_-_BEIC_6328728.jpg)
Lasiderurgia è un settore dellametallurgia che riguarda il trattamento diminerali ad alto contenuto diferro allo scopo di ottenere ferro o diversi tipi dileghe che lo contengano, tra cui l'acciaio, laghisa e gliacciai legati.
Il processo di trasformazione del minerale ferroso inizia subito dopo la sua estrazione nellaminiera.Il ferro è unelemento chimico particolarmente reattivo, per cui in natura si trova in genere sotto forma diossidi (ematite emagnetite),idrossidi (limonite),carbonati (siderite),silicati esolfuri.
I minerali ferrosi, oltre ai composti suddetti, contengono delle impurezze di vario tipo, che sono chiamate con il nome diganga.Parte della ganga può essere separata prima che il minerale ferroso sia inviato al processo siderurgico vero e proprio, tramite "separazione per differenza di densità" oppure tramite "magnetizzazione".
Lo stesso argomento in dettaglio:Centro siderurgico e Acciaio.L'acciaio, che è unalega diferro ecarbonio viene prodotto in due fasi col ciclo integrale o in una fase col ciclo forno ad arco elettrico. Gli impianti con altoforno creano maggiori difficoltà a livello ambientale, per fumi ed emissione di gas nocivi nonostante l'impegno profuso per costruire sistemi di captazione sofisticati.
Il ciclo integrale prevede le fasi:
Lo stesso argomento in dettaglio:Altoforno, Ghisa, Gas d'altoforno e Loppa di altoforno.L'altoforno è caricato con strati di minerale, calcare e coke. La carica solida discende e avviene la riduzione prima indiretta, grazie alvento, gas riducente a base di CO, e poi diretta, grazie al C. La ganga, il calcare e il ferro si raccolgono nel crogiolo in due strati. Si giunge così alla ghisa madre di prima fusione (G.M.P.F.), che contiene C = 5%, Si < 3,5%, Mn < 2,5%, P < 1,5%, S < 0,1%. Ma ciò provoca anche molte emissioni di CO2 e la produzione di acciaio è responsabile del 7-9% delle emissioni totali di CO2.[1]
I minerali più sfruttati sono gliossidi (magnetite Fe3O4 edematite Fe2O3).
Ilcoke metallurgico fornisce l'energia per la riduzione degli ossidi di Fe, il C per la riduzione diretta e il CO per la indiretta.
Ilcalcare rende fusibile la ganga, generalmente silicea, a una T di poco superiore a quella del metallo.
Lo stesso argomento in dettaglio:Processo Bessemer, Processo Martin-Siemens e Processo LD.Dalla ghisa vengono allontanate le impurità dicarbonio (da più del 4% a circa 1%),fosforo,silicio,manganese ezolfo per ottenere l'acciaio. Questo processo si può fare con varie tecnologie:
Di questi oggi l'unico di importanza industriale è ilprocesso LD.
A fineXX secolo inizioXXI secolo hanno cominciato a essere sviluppate tecnologie a minor impatto ambientale: che non usasserocoke e che eliminassero la fase disinterizzazione del minerale.
Sono state sviluppate diverse tecnologie di riduzione/fusione diretta in cui il minerale viene ridotto senza fusione con gas riducenti e inviato a un forno di fusione concarbon fossile eossigeno. Nel forno si sviluppano i gas riducenti che vengono usati per ridurre altro minerale.
Lo stesso argomento in dettaglio:Forno elettrico ad arco.Il ciclo del rottame o ciclo forno elettrico prevede che:
L'organizzazione produttiva prevede che il forno raggiunga rapidamente la fusione del rottame, l'acciaio grezzo venga scaricato svuotando il forno, la finitura del processo per arrivare alle analisi volute siano realizzate in un secondo impianto denominato "ladle furnace" o "siviera forno", ossia una sorta di contenitore di acciaio rivestito di apposito refrattario, dentro al quale si raggiungono le necessarie temperature sempre con l'uso di energia elettrica (trasformatore ed elettrodi) e l'aggiunta delle ferroleghe previste.Il forno elettrico nella fusione usa l'energia elettrica scaricata al suo interno tramite elettrodi di grandi dimensioni in carbonio (diametro di 600–900 mm) e l'energia chimica grazie all'insufflazione di ossigeno, metano, calce in polvere e carbone impalpabile.Questi composti sono in grado di aumentare la temperatura interna al forno in breve tempo, aumentando la flessibilità del sistema.
