Produzione dell'acciaio
Metodo di produzione dell'acciaio
L'acciaio, noto all'uomo da più di 3000 anni, è una lega di ferro e carbonio, questo compreso di norma fra 0,1 e 1,8%, che al contrario della ghisa (fragile e non adatta alle lavorazioni meccaniche) è malleabile e lavorabile a caldo e a freddo.
All'aumentare del tenore di carbonio l'acciaio diventa sempre meno duttile e sempre più resistente alla trazione e alla compressione, ed è così possibile disporre di un'ampia gamma di acciai alle cui diverse proprietà corrisponde una grande varietà di impieghi.
Fabbricazione dell'acciaio
La fabbricazione dell'acciaio consiste essenzialmente nella preventiva decarburazione (ovvero diminuzione del contenuto di carbonio) ed eliminazione delle impurezze della ghisa (per combustione di queste con ossigeno) e nella successiva aggiunta delle quantità di metalli necessari per ottenere il tipo di acciaio desiderato.
La decarburazione della ghisa può essere ottenuta mediante vari processi:
- processi a carica liquida, che trattano direttamente la ghisa fusa proveniente dall'altoforno attraverso i convertitori (convertitori di Bessemer e Thomas, convertitore a ossigeno). In questi convertitori viene insufflata aria (o ossigeno puro) che reagisce con il carbonio della ghisa fusa C + O2 → CO2 decarburandola.
Convertitore Bessemer e Thomas
Convertitore a ossigeno
- processo a carica solida che utilizzano pani di ghisa e rottami di ferro che vengono portati a fusione mediante forni (forno Martin-Siemens, forno elettrico ad arco). In essi pani di ghisa e rottami di ferro, nelle giuste proporzioni, vengono portati a fusione in opportuni forni. La decarburazione della ghisa si ha per la presenza dei rottami di ferro.
Forno martin-Siemens
Forno ad arco elettrico
La carica, costituita da rottami di ferro e pani di ghisa, viene portata a fusione mediante il calore prodotto dall'arco voltaico fatto scoccare tra elettrodi di grafite.
Schema riassuntivo del processo di produzione dell'acciaio
Per la fabbricazione di acciai speciali vengono aggiunte le opportune quantità di metalli che debbono formare lega (Ni, Cr, Mn, V, Mo, Co ecc.): ricordiamo fra gli acciai speciali gli acciai inox, contenenti nichel e cromo.
Grande influenza sulle proprietà meccaniche degli acciai (e delle ghise) hanno i trattamenti termici (tempere) cui essi vengono assoggettati: se una barra di acciaio con contenuto di circa 1% di carbonio viene riscaldata ad elevata temperatura e poi riportata a temperatura ambiente lentamente, l'acciaio ottenuto è poco duro ed è duttile; se il raffreddamento viene invece condotto rapidamente (ad esempio per immersione in un bagno d'olio) si ottiene acciaio duro, fragile, non duttile.
Il campo di temperatura in cui si opera il raffreddamento e la velocità di questo, consentono di impartire ad un acciaio di determinata composizione prefissate proprietà meccaniche, anche notevolmente diverse.
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