Produzione di ghisa e acciaio

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Data:	27.05.2005
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La siderurgia è il settore della metallurgia che riguarda i processi di produzione del ferro, delle leghe ferro-carbonio (acciaio e ghisa) e delle ferroleghe.

Il termine "ferro" indica il metallo puro, cioè l'elemento chimico contrassegnato dal simbolo Fe, ma viene usato anche per indicare il metallo quasi puro, ossia contenente percentuali bassissime (non più dello 0,05%) di carbonio, che non ne alterano sensibilmente le caratteristiche. Spesso tuttavia il termine si riferisce genericamente a un acciaio extradolce (con tenore di carbonio inferiore allo 0,15%) o dolce (contenente dallo 0,15% allo 0,25% di carbonio), in espressioni come ferro battuto, ferro fucinato, ferro zincato, filo di ferro, tondino di ferro ecc. Propriamente, sono "leghe ferro-carbonio" gli acciai (con tenore di carbonio fino all'1,9%) e le ghise (con tenore di carbonio superiore all'1,9%). Le "ferroleghe" invece sono leghe di ferro particolari, che non hanno impiego autonomo ma vengono preparate per essere usate nella produzione di acciai e ghise speciali; contengono una percentuale di carbonio generalmente molto bassa (dallo 0,1% all'1%), con massiccia presenza (che può superare l'80%) di altri elementi: leghe di ferro-manganese, ferro-silicio, ferro-cromo, silico-cromo, silico-mangano-alluminio ecc.

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. Da questo tipo di forno derivò il "bassofuoco" a tiraggio forzato, nel quale si potevano raggiungere temperature più elevate, che consentivano di trattare maggiori quantità di minerale e di ottenere un metallo di miglior qualità.

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". Nella parte alta del forno, il minerale di ferro si riduceva a ferro metallico e quindi assorbiva carbonio dai gas di combustione provenienti dal basso. 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.

La maggior parte della moderna produzione siderurgica si ottiene nei grandi impianti siderurgici, a partire dalla ghisa d'altoforno, ma esistono anche procedimenti diversi, sia pure di applicazione limitata. Uno di essi consiste nel produrre ferro e acciaio direttamente dal minerale, senza il passaggio intermedio attraverso la ghisa. In questo procedimento si mescolano minerale di ferro e coke in un forno rotante scaldato fino a circa 950 °C. Come in un altoforno, il monossido di carbonio liberato dal coke riscaldato riduce gli ossidi del minerale a ferro metallico, senza però le reazioni secondarie che si sviluppano in un altoforno. Ne risulta il cosiddetto ferro spugnoso, che presenta un grado di purezza superiore a quello che si ottiene partendo dalla ghisa. Ferro praticamente puro si può ottenere mediante elettrolisi, un procedimento basato sul passaggio di corrente elettrica attraverso una soluzione di cloruro ferroso. Nessuno dei due processi descritti, però, ha ancora raggiunto un significativo valore commerciale.

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.
Produzione della ghisa d'altoforno

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.