Settore della metallurgia che si occupa:

estrazione del ferro dai suoi minerali, tecnologia di fabbricazione delle leghe ferro-carbonio (ghisa e acciaio), lavorazioni primarie (laminazione, fucinatura e trafilatura). La siderurgia costituisce un fondamentale settore industriale che alimenta numerosi altri settori di rilevante importanza (meccanico, automobilistico, cantieristico). Le attivit siderurgiche tendono a concentrarsi in pochi stabilimenti di grandi dimensioni nei quali si attuano le numerose fasi del ciclo produttivo.

IMPIANTI SIDERURGICI A CICLO INTEGRALE: opera attraverso lintero ciclo produttivo che va dalla materia prima (minerale di ferro e carbone) fino ai prodotti finiti, attraverso la produzione di ghisa e acciaio. Comprende ALTOFORNO e CONVERTITORE, ubicato nelle zone costiere o al centro della zona mineraria.

IMPIANTO ELETTROSIDERURGICO: produce solo acciaio per mezzo del rottame di ferro (abbastanza disponibile sul mercato) o spugna di ferro. Impiega il FORNO ELETTRICO e produce un acciaio pregiato in tempi pi brevi.

LALTOFORNO alimentato dai MINERALI DI FERRO, ossia OSSIDI DI FERRO, CARBON COKE e FONDENTI (carbonato di calcio o silice). La riduzione degli ossidi avviene in questi forni continui nei quali la carica scende verso il basso incontrando in controcorrente un'atmosfera gassosa formata da monossido di carbonio e da biossido di carbonio derivato dalla combustione di aria calda con carbon coke. Nell'interno dell'altoforno il minerale di ferro viene ridotto a spugna di ferro, che, a seguito dell'aumento crescente della temperatura, si carbura (Fe3C) e passa allo stato liquido come ghisa.La ghisa liquida viene raccolta in crogioli, dai quali viene prelevata da appositi fori di spillaggio. Sulla ghisa liquida galleggia la scoria costituita da prodotti non ridotti durante il processo e da prodotti non solubili formatisi per reazione tra componenti della carica e i fondenti, aggiunti per facilitare la formazione di scorie fusibili e quindi separabili dal metallo allo stato fuso. Le pareti dellaltoforno sono formate da materiali refrattari (Allumina).Limpianto alto 30 m.

Laltoforno ha laspetto di due tronchi di cono raccordati lungo le due basi maggiori da una parte cilindrica.

E composto da pi parti:

la BOCCA, attraverso la quale si introducono le cariche: minerale di ferro, coke metallurgico e fondente, che, per reazione sulla ganga argillosa, forma una scoria fusibile;il TINO, a forma di tronco di cono,situato nella parte superiore, in cui avvengono le prime reazioni di riduzione del minerale;

il VENTRE, con struttura cilindrica la parte di maggiore diametro dellimpianto, nella quale prosegue la riduzione del minerale di ferro;

il FOCOLARE o SACCA, punto in cui sboccano le tubiere che portano allinterno del forno laria compressa, arricchita di ossigeno, a T=400-500C;

il CROGIOLO, la parte inferiore dellimpianto nella quale si raccoglie la ghisa liquida sovrastata dalla scoria fusa: nella sua parete sono praticati due orifizi attraverso i quali colano,al momento voluto, la ghisa (foro inferiore) e la scoria (foro superiore).

La corrente di gas caldi ascendenti ha origine dalla combustione del coke quando viene a contatto con laria calda iniettata dagli ugelli il coke diviene incandescente e brucia secondo la reazione: C + O2 CO2 + 94385 calLa CO2 reagisce ancora col coke:CO2 + C 2CO 38800 cal

La RIDUZIONE INDIRETTA degli ossidi di ferro avviene ad opera dellOSSIDO DI CARBONIO (CO), la DIRETTA ad opera del CARBONE tal quale.

