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 viviscono il minerale

con le gonne e con le ceneri di combustibili, formano composti

facilmente fusibili.

Per minerali silegici si usa fondente alcaneo

Per minerali alcanei si usa SiO₂ e Al₂O₃

COKE

COCKERIA

CARBONE o CARBONE

Il CARBONE FOSSILE viene distilla

a 1300°C in assenza di aria

si dimina 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 affinch

con le gangue ceneri dei combustibili composti

facilmente fusibili

Per minerali si usa fondente alcanceo

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 e s composti volaqtil

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

ARIA

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

• Essicazione: 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

ACCIAIERIA

durata 20'

CONVERTITORE BESSEMER

THOMAS

LD

POTTAME +

GHISA +

O₂

consiste nel ridurre il contenuto di Carboni