La metallurgia del ferro è la scienza e la tecnica che si occupa di ottenere il ferro e le sue leghe, come la ghisa e l’acciaio, a partire dai minerali che lo contengono. Il ferro è un metallo molto reattivo, che si trova in natura sotto forma di ossidi, idrossidi, carbonati, silicati e solfuri, mescolati con altre sostanze chiamate ganga. Per separare il ferro dalla ganga e ridurre i suoi composti in metallo puro o legato, si usano diversi processi metallurgici, che possono essere suddivisi in due grandi categorie: il ciclo integrale e il ciclo del rottame.
Il ciclo integrale è il processo più antico e complesso, che prevede diverse fasi:
- Pretrattamento: i minerali di ferro vengono frantumati e vagliati per eliminare le parti più grosse e impure.
- Arricchimento: i minerali di ferro vengono sottoposti a magnetizzazione o flottazione per aumentare la concentrazione di ferro fino al 65%.
- Agglomerazione: i minerali di ferro vengono trasformati in sinter o pellet, cioè piccole sfere di 10-25 mm di diametro, per facilitare il trasporto e la fusione.
- Estrazione pirometallurgica: i minerali di ferro vengono introdotti in un altoforno, dove vengono ridotti con il coke, un tipo di carbone ottenuto dalla distillazione della hulla. Il coke fornisce il calore e il carbonio necessari per la riduzione del ferro. Inoltre, si aggiunge del calcare per reagire con la ganga e formare delle scorie che si separano dal metallo fuso. Il prodotto finale è la ghisa madre di prima fusione (G.M.P.F.), una lega di ferro e carbonio con circa il 5% di quest’ultimo e altre impurezze come silicio, manganese, fosforo e zolfo.
- Affinazione termica: la ghisa viene trasformata in acciaio nei convertitori L.D., dove viene soffiato dell’ossigeno ad alta pressione per ossidare e rimuovere il carbonio in eccesso e le altre impurezze. L’acciaio così ottenuto ha una percentuale di carbonio inferiore all’1% e può essere ulteriormente modificato aggiungendo altri elementi chimici per ottenere diverse qualità e proprietà.
Il ciclo del rottame è il processo più moderno ed ecologico, che prevede una sola fase:
- Fusione dell’acciaio: il rottame di acciaio proveniente da fonti diverse (industria, edilizia, demolizione, ecc.) viene fuso in un forno ad arco elettrico, dove viene alimentato da una corrente elettrica che genera un arco voltaico tra gli elettrodi e il metallo. Il forno ad arco elettrico ha il vantaggio di non produrre gas nocivi come l’altoforno e di consumare meno energia. Il rottame fuso può essere poi affinato con l’aggiunta di altri elementi chimici per ottenere l’acciaio desiderato.
In entrambi i casi, l’acciaio fuso viene poi colato in lingottiere o in colata continua per ottenere dei semilavorati come bramme, billette o tondini. Questi semilavorati vengono poi sottoposti a lavorazioni plastiche come laminazione, trafilatura o estrusione per ottenere dei prodotti finiti come lamiere, tubi o profilati. Infine, l’acciaio può essere sottoposto a trattamenti termici o termochimici per migliorare le sue caratteristiche meccaniche, fisiche o superficiali.
La metallurgia del ferro è una disciplina molto antica ma anche molto attuale, che ha avuto un ruolo fondamentale nello sviluppo della civiltà umana. Oggi la metallurgia del ferro è chiamata ad assolvere nuovi compiti, come la riduzione dell’impatto ambientale, il riciclo dei materiali, l’innovazione tecnologica e la qualità dei prodotti.