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ITIS “G. Galilei” – AREZZO – TECNOLOGIE MECCANICHE DI PROCESSO E DI PRODOTTO – CLASSE 3° MECCANICI
PRODUZIONE DELLA GHISA GREGGIA
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PRODUZIONE DELLA GHISA GREGGIA
Lega Metallica = sostanza metallica ottenuta mescolando tre elementi:
− elemento fondamentale → è il metallo di base predominante in percentuale
− elemento di lega o di alligazione → qualunque elemento aggiunto intenzionalmente all’elemento
fondamentale per conferire particolari proprietà alla lega
− impurezza → qualunque elemento presente non intenzionalmente nella lega
Leghe del ferro:
− elemento fondamentale = ferro (Fe)
− elemento di lega = carbonio (C)
− elementi di alligazione = vari metalli (Ni, Cr, Mo, Mn, Si, Pb, V, W)
− impurità = soprattutto zolfo (S) e fosforo (P)
Leghe di ferro =
Minerali di ferro:
− ematite
− magnetite
− limonite
− siderite
- ghisa → lega ferro-carbonio con %C = 2,06 % ÷ 6,67 %
- acciaio → lega ferro-carbonio con %C = 0,08 % ÷ 2,06 %
Fe2O3
Fe3O4
Fe2O3 + H2O
FeCO2
≈ 70 % in peso d Fe
≈ 70 % in peso d Fe
≈ 60 % in peso d Fe
≈ 50 % in peso d Fe
Preparazione dei minerali di Ferro:
1. frantumazione e molazzatura → riduzione delle dimensioni medie
2. vagliatura → separazione delle pezzature
3. concentrazione o arricchimento → eliminazione delle parti estranee dei minerali (metodi idraulici,
meccanici, magnetici per la magnetite)
4. agglomerazione → mescolare minerale + carbon coke + fondente; si portano quasi a fusione (1000 1300
°C) per ottenere bricchetti porosi e resistenti ad alta pressione (per facilitare l’aerazione)
ALTOFORNO
Il processo con il quale si produce la ghisa greggia avviene nell’altoforno
Elementi in ingresso nell’altoforno:
- minerale di ferro (30 % naturale frantumato + 70 % agglomerato)
- carbon coke per:
carica
(carbone naturale)
(distillato)
- fondente per:
- ridurre il ferro direttamente o indirettamente con i gas prodotti
- fornire calore con la combustione
- produrre scoria
- eliminare le impurezza contenute nel minerale
- minerale 1
- coke 0,5
- fondente 0,25
(i tre elementi sono immessi dalla bocca dell’altoforno a strati alternati)
rapporto di carica:
aria calda a 1400 °C e v > 100 m/s per:
- poter realizzare la combustione (comburente)
- partecipare alle reazioni chimiche
Elementi in uscita dall’altoforno:
gas d’altoforno, aspirato dalla bocca
ghisa greggia, spillata sul fondo del crogiolo
scoria o loppa, spillata nella parte superiore del crogiolo in quanto galleggia sopra la ghisa greggia
Prodotti dell’altoforno:
ghisa greggia, trasformata successivamente:
- per seconda fusione
ghisa industriale
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- per affinazione
acciaio
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PRODUZIONE DELLA GHISA GREGGIA
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scoria o loppa, dalla quale si ottengono materiali per edilizia, materiali coibenti, insonorizzanti
gas d’altoforno, che, dopo depolverazione meccanica ed elettrostatica, viene utilizzato in parte nella
centrale elettrica e in parte per il riscaldamento dell’aria in ingresso nell’altoforno (scambiatori Cowper).
Funzionamento dell’altoforno:
Ci sono una massa solida che scende e una massa gassosa che sale fra le due avvengono delle reazioni
chimiche che dipendono dalla temperatura delle varie zone dell’altoforno e dagli elementi chimici presenti nelle
due masse in tali zone.
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Schema di funzionamento dell’altoforno (Fig. 3.9 pag 67)
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Schema delle parti costitutive dell’altoforno (Fig. 3.8 pag. 67)
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Schema dello scambiatore di calore Cowper (Fig. 3.11 pag. 69)
Accensione e spegnimento dell’altoforno:
Lo spegnimento avviene ogni 7 anni; occorre rifare il rivestimento di refrattario usurato dalla carica che
scende. Per riprendere l’esercizio occorrono molti mesi, considerando il tempo di raffreddamento, di
rifacimento del rivestimento e per la successiva accensione, operazione lunga e complicata.
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Schema completo dell’impianto di altoforno (Fig. 3.12 pag. 69)
Gas d’altoforno:
Il gas d’altoforno è un combustibile povero, ma è utilissimo per la gestione energetica dello stabilimento. Dal
gas d’altoforno deve essere eliminata la polvere di coke e di minerale di ferro mediante vari filtraggi:
1. camera di espansione rallentamento improvviso con separazione delle particelle più pesanti
2. lavaggio con pioggia d’acqua
3. precipitazione elettrostatica delle particelle più piccole
Applicazione del gas d’altoforno:
a) alimentazione della centrale termoelettrica
b) riscaldamento dell’aria in ingresso nell’altoforno mediante accumulatori-scambiatori di calore (Cowper);
che funzionano in due fasi:
1. fase di riscaldo: entrano aria comburente e gas d’altoforno che dalla zona di combustione passano,
attraversando il pozzo e la cupola, nei cunicoli dell’impilaggio in materiale refrattario riscaldandoli, per
poi uscire dal camino
2. fase di raffreddamento: entra aria fredda che, passando negli impilaggi, si riscalda per uscire dal
Cowper ed essere immessa nell’altoforno.
I Cowper misurano 6 ÷ 8 m di diametro, ed hanno altezza h come quella dell’altoforno.
La fase di riscaldo avviene in un tempo circa doppio di quella di raffreddamento, perciò occorrono 2 Cowper di
riscaldo, 1 Cowper di raffreddamento, 1 Cowper di riserva; quindi in totale occorro 4 Cowper che funzionano
alternativamente per garantire il funzionamento continuo dell’altoforno.
Ghisa spillata:
• destinata alla fonderia → solidificata in pani
• destinata a produrre acciaio → mantenuta alla stato fuso nei mescolatori, recipienti in materiale refrattario
riscaldati con energia elettrica o con gas d’altoforno.