PRODUZIONE DELL’ACCIAIO

I procedimenti principalmente utilizzati per produrre acciaio sono:

– acciaio ottenuto dal minerale
– acciaio ottenuto dalla fusione dei rottami di ferro

Nel primo caso la produzione è denominata a ciclo integrale e necessita di impianti ed attrezzature che consentano la trasformazione chimico fisica del minerale in acciaio.
Il minerale necessita di un’accurata preparazione e miscelazione con altre sostanze come il calcare per ottenere quell’arricchimento e quella composizione chimico-fisica necessari per la sua trasformazione. I metodi di trattamento sono molteplici e devono far sì che il minerale e i suoi aggregati siano trasformati in pellets, pronti per la carica dell’altoforno, forno a forma di tino, nel quale il minerale, sottoposto ad alta temperatura si trasforma in ghisa.

La temperatura alla quale inizia la riduzione del minerale è intorno agli 800°C ed è ottenuta mediante la combustione del carbone coke, caricato assieme al minerale. I processi e gli impianti utilizzati per la preparazione della carica dell’altoforno sono:
– produzione del carbon coke: si ottiene dalla combustione del carbon fossile nelle cokerie (batterie di forni contigui in genere da 20 a 30), nei quali da una parte si immette il carbon fossile e, dall’altra dopo la combustione, si estrae il coke, che verrà successivamente inviato all’altoforno.
– trasformazione del minerale in pellets: impianti di lavaggio, frantumazione, setacciatura, omogeneizzazione e pellettizzazione.
All’uscita dall’altoforno la ghisa viene colata direttamente in un contenitore mobile su rotaie, chiamato carro siluro, tramite il quale viene trasportata all’acciaieria per la trasformazione in acciaio.
Il processo per la preparazione dell’acciaio consiste nella decarburazione della ghisa e nell’aggiunta di componenti che consentano di ottenere quel grado di durezza e resistenza desiderati.
Per far ciò occorre nuovamente riscaldare la ghisa in appositi forni, denominati convertitori, nei quali la ghisa si affina e si trasforma in acciaio.

Nel secondo caso la produzione è denominata con forno elettrico.
In questo caso, l’acciaio viene ricavato da rottami e non necessita di impianti e macchinari finalizzati alla produzione della ghisa ed alla sua conseguente trasformazione in acciaio.
Ciò permette di ridurre drasticamente le dimensioni degli impianti siderurgici, senza rinunciare a volumi di produzione anche ragguardevoli, con costi notevolmente inferiori.
A compensare un elevato costo a livello di energia elettrica, contribuisce una miglior duttilità nell’utilizzo degli impianti, tempi più stretti nella messa in funzione, miglior controllo dei processi di trasformazione chimica e indubbi vantaggi logistici in quanto lo stabilimento non necessita di particolari strutture di smistamento merci.
L’acciaio è ottenuto dalla fusione dei rottami di ferro, preparati e selezionati per evitare inconvenienti durante la trasformazione. La fusione avviene nel forno elettrico che, è di 2 tipi: forno ad arco e forno ad induzione.

Nei forni ad arco, il calore viene apportato dalla radiazione dell’arco che si forma tra gli elettrodi di grafite ed il bagno. La potenza può variare da 500 ad oltre 100.000 kVA.
La capacità del forno è misurata dal diametro del bacino. I consumi sono dell’ordine di 500-700 kwh per tonnellata di prodotto. La temperatura dell’arco raggiunge i 3500°C.
I forni ad induzione, si basano sul passaggio di un intenso flusso elettromagnetico, dove la carica metallica rappresenta il secondario di un trasformatore.
In genere vengono impiegati quando si vuol procedere ad una rifusione.

