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Ricerca di tecnologia - Ricerca di tecnologia sulla produzione dell'acciaio

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Ricerca di tecnologia


Ricerca di tecnologia sulla produzione dell'acciaio


La produzione dell'acciaio costituisce oggi come oggi una delle fonti economiche più importanti per la siderurgia, poiché il merca 919e43j to ne richiede sempre più grandi quantità.

La storia dell'estrazione dell'acciaio risale a tempi molto antichi con un metodo di estrazione molto rudimentale con la quale si estraeva l'acciaio principalmente da minerali quali: ematite, siderite, magnetite, con un tipo di forno chiamato basso forno a tiraggio naturale alimentato con carbone di legna.

Dopo circa 10000 anni, intorno al 1200 d.C. molti artigiani cominciarono ad utilizzare forni più grandi i quali avevano a differenza dei precedenti un tiraggio meccanico che era prodotto, da ruote idrauliche; con questi forni erano prodotte scorie liquide quali masselli di ferro allo stato pastoso e piccole quantità di ghisa allo stato fuso.

Dopo quasi un secolo di evoluzione del forno si arriva al primo altoforno, alto tra i 40-60 metri e, che rendeva possibile una regolare produzione di ghisa anche se purtroppo i primi altiforni (che funzionavano a carbone di legna), producevano limitate quantità di ghisa la settimana circa 10-12 tonnellate.




Soltanto intorno al 1650 si cominciò ad utilizzare il carbon coke e, intorno al 1870 l'utilizzo di aria calda insufflata nell'altoforno, per la produzione dell'acciaio.

Processo B.Huntsmann

Prima dell'utilizzo d'aria insufflata nell'altoforno del 1870; B.Huntsmann nel 1740, creò un processo (ormai pienamente superato), che riusciva a ricavare acciaio dalla ghisa, mediante un processo che richiedeva la preventiva trasformazione della ghisa di ferro attraverso puddellaggio: il ferro cosi ottenuto era sottoposto a cementazione, cioè riscaldato con carbone di legna per accrescerne la percentuale in carbonio e poi fuso in crogiolo in modo che il carbonio assorbito superficialmente si estendesse a tutta la lega. Si otteneva quindi un acciaio al crogiolo di qualità pregiata ma con un costo di produzione molto elevato.

Attorno [u1] al 1850 la produzione dell'acciaio cambia grazie all'utilizzo industriale del processo termochimico d'affinazione (o di conversione, nel caso di processi con insufflazione d'aria o d'ossigeno) che consiste nella riduzione del carbonio mediante, ossidazione e nell'eliminazione d'altre impurità presenti nel metallo fuso. L'ossidazione del carbonio libera ossido ci carbonio CO che con l'aggiunta di titanio; agita la massa fusa contribuendo all'eliminazione d'altre impurità gassose, più la formazione di nitruri insolubili.

I prodotti insolubili per esempio la silice, attraverso il contatto con l'ossido di ferro reagiscono e creano l'ossido di silicio insolubile che si raccoglie nelle scorie; le scorie a loro volta assorbono tutte le impurità del metallo. L'ossigeno necessario alla reazione è fornito sia in forma gassosa (aria od ossigeno puro), sia in forma solida (ossidi di ferro). Le reazioni d'ossidazione sono molto esotermiche e garantiscono quindi il calore necessario al mantenimento della massa fusa.

La tecnologia con la quale è realizzato il processo di affinazione può invece essere molto diversa sia per quanto riguarda le materie prime (ghisa fusa, rottami, additivi), sia per quanto riguarda impianti e fasi di lavorazione.

Processo H.Bessemaer

Il primo metodo moderno per la produzione dell'acciaio è quello inventato da H.Bessemaer nel 1855; è basato sull'affinazione della ghisa siliciosa (contenente in pratica silicio in percentuale variabile da 1,5 a 2,5%).In un gran recipiente d'acciaio, detto convertitore, rivestito internamente di silice (acida), viene dapprima introdotta ghisa fusa, poi, dal basso, insufflata aria; si ha cosi la combustione del silicio con sviluppo di calore e quindi l'ossidazione del carbonio (conformazione e liberazione di CO) che trasforma la ghisa in acciaio.