Fe2O3 + 3CO 2Fe +3CO2 T = 400-700C (TINO) Fe2O3 + 3C 2Fe +3CO T = 700-1350C (VENTRE e TINO)

La produzione di un altoforno dipende dalle sue dimensioni, e varia da 300 a 1500 t giornaliere.

Per ottenere la colata di 1 t di ghisa occorre impiegare circa 500 kg di coke. La produzione di scorie molto variabile a seconda della natura del minerale.

Per evitare lo spreco di calore di attivazione, il funzionamento dell'altoforno continuo per un periodo di 5-10 anni.

I GAS DI COKERIA sono utilizzati per alimentare il processo di riscaldamento dellaltoforno.

Ottenimento di carbone coke mediante distillazione di carboni fossiliPreparazione dei minerali di ferro in pezzatura fine, "pellets" (sferette di 1 cm di diametro, da "sinterizzazione" di minerali fini), i pre-ridotti (pellets ottenute da minerali fini per riduzione degli ossidi di ferro a "spugna di ferro" sinterizzata)Produzione di ghisa da altiforniProduzione di acciaio liquido tramite convertitori a ossigeno (a partire principalmente da ghisa liquida, con quantit minori di rottame), oppure tramite forni elettrici ad arco voltaico o a induzione (a partire da solo rottame o da rottame e pre-ridotti)Colaggio dellacciaio liquido in impianti di colata continua con produzione diretta di bramme (a sezione rettangolare molto larga), blumi (a sezione rettangolare stretta), billette (a sezione quadrata)Laminazione a caldo di prodotti piani (nastri) e di prodotti lunghi (barre, profilati, vergella, tondino, rotaie)Produzione di rivestiti (con rivestimenti metallici, quali la banda stagnata, o con rivestimenti organici, come i preverniciati)

Si definisce ciclo a caldo la sequenza di lavorazioni siderurgiche fino alla produzione di semilavorati (nastri stretti, nastri larghi o "coils", ecc.) o prodotti finiti, laminati a caldo.

La produzione di acciaio da forni elettrici e colate continue fa parte del ciclo a caldo (trattandosi di attivit fusorie), ma considerata non a ciclo integrale, in quanto i forni elettrici utilizzano come carica rottame e pre-ridotti, considerati gi semilavorati e non materie prime.

Infatti il FORNO ELETTRICO sostituisce nella produzione di acciaio la coppia ALTOFORNO CONVERTITORE della acciaieria e prescinde dalla cokeria e dallimpianto di agglomerazione, necessari per la produzione del carbone coke e per il trattamento dei minerali di ferro impiegati in altoforno.

La GHISA prodotta nellaltoforno convertita in ACCIAIO riducendo il contenuto in carbonio al di sotto di 1,7%, in pratica si elimina per combustione leccesso di carbonio mediante insufflaggio di ossigeno (o di aria): in queste condizioni il carbonio brucia formando CO2 che si disperde.

Il convertitore, posto in posizione orizzontale, caricato per 1/8 del suo volume di ghisa fusa, quindi, posto in posizione verticale, vi si immette aria compressa (fredda) dalle tubiere sul fondo, in modo da ossidare le impurezze.Le reazioni di combustione forniscono il calore per lo svolgimento del processo: prima inizia la ossidazione del silicio, poi a T>400C quella del carbonio, dalla bocca del convertitore si sviluppano fiamme dovute alla combustione del CO a CO2, inoltre si ossidano manganese e ferro che scorificano sotto forma di silicati.Quando il carbonio quasi esaurito (

Il processo Bessemer stato realizzato nel 1856.La rapida trasformazione della ghisa in acciaio senza dover ricorrere allimpiego di combustibili determin nel settore della siderurgia mondiale una vera e propria rivoluzione e luso dei convertitori Bessemer si diffuse ovunque, in particolare negli Stati Uniti, contribuendo a produrre lacciaio per la nascente industria ferroviaria.Questo metodo quasi scomparso perch necessita di ghise a bassissimo contenuto di zolfo e fosforo (rare e costose).Infatti il fosforo non pu essere eliminato dallacciaio prodotto, provocando caratteristiche negative di qualit, il problema determinato dal rivestimento interno del convertitore, che un materiale refrattario di tipo acido.