Una volta prodotto, indipendentemente dal tipo di processo di produzione utilizzato, l’acciaio deve acquisire una forma. Questa forma la si ottiene mediante :
– Laminazione
L’acciaio viene colato “in fossa” nelle lingottiere, dove si solidifica, e viene successivamente laminato sino a diventare prodotto finito. Ottenuto il lingotto, si procede alla sua trasformazione nel prodotto desiderato attraverso il laminatoio, che può essere a “caldo” o a “freddo”.
Con il processo di laminazione a caldo il lingotto viene prima riscaldato (forni a pozzo, a spinta, a suola rotante) a temperature fino a 1200C° e quindi portato alla forma finale da una serie di cilindri (da 2 a 4 cilindri sovrapposti) disposti in diverse posizioni, nelle cosiddette “gabbie” di laminazione. L’insieme di ciascuno viene chiamato duo, trio, doppio duo o quarto. Il lingotto viene schiacciato tra i cilindri, passando sempre in una unica direzione, o mutando alternativamente la direzione al cambiare del senso di rotazione dei cilindri, sino ad ottenere lo spessore desiderato.
I vari tipi di laminatoi, chiamati “treni”, che vengono abitualmente impiegati per ottenere i diversi prodotti, sono:
a) laminatoi sbozzatori di prima laminazione (da lingotti), che si dividono in treni blooming per blumi (sezione quadra), treni slabbing per bramme (sezione rettangolare) e treni perforatori per sbozzati e per tubi;
b) laminatoi sbozzatori di seconda laminazione, che si dividono in treni billette (sezione quadra) e treni bidoni per lamierini;c) laminatoi finitori di prima laminazione (da lingotti) che si dividono in treni per prodotti larghi piatti e treni per lamiere;
3) laminatoi finitori di seconda laminazione che si dividono in treni per barre e profilati, per vergella, per nastro, per lamiere, per lamierini e per tubi.
Con il processo di laminazione a freddo si ottiene senza apporto di calore, mediante una deformazione plastica, una superficie del metallo più compatta e liscia, migliorando sensibilmente le caratteristiche meccaniche del prodotto.
La laminazione può avvenire con un duo reversibile o con un quarto, con il quale vengono esercitate pressioni fortissime con conseguenti elevate riduzioni dello spessore.
Una speciale sistemazione dei cilindri fu ideata da Sendzimir: si tratta di un laminatoio a cilindri multipli, con il quale si possono ottenere riduzioni del 97% con passate dal 20% al 50%, a seconda del tipo di acciaio. Questo tipo di laminatoio è particolarmente impiegato per la lavorazione di acciai molto tenaci, come gli inossidabili.
I motori di azionamento dei laminatoi sono, normalmente, del tipo a corrente continua, di ragguardevole potenza e costo (si stima 500.000 euro a kw) e rappresentano la parte più sollecitata di un laminatoio, cui nel caso di acciaieria con forno elettrico occorre aggiungere la sottostazione di trasformazione.
– Colata continua
L’acciaio può essere colato direttamente, prendendo la sua forma definitiva, in una macchina di colata continua , che evita i passaggi di raffreddamento e successivo riscaldamento (necessario per la laminazione del prodotto). La macchina è di fatto una lingottiera oscillante, nella quale l’acciaio, colato liquido, assume la forma voluta, che gli è impressa dalla sezione del canale di colata.
L’acciaio, proveniente dall’acciaieria, è versato in una siviera quindi, tramite carroponte, posto in posizione di colaggio e da qui colato nella lingottiera della macchina di colata continua. La lingottiera è costituita generalmente da pareti in rame, raffreddate ad acqua, in cui avviene già la solidificazione superficiale dell’acciaio.
Logicamente il percorso dell’acciaio è piuttosto lungo per consentirne il raffreddamento, per cui l’ingombro di una macchina di colata continua è notevole e si sviluppano lungo una linea curva , che riduce notevolmente la necessità dello spazio disponibile in altezza.
A seconda dei casi, il prodotto in uscita dalla macchina può essere ancora laminato, oppure tagliato, raffreddato o predisposto direttamente per la spedizione a cliente.