COMPITI DELLE VACANZE TECN. MECCANICA 1CC
Ripassare gli appunti presi con Evernote ed in particolare approfondire il tema del processo
siderurgico.
I materiali metallici e le loro leghe non si trovano liberi in natura ma sono presenti nei
minerali che li contengono e sono misti a rocce o terre. Le leghe vengono poi fabbricate
mettendo insieme più metalli e non metalli. In generale la metallurgia insegna i
procedimenti adatti a separare col calore il metallo da tutte le impurità, in particolare la
metallurgia del ferro e detta siderurgia. Essa studia la trasformazione dei minerali che
contengono ferro in ghisa, acciai. Il termine siderurgia ha origine da sidereo proveniente
dagli astri come il primo ferro usato dal uomo ed era di origine meteoritica. Non si sa
quando l'uomo scopri il modo di usare metallo dai minerali di ferro ma certamente si può
risalire al terzo millennio avanti cristo. Già nel mille avanti Cristo i greci utilizzavano
trattamenti termici relativamente avanzati per rendere più resistenti le loro armi di ferro. 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 soffiata mediante
mantici azionati manualmente dietro il riparo di una lastra di pietra. A partite dal
quattordicesimo secolo si usavano forni più grandi, con sistemi di soffiaggio più potenti per
forzare il passaggio di combustioni attraverso la miscela di materie prime detta carica,
costituita dai minerali del ferro calcaree e carbon coke. Il risultato era ghisa di prima
fusione.
L'alto forno
L'alto forno viene caricato dal alto con una miscela di carbone coke,minerali di ferro e
calcare. Il calore sviluppato dalla combustione favorita dal alta temperatura (fino a 870°
centigradi) di un getto di aria calda che investe dal basso e attraversa tutta la
carica,innesca una reazione chimica fra il carbonio del coke e l'ossigeno degli ossidi di ferro
che costituiscono i minerali. Il ferro liberandosi 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
ha fasi successive del ciclo siderurgico. Nella produzione processionale l'acciaio viene dalla
ghisa liquida proveniente dal alto forno. Qualunque procedimento di produzione di acciaio
da ghisa prodotta nel alto forno consiste nel asportare dalla ghisa il carbonio in eccesso e
le altre impurità presenti
Funzionamento del alto forno
Il complesso funzionamento del alto forno e delle numerose reazioni chimiche e delle
numerose reazioni chimiche che in esso avvengono può essere schematizzato
considerando separatamente le correnti ascendenti dei gas e la discesa della carica solida (
e poi liquida ). Le diverse zone del alto forno sono caratterizzate da temperature diverse
che aumentano dal alto verso il baso.
Per assicurare il corretto funzionamento del processo, le temperature delle varie zone
vengono mantenute sotto costante controllo.
Corrente ascendente del gas
L'aria compressa preriscaldata esce dagli ugelli ha una velocità di circa 200 metri al
secondo e alla temperatura di 600 a 850 gradi centigradi l'ossigeno in essa contenuto a
contatti nel carbone brucia producendo anidride carbonica e calore. In questa zona si ha
una temperatura molto elevata intorno hai 1800 2000°C. Si produce quindi anidride
carbonica la quale diffondendosi verso l'alto viene a trovarsi immediatamente a contatto
con altro carbone coke e reagisce trasformandosi in monossido di carbonio. Questa
reazione ha assorbimento di calore e ciò impedisce alla temperatura di superare i 2000
gradi centigradi. Man mano che la corrente sale nel alto forno e diminuisce la temperature
cessa e si ha ancora la formazione di anidride carbonica
La discesa delle cariche
Nella zona di essicamento e preriscaldamento i materiali solidi si riscaldano
progressivamente fino a 400 gradi centigradi con questo riscaldamento si elimina l'umidita
presente nella carica. Nella fase successiva abbiamo un riscaldamento fino a 700 gradi in
cui gli ossidi del ferro reagiscono con il monossido di carbonio generando anidride
carbonica questa viene chiamata riduzione indiretta.
La carica raggiunge successivamente la temperatura di circa 1300 gradi in questa fase
avvengono reazioni che non intaccano il ferro ma che formano nella storia ad opera del
calcare. Successivamente il materiale arriva oltre i 1500 gradi ed ha queste temperature
avviene la fusione completa e la produzione di ghisa fusa a questa punto tutto il materiale
si divide in scoria (loppa) dalla ghisa fusa .