Processo S.G.Thomas

Il secondo metodo è stato inventato da S.G.Thomas che funziona sullo stesso principio del processo Bessemer, ma produceva acciaio per conversione di ghisa fosforosa (contenente in pratica fosforo in percentuale variabile da 1,2 a 2%) in un convertitore a rivestimento basico. La differenza tra i due processi è data proprio dal rivestimento dei convertitori che vengono nella formazione delle scorie. Con rivestimento acido il silicio ha il ruolo d'elemento termogeno (ossidandosi riscalda il metallo fuso), mentre le scorie ed eventuali additivi hanno il compito di eliminare lo zolfo. Esso quindi viene eliminato utilizzando l'ossido di calcio, l'ossido di ferro e il rivestimento acido del forno; questi tre elementi, entrando in contatto con lo zolfo danno origine al solfuro di calcio che viene eliminato come scoria, anche il manganese, favorisce (associato con l'ossido di ferro) la desolforazione.

Con il rivestimento basico il ruolo di rivestimento termogeno passa al fosforo, che è eliminato solo dopo la decarburazione totale. Per l'eliminazione del fosforo si aggiunge all'interno del prodotto fuso la calce viva, che a contatto con essa e con le pareti con rivestimento basico, da origine a delle scorie, che galleggiano sulla superficie liquida del prodotto e, vengono poi eliminate. Prima della colata è quindi necessario ricarburare il metallo fuso cioè aggiungere una certa quantità di ghisa fusa per portare la quantità di carbonio nell'acciaio ad un livello ottimale per quel prodotto.



I processi acidi consentono di eliminare completamente lo zolfo ma poco il fosforo; il processo Bessemer è praticamente scomparso. Il processore Thomas, per quanto superato da tecniche più moderne, è invece ancora utilizzato in parecchi paesi europei ricchi di minerali fosforosi.

Processo Martin-Siemens

Nel 1865 era stato messo a punto un procedimento di tipo diverso e più complesso, il processo Martin-Siemens (inventato da P.Martin ma realizzato in un forno ideato da W.Siemens), nel quale la conversione della ghisa avviene con l'apporto dell'azione ossidante della fiamma a contatto con il metallo nel corso della fusione. In questo processo che avviene in forni con rivestimento di natura acida (silice), sia di natura basica (dolomite), la carica è costituita da ghisa (liquida o solida) mescolata a rottami o trucioli, oppure a minerali di ferro. A differenza dei processi al convertitore, l'operazione è assai lunga (8-10 ore contro 10-15 minuti) ma la capacita del forno è molto più elevata.

Il processo Martin-Siemens è ancora molto usato, specie nei paesi industrializzati ricchi di rottami di ferro e di combustibile (il fabbisogno varia da 500 a 1200 milioni di calorie per t d'acciaio prodotto).

Dopo la prima guerra mondiale ebbe inizio la produzione d'acciai speciali mediante affinazione al forno elettrico ad arco o ad induzione, che raggiungeva temperature assai elevate e consentiva un'affinazione perfetta; anche in questo tipo d'affinazione sono molto utilizzati i rottami di ferro.

Processo LD

L'impiego d'ossigeno al posto dell'aria in tutti questi processi portarono, dopo la seconda guerra mondiale alla messa a punto di nuovi metodi di conversione basati sull'insufflazione d'ossigeno ad elevata purezza. Il prototipo di questi processi è il cosiddetto processo LD (dal nome delle città austriache di Linz e Donawiz ove furono installati i primi impianti) che impiega un convertitore molto simile al convertitore Thomas ma con fondo chiuso: l'ossigeno è soffiato dall'alto mediante una lancia raffreddata ad acqua e quasi a contatto con la superficie del metallo fuso.

I vantaggi del nuovo metodo, che hanno ormai assunto un ruolo di principale importanza nella produzione dell'acciaio in tutto il mondo (il processo LD copre circa il 50% della produzione mondiale), consistono nel miglioramento qualitativo dell'acciaio, nel minor costo di gestione (non occorre combustibile) e nella maggior facilità di depurazione dei prodotti di combustione, compresi i fumi dell'acciaieria. Il sistema LD utilizza circa la metà dei rottami di ferro impiegati dai forni

Martin-Siemens e rende quindi disponibile una gran quantità di rottami per l'impiego nei forni elettrici tradizionali.

In questo momento, mentre il processo LD sta avviandosi all'affermazione definitiva, i processi al convertitore, che danno un prodotto meno pregiato ma una produzione maggiore rispetto al processo Martin-Siemens e al forno elettrico, sono spesso impiegati come prima fase d'affinazione di un prodotto che passa poi ai forni degli altri due tipi per la fase definitiva di lavorazione.


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