Produzione della ghisa e degli acciai, presentazione Ied

Estrazione dei metalli

· I metalli sono spesso estratti dalla Terra, contenuti in minerali che sono fonti ricche degli elementi necessari. · Le fonti minerali sono generalmente suddivise in miniere di superficie, che vengono estratte mediante scavo utilizzando attrezzature pesanti e miniere sotterranee. · Una volta estratto il minerale, i metalli devono essere estratti, solitamente mediante processi chimici o elettrolitici. · La piro-metallurgia utilizza alte temperature per convertire il minerale in metalli grezzi (ghisa, acciaio), mentre l'idro-metallurgia utilizza la chimica acquosa allo stesso scopo. I metodi usati dipendono dal metallo e dai loro contaminanti. · Quando un minerale metallico è un composto ionico di quel metallo e un non-metallo, il minerale deve essere solitamente fuso (riscaldato con un agente riducente) per estrarre il metallo puro. Molti metalli comuni, come il ferro, vengono fusi usando carbone (coke).

Estrazione e fasi successive

• Una volta che il metallo è estratto e separato dal minerale, viene raffinato dalle impurità fino ad ottenere la purezza desiderata.
• A questo punto il metallo viene colato in appositi stampi per ottenere la forma desiderata.
• Generalmente prima di ottenere i prodotti metallici finiti bisogna passare alla produzione dei semilavorati (lastre, lingotti, bramme, blumi o billette). I prodotti semilavorati vengono poi trasportati all'impianto di produzione dei prodotti finiti dove avvengono i processi di formatura e lavorazione meccanica.
• Talvolta i metalli sono soggetti a trattamenti chimici e/o termici per modificare specifiche proprietà ( resistenza alla corrosione, durezza, ... ).

Siderurgia (Iron metallurgy)

• Con il termine siderurgia si indica un settore specifico che riguarda le tecniche relative alla estrazione del ferro o di leghe a base di ferro dai minerali.
• Il ciclo integrale per ottenere semilavorati di acciaio prevede la seguenti fasi: Pretrattamento (frantumazione) Arricchimento Estrazione pirometallurgica (ghisa di prima fusione con altoforno) Agglomerazione Affinazione termica (acciaio con convertitore) Lavorazioni plastiche.

Iron production 7 min Eng https://www.youtube.com/watch?v=917JgonyoKA

Pre-trattamenti: Frantumazione

Pre-trattamento o frantumazione: il minerale viene frantumato in pezzi tra 8 mm e 35 mm, attraverso un frantoio, solitamente frantoi a cono.

1. I frantoi a cono usano un cono rotante che si muove nella scodella con un movimento eccentrico per schiacciare la roccia tra la superficie del cono, indicata come mantello (massella mobile) , e la fodera del frantoio (massella fissa).
2. I frantoi rotanti sono molto simili ai frantoi a cono, ma hanno una pendenza del cono più ripida e una superficie concava della tazza.
3. I frantoi a mascelle usano la pressione meccanica per rompere il materiale forzandolo tra due ganasce verticali, una fissa e una che viene spinta avanti e indietro.

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Arricchimento (Beneficiation)

È il processo che rimuove la ganga, lo scarto, dal minerale. Generalmente fonti di minerale ferroso di livello inferiore richiedono fasi di arricchimento per migliorare la concentrazione del minerale e rimuovere le impurità. usando le seguenti tecniche:

Separazione magnetica

la magnetite e il quarzo cristallizzati sono tanto sottili che il quarzo viene lasciato indietro quando la polvere viene fatta passare sotto un separatore magnetico; la maggior parte dei depositi di ferro legati alla magnetite devono essere molati a una granulometria compresa tra 32 e 45 micrometri per produrre un concentrato di magnetite a bassa silice.

Flottazione con schiuma (Floating o Galleggiamento)

La flottazione con schiuma è un processo per separare selettivamente materiali idrofobi da idrofili. Il minerale macinato viene mescolato con acqua per formare un impasto liquido (polpa) ed il minerale desiderato viene reso idrofobo mediante l'aggiunta di un tensioattivo o di un prodotto chimico collettore (sebbene alcune superfici minerali siano naturalmente idrofobe). Questo impasto è aerato per produrre bolle. Le particelle idrofobiche si attaccano alle bolle d'aria, che salgono in superficie formando una schiuma. La schiuma viene rimossa dalla cellula, producendo un concentrato del minerale che si vuole estrarre. Schema della cella di flottazione della schiuma. I triangoli numerati mostrano la direzione del flusso del flusso. Una miscela di minerale e acqua chiamata polpa [1] entra nella cella da un condizionatore e fluisce verso il fondo della cella. L'aria [2] o l'azoto sono passati giù da una girante verticale dove forze di taglio rompono il flusso d'aria in piccole bolle. La schiuma di concentrato minerale viene raccolta dalla parte superiore della cella [3], mentre la polpa [4] scorre in un'altra cella. Frot flotation principle 2 min animation https://www.youtube.com/watch?v=K2j-lRAx3L0

Agglomerazione e Pellettizzazione

• I minerali in pezzatura fine provenienti dalla frantumazione o dall'arricchimento magnetico o dei parchi di omogeneizzazione ecc. non possono essere caricati direttamente nell'altoforno. Per tutti questi materiali è necessario un processo di agglomerazione oppure di pellettizzazione. Si effettua l'uno o l'altro dei due processi, a seconda delle dimensioni granulometriche dei materiali e precisamente:
• agglomerazione per le polveri di dimensioni > 0,1 mm;
• pellettizzazione per le polveri di dimensioni < 0,1 mm.

Agglomerazione

• Il processo consiste nel mescolare il materiale ferroso fine con polvere di coke e disporlo in appositi forni a griglia, riscaldati a temperature elevate: 1.000 / 3.000 °C.
• Questo materiale così trattato o per incipiente fusione dei granelli di silice in esso contenuti, o per il verificarsi di una vera e propria ricristallizzazione, si trasforma in un agglomerato avente l'aspetto di una massa spugnosa.

Pellettizzazione

• Il processo di pellettizzazione si effettua per quei materiali troppo fini per i quali l'agglomerazione sarebbe eccessiva.
• Il processo consiste nel mescolare il minerale, a piccolissima granulometria, con l'acqua, calce e un agglomerante, di solito la bentonite, dentro tamburi rotanti nei quali si ha la formazione di pallottole sferoidali di 10/25 mm di diametro dette dall'inglese pellet verdi. Successivamente si provvede a un essiccamento e cottura a 1.300 ℃, in forni continui a griglia tipo dwight-lloyd.

Altoforno: produzione della ghisa

• L'altoforno è composto dal crogiolo (in basso) e dal tino (in alto).
• La carica (composto di minerale ferroso, coke e calcare) è introdotta nella bocca dell'altoforno sulla cima.
• L'aria calda immessa nella parte bassa reagisce sul coke che diventa incandescente.
• Il ferro fuso si raccoglie nel crogiolo.
• Lo «spillaggio» della ghisa (in siviera) avviene ogni 2-3 ore.
• La ghisa liquida prodotta è inviata in acciaieria o colata in lingottiere e venduta così com'è.

Altoforno: produzione della ghisa

La carica è il composto di minerale ferroso, coke e calcare

Coke

• Residuo della distillazione del carbon fossile, è un combustibile fossile o roccia sedimentaria estratto da miniere sotterranee, a cielo aperto o prodotto artificialmente. composto di C con H, Z, O, N

Fondente

• Al minerale del ferro e al coke immessi nell'altoforno si aggiunge del materiale, chiamato fondente, che si unisce chimicamente, a una temperatura relativamente bassa, circa 1.200 ℃, alla ganga del minerale e alle ceneri del coke formando delle sostanze che fondono facilmente.
• Il fondente è solitamente un materiale roccioso del tipo calcareo, più raramente esso è costituito da dolomite, argilla, sabbia, ecc.

Le loppe

• Per la diversa massa volumica si separano dalla ghisa madre nel crogiuolo. Esse sono costituite da silice, calce, allumina, magnesia, anidride fosforica, ossido di ferro, ecc. Le loppe vengono prodotte nella quantità di 0,3 t per ogni tonnellata di ghisa prodotta.
• All'uscita dell'altoforno le loppe vengono trasformate in granuli investendole con un forte getto di acqua, successivamente vengono inviate nelle fabbriche di cemento dove, mescolate e macinate a un'opportuna quantità di gesso formano il cosiddetto cemento d'altoforno o cemento Portland.

Altoforno: produzione della ghisa

Bocca di carico

• È la parte superiore con gli apparecchi di caricamento, apertura, chiusura e raccolta dei fumi. Nella bocca la temperatura è di 400 ℃.

Tino

• Costituisce la parte più grande dell'altoforno ed è a forma di tronco di cono con la base maggiore in basso. L'allargamento verso il basso facilita la discesa delle cariche e tiene conto anche della loro dilatazione per l'aumentata temperatura.

Ventre

• È la parte cilindrica tra il tino e la sacca; talvolta questa parte dell'altoforno può ridursi alla semplice circonferenza di collegamento della sacca al tino. Qui inizia la fusione delle cariche, a temperature tra 1.350 e 1.600 °C.

Sacca

• È la parte conica con sezione crescente verso l'alto. Nella parte inferiore sono disposti gli ugelli per l'introduzione dell'aria calda di alimentazione dall'altoforno. Nella sacca si completa la fusione delle cariche con temperatura prossima ai 1.800 ℃.

Crogiolo

• È un cilindro costituito da blocchi carboniosi di grafite e argilla. Esso si trova nella parte inferiore dell'altoforno. Qui la temperatura raggiunge i 1.600 °C. Sul crogiolo sono disposti 2 fori di fuoriuscita
• Foro Superiore delle loppe, a circa 1,50 m dal fondo del crogiolo
• Foro Inferiore di colata della ghisa madre sul fondo del crogiolo.