In questi convertitori il rivestimento di refrattario basico (mattoni magnesiaci, MgO) permettendo leliminazione del fosforo che rende gli acciai fragili. E necessario aggiungere alla ghisa il 10-15% di CaO (ossido di calcio) che reagisce col fosforo producendo delle scorie fosfatiche utilizzabili come fertilizzanti (FOSFATO di CALCIO).Il grande limite del processo Thomas luso di aria come ossidante che provoca la formazione di acciai con alto tenore di azoto (0,015%) soggetti a divenire fragili per invecchiamento.

Il processo Thomas stato oggi soppiantato da quello che utilizza OSSIGENO PURO.

Utilizza un forno a riverbero in muratura con possibilit di utilizzo del rottame di ferro insieme alla ghisa (cariche miste).La carica, fusa su un refrattario poco profondo, riceve calore per irraggiamento dalla fiamma sovrastante.Il letto di rivestimento pu essere acido o basico.La temperatura di regime di circa 1700C per la combustione di gas e carbone.Rispetto ai convertitori questi forni hanno il vantaggio di poter funzionare con ampia scelta di cariche e con alte percentuali di rottami (80-90%).

ACCIAI di migliore qualit, maggiore tempo di affinazione.In Italia, per la produzione di acciaio, non ci sono state nuove installazioni di questi forni dal 1969 in poi, in quanto soppiantati dai forni elettrici.

Materie prime: GHISA + minor quantit di ROTTAMI FERROSI rispetto al forno Martin (es. scarti di lavorazioni).Processo sviluppatosi negli anni 50. Una lancia in acciaio insuffla O2 sotto pressione (12 Atm), si raggiungono temperature di 2500C.

Lacciaio non contiene azoto. La decarburazione pu essere regolata per ottenere acciai dolci (basso C), duri ed extraduri (alto C).Anche nel processo L.D. sono aggiunti fondenti per agevolare la formazione delle scorie che al termine dellaffinazione galleggiano sul metallo da cui possono essere separate.

Il processo caratterizzato dalla produzione di acciaio per mezzo del forno elettrico, utilizza come materia prima:ROTTAME di FERRO e FERRO PRE-RIDOTTO.FERRO PRE-RIDOTTO si ottiene per riduzione diretta del minerale (agglomerato in pellets dotate di omogeneit e resistenza meccanica) con un riducente solido (carbone) o gassoso (H2 e CO).

Come materiale di partenza si usano quasi esclusivamente rottami.

Elettrodi in grafite sono introdotti finch risultano a contatto con la massa di rottami. Alimentando gli elettrodi, si producono enormi quantit di calore, dato che le temperature nell'arco possono raggiungere i 3300C. I forni sono cilindrici con il fondo concavo (crogiuolo di fusione), la volta superiore consente la carica dallalto.

Il calore provoca la fusione dei rottami e la produzione di acciaio nel giro di poche ore. Un pistone permette linclinazione del forno allindietro per lo scarico della scoria e in avanti per la colata in siviera (secchi della capacit di 300 t).

Usato per produrre acciai di pregio.

Elevata produttivit dovuta a tempi pi brevi tra una colata e laltra (circa 3 ore).Elevata flessibilit di marcia: pu lavorare con cariche anche inferiori, si pu fermare e riattivare senza problemi.Facilit di controllo del bagno.Migliore resa della carica e minori consumi energetici unitari.

I FORNI ELETTRICI, oltre a risultare altamente vantaggiosi nella produzione di acciaio partendo da cariche solide, si pongono in concorrenza anche con gli impianti a ciclo integrale (miniacciaierie o mini-mills).

