L’insegnamento si propone di fornire le basi termodinamiche per la comprensione dei processi siderurgici di riduzione dei minerali ferrosi e di elaborazione dei bagni metallici nella fabbricazione degli acciai e delle ghise.
E’ così possibile illustrare le applicazioni della termodinamica alla produzione siderurgica a ciclo integrale ed al forno elettrico, comprendendo anche i più innovativi processi di affinazione fuori forno resi possibili dall’evoluzione tecnologica.

Comprensione della termodinamica siderurgica per poter decidere sulle sequenze di ossidazione/riduzione degli elementi presenti nei bagni siderurgici sulla base dei potenziali termodinamici di Gibbs delle varie reazioni di riduzione.
Conoscenza delle fugacità delle miscele gassose reali e delle attività degli elementi nei bagni siderurgici e dei composti ossidati nelle scorie fuse.
Apprezzamento delle tensioni di ossigeno dei sistemi costituiti da ossidi di ferro e da ossidi basici ed acidi.
Conoscenza delle emissioni potenzialmente inquinanti dei processi siderurgici.
Capacità di valutare l’influenza dei parametri operativi degli impianti di fabbricazione di ghisa ed acciaio sulla produttività degli stessi.
Progettazione di massima di un ciclo produttivo, comprendente anche gli impianti fuori forno.

Lo studente deve possedere una buona cultura ingegneristica di base, con particolare riferimento alla Chimica, alla Termodinamica e alla Trasmissione del calore. Conoscenza degli impianti industriali, in particolare di quelli metallurgici.

Termodinamica dei sistemi siderurgici:
richia Richiami di termodinamica; potenziale termodinamico di Gibbs; potenziale termodinamico standard, potenziali di ossigeno, diagrammi potenziali standard-temperatura (Ellingham/Richardson); fugacità dei componenti di miscele gassose reali; attività dei componenti delle soluzioni; equilibri di riduzione degli ossidi di ferro, diagramma di Schenk, di Chaudron e linea di Brisk; influenza degli ossidi basici ed acidi sulla riduzione degli ossidi di ferro; equilibri metallo-scoria.
Processi di produzione:
Sviluppo storico degli impianti siderurgici. Produzione dell’acciaio a ciclo integrale: impianti e processi per il trattamento delle materie prime; agglomerazione e pellettizzazione dei minerali, produzione della ghisa in altoforno; desolforazione; affinazione della ghisa in convertitore. Produzione di acciaio e ferroleghe in forno elettrico ad arco-resistenza. Processi fuori forno in secchia; degassaggio; sistemi di trattamento sotto-vuoto dei bagni di acciaio; colata continua; colata in lingottiera. Impianti di rifusione sotto scoria e sotto vuoto. Produzione di acciai inossidabili mediante convertitore AOD. Produzione di spugna di ferro direttamente da minerale. Seconda fusione della ghisa in cubilotto ed in forno elettrico. Impatto ambientale delle produzioni siderurgiche. Visite guidate ad impianti siderurgici.

Esercizi di termodinamica. Schemi di impianti siderurgici.

Materiale distribuito dai docenti

Per approfondimenti:
C. Bodsworth – Physical chemistry of iron and steel manufacture, Longmans, London, UK, 1963.
W. Nicodemi, C. Mapelli – Siderurgia, AIM, Milano, 2011

Esiste il solo esame finale, che accerta l’acquisizione delle conoscenze e delle abilità attese tramite lo svolgimento di una prova orale della durata media di 0,75 ore. La prova orale consiste di 2 quesiti, 1 domanda di applicazione delle teorie illