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Sidérurgie
l'industrie sidérurgique italienne en 1964, les photos Paolo Monti

le terme la métallurgie du fer Il fait référence à un secteur spécifique de la métallurgie, qui se rapporte à la technique concernant le traitement de minéraux teneur élevée fer afin d'obtenir fer ou différents types de alliages contenant du fer, y compris l 'acier, la fonte et aciers alliés.

Le processus de transformation du minerai de fer commence immédiatement après son extraction dans mine. Le fer est un élément chimique particulièrement réactif, pour lequel dans la nature est généralement sous la forme de oxydes (hématite et magnétite) hydroxydes (limonite) carbonates (siderite) silicates et sulfures.

Le minerai de fer, en plus de ces composés, contiennent des impuretés de divers types, qui sont appelés par le nom de gangue. Une partie de gangue peut être séparé avant que le minerai de fer est envoyé au processus de fabrication de l'acier réelle, par « séparation par différence de densité » ou par « aimantation. »

La production d'acier

Sidérurgie
La production d'acier.
Sidérurgie
Un ancien haut fourneau Sestao, Espagne
Sidérurgie
Un convertisseur Bessemer.
Sidérurgie
Moule de coulée.
icône Loupe mgx2.svg Le même sujet en détail: Centre d'acier et inoxydable.

L 'acier, dont elle est alliage de fer et carbone Il est produit en deux étapes avec le cycle entier ou en phase avec le cycle de four à arc électrique. Les plantes avec haut fourneau créent plus de difficultés au niveau de l'environnement, pour les fumées et les émissions de gaz nocifs en dépit des efforts déployés pour construire des systèmes d'absorption sophistiqués.

cycle complet

Le cycle complet comprend les étapes suivantes:

  1. prétraitements: Concassage et dépistage;
  2. enrichissement: Magnétique ou flottation, jusqu'à 65%;
  3. agglomération: La poussière trop fine risque de faire obstruction l 'haut fourneau, pour lequel est utilisé pour sinteraggio (Dans 10-25 sphérules mm) ou pastillage (L'addition de l'humidité et bien coke);
  4. extraction pyrométallurgique: Dans l'explosion, pour la réduction du minerai avec du coke, vous obtenez fonte première fusion;
  5. pyroaffinage: Le fer est transformé en acier dans les convertisseurs L.D;.
  6. transformation des matières plastiques.

La production de fonte

icône Loupe mgx2.svg Le même sujet en détail: haut fourneau, fonte, haut fourneau à gaz et Haut fourneau Laitier.

L 'haut fourneau Il est chargé avec des couches de minerai, le calcaire et le coke. La charge solide descend et la réduction se produit en premier indirect, grâce à vent, gaz réducteur sur la base de CO, puis orienter, grâce à la gangue C, le calcaire et le fer sont recueillies dans le creuset en deux couches. Cela conduit à la fonte de la mère (G.M.P.F.), qui contient C = 5%, Si < 3,5%, Mn < 2,5%, P < 1,5%, S < 0,1%.

La plupart des minéraux sont exploités oxydes (magnétite Fe3OU4 et hématite Fe2OU3).

la coke métallurgique fournit l'énergie pour la réduction d'oxydes de Fe, le C pour la réduction directe et indirecte de CO.

la calcaire fusible rend la gangue, généralement la silice, à un T légèrement supérieur à celui du métal.

Fonte à l'acier

icône Loupe mgx2.svg Le même sujet en détail: Procédé Bessemer, processus foyer ouvert et procédé LD.

Fonte sont enlevés les impuretés carbone (A partir de plus de 4% à environ 1%), phosphore, silicium, manganèse et soufre la production d'acier. Ce processus peut être fait avec différentes technologies:

  • processus Bessemer
  • processus Thomas
  • processus foyer
  • processus LD

Parmi ceux-ci aujourd'hui la seule importance industrielle est la processus LD.

Des procédés alternatifs: fusion directe

À la fin XX siècle début XXI siècle Ils ont commencé à développer des technologies plus respectueuses de l'environnement qui n'ont pas utilisé coke et en ce que l'étape consistant à eliminassero frittage le minéral.

différentes technologies de réduction / fusion directe ont été mis au point dans lequel le minerai est réduit sans fusion avec le gaz réducteur et envoyé dans un four de fusion avec charbon et oxygène. Dans le four, ils développent les gaz réducteurs qui sont utilisés pour réduire d'autres minéraux.

scrap cycle

icône Loupe mgx2.svg Le même sujet en détail: four à arc électrique.