Non appena l'acciaio fuso colato dal forno in una siviera a una temperatura di 1600 C, viene sottoposto a uno dei seguenti due processi:

COLATA IN LINGOTTIEREL'acciaio fuso viene versato in forme per lingotti(lingottiere), e lasciato solidificare. E ancora usata soprattutto per produrre ACCIAI SPECIALI.

COLATA CONTINUAPassaggio diretto dell'acciaio fuso dalla siviera ad un dispositivo che lo trasforma in un semilavorato, senza i passaggi intermedi di: trasformazione in lingotto, preriscaldamento in fossa di permanenza e successiva laminazione.

Le lingottiere sono fatte in ghisa.Da queste vengono estratti i lingotti che, introdotti in forni a pozzo, sono sottoposti ad una prima laminazione per produrre bramme, blumi e, con successive laminazioni, billette.Processo lungo e laborioso, in continua crescita la colata continua.

DenominazioneCarbonio %Carico di rottura Kg/mm2Utilizzazioneextradolce0.05-0.1532-38Lamiere, chiodi, bullonidolce0.15-0.4038-55Viti, tondini, chiodisemiduro0.40-0.6055-65Armi, ingranaggi, alberiduro0.60-0.7065-75Ingranaggi, rotaie, martelliextraduro0.70-0.8075-100Punte da trapano, cavi, limeal C da bonifica0.25-0.75-Alberi, perni, bielleal C da cementazione0.05-0.25-Alberi a camme, perni, ingranaggi

La produzione mondiale di acciaio nel 2003 stata di circa 965 m.t. con un aumento di carico 6,8% rispetto al 2002.

La produzione della Cina (220 m.t.) aumentata del 21%. - La produzione in Europa nel 2003 stata di 160 m.t. - La produzione in Italia nel 2003 stata di 26,8 m.t. con un aumento del 2% rispetto al 2002. -Il consumo di acciaio in Italia nel 2003 (33,5 m.t.) aumentato del 4,7%, mentre le esportazioni sono rimaste sullo stesso livello dellanno precedente. - Lequilibrio della siderurgia mondiale stato condizionato dalla crescita economica cinese che ha spinto il consumo di acciaio su livelli da non poter essere fronteggiato dalla produzione interna. Le importazioni di prodotti siderurgici in Cina hanno raggiunto i 40 m.t. dopo aver toccato i 29 m.t. nel 2002. Fonte: FEDERACCIAI

Crescente importanza dello sviluppo, all'interno dell'impresa, dei sistemi di gestione ambientale (SGA)

Ad esempio, a TARANTO esiste il problema della presenza di polveri dovuto al parco minerario dello stabilimento siderurgico.La Direttiva europea sulla prevenzione integrata dell'inquinamento, Direttiva 91/61/CE, recepita nella Normativa nazionale con il D. lgs 4 agosto 1999 n. 372, ha come finalit la riduzione delle emissioni verso tutti i comparti ambientali (aria, acqua, suolo, rifiuti) e prevede criteri per il rilascio di autorizzazione per le diverse tipologie di emissioni ad impianti nuovi ed esistenti, nonch i criteri di esercizio degli impianti. La norma si applica a specifiche categorie di impianti elencate in apposito allegato. Essa prevede, quale condizione per l'ottenimento dell'autorizzazione, l'applicazione delle migliori tecniche disponibili (BAT, Best Available Techniques) per la prevenzione dell'inquinamento, e demanda a successivi decreti l'emanazione di linee guida in merito alle BAT (ancora non stato emesso un decreto attuativo).

La ghisa quindi una lega . Senza lossido di carbonio questo processo non potrebbe funzionare. Nellaltoforno avviene un processo termico ma soprattutto un processo ossidoriduttivo.La ghisa il primo prodotto, il secondo prodotto lacciaio (attraverso i convertitori).Un altro vantaggio del forno elettrico rappresentato dal minor impatto ambientale rispetto allaltoforno e al processo siemens