Un ruolo molto importante è dato dal rivestimento refrattario interno a base di magnesite-carbonio a diverse analisi a seconda delle zone, quindi delle diverse sollecitazioni. Il tema del refrattario è complesso ed ha avuto uno sviluppo significativo, in particolare a partire dalla fine deglianni settanta quando sono stati testati in forno elettrico i mattoni refrattari a base di magnesite e grafite miscelati insieme con un processo produttivo innovativo.
Tutti gli acciai speciali e parte di quelli di massa nascono dal ciclo da rottame. La creazione avviene nelforno elettrico ad arco (FEA) trifase rivestito di materiale refrattario. La tensione elettrica fa scoccare un arco fra i 3 elettrodi di grafite e il metallo, che fonde perirraggiamento edeffetto Joule e si porta a 1500 °C circa.
Successivamente, se l'acciaio è di massa, nello stesso FEA è insufflato ossigeno per ottenere ladecarburazione e ladefosforazione. Tale O provoca anche l'ossidazione di parte del Fe, che finisce nella scoria o rimane nel bagno come FeO; si aggiungono allora Si e Al, più affini per l'ossigeno rispetto al Fe, nella fase dettacalmaggio (evita la rimonta di acciaio trascinato dalle bolle di CO). Mn e Ca aiutano ladesolforazione.
Se invece l'acciaio è speciale, per esempio ad altocromo (soprattutto inossidabile), il bagno è trasferito dal FEA al convertitore AOD (argonoxygen decarburation): questi gas riducono l'ossidazione del cromo. Come l'LD, pure l'AOD a volte deve essere raffreddato (reazioni esotermiche). Seguono il calmaggio e la desolforazione.
Gli impianti dotati di forno elettrico (in gergo internazionale EAF) di uso molto vasto e prevalenti a livello mondiale, dispongono di minore personale e possono essere fermati senza problemi tecnici in ogni momento per manutenzioni generali, riduzione di produzione, feste nazionali, ecc.
Lo stesso argomento in dettaglio:Siviera e Colata in lingottiera.Il colaggio in lingottiera è necessario per manufatti di notevoli dimensioni, ottenibili perfucinatura di lingotti. Se l'acciaio contiene oltre il 0,10% di C, è usata la materozza per mantenere liquida la sommità del lingotto, dove così si forma la cavità di ritiro. Se l'acciaio èextradolce (C < 0,10%), non si effettua il calmaggio e le bolle di CO compensano il ritiro: la materozza non serve.
Nel colaggio in continuo il bagno passa da un bacino in refrattario a una lingottiera, quindi a zone di raffreddamento e infine a una cesoia. Si ricavano la billetta (lato < 160 mm), il blumo (lato > 160 mm), la bramma (per lamiere o coils).
Il colaggio in forma è conveniente per pezzi complessi o in grande serie.
L'acciaio viene, in seguito allafusione, colato (ad esempioin lingottiera o colata continua) e quindi può essereforgiato olaminato.
Lo stesso argomento in dettaglio:Trattamenti termici degli acciai.Diversi trattamenti termici e termochimici sono imposti al metallo per modificarne le caratteristiche resistive o di lavorabilità. Molti metalli hanno infatti diverse varianti allotropiche in funzione della temperatura: tra questi ilferro passa dalla struttura c.c.c del ferro α a quella c.f.c del ferro γ per poi, aumentata ulteriormente la temperatura, presentare nuovamente struttura c.c.c con il ferro δ.
