Ferro e Acciaio

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Dall’età del bronzo a quella del ferro


Mentre il bronzo era il metallo più diffuso, in Asia, probabilmente attorno al 2000 a.C., gli Ittiti riuscirono a ottenere dei manufatti di ferro a partire da minerale ferroso.
Il minerale ferroso è abbastanza semplice da recuperare nella crosta terrestre, mentre i costituenti del bronzo, rame e stagno, non sono molto abbondanti e la loro reperibilità dipendeva da traffici e scambi commerciali.

La migliore reperibilità del minerale ferroso aprì rapidamente la strada all’affermarsi del ferro come metallo di maggiore utilizzo.

Dal ferro alla ghisa e all’acciaio

Il minerale ferroso è formato da ferro elementare solitamente legato a ossigeno, per esempio magnetite Fe3O4, ematite Fe2O3 e pirite FeS2,sono esempi di minerali ferrosi.
Per separare il ferro puro sarebbe necessario raggiungere la temperatura di fusione del ferro, chè è molto elevata, 1538°C.
Nei primi forni utilizzati in Asia avveniva una fusione parziale del ferro, a temperature inferiori a quella di fusione del materiale che per questo rimaneva ricco di impurezze.
I forni (fornaci) erano fatti di argilla o mattoni e avevano dei canali, tuyere, per l’immissione dell’aria. Il minerale ferroso veniva collocato nel mezzo e la fiamma si sviluppava bruciando del carbone. Le scorie si depositavano sul fondo o fluivano fuori dal forno: quello che rimaneva dopo la cottura era del ferro ricco di impurità che poteva essere lavorato per formare utensili e armi.

Probabilmente per caso, il carbone che veniva utilizzato per alimentare le fornaci, a volte rimaneva a contatto prolungato con il metallo fuso e si osservò come il materiale risultante fosse più duro e avesse maggiore resistenza.
Si aprì così la strada alla scoperta dell'acciaio, una lega di ferro e carbonio.

In funzione della percentuale di carbonio presente nella miscela si distinguono:

  • ghisa, materiale dalla durezza elevata ma fragile, che può essere fuso e colato ins stampi; ha una percentuale di C compresa tra il 2% e il 6%;
  • acciaio, materiale più resistente e elastico; %C inferiore al 2%.

Le fornaci per la lavorazione dell’acciaio prevedevano una carica dall’alto del minerale ferroso e del carbone, mentre la combustione avveniva nella parte bassa della camera, con l’aria calda che risaliva attraverso il minerale e portava alla sua parziale fusione. Al ferro e al carbone viene solitamente aggiunto del calcare (roccia calcarea) per migliorare la fusibilità del materiale e ridurre il grado di impurezze.
Durante la combustione il carbonio presente nel carbone è in grado di unirsi al ferro: la percentuale di carbonio è elevata e solitamente si ottiene prima la ghisa.
Dalla ghisa, per ottenere acciaio è necessario ridurre la quantità di carbonio presente nel materiale. Per far questo venivano utilizzati diversi metodi, quali cicli di forgiatura seguita da raffreddamento rapido e poi ripiegamento del materiale su stesso, tutti procedimenti che contribuivano a migliorare la purezza del materiale.

L’altoforno - blast furnace

Audio di introduzione all'altoforno e alla Toscana metallifera

Il cuore dell’impianto siderurgico è l'altoforno (blast-furnace) dove il minerale ferroso viene fuso assieme al carbon coke e ai fondenti (roccia calcarea) per ottenere ghisa alla stato liquido, che verrà successivamente inviata in acciaieria con un carro siluro.

In acciaieria una parte fondamentale dell’impianto è il convertitore LD dove la ghisa viene convertita in acciaio grazie al soffiaggio di ossigeno.
L’acciaio viene poi lavorato attraverso il sistema delle colate continue e i laminatoi.

Bruce Springsteen, Youngstown, 1995

[..]
They built a blast furnace
Here along the shore
And they made the cannon balls
That helped the union win the war
[..]
Well my daddy worked the furnaces
Kept ‘em hotter than hell
I come home from ‘Nam worked my way to scarfer
A job that’d suit the devil as well
Taconite coke and limestone
Fed my children and make my pay
Them smokestacks reachin’ like the arms of God
Into a beautiful sky of soot and clay.
[..]

La Toscana metallifera

Nel territorio toscano, la catena montuosa che dall’entroterra dell’alta Maremma conduce fino al monte Amiata, e di cui fa parte anche l’isola d’Elba, geologicamente costituisce il complesso delle Colline metallifere, importante sito di estrazione di minerali metallici quali pirite, mercurio, arsenico, e di depositi carboniferi.

Molte cave e miniere, oggi tutte chiuse, si trovavano nel territorio della Maremma, terra paludosa la cui bonifica è iniziata ai tempi dei Lorena, proseguita durante il ventennio fascista e completata nell’età repubblicana.

La Maremma è sempre stata una terra amara: terra di malaria, terra di briganti, terra di lavoro e di lotte, ma anche di tragici incidenti sul lavoro, come il 4 maggio del 1954, quando alle 8 e 17 della mattina, nella miniera di Ribolla di proprietà della Montecatini da cui si estraeva carbone, esplode il pozzo Camorra: nella tragedia, frutto della colpevole e criminale superficialità dell’azienda di Milano, perdono la vita 43 minatori.

Nada, Maremma amara

La presenza di minerale ferroso è stata importante nella storia Toscana, a partire dall’Isola d’Elba, dove vennero installati i primi altoforni per la produzione di ghisa e acciaio e poi per la città di Piombino, Città dell’acciaio, sede di importanti acciaierie che hanno fortemente influito sul territorio, sull’ambiente e sulla salute delle popolazioni che lo abitano.

Di seguito un documentario su Piombino la città dell’acciaio