Le leghe ferrose - Scuole Sassuolo

Le leghe ferrose
Il Ferro
I termini ferro, acciaio e ghisa definiscono tre prodotti siderurgici assai diversi per aspetto e proprietà tecnologiche, ma molto simili per
composizione chimica.
FERRO
Il ferro è un elemento metallico, simbolo
chimico Fe, duttile, malleabile, resistente agli
urti, si ossida facilmente (arrugginisce) e
fonde a 1535° C.
N.B. Per ottenere il ferro puro bisogna ricorrere a
procedimenti elettrolitici e chimici, che lo
rendono puro, ma assai costoso e molto poco
utilizzabile commercialmente.
Normalmente è utilizzato in lega con il carbonio (C),
a formare acciai e ghise.
Il ferro
Il ferro in natura
Per produrre la ghisa e l’acciaio, bisogna estrarre dal sottosuolo dei minerali ricchi
di ferro.
Il ferro (Fe) allo stato naturale è presente sotto varie forme e mescolato a rocce.
Di questi minerali ferrosi,i più importanti sono:
 Magnetite ( Fe3 O4 ) con una % di Fe di 60  70 È la calamita naturale, le zone di
estrazione in Italia sono la Val d’Aosta e l’Isola d’Elba.
 Ematite rossa ( Fe2 O3 ) con una % di Fe di 45  60 È da considerarsi un buon
minerale di ferro perché contiene poco fosforo. Il fosforo infatti è poco gradito
nell’acciaio perché lo rende fragile.
Le zone di estrazione in Italia sono la Sardegna e l’Isola d’Elba.
 Limonite (2Fe2 O3 +3H2O) con una % di Fe di 30  50 È l’ematite gialla e purtroppo
contiene un elevato tenore di fosforo. Le zone di estrazione in Italia sono la
Toscana e la Sardegna.
 Siderite (Fe CO3) con una % di Fe di 25  40 ed è pertanto il minerale di ferro meno
pregiato. Le zone di estrazione in Italia sono le Prealpi
bergamasche e bresciane.
 Pirite è un minerale molto comune composto da disolfuro di ferro (II) (FeS2) che
prende il nome dal termine greco pyros (fuoco) poiché produce scintille se percosso
con un pezzo di metallo. Per via del color oro era noto in passato come l'oro degli
stolti; se riscaldato alla fiamma emette una miscela di solfuri dal classico odore di
uova marce.
Ciclo siderurgico integrale
Si dice ciclo siderurgico integrale il processo di fabbricazione che, partendo dalle materie prime (minerali ferrosi, fondenti e carbone) consente attraverso una serie di lavorazioni, di ottenere come prodotto intermedio, la ghisa greggia e come prodotti finiti gli acciai.
Ciclo siderurgico integrale
L’altoforno
L’altoforno ha la forma di due tronchi di cono rovesciati.
Le dimensioni che si possono raggiungere sono di 10 – 12 metri di
diametro del crogiolo ed altezze anche di 80 metri.
Le parti fondamentali dell’altoforno le possiamo distinguere in :
1) Bocca di caricamento
è la parte alta dell’altoforno; essa viene raggiunta da nastri
trasportatori e carrelli detti skips, che versano le cariche costituite da
minerali di ferro, carbon coke e calcare. Dalla bocca si dipartono due
tubazioni per la presa dei gas caldi da inviare ai ricuperatori di calore.
2) Tino
è l’elemento più grande dell’altoforno ed ha la forma di tronco di cono
con la base maggiore rivolta verso il basso. L’allargamento verso il
basso favorisce la discesa delle cariche.
3) Ventre
Ha forma cilindrica e costituisce l’elemento di giunzione tra il tino e la
sacca. In esso inizia la fusione delle cariche tra 1350°C e 1550°C.
4) Sacca
Anche la sacca ha la forma di tronco di cono però con la base maggiore
rivolta verso l’alto. Dal fondo della sacca è soffiata l’aria calda. Nella
sacca si completa la fusione delle cariche con temperatura prossima ai
2000°C.
5) Crogiolo
Ha lo scopo di raccogliere la ghisa greggia liquida. Sul fondo ed in alto
ci sono due aperture che permettono lo spillamento della ghisa e della
scoria (o loppa) che galleggia sul bagno di ghisa liquida.
L’altoforno
Disegno schematico di un altoforno:
1. flusso di aria calda dalle stufe Cowper
2. zona di fusione
3. zona di riduzione dell'ossido ferroso
4. zona di riduzione dell'ossido ferrico
5. zona di pre‐riscaldamento
6. ingresso di minerali grezzi, fondente e coke
7. gas esausti
8. colonna contenente minerale grezzo, fondente e coke
9. rimozione delle scorie
10. fuoriuscita del metallo fuso
11. fuoriuscita dei gas di scarico
Ghise e acciai
Le Ghise
Le ghise sono leghe Fe-C con tenore di carbonio tra il 2,06 e il 6,67
%.
Il carbonio nella ghisa è contenuto in due forme:
 Combinato chimicamente con il ferro, dà origine alla cementite
(carburo di ferro, Fe3C), che è durissima e chiara;
 Allo stato libero, dà origine alla grafite, in forma lamellare, tenera e
nera.
A seconda della prevalenza della cementite o della grafite, si ha:
 Ghisa bianca , con prevalenza di cementite, sono molto dure e fragili;
 Ghisa grigia con prevalenza di grafite, meno dure e meno fragili e possono
•
essere lavorate per asportazione di truciolo.
 Ghisa malleabile resa malleabile da un trattamento termico, il carbonio si
presenta in forma di fiocchi.
Le ghise, sia bianche che grigie hanno scarsa saldabilità.
Da queste ghise si generano, mediante particolari trattamenti, altri
tipi di
ghise.
Gli acciai
L’acciaio è una lega Fe-C, con percentuali di carbonio varianti da 0,008% a 2,06%.
Gli acciai possono essere :
 semplici (non legati)
 speciali ( legati )
Sono semplici gli acciai che contengono solo ferro e carbonio e non contengono
altri elementi.
Sono speciali gli acciai che oltre al ferro e carbonio contengono altri elementi
alliganti ( cromo , cobalto, Vanadio, tungsteno ecc.) in % più o meno elevate.
In generale, le caratteristiche tipiche degli acciai sono:
 Elevata resistenza a trazione e compressione;
 Buona resilienza, ottima saldabilità ecc.
Produzione dell’acciaio
L’acciaio si ricava dalla ghisa d’altoforno riducendo il tenore di carbonio in essa
contenuta con appositi apparecchi chiamati convertitori.
Il processo siderurgico utilizzato per ottenere l’acciaio prende il nome di affinazione
della ghisa.
La diminuzione del carbonio avviene introducendo aria o ossigeno e rottami di ferro
nella carica metallica fusa.