Riassunto Scienza e tecnologia dei materiali

Ferro + carbonio

GHISA> 2,1 % C

ACCIAIO< 2,1 % C

L'industria delle materiali metalliferi

Minerali del ferro

• Magnetite ➔ FeO • Fe₂O₃ (Fe₃O₄) ➔ 72,4 % Fe
• Ematite ➔ Fe₂O₃ ➔ 63,9 % Fe
• Limonite ➔ 2Fe₂O₃ 3H₂O ➔ 40/50% Fe
• Siderite ➔ Fe CO₃ ➔ 30/40% Fe
• Pirite ➔ Fe₂ ➔ 46,6% Fe (teorico)

Fondenti

Sono i materiali che si uniscono al minerale con le gangue e con le ceneri di combustibili, formano composti facilmente fusibili.

Per minerali silicei si usa fondente alcalino.

Per minerali alcalini si usa SiO₂ e Al₂O₃.

Coke

Cockeria.

Carbone o carbone.

Il carbone fossile viene distillato a 1300°C in assenza di aria, si elimina S e composti volatili.

Ferro + carbonio

Ghisa>2,1% C

Acciaio<2,1% C

L'industria delle materiali metallici

Minerali del ferro

• Magnetite → FeO · Fe₂O₃+ (Fe₃O₄) → 72,4% Fe
• Ematite → Fe₂O₃ → 63,5% Fe
• Limonite → 2Fe₂O₃ 3H₂O → 40/50% Fe
• Siderite → FeCO₃ → 30/40% Fe
• Pirite → FeS₂ → 46,6% Fe (teorico)

Fondenti

Sono i materiali che si uniscono al minerale affinché con le gangue, ceneri dei combustibili, composti facilmente fusibili.

Per minerali si usa fondente alcalino.

Per minerali consegue SiO₂ e Al₂O₃.

Coke

Cockeria.

Carbone fossile.

Prodotto finito.

Il carbone fossile viene distillato a 1300°C in assenza di aria, diminuisce S e composti volatili.

Schema produzione acciaio

MINERALI DI FERRO

ALTOFORNO

GHISA

Affinazione

• Convertitore BESSMER
• Convertitore THOMAS
• Convertitore LD
• Forno ELETTRICO
• Forno MARTIN

ACCIAIO

Altoforno

FONDETTI + MINERALI DI FERRO + COKE

400°C

800°C

1350°C

1600°C

CARIA

ARIA PRERISCALDATA DA FORNI COWPERS

2000°C

ESSICAMENTO

RIDUZIONE INDIRETTA AD OPERA DELL'OSSIDO DI CARBONIO

RIDUZIONE DIRETTA AD OPERA DEL CARBONIO E CARBURAZIONE

• 3Fe₂O₃ + CO → 2Fe₃O₄ + CO₂
• Fe₃O₄ + CO → 3FeO + CO₂
• FeO + CO → Fe + CO₂

FUSIONE

COMBUSTIONE

CROGIOLO

GHISA + SCORIE

LOPPA

DESCARICAZIONE GHISA

I minerali di ferro in presente ossido di ferro, pirite e magnetite, dopo appositi trattamenti preliminari volti a facilitare l'estrazione dal mantello e ad eliminare parte delle impurità in esso presenti, vengono fusi in parti con l'azione del carbone.

Reazioni nell’altoforno

Avvengono riduzioni dei minerali di ferro ad opera del CO.

C + O₂ ⇒ CO₂

C + CO₂ ⇆ 2CO

Equilibrio Boudouard

CO 100%

5%

400°C

1000°C

Essiccazione: La carica perde l’acqua.

Riduzione indiretta dei minerali

400°C

3Fe₂O₃ + CO ⇆ 2Fe₃O₄ + CO₂ + Q

500°C

Fe₃O₄ + CO ⇆ 3FeO + CO₂ - Q

650°C

FeO + CO ⇆ Fe + CO₂ + Q

Riduzione diretta dei minerali (T > 1000°C)

3Fe₂O₃ + C ⇆ 3Fe₃O₄ + CO - Q

Fe₃O₄ + C ⇆ 3FeO + CO - Q

FeO + C ⇆ Fe + CO - Q

Innesco da parte del minerale sfuggito al passaggio precedente.

Carburazione del ferro: arricchito di carbonio e conseguente fusione.

Formazione della loppa

FeO + SiO₂ + 2CO ⇆ SiO₂Fe + CO

Desolforazione

Avviene nel crogiolo dove sono presenti loppe e ghise (immiscibili), ad opera del Mn.

FeS + Mn → Fe + MnS

MnS + CO → CS + MnO

MnO + C → Mn + CO

Prodotti dell'altoforno

Ghisa

• Grigia → ricca di Si
• Bianca → ricca di Mn

Gas d'altoforno

Potere calorifico 800/900 Kcal/mc.

Composizione:

• CO₂ 10/13%
• CO 25/27%
• H₂ 0,5/4%
• CH₄ 0,5/3%
• N₂ 52/60%

Loppa d'altoforno → contiene SiO₂, Al₂O₃, CaO, MnO, CaS, MgO, FeO.

u = CaO / SiO₂

• >1 Loppa basica
• <1 Loppa acida

Acciaieri

Adurata 20'

Convertitore Bessemer

THOMAS

LD

POTTAME + GHISA + O₂

Consiste nel ridurre il contenuto di Carboni