I Processi siderurgici
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La siderurgia è un settore della metallurgia che riguarda i processi di produzione del ferro, delle leghe ferro-carbonio (acciaio e ghisa) e delle ferroleghe. Già
nel 1000 a.C. i greci utilizzavano trattamenti termici relativamente
avanzati per rendere più resistenti le loro armi di ferro.
Alcuni minerali del ferro
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Magnetite
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Pirite
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In realtà, fino al XIV secolo, il
materiale che si otteneva riscaldando ad alta temperatura una massa di
minerale di ferro mescolato con carbone di legna in un forno rudimentale era quasi sempre quello che oggi si chiamerebbe ferro fucinato , cioè un acciaio a basso tenore di carbonio.
Il tipo più primitivo di forno siderurgico
era una semplice buca scavata a ridosso di una parete rocciosa, in cui
la combustione del carbone era alimentata da aria insufflata mediante mantici azionati manualmente dietro il riparo di una lastra di pietra.
A partire dal XIV secolo si usarono forni
più grandi (gli antenati del moderno altoforno), con sistemi di
tiraggio più potenti, per forzare il passaggio dei gas di combustione
attraverso la miscela di materie prime detta "carica", costituita dai
minerali del ferro, calcare e
carbone Coke. Il risultato era ghisa di prima fusione, una lega che
fonde a temperature più basse rispetto all'acciaio e al ferro fucinato,
che poi veniva affinata per produrre acciaio.
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Carbone Coke
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Rocce di calcare
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Schema di Altoforno per la produzione della ghisa
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L'altoforno viene caricato dall'alto con una miscela di coke,
minerali di ferro e calcare. Il calore sviluppato dalla combustione del
coke, favorita dall'alta temperatura (fino a 870° C) di un getto d'aria
calda che investe dal basso e attraversa la carica, innesca una
reazione chimica fra il carbonio del coke e l'ossigeno degli ossidi di
ferro che costituiscono i minerali. Il ferro, liberatosi dai minerali,
si lega con una parte di carbonio e forma ghisa fusa, che cola verso il
basso. Periodicamente la ghisa viene estratta dal fondo, mentre un
diverso canale di scolo permette di recuperare le scorie per avviarle a
fasi successive del ciclo siderurgico.
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Nella produzione tradizionale,
l'acciaio si ottiene a partire da ghisa liquida, proveniente da un
altoforno, cui vengono aggiunti materiali (calce e calcare) che servono
a far addensare le impurità sotto forma di scorie, e a renderle così
facilmente asportabili. Le apparecchiature utilizzate possono essere
forni di Martin-Siemens, convertitori o forni elettrici: gli acciai
prodotti vengono di solito classificati in base al diverso processo
utilizzato.
Qualunque procedimento di produzione di
acciaio da ghisa d'altoforno consiste nell'asportare dalla ghisa il
carbonio in eccesso e le altre impurità presenti.
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Nella foto a sinistra si vede una siviera mentre
scarica ghisa d'altoforno fusa in un forno Martin-Siemens, dove sarà
convertita in acciaio mediante sottrazione di carbonio ed eliminazione
di elementi indesiderati.
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Un acciaio di buona qualità si ottenne per opera di una tecnica ideata da Henry Bessemer nel 1855 e utilizzato fino al 1950.
La stampa a destra illustra il metodo Bessemer per la produzione dell'acciaio.
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ghisa proveniente dall'altoforno viene inserita nel "convertitore"
Bessemer, un forno che può essere inclinato lateralmente per il suo
caricamento e per la colata dell'acciaio. Vengono soffiate, dal
basso, grandi quantità di aria attraverso la massa fusa, in modo
che l'ossigeno in essa contenuto riduca la quantità di carbonio della
ghisa e si combini con le impurità, trasformandole in scorie solide
galleggianti, facilmente asportabili. |
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immagini sottostanti rappresentano il momento finale del processo
siderurgico in cui il metallo fuso viene colato in apposite forme dove
solidifica, dando origine così a lingotti (semilavorati), pronti per
essere ulteriormente forgiati e modellati per la produzione degli
oggetti. |
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| La qualità del metallo, ottenuta con i nuovi processi siderurgici, permise la costruzione di molti manufatti in ferro. |
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