El ferro es un dels metall més abundants a l'escoça terrestre i es pot trobar formant diferents compostos químics: Els òxids, els carbonats i el sulfurs. Aquests compostos es troben combinats químicament amb altres elementes que caldrà eliminar en el procés d'obteció.
El ferro es troba combinat amb l'oxigen (oxidat), llavors en el seu procés d'obtenció caldrà separlo mitjançant un procés anomenta reducció del metall.
OBTENCIÓ DEL FERRO COLAT
Alt forn
L'alt forn està format per una estructura d'acer recobert a l'interior per material ceràmic refractari. Te uns 30 metres d'alçaria i dos troncs units de 6 metres de dàmetre com a màxim. Per la part superior s'introdueixen les materies primeres i s'extreuen els gasos i per la part inferior s'introdueix aire calent a pressió i es recullen el ferro colat i l'escoria.
Les materies primeres que intervenen són el mineral de ferro concentrat, el carbó de coc i la pedra calcaria.
El procés d'obtenció consisteix en introduir les materies primeres dins l'alt forn per capes. La combustió del carbó de coc es produeix gracies a l'aire calent injectat. Llavors es va extraient el ferro colat per un orifici a la pert inferior del forn.
Les materies primeres van passant per quatre zones dins l'alt forn des de que entren per la part superior fins que arriben al fons del forn:
- Zona de deshidratació: S'elimina tota l'humitat que puguin contenir les matèries primeres en forma de vapor d'aigua.
- Zona de reducció: El monòxid de carboni puja pel forn i es combina amb l'oxigen del mineral per formar dioxid de carboni i ferro reduït.
- Zona de carburació: El carboni es combina amb el ferro formant l'aliatge fèrric.
- Zona de fusió: Es produeix la fusió del ferro que s'escole en forma líquida en el fons del forn.
El forn llibera molts gasos que no es poden alliberar perque són molt contaminants, són depurats i aprofitats energeticament a unes instalacions anomenades intercanviadors de calor.
Abans de poder ser utilitzat en la indústria, ha de passar per una segona transformació, pot ser destiada a l'obtnció d'acer o de fosa.
OBTENCIÓ DE L'ACER
Per obtenir acer cal descarburar el ferro colat que prové de l'alt forn, o sigui, reduir el contingut de carboni. També cal reduir les impureses que conté el ferro cola ja que tornen el metall més fràgil i menys mal·leable.
N'hi ha dos instal·lacions diferents per obtenir l'acer a partir del ferro colat.
- Els convertidors: Als convertidors no hi ha escalfament extern ni combustió, per això cal introduir el metall en estat líquid.
- Els forns: En els forns si n'hi ha una aportació externa de calor que aconsegueix temperatures entre 1.600 ºC i 1.700 ºC
Avui en dia el procediments més utilitzats per obtenir acer són el convertidor d'oxigen i el forn elèctric.
Convertidor d'oxigen
És un recipient cilindric i de tronc cònic a la part superior revestit a l'interior amb ceràmica refractaria amb una boca de carrega a la part superior.
Primer s'introdueix el ferro colat en fase líquida, ferralla i calç dins el forn, i a continuació un llança injecta oxigen pur pressió damunt el líquid. En el procés es disminueix el contingut de carboni i la proporció d'impureses del ferro colat.
El carboni del ferro colat es combina amb l'oxigen en una reacció que desprèn calor
C + O2 --> CO2 + calor
El silici es combina amb l'oxigen i posteriorment, l'òxid de silici es combina amb la calç i forma part de l'escòria:
Si + O2 --> SiO2 + calor
SiO2 + CaO --> CaSiO3
El fòsfor es combina amb l'oxigen i posteriorment amb la calç per formar part de l'escòria:
P4 + 5O2 --> P4O10
P4O10 + 6CaO --> 2Ca3(PO4)2
La calor produida en les dues primeres reaccions, fan que el metall es mantingui en estat líquid sense necesitat d'una font de calor externa.
Un cop l'acer té les proporcions de carboni, silici i fòsfor desitjades, es cola en uns motlles o recipients adequats.
 |
| Convertidor d'oxigen |
|
Forn elèctric
ës un recipient d'acer amb refrigeració externa mitjançant un circuit d'aigua i recobert internament per ceràmica refractària. Es tanca amb una coberta amb tres electrodes de grafit.
Dins el forn s'introdueix el ferro colat, la ferralla oxidada i la calç. Ja que el ferro colat i la ferralla són conductors, reben descarregues elèctriques des dels electrodes per augmentar la temperatura.
A continuació es cola l'acer en motlles o en recipients adequats, o bé en instalacions especials anomenades colada contínua, per transformarlos en productes semielaborats.
Aquest forn s'utilitza per obtenir acers especials ja que té un control molt precís d la temperatura i de la composició dels acers.
 |
| Alt forn elèctric |