Le cycle de la ferraille ou le cycle de four électrique prévoit que:

  • Les déchets d'origine est en acier refondu dans un four électrique avec fer obtenu par réduction directe (DRI).

L'organisme de production prédit que le four atteint rapidement la fusion de la ferraille d'acier brut est évacué par la vidange du four, le processus de finition pour arriver à l'analyse souhaitée sont effectuées dans une seconde plante dénommée « four à poche » ou « four-poche » , à savoir un type de récipient en acier revêtu de réfractaire approprié, à l'intérieur duquel est toujours atteindre les températures nécessaires à l'utilisation de l'électricité (transformateur et des électrodes) et l'addition des ferroalliages prévues. Le four électrique dans la fusion utilise l'énergie électrique déchargée à travers l'intérieur de grandes électrodes de carbone (diamètre de 600 à 900 mm) et l'énergie chimique grâce à l'insufflation de l'oxygène, du méthane, de la chaux en poudre impalpable et le charbon. Ces composés sont capables d'augmenter la température à l'intérieur du four dans un court laps de temps, ce qui augmente la flexibilité du système.

Un rôle très important est donnée dans le revêtement réfractaire intérieur en magnésite-carbone dans différentes analyses en fonction des zones, puis les différentes contraintes. Le thème du réfractaire est complexe et a eu un développement important, en particulier depuis la fin de soixante-dix quand ils ont été testés dans le four électrique briques réfractaires en magnésite et graphite mélangé avec un procédé de production innovant.

Tous les aciers spéciaux et de ceux qui viennent en masse du cycle à partir de déchets. La création a lieu dans Four à arc électrique (FEA) triphasé doublé de matériau réfractaire. La tension électrique provoque la course d'un arc entre les 3 électrodes de graphite et le métal qui fond pour irradiation et joule et composé à 1500 ° C environ.

Par la suite, si l'acier est produit en masse dans le même FEA est un oxygène insufflé pour obtenir le décarburation et déphosphoration. Telle O provoque également l'oxydation d'une partie de Fe, qui se retrouve dans le laitier ou reste dans le bain sous forme de FeO; puis ils ajoutent Si et Al, plus étroitement liés à l'oxygène par rapport à Fe, dans la phase connue calmaggio (Empêche le retour de l'acier entraîné par les bulles de CO). Mn et Ca aider la désulfurisation.

Si l'acier est spécial, par exemple élevé chrome (En particulier l'acier), la salle de bain est transféré de FEA convertisseur AOD (argon oxygène décarburation): ces gaz réduisent l'oxydation du chrome. Comme la LD, AOD ainsi que les doivent parfois être refroidis (réaction exothermique). Ils suivent la calmaggio et désulfurisation.

Installations avec four électrique (EAF dans le langage international) très large et l'utilisation répandue dans le monde entier, ont moins de personnel et aucun problème technique peut être arrêté à tout moment pour l'entretien général, diminution de la production, les fêtes nationales, etc.

moulage

icône Loupe mgx2.svg Le même sujet en détail: louche et moule de coulée.

Le moule de coulée est nécessaire pour des objets très volumineux, pouvant être obtenu par forgeage lingots. Si l'acier contient plus de 0,10% de C, il est utilisé pour maintenir le canal de coulée liquide au sommet du lingot, où en formant ainsi la cavité de retrait. Si l'acier est extradolce (C < 0,10%), non si effettua il calmaggio e le bolle di CO compensano il ritiro: la materozza non serve.

Dans le bain de coulée continue passe d'un bassin réfractaire dans une lingotière, puis dans les zones de refroidissement et, enfin, à un cisaillement. Ils tirent la billette (côté < 160 mm), il blumo (lato > 160 mm), la dalle (pour des feuilles ou des bobines).

Le casting est sous forme pratique pour des pièces complexes ou en grande série.

L'acier est ensuite fusion coulée (par exemple, lingot), Ou coulée continue, et ne peut donc être forgé ou stratifié.

traitements thermiques

icône Loupe mgx2.svg Le même sujet en détail: Traitement thermique des aciers.

Plusieurs traitements thermiques et thermochimiques sont imposées au métal pour changer ses caractéristiques de résistance ou de maniabilité. De nombreux métaux ont en fait différentes variantes allotropiques en fonction de la température: parmi ceux-ci la fer c.c.c passe de la structure de l'α-fer pour que c.f.c de fer γ et ensuite, augmente encore la température, la structure de c.c.c re-soumission avec δ de fer.

La structure cristalline d'un acier peut varier considérablement si, une fois chauffé au-dessus de la température de austénitisation, il est amené, avec une certaine vitesse de refroidissement, à une température inférieure. En fonction du mode de refroidissement, peut former perlite (Le eutectoïde lamellaire ferrite-cémentite) bainite et martensite. Il est le courbe Bain pour décrire la transformation isotherme de 'austénite.

