IL PROCESSO SIDERURGICO INTEGRALE

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1 IL PROCESSO SIDERURGICO INTEGRALE Vediamo ora la produzione e l'uso di un metallo tra i più usati e diffusi: il ferro. Il ferro è il principale componente di due materiali molto usati: la GHISA e l' ACCIAIO. Il Ferro (simbolo chimico Fe) non si trova libero in natura, e quello che comunemente chiamiamo ferro è in realtà acciaio. Ma che cosa è l'acciaio? L'acciaio è una lega di Ferro e Carbonio. Il Ferro è un metallo, il Carbonio (simbolo chimico C) è un non metallo. Che cosa è una lega? Una lega è una soluzione solida di due o più metalli sciolti l'uno nell'altro, o di un metallo più un non metallo. Possiamo paragonare la soluzione dello zucchero in acqua a quella del carbonio nel ferro. Naturalmente perché la soluzione si formi occorrono particolari condizioni ambientali e di di temperatura.

2 IL PROCESSO SIDERURGICO INTEGRALE Che cosa è la GHISA? Anche la GHISA, come l'acciaio è una lega di Ferro e Carbonio. Quale è allora la differenza tra acciaio e ghisa? La differenza sta tutta nella percentuale di Carbonio sciolta nel Ferro. La lega prende convenzionalmente il nome di acciaio se la percentuale di carbonio contenuta è inferiore al 2%; prende il nome di ghisa se la percentuale di Carbonio è compresa tra il 2 e il 6%. E' evidente che il ferro non può sciogliere una percentuale di Carbonio superiore al 6% anche se in laboratorio si possono raggiungere percentuali leggermente superiori (circa 6,5%). La ghisa usata nella tecnica ha in realtà un tenore di Carbonio inferiore al 5% e nell'acciaio non supera l' 1 %.

3 IL PROCESSO SIDERURGICO INTEGRALE Come vengono prodotti la ghisa e l'acciaio? Attraverso un processo lungo e complesso si ottengono dai minerali naturali prima la ghisa e poi l'acciaio, che sono poi lavorati per ottenere dei prodotti che potremo chiamare finiti. Il processo che parte dai minerali naturali e termina con i prodotti finiti, attraverso la produzione della ghisa prima e dell'acciaio poi, e la lavorazione di quest'ultimo si chiama PROCESSO SIDERURGICO INTEGRALE

4 IL PROCESSO SIDERURGICO INTEGRALE Riassumendo: la lega di Ferro e Carbonio da origine a due materiali con caratteristiche molto diverse: PERCENTUALE DI CARBONIO ACCIAIO GHISA MINORE DEL 2 % DAL 2 AL 6 %

5 IL PROCESSO SIDERURGICO INTEGRALE I MINERALI NATURALI In natura i minerali che contengono ferro, in quantità economicamente conveniente, sono in generale ossidi di ferro, misti con altre sostanze, alcune delle quali assai inquinanti durante la produzione (es. Zolfo). All'apparenza sono rocce più o meno simili alle altre, ma in genere assai più pesanti. Questi minerali si chiamano: EMATITE LIMONITE

6 IL PROCESSO SIDERURGICO INTEGRALE SIDERITE PIRITE MAGNETITE

7 IL PROCESSO SIDERURGICO INTEGRALE Come si estrae il ferro dai minerali che lo contengono? La prima lavorazione è fatta nell'altoforno. L'altoforno è una grossa struttura cilindrica (le sue dimensioni possono arrivare sino a 15 m di diametro ed 80 m di altezza). Ora vediamo il suo funzionamento a regime, cioè non ci occupiamo della fase iniziale (di accensione) né di quella finale (spegnimento), entrambe molto complesse e delicate, e che richiedono molto tempo.

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9 IL PROCESSO SIDERURGICO INTEGRALE I minerali di ferro, puliti e ridotti in pezzatura opportuna, sono caricati dall'alto, per mezzo di un nastro trasportatore e versati nella Bocca. Prima di uno strato di minerali, si carica uno strato di carbon coke. Questo serve a riscaldare il forno con la sua combustione. Ai minerali spesso sono aggiunti degli additivi (fondenti) che servono a facilitare la fusione. Si chiama carica dell'altoforno l'insieme dei minerali di ferro, carbone coke ed eventuali additivi. Il carbon coke è quello che resta dalla distillazione del litantrace che è un carbone fossile assai pregiato.

