3.

Cenni storici

Non si sa quando l'uomo scoprì il modo di estrarre metallo dai minerali di ferro, ma certamente si può risalire alla prima metà del III millennio a.C. Già nel 1000 a.C. i greci utilizzavano trattamenti termici relativamente avanzati per rendere più resistenti le loro armi di ferro.

1.

Ferro fucinato

In realtà, fino al XIV secolo il materiale che si otteneva riscaldando ad alta temperatura una massa di minerale di ferro mescolato con carbone di legna in un forno rudimentale era quasi sempre quello che oggi si chiamerebbe ferro fucinato, cioè un acciaio a basso tenore di carbonio.

Il tipo più primitivo di forno siderurgico era una semplice buca scavata a ridosso di una parete rocciosa, in cui la combustione del carbone era alimentata da aria insufflata mediante mantici azionati manualmente dietro il riparo di una lastra di pietra. Da questo tipo di forno derivò il 'bassofuoco' a tiraggio forzato, nel quale si potevano raggiungere temperature più elevate, che consentivano di trattare maggiori quantità di minerale e di ottenere un metallo di miglior qualità.

Il classico bassofuoco catalano era costituito da una sacca svasata aperta in alto, scavata nella roccia, nel cui fondo era praticato un foro per il passaggio dell'aria di alimentazione insufflata mediante un grosso mantice. Con questo trattamento il minerale veniva ridotto a una massa spugnosa di ferro, contenente scorie di impurità metalliche e cenere di carbone, che veniva estratta ancora incandescente dal forno, quindi martellata con pesanti mazze per omogeneizzare e rassodare il metallo e farne uscire le scorie. Ogni tanto, per caso, il ferro risultava combinato con una quantità di carbonio sufficiente a farlo diventare vero acciaio (acciaio semiduro o duro), facilmente temprabile. Col tempo gli operai metallurgici impararono a produrre questo tipo di acciaio scaldando per giorni ferro fucinato e carbone di legna in contenitori d'argilla.

2.

Ghisa

A partire dal XIV secolo si usarono forni più grandi (gli antenati del moderno altoforno), con sistemi di tiraggio più potenti, per forzare il passaggio dei gas di combustione attraverso la miscela di materie prime detta 'carica'. Nella parte alta del forno, il minerale di ferro si riduceva a ferro metallico e quindi assorbiva carbonio dai gas di combustione provenienti dal basso. Il risultato era ghisa di prima fusione, una lega che fonde a temperature più basse rispetto all'acciaio e al ferro fucinato, che poi veniva affinata per produrre acciaio.

3.

Ferro saldato

Nel 1784 H. Cort inventò il più antico procedimento di produzione della lega malleabile e tenace, conosciuta come ferro saldato. Questo procedimento, noto come puddellaggio, richiedeva una gran mole di lavoro manuale, il che rendeva pressoché impossibile la produzione in grandi quantità. Oggi il ferro saldato può essere sostituito praticamente in tutte le applicazioni da acciaio a basso contenuto di carbonio, meno costoso da produrre e di qualità più uniforme, e dunque il procedimento di puddellaggio è quasi del tutto abbandonato.

Il forno di puddellaggio presenta un soffitto basso ad arco e un letto di fusione, separato con un muretto dalla camera di combustione in cui viene bruciato carbone bituminoso. Le fiamme che si sviluppano nella camera di combustione superano in altezza il muretto, colpiscono il soffitto ad arco e si 'riverberano' sul letto di fusione (per questo motivo il forno di puddellaggio è anche detto forno a riverbero). Quando il forno è sufficientemente caldo, si spalma sulle pareti e sul letto un impasto di ossido di ferro, generalmente in forma di ematite polverizzata, quindi si carica con ghisa d'altoforno e si chiude la bocca di caricamento. Quando la ghisa è fusa, dopo circa 30 minuti, si aggiungono alla carica altri ossidi di ferro o scorie di laminazione, mescolando il tutto con l'aiuto di una barra curva. Il silicio e la maggior parte del manganese presenti nella ghisa vengono ossidati, e parte dello zolfo e del fosforo si volatilizza. La temperatura del forno viene quindi leggermente alzata e il carbone brucia sviluppando monossido di carbonio. Man mano che il gas si sviluppa, il volume dello strato galleggiante di scorie aumenta e il livello della carica sale. La riduzione del carbonio innalza la temperatura di fusione del metallo, che perde lo stato liquido e diventa prima pastoso e poi spugnoso, diminuendo di volume. Con apposite tenaglie, la massa risultante viene quindi estratta dal forno e suddivisa in masselli di circa 80-90 kg: questi vengono battuti al maglio per eliminare la maggior parte delle scorie incluse e omogeneizzare il metallo che, al termine di questa fase, diviene ferro quasi puro o, più precisamente, acciaio dolcissimo. Il ferro viene tagliato in lastre piatte che vengono impilate, riscaldate al calor rosso e laminate in un unico pezzo. La laminazione può essere eseguita più volte per migliorare la qualità del prodotto.

Attualmente per produrre ferro saldato (ma in questo caso si chiama più propriamente ferro omogeneo) si utilizza acciaio fuso proveniente da un convertitore Bessemer e scorie fuse preparate in un forno Martin-Siemens con minerale di ferro, scorie di laminazione e sabbia. Le scorie fuse vengono colate in una siviera (grosso secchio metallico, rivestito di materiale refrattario) e mantenute a una temperatura di parecchie centinaia di gradi inferiore a quella dell'acciaio fuso, il quale viene colato nella stessa siviera, solidificando immediatamente, con sviluppo di grandi quantità di gas. La pressione interna esercitata dai gas frantuma il metallo in minuscole particelle che, pesando più delle scorie, si accumulano sul fondo della siviera, agglomerandosi in una massa spugnosa simile ai masselli prodotti nel forno di puddellaggio. Le scorie in superficie vengono estratte e la massa di ferro risultante viene lavorata come quella ottenuta dal forno di puddellaggio.