Riassunto Scienza e tecnologia dei materiali

Ferro + Carbonio

Ghisa

> 2,1% C

Acciaio

< 2,1% C

L'industria della siderurgia porta il ferro allo stato non ossidato

Materiali Metaliferi

Minerali del Ferro

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

Fondenti

Sono i materiali che si uniscono al minerale affinché, combinandosi con le scoorie e con le ceneri dei combustibili, formino composti facilmente fusibili.

Per minerali silicici si usa fondente calcareo

Per minerali calcarei si usa SiO₂ e Al₂O₃

Coke

Carbone Fossile → Cokeria → Prodotto Finito

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

Schema Produzione Acciaio

• Mineral di Ferro
• Altoforno
• Ghisa
• Affinazione
  • Convertitore Bessemer
  • Convertitore Thomas
  • Convertitore LD
  • Forno Elettrico
  • Forno Martin
• Acciaio

Altoforno

Fornetti + Minerali dei Ferro + Coke

400^°C

800^°C

1350^°C

1600^°C ARIA

Aria preriscaldata da Cowper

2000^°C

Essiccamento

Riduzione indiretta ad opera dell'ossido di carbonio

Riduzione diretta ad opera di carbonio e carburazione

3Fe₂O₃ + CO ⇨ 2Fe₃O₄ + CO₂

Fe₃O₄ + CO ⇨ 3FeO + CO₂

FeO + CO ⇨ Fe + CO₂

Fusione

Combustione

Loppa

Ghisa

Decantazione Ghisa

Ghisa + Scorie

I minerali di ferro in prevalente ossido di ferro, pirite magnetica

dopo opportuni trattamenti preliminari volti a facilitare l'estrazione del materiale e

eliminare parte delle impurità in esso presenti vengono fusi in

cottodoni pure azione del carbone

5O₂ va alle SCORIE

CO va nei fumi

FeO + Mn → Mn + Fe

si diluisce con la ghisa per raggiungere la percentuale di

Carbonio voluta

LE GHISE DEVONO CONTENERE SOLO PICCOLI QUANTITATIVI DI P

P₂O₅ + 5Fe ⟶ 5FeO + P

VARIAZIONE DEL CONTENUTO DEGLI ELEMENTI DURANTE IL PROCESSO

BESSEMER

20 22 tempo [min]

CONVERTITORE THOMAS

GHISE RICCHE DI P E POVERE DI Si

REFRATTARIO BASICO

si trattano ghise con un contenuto di P compreso da 1¹/2 3%

ESOTERMA PRINCIPALI 2P + 5/2O₂ = P₂O₅

Bloccaggio di P₂O₅

P₂O₅ + CaO ⟶ CaO + P₂O₅

FASE γ = AUSTENITE

È la soluzione solida interstiziale del carbonio nel ferro γ (FCC). La struttura cristallina del ferro γ favorisce una maggiore solubilità del carbonio. Nel diagramma si nota infatti il campo di stabilità dell’austenite decisamente più ampio.

FASE δ = FERRITE

È la soluzione interstiziale del carbonio nel ferro δ (BCC). Valgono le considerazioni simili alla fase α, ma con inferiore solubilità.

TRATTAMENTI TERMICI DEGLI ACCIAI

• RICOTTURA
• NORMALIZZAZIONE
• RINVENIMENTO
• TEMPRA

RICOTTURA

Trasformazione completa dell’acciaio in fase AUSTENITICA seguito da lento raffreddamento. Si consente il passaggio γ → α + FeC.

• Grana grossa
• Modeste resistenze meccaniche
• Facilmente lavorabile

NORMALIZZAZIONE

Trasformazione completa dell’acciaio in fase γ, seguita da raffreddamento più veloce in aria calma.

• Grana più fine
• Migliori resistenze meccaniche

Tempo di Presa

• >7’ per muri
• >20’ per intonaci
• >40’ per pavimenti

dall’impatto fino a 0,5 mm di penetrazione

In presenza di H₂O il gesso si stabilizza originando una soluzione acida che attacca acciaio, piombo, zinco con impurità.

Calce Aerea

Si produce per cotture di rocce calcaree di origine sedimentarie costituite essenzialmente di Ca CO₃ e in via subordinata Mg CO₃, argille e ossidi di ferro.

La reazione è

Ca CO₃ ⇌ CaO + CO₂ + ΔH

monday

760

400

p CO₂

500 600 700 800

°C

985

PORTLAND

• CaO ossido di Calcio 44%
• SiO₂ ossido di Silicio 44.5%
• Al₂O₃ ossido di Alluminio 2%
• H₂O ossido di Magnesio 1.6%

Il cemento PORTLAND viene miscelato con l'acqua. Il prodotto si solidifica in alcuni ore e indurisce progressivamente nell'arco di diverse settimane. Anche se la presa continua nel tempo si considera ottenuta completamente nell'arco di 28gg. Quando raggiunge il 80% del suo sviluppo.

Inizialmente insoliti è provocata dalla reazione tra acqua, gesso, e alluminato di tricalcio a formare un struttura cristallina.

CACIO-ALLUMINID-IDRATO

Il successo indurimento e lo sviluppo di forze intorno a tensore dovute alla lenta reazione con l'acqua con il silicato tricalcio formare una struttura amorfa distintivo di calcio silicilato idrato (C-S-H gel) che ingombrare le struttura ordogano e legano ai singoli granuli di materiale presenti. Un ultima reazione produce il gel di silice (S-O₂).

IDRATAZIONE NEL CEMENTO PORTLAND

Il cemento è costruito preferendentemente de silicati e alluminati.

IDRATAZIONE DEGLI ALLUMINATI

Si sviluppano molto velocemente ma non portano un contributo alla RESISTENZA MECCANICA ma sono implantati per il processo di presa. L'idratazione dall'alluminato triacicinico è l'ibrone valore che si ha una penetra in una esistenza massimo temporano perinte questo process e punto le reazioni un gesso si aggiunge gesso (C-SO₄). A combito un acqua e gesso reagire e libera IONI SOLFATI SO₄⁻ = calcio + alluminati e devonog mangere con aluiniati e portando la formazione e ETRINGITE capocc e gravi di concetto che danno reazione rallentando il processo di IDRATAZIONE.

IDRATAZIONE DEI SILICATI

Il C-S-H representa il 80% di volume il 50% di massa idrurata ed il respondevole di resistenza meccanica finire presente una strattura ed in definitive di diminaz molto piccolo formante filamente laterighi.

Prove Tecniche sui Cementi

Prova di rottura per flessione

Rottura per compressione

(cilindro)

Titolo = resistenza massima alla compressione ottenuta fino allo schiacciamento dopo 28 gg

Inerti

Gli inerti naturali o di frantumazione e devono essere privi di parti friabili e nocive per l'indurimento del cemento. Gli inerti sono:

• Sabbia - utilizzato per la realizzazione di malte
• Pietrisco - viene ricavato dalla frantumazione di roccia
• Ghiaia - di formazione naturale, non particolarmente indicata per l'uso a causa della disomogeneità

Max Inerte

Depurazione Acqua

• Trattamento Meccanico
• Grigliatura
• Vasca di Grigliatura
• Dissabbiatore
• Dissabbiatore
• Pompa
• Sabbia
• Pozzo
• Pozzo Sostentamento
• Fango Primario
• Fango Primario

Sedimentazione Primaria

Per rimuovere la sabbia si usa il più ldo per ` separabile (anche piu granulare). La velocità di sabbiatura varia principalmente

1. Bypass
2. Rete Escamale

Parametri pH

Espertura voce controlle