10 IL PROCESSO SIDERURGICO INTEGRALE La bocca dell'altoforno è chiusa con una campana che permette di raccogliere i fumi caldi che risalgono dopo la combustione del carbone. I fumi aspirati dalla bocca dell'altoforno sono prima depurati dalle microparticelle sospese, poi utilizzati per riscaldare l'aria che sarà immessa nell'altoforno all'altezza della sacca. Nella parte alta del crogiolo si separa la scoria (loppa basica), che galleggia sulla ghisa fusa, dalla ghisa stessa. La scoria è fatta uscire da un'apertura posta sulla parte alta del crogiolo, mentre la ghisa fusa è fatta colare da un'apertura alla base.

11 Schema di un centro siderurgico a ciclo integrale, fasi della produzione: 1. Minerale di ferro 2. Fondente 3. Carrelli trasportatori 4. Bocca di carico 5. Strato di Coke e fondente 6. Strato di Fondente e minerali di ferro 7. Flusso di aria calda a circa 1200 C 8. Rimozione delle scorie 9. Crogiolo per la colata della ghisa 10. Siviera per le scorie 11. Colata in siviera 12. Contenitore per la separazione delle particelle solide 13. Ricuperatori 14. Ciminiera 15. Condotto per l'aria calda inviata all'altoforno 16. Carbone in polvere 17. Cokeria 18. Coke 19. Uscita dei fumi dall'altoforno IL PROCESSO SIDERURGICO INTEGRALE

12 IL PROCESSO SIDERURGICO INTEGRALE Schema globale di un altoforno con recupero del calore ricavato dai fumi, depurazione e scarico. A lato la foto di un vecchio altoforno in cui sono visibili le parti indicate nello schema a sinistra.

13 IL PROCESSO SIDERURGICO INTEGRALE COME APPARE UN MODERNO ALTOFORNO DALL'ESTERNO

14 IL PROCESSO SIDERURGICO INTEGRALE 2 fase Le scorie prodotte nell'altoforno (loppa basica) non vengono buttate, ma sono un sottoprodotto. Sono infatti fatte raffreddare e poi macinate finemente ed usate per produrre un tipo di cemento, chiamato cemento d'altoforno. Convertitore Bessmer La ghisa fusa invece, versata nel Carro siluro (chiamato così per la sua particolare forma) è portata in un altro forno, chiamato Convertitore, riscaldato mediante energia elettrica. In questo forno si possono fare due cose: 1) ridurre la percentuale di Carbonio al valore voluto ma superiore al 2%, ottenendo la ghisa di seconda fusione che è quella che poi si usa per fabbricare gli oggetti in ghisa; 2) ridurre la percentuale di Carbonio al di sotto del 2%, ottenendo l'acciaio. Naturalmente gli acciai sono di molti tipi, e variano anche a seconda della percentuale di C contenuto.

15 IL PROCESSO SIDERURGICO INTEGRALE 2 fase Sezione schematica di un convertitore Bessmer La riduzione della percentuale di C si ottiene con due mezzi: 1) dal fondo del convertitore viene insufflata dell'aria nelle massa fusa, che fa bruciare il carbonio in eccesso. Dosando opportunamente la durata del trattamento si ottiene la percentuale di C voluta. 2) Alla ghisa fusa sono aggiunti dei rottami di ferro. La percentuale di C cala sia per l'aggiunta del ferrovecchio sia perché l'ossigeno dei rottami si combina col carbonio dando anidride carbonica e ossido di carbonio. Se non basta si insuffla ancora dell'aria. In questo modo si recuperano i rottami di ferro, e si può ottenere un acciaio meno costoso, mancando tutta la lavorazione precedente all'altoforno, e si evita di inquinare l'ambiente

16 IL PROCESSO SIDERURGICO INTEGRALE 2 fase Nei convertitori più moderni si insuffla direttamente ossigeno puro o misto al altri gas. Schema di un convertitore LD Schema di un convertitore OBM GHISA FUSA

17 IL PROCESSO SIDERURGICO INTEGRALE 2 fase Nel convertitore si fanno anche altre lavorazioni per ottenere un acciaio di migliore qualità, con meno impurezze o sostanze che ne alterano le proprietà. Foto di un moderno convertitore

18 IL PROCESSO SIDERURGICO INTEGRALE 3 fase Dal convertitore si ottengono due materiali diversi (in realtà molti di più): GHISA di seconda fusione ACCIAIO La ghisa può essere colata in lingottiere o direttamente nelle forme atte ad ottenere i pezzi voluti. L'acciaio può essere colato in lingottiere oppure si può avere la colata continua. Nel primo caso, appena inizia la solidificazione il lingotto è estratto dalla forma (STRIPPAGGIO) eventualmente scaldato e avviato alla laminazione. Nel secondo caso si ottengono dalla colata continua dei semilavorati, con sezione quadra, rettangolare o tonda, che prendono nomi diversi a seconda della forma (Bramme, Billette, Blumi) e poi avviati alla laminazione.

19 IL PROCESSO SIDERURGICO INTEGRALE 3 fase

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