Processo di produzione della ghisa nell'altoforno e suoi sottoprodotti

Produzione di ghisa nell'altoforno

Il sistema per eccellenza per la produzione di ghisa dal trattamento dei minerali di ferro è l’ altoforno che usa come combustibile il carbone coke.

Dall’ altoforno si ottiene una ghisa grezza usata per la produzione di acciaio ed una per la produzione di una ghisa più raffinata detta di seconda fusione.

Come materie prime nell’altoforno vengono utilizzati:

 Minerali di ferro;

 Carbone coke;

 Fondenti.

Classificazione e lavorazione dei minerali

Il ferro è presente in natura sotto forma di composto chimico in diversi minerali. Un buon minerale ha una percentuale interna di ferro del 70-72%, senza contare la presenza delle rocce sterili dette anche ganga, associate al minerale durante la estrazione dalle miniera, e quindi la percentuale di ferro presente e minore di quella teorica.

I minerali greggi (complessivi della ganga) si classificano in base alla percentuale di ferro al loro interno:

 Povero (Fe

 Medio (Fe =30÷50%);

 Ricco (Fe >50%).

Il minerale, dopo l'estrazione dalla miniera, subisce delle lavorazioni prima di entrare nell’altoforno.

I minerali vengono estratti in grosse dimensioni e perciò subiscono delle frantumazioni all’interno di frantoi o mulini che ne diminuiscono le dimensioni per le lavorazioni successive. Successivamente subiscono un setacciatura per raggruppare i minerali in base alla dimensione.

Arricchimento

Processo di arricchimento e agglomerazione

Durante il processo di arricchimento vengono separati i pezzi di minerali ricchi di ferro e quelli composti da ganga, ricorrendo ad una separazione magnetica.

Entrambi i processi vengono applicati sul materiale fino, quasi polvere. L’agglomerazione viene usata sui minerali di diverse dimensioni con diametro maggiore di 0.3 mm, ottenendo un materiale ruvido che interagisce molto bene con i gas presenti nel forno. La pellettizzazione viene applicata invece sui minerali che ormai sono inutilizzabili perché troppo fini, vengono compresse queste polveri dandogli delle forme sferoidali o ovoidali denominate pellets di diametro 10-20 mm che poi vengono riutilizzati per altre fusioni di ghisa.

Produzione e caratteristiche del carbone coke

Il Carbone coke viene ottenuto dalla distillazione del litantrace che consiste nel riscaldamento a 1100-1200 °C senza la presenza di ossigeno. Questo fenomeno avviene nella cokeria che fa parte dell’impianto siderurgico. Al termine del processo il coke si presenta incandescente e viene spento con dei getti d’acqua e poi frantumato in pezzi con diametro compreso tra 20 e 70 mm.

Un buon coke ha una percentuale di carbonio di 90% e 1% di zolfo che poi inquinerà la ghisa nell’altoforno.

Ruolo dei fondenti e struttura dell'altoforno

I fondenti sono sostanze utilizzate per far reagire i componenti della ganga e formare quindi la scoria migliorando quindi la qualità della ghisa. La scoria si presenta come un liquido che galleggia sopra la ghisa e quindi facilmente estraibile da un apposito foro. Anche i fondenti, come i minerali, devono avere delle dimensioni adeguate e quindi anche loro subiscono frantumazione e vagliatura. Il centro dell’impianto di produzione della ghisa è l’altoforno, ma uno stabilimento siderurgico è formato anche da altri settori.

All’ interno dello stabilimento vengono formati dei cumuli di materie prime, raggruppati per dimensione, qualità, composizione chimica e provenienza. Dai vari cumuli partono poi degli elevatori, detti skips che portano le materie prime alla bocca dell’ altoforno.

Funzionamento e struttura interna dell'altoforno

All’ interno dell’ altoforno avviene la trasformazione da minerale di ferro a ghisa. Un altoforno non viene mai spento e ha una durata generica di 10-15 anni circa. Un altoforno produce circa 10.000 tonnellate al giorno di ghisa.

La sua altezza è di circa 80 m ed ha un diametro di circa 8 m.

Esternamente è formato da lamiere d'acciaio di grande spessore e all’interno è rivestito di un materiale refrattario resistente alle alte temperature con cui lavora l’altoforno. Nella parte alta e media dell’altoforno si utilizza un refrattario silicio - alluminoso, mentre nella parte bassa, dove la temperatura è ancora più alta si usano dei mattoni di grafite.

All’interno delle murature refrattarie interne vengono inserite delle piastrelle metalliche raffreddate ad acqua per facilitare la dispersione di calore. Le materie prime (minerale, ferro, coke e fondenti) vengono inserite dalla parte alta dell’altoforno, mentre l’aria di combustione viene inserita dal basso. I prodotti liquidi vengono estratti dal basso e i gas dall’alto.

L’ interno dell’altoforno è formato da quattro parti:

 Tino (che riceve il materiale dall’esterno e inizia a far dilatare i materiali e a farli scendere);

 Ventre (dove avviene il primo innalzamento di temperatura arrivando tra i 1350 e i 1600 °C );

 Sacca (dove avviene la combustione e dove si raggiunge la massima temperatura);

 Crogiolo (dove viene raccolta la ghisa fusa);

 Bocca di caricamento ( munita di un dispositivo a doppia campana che consente il caricamento del tino senza portarlo a contatto con l’ambiente esterno, evitando l’inquinamento).

Processo di colata e utilizzo dei fumi

La colata della ghisa viene effettuata ogni 2/4 ore; la ghisa percorre la rigola fino ad arrivare ai carri siluro che la inviano ai mescolatori, dove la ghisa liquida viene inviata alle acciaierie.

Durante il funzionamento dell’altoforno vengono prodotti molti fumi composti da polveri e altre sostanze gassose che però, tramite una depurazione, vengono riutilizzati come combustibile.

Produzione di scoria e suoi utilizzi

La trasformazione dei minerali di ferro in ghisa consiste in una riduzione degli ossidi di ferro e dalla successiva produzione di carburo di ferro. Nella discesa il materiale incontra zone a temperatura crescente che viene investito dai gas e fa si che si formi la ghisa.

La scoria, detta anche “loppa”, è considerata un prodotto dell’altoforno e viene venduta all'estero.

Si distinguono due tipi di “loppa”:

 Loppa granulare, utilizzata per la produzione del cemento d’ altoforno;

 Loppa fibrosa che viene utilizzata come isolante termico.