La struttura cristallina di un acciaio può variare sensibilmente se, una volta scaldato al di sopra della temperatura diaustenitizzazione, esso è portato, con una certa velocità di raffreddamento, ad una temperatura inferiore. A seconda delle modalità di raffreddamento, potrà formarsiperlite (l'eutettoide lamellareferrite-cementite),bainite emartensite. È lacurva di Bain a descrivere la trasformazione isoterma dell'austenite.
Le leghe metallicheferro-carbonio, cioè gliacciai (la percentuale di C è inferiore al 2,06%) e leghise, sono importantissime per lametallurgia, ma altrettanto lo sono i loro trattamenti termici comericottura,normalizzazione,tempra,rinvenimento, che causano modifiche sostanziali alle loro caratteristiche meccaniche.
In particolar modo latempra vuole ottenere, raffreddando il metallo con una velocità al di sopra di un limite critico, una particolarissima struttura cristallina nota comemartensite. La tempra tradizionale, che dona al metallo una grandissima durezza e resistenza a trazione a discapito diresilienza etenacità, determina forti tensioni tra cuore e superficie del metallo. Nellabonifica la tempra è subito seguita dalrinvenimento che modifica la martensite e riduce le tensioni.
Al contrario con ilrecupero che è il primo stadio della rimozione degli effetti dell'incrudimento, e si verifica all'aumentare della temperatura quando un metallo deformato a freddo viene lentamente riscaldato, vengono rilasciati gli sforzi interni ed ha luogo un riassetto delle dislocazioni in configurazioni a più bassa energia.
Sfruttando la diffusione solida, i trattamenti termochimici particolarmente usati sono lacementazione (che sfrutta ilcarbonio) e lanitrurazione (che sfrutta l'azoto). Entrambi hanno come obiettivo una superficie dura e un cuore tenace e lavorabile. Perché il C possa diffondersi nell'acciaio, è indispensabile trovarsi all'interno del campo γ: dopo la cementazione si ricorre ad una caratteristica doppia tempra (o in alternativa ad una tempra diretta o indiretta). La nitrurazione è più costosa, avviene a temperature più basse ma garantisce al metallo una maggiore durezza superficiale benché la diffusione dell'azoto all'interno del pezzo avvenga per uno spessore più piccolo di quello del carbonio. Un pezzo nitrurato può essere usato così come è, poiché, data la bassa temperatura, il pezzo trattato non ha subito deformazioni, quindi la nitrurazione di solito viene fatta a fine ciclo di lavorazione.
Iprodotti semilavorati ottenuti durante l'operazione di colata si distinguono per la loro forma e le loro dimensioni. Tra questi abbiamo:
La bramma e la billetta sono dei semilavorati detti "semipiatti".
Lo stesso argomento in dettaglio:Acciaio strutturale.Tramite successive lavorazioni, questi prodotti semilavorati sono poi trasformati inprodotti finiti (tra cui travi, lamiere e tubi).
Lo stesso argomento in dettaglio:Riduzione (siderurgia) e Metallazione (siderurgia).Il processo di produzione del ferro per riduzione diretta (DR) consente di ottenere ferro metallico (DRI) dal minerale senza fusione.
Esistono cinque processi di produzione del ferro per riduzione diretta di cui uno impiega ilgas naturale e gli altri il carbone. Quello che utilizza il gas naturale è di gran lunga il più impiegato.
Ilferro prodotto è per la maggior parte usato come metallo di buona qualità nella produzione dell'acciaio confornaci ad arco elettrico, può essere prodotto inpellets o inbriquettes (hot briquetted iron, HBI).
Altri progetti
Wikiquote contiene citazioni di o susiderurgia
Wikizionario contiene il lemma di dizionario «siderurgia»
Wikimedia Commons contiene immagini o altri file susiderurgia
| Controllo di autorità | Thesaurus BNCF38710 ·LCCN(EN) sh85127829 ·GND(DE) 4014005-2 ·BNE(ES) XX525279(data) ·BNF(FR) cb119531466(data) ·J9U(EN, HE) 987007534182705171 |
|---|
