Le quattro fiere internazionali delle tecnologie GIFA (Fiera Internazionale della fusione), METEC (Fiera Internazionale dell industria metallurgica), THERMPROCESS (Fiera Internazionale per la tecnica dei processi termici) e NEWCAST (Fiera Internazionale dei materiali e prodotti per fonderia) si presentano dal 16 al 20 Giugno a Düsseldorf. Nella metropoli tedesca per cinque giorni i temi dei prodotti di fonderia, della tecnologia della fusione, della tecnica dei processi termici e metallurgici saranno al centro dell attenzione mondiale. Le fiere saranno nuovamente arricchite da un interessante programma quadro con seminari, congressi internazionali e una serie di contratti. Al centro di tutte e quattro le fiere e dei loro programmi c è il tema dell efficienza energetica e delle risorse. Gli eventi precedenti dell anno 2011 hanno accolto in tutto visitatori professionisti provenienti da 83 paesi che hanno visitato gli stand dei espositori. Ulteriori informazioni sono disponibili su internet ai seguenti link e Sotto il motto The Bright World of Metals la fiera Düsseldorf allestisce non solo la GIFA, METEC, THERMPROCESS e NEWCAST, ma anche in tutto il mondo fiere specializzate per l industria metallurgica e della fonderia. Di queste fanno parte le fiere FOND-EX (International Foundry Fair) e Stainless nella Repubblica Ceca, Metallurgy India, Metallurgy-Litmash (International Trade Fair for Metallurgy Machinery, Plant Technology & Products) e la Aluminium Non-Ferrous in Russia, la indometal in Indonesia, la metals middle east a Dubai, la ITPS (International Thermprocess Summit) America e Asia così come le fiere /6

6 dell alluminio in Cina, India, negli Emirati Arabi Uniti e Brasile. A Düsseldorf completano l offerta per settore del metallo le seguenti fiere: Valve World Expo (Fiera Internazionale con congresso per armature industriali) e la ITPS Düsseldorf così come la Fiera Mondiale ALUMINIUM realizzata dalla Reed Exhibitions e la Composites Europe. Ulteriori informazioni e foto su Articolo specialistico n 1: THERMPROCESS dal 16 al 20 Giugno 2015 Termotecnica: non soggetta al tempo importante per i processi metallurgici La THERMPROCESS 2015 Fiera Internazionale per la tecnica per i processi termici Ufficio stampa GIFA, METEC; THERMPROCESS, NEWCAST 2015 Tania Vellen / vellent@messe-duesseldorf.de Brigitte Küppers / kueppersb@messe-duesseldorf.de