Les alliages métalliques fer-carbone, à savoir aciers (Le pourcentage de C est inférieure à 2%) et fonte, Ils sont très importants pour la métallurgie, mais sont donc leurs traitements thermiques tels que recuit, normalisation, durcissement, découverte, qui provoquent des changements importants à leurs caractéristiques mécaniques.

En particulier, la durcissement Il veut obtenir, refroidir le métal avec une vitesse supérieure à une limite critique, une structure cristalline très particulière connue sous le nom martensite. La trempe traditionnelle, ce qui donne le métal une grande dureté et résistance à la traction au détriment des résistance et dureté, détermine fortes tensions entre le coeur et la surface du métal. en récupération la trempe est immédiatement suivie par découverte modifiant martensite et réduit les tensions.

Contrairement aux récupération qui est la première étape d'élimination des effets de durcissement de travail, et se produit lorsque la température augmente lorsqu'un métal déformé à froid est chauffé lentement, les contraintes internes sont libérés et se produit un réarrangement des dislocations dans les configurations les plus bas d'énergie.

traitements thermochimiques

Profitant de la diffusion solide, en particulier les traitements thermochimiques utilisés sont le cimentation (Qui utilise les carbone) Et nitruration (Qui utilise le 'azote). Les deux sont destinés à une surface dure, et un cœur solide et viable. Parce que le C peut se propager dans l'acier, il est indispensable de se situer dans le domaine γ: après la cimentation est utilisée pour la trempe d'une double caractéristique (ou en variante à une trempe directe ou indirecte). La nitruration est plus cher, a lieu à des températures plus basses mais garantit à une dureté de surface de métal supérieure, bien que la diffusion d'azote à l'intérieur de la pièce se fait par une épaisseur inférieure à celle du carbone. Une pièce nitrurée peut être utilisé tel quel, car, en raison de la basse température, la pièce traitée n'a pas subi de déformations, puis la nitruration est habituellement effectuée à la fin du cycle de traitement.

produits semi-finis

Sidérurgie
L 'oxycoupage une dalle

la produits semi-finis obtenu au cours de l'opération de coulée se distinguent par leur forme et leur taille. Parmi ceux-ci, nous sommes:

  • dalles (En anglais dalle): Pièces rectangulaires de dimensions de 1,25 x 12 x 0,230 mètres; Ils sont utilisés pour produire des feuilles de métal;
  • billettes (En anglais billet): Peut avoir une section transversale rectangulaire, hexagonale ou circulaire; les plus petits billets sont également appelés lingots.
  • fleurs (En anglais fleurs)

La dalle et billette desdites ébauches sont « semi-plat ».

produits finis

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Laminage de chaleur 'acier.
icône Loupe mgx2.svg Le même sujet en détail: acier de construction.

Grâce à un traitement ultérieur, ces produits semi-finis sont ensuite transformés en produits finis (poutres, y compris, plaques et tubes).

La production de fer par réduction directe

icône Loupe mgx2.svg Le même sujet en détail: Réduction (acier) et Métallation (acier).

Le procédé de production de fer par réduction directe (DR) permet d'obtenir du fer métallique (DRI) à partir du minerai sans fusion.

Il y a cinq processus de production de fer de réduction directe dont on utilise la gaz naturel et d'autres charbon. Celui qui utilise le gaz naturel est de loin le plus utilisé.

la fer produit est principalement utilisé comme métal de bonne qualité dans la production de 'acier avec fours à arc électrique, Il peut être produit en pellets ou briquettes (Fer chaud briquetage, HBI).

bibliographie

  • Paolo Silvestroni, Principes fondamentaux de la chimie, 4e éd., Rome, Veschi Editeur, 1974.
  • John C. Kotz, Paul Treichel Jr., chimie, 2e éd., Naples, EdiSES, 2003.
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  • Walter Nicodemi, Fer et industrie sidérurgique. Les processus et les systèmes, AIM, 1995 ISBN 88-85298-20-6.
  • Walter Nicodemi, Carlo Mapelli, Sidérurgie, AIM, 2011 ISBN 88-85298-81-8.

Articles connexes

  • l'industrie sidérurgique Histoire
  • inoxydable
  • fonte
  • Italsider
  • Fusion (industrie)
  • forger
  • laminage
  • Centre d'acier
  • haut fourneau à gaz
  • Haut fourneau Laitier
  • Association de la métallurgie italienne
  • Mini-moulin

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liens externes

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