LA METALLURGIA: Produzione di ghisa e acciaio

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1 LA METALLURGIA: Produzione di ghisa e acciaio L approvvigionamento di materiale avviene con grosse che attraversano l trasportando le materie prime dal nei depositi (parchi primari di minerali) dell. Il minerale di ferro prima di essere introdotto nell è vagliato e per ottenere un buon materiale da fondere. Ai minerali di ferro si aggiunge anche il che ne facilita la Il combustibile usato per raggiungere le alte temperature di fusione è il carbone derivato dal carbone (litantrace) reso per facilitare la circolazione di e più duro per resistere al del materiale soprastante, presente nell altoforno. Nell altoforno i minerali che contengono il (ematite, magnetite, pirite ) sono fusi e trasformati in a seguito della combustione del coke e dell aria calda ( ) insufflata nell impianto. La ghisa a temperatura superiore ai sarà poi trasportata in acciaieria mediante vagoni speciali rivestiti di materiale detti carri per la loro particolate forma allungata. La ghisa (lega di ferro e carbonio da 1,7% a max 5%) sarà usata per produrre i diversi tipi di. Una parte può essere solidificata colandola in per realizzare oggetti da usare direttamente (parti di a legna o pellet, fontane, da esterno, dei pozzetti stradali per ispezionare l impianto idrico, fognario, ma anche le linee elettriche e telefoniche). La maggior parte della ghisa è introdotta nei convertitori LD che insufflano dall alto e così viene impoverita di per essere trasformata in (lega di ferro e carbonio da 0,1% a max 1,7%). Nei convertitori è aggiunto anche rottame di acciaio da che tra l altro può essere riutilizzato un numero di volte. L acciaio liquido è versato nella dove sono aggiunte altre sostanze per raggiungere la composizione chimica desiderata e renderla omogenea. L acciaio poi è colato nelle costituite da raffreddato ad ; l acciaio solidificherà lentamente con spruzzi d. L acciaio solidificato sarà tagliato nelle dimensioni desiderate con ossitaglio, realizzando forme geometriche (parallelepipedi) dette. Le bramme così ottenute sono nuovamente riscaldate e portate alla giusta per ridurle a sottili facendole passare attraverso coppie di. 1

2 I laminati possono essere rivestiti con uno strato di per migliorare la resistenza alla. Il laminato può essere immerso in un di zinco fuso oppure fatto passare nell impianto di elettrozincatura dove il materiale è immerso in una elettrolitica contenente sali di zinco. Viene infine creato un passaggio di corrente tra il pezzo da zincare e la soluzione che fa 2 depositare lo metallico sulla superficie del pezzo stesso. I nastri di laminati possono essere forniti alle ditte sotto forma di oppure tagliati in. I nastri saranno utilizzati per realizzare le delle automobili, fasciame per, serrande, mobili metallici, recipienti per uso ed industriale. Le lamiere saranno poi lavorate nelle carpenterie pesanti per realizzare parti di, ma anche nella cantieristica, nelle costruzioni Le lamiere possono essere e per realizzare tubi che saranno impiegati nel trasporto di liquidi in genere (prodotti petroliferi, acqua, gas ). Fasi della calandratura

3 FUNZIONAMENTO DELL ALTOFORNO Il forno in cui viene fuso il minerale di ferro per ottenere la ghisa si chiama altoforno: il suo nome deriva dal fatto che si sviluppa essenzialmente in altezza, raggiungendo i m, equivalenti ad un palazzo di piani. È costruito internamente in materiale refrattario, mentre all esterno è chiuso in un guscio di acciaio, sorretto da una robusta struttura metallica. E progettato per sopportare le altissime temperature (circa C) necessarie a determinare tutte le trasformazioni che portano dal minerale ferroso alla ghisa ( Fe + C).. Funziona a ciclo continuo, dato che l avviamento e il raggiungimento della temperatura di fusione richiedono molte ore. Inoltre i continui sbalzi di temperatura, che si verificherebbero in caso di accensioni e spegnimenti ripetuti, danneggerebbero il materiale refrattario. L altoforno viene caricato dall alto (bocca) con strati alterni di minerale ferroso (siderite, limonite, ematite, magnetite, pirite), di materiale fondente (carbonato di calcio o calcare, calcio) che abbassa la temperatura di fusione e di carbone coke (per la combustione), mentre dal fondo vengono estratti la ghisa fusa e le scorie. Il carbone coke si ricava dal carbone fossile (antracite o litantrace), estratto dalla miniera e distillato per estrarre idrocarburi che bruciando produrrebbero zolfo che inquinerebbe la ghisa. E un materiale resistente e poroso che brucia alimentato dall aria e genera il calore necessario alle reazioni chimiche che permettono la fusione dei minerali e la formazione della ghisa. Le impurità che si vogliono separare dalla ghisa necessiterebbero di temperature di circa 1800 C, il fondente abbassa questa temperatura a circa 1600 C formando le scorie (silice calce, alluminia, ossidi di ferro ) che galleggiano sulla ghisa nel crogiolo e saranno poi usate nei cementifici per realizzare cemento a presa rapida e come prodotti isolanti in edilizia (lana di roccia). Le materie prime introdotte subiscono una serie di graduali trasformazioni, durante la loro lenta discesa. Partendo dall alto le parti costitutive sono: bocca, tino, ventre, sacca e crogiolo. 3 Nella parte bassa dell altoforno viene immessa continuamente aria calda che serve per favorire la combustione del carbone: i residui gassosi salendo verso l alto, nel tino cilindrico, provocano l essiccazione, cioè la perdita di umidità delle materie prime. Nella parte alta detta tino conico, alla temperatura di circa C, avvengono le prime reazioni chimiche e il minerale di ferro perde ossigeno; nella parte centrale: ventre, raggiunta la temperatura di 1300 C, il minerale di ferro diviene pastoso e incomincia a unirsi con il carbonio, iniziando la formazione della ghisa. Più in basso, nella sacca, raggiunta la temperatura di C, i minerali fondono e il ferro si lega al carbonio, completando la formazione della ghisa. Questa si raccoglie nel crogiolo, che è il contenitore costituente la parte più bassa dell altoforno; le scorie che galleggiano vengono fatte passare in un condotto e la ghisa viene colata, ad intervalli regolari nei carri siluro, così detti per la loro forma allungata, per essere portata ai convertitori ad ossigeno e trasformata in acciaio.

4 SCHEMA DI ALTOFORNO 4

5 ATTIVITA OPERATIVE PER CONOSCERE MEGLIO I METALLI 1. Caratteristiche generali dei metalli I materiali metallici si distinguono in composti da un solo elemento chimico e metalliche composte da due o più elementi di cui almeno uno è un metallo. A temperatura ambiente sono, ad eccezione del che è liquido. 5 Sono buoni di e di. Reagiscono agli agenti atmosferici: alcuni si, Il rame si ricopre di una patina che lo protegge campane, da ogni ulteriore alterazione (quanti kg pesa un dm 3 di metallo). Hanno pesi specifici o massa volumica, cioè rapporto tra kg e volume,differenti. Sono generalmente molto alle sollecitazioni 2. completa le frasi a. Il rame è usato per produrre conduttori di quindi l anima dei fili ed è una materia prima molto e può essere infinite volte. Il rame ha proprietà batteriostatiche cioè inibisce lo sviluppo di batteri sulle sue superfici e le monete dell'euro sono state coniate in lega di rame anche per motivi d'igiene pubblica: una moneta passando di mano in mano può essere un serio veicolo di malattie. b. L alluminio è un buon conduttore di calore e. È duttile, e molto. E quindi impiegato anche nel settore automobilistico e. Un oggetto di alluminio è c. Lo zinco possiede una grande resistenza agli infatti se esposto all aria si ricopre da un sottile strato che lo protegge da ulteriori aggressioni e quindi è usato per rivestire, fili,, che devono essere usati all aperto. d. Lo stagno è poco ed i fili che si realizzano sono adatti a fare nel campo elettronico. e. I rubinetti del bagno sono ricoperti di perché molto resistente all f. La percentuale di oro in una lega è espressa in o millesimi; 24 carati equivalgono a oro (1000/1000) 18 carati a parti di oro su 24 (750/1000) e 12 carati a /1000.

6 4. Metti in relazione le lavorazioni dei metalli con le rispettive descrizioni Lavorazioni Descrizione a 1. Il metallo allo stato plastico è compresso attraverso un apertura sagomata, assumendone il profilo. La tecnica è usata anche per i profilati di alluminio di diversa forma. 6 a) Fusione b 2. Si esegue sul pezzo meccanico riscaldato. Il sistema artigianale del fabbro richiede martello e incudine, mentre il sistema industriale impiega macchine chiamate magli. b) Stampaggio c 3. Si usa per ottenere fili di qualsiasi diametro tirando il materiale plastico attraverso un foro sagomato. c) Fucinatura d) Laminazione d 4. Il metallo, portato ad alta temperatura, viene colato in appositi stampi e lasciato raffreddare. I pezzi così ottenuti possono essere usati direttamente oppure sottoposti ad altre lavorazioni. e) Estrusione e 5. Il metallo caldo, allo stato plastico (acciaio 1300 C, rame 800 C, alluminio 500 C) viene trascinato attraverso coppie di rulli lisci o sagomati, che ne riducono e modificano lo spessore. Si possono così ottenere barre di varie sezioni ed anche rotaie. f) Trafilatura g 6. È eseguita con presse munite di uno stampo che spinge il metallo in un controstampo o matrice sagomata come ad esempio le carrozzerie delle auto. Quando si producono medaglie e monete la tecnica prende il nome di coniatura.

7 5. Metti in relazione le lavorazioni dei metalli con le rispettive descrizioni Lavorazioni Descrizioni Foratura A 7. Il pezzo viene serrato tra le griffe del mandrino del tornio e viene fatto girare ad alta velocità da un motore elettrico. L'utensile si avvicina e con la punta durissima, graffia via tante strisce sottili di metallo che si accartocciano a truciolo. La lavorazione consente di realizzare oggetti cilindrici e conici. Molatura Tornitura B C 8. L utensile con molti taglienti ruota su sé stesso; il pezzo avanza linearmente e i taglienti asportano rapidamente tanti piccoli trucioli Con questa tecnica si possono praticare nei pezzi scanalature di varia forma. 9. Si effettua mediante l impiego del trapano, il cui utensile, costituito da un punta metallica tagliente, ruotando velocemente asporta materiale ed effettua fori di vario dimetro e profondità. La stessa tecnica prende il nome di alesatura quando si lavora ulteriormente la superficie interna del foro per renderla più liscia o più grande E un tipo di giunzione che consente di unire permanentemente parti solide, realizzando la continuità del materiale; può essere fatta con elettrodo, con filo, con stagno, al plasma Imbutitura D 11. L utensile ha forma di disco ed è costituito da agglomerati di granuli abrasivi di sostanze molto dure; l utensile messo in rapida rotazione, esercita un azione raschiante sul pezzo meccanico molto utile per eliminare sbavature ed anche affilare parti taglienti come lame di coltelli, di forbici... Saldatura Fresatura E 12. La lamiera viene deformata plasticamente ed assume una forma scatolare, cilindrica o a coppa. Consente di realizzare oggetti aventi profonde cavità come ad esempio lattine metalliche, pentole e altri contenitori. 6. Completa la frase relativa al riciclaggio e alle leghe super elastiche. I materiali ferrosi possono essere riciclati un numero di volte, con notevole risparmio di materie e di Il Nitinolo, una lega elastica usata per la costruzione di presidi, protesi sta per essere soppianta da una lega di, nichel, cobalto, e titanio che a 20 C mostra un elasticità doppia rispetto a quella del nitinolo.

8 Con aerogrammi circolari rappresenta la composizione di Elementi % Val.in gradi Ghisa Ferro (95 98,3) 95 Carbonio (5 1,7) 5 Totale Acciaio Ferro (98,3 99,9) 99 Carbonio (1,7-0,1) 1 Totale Acciaio inossidabile Ferro 82 Carbonio 2 Nichel 8 Cromo 8 Totale Proporzione per trasformare le percentuali in gradi. Arrotonda mento 8 Ghisa Acciaio Acciaio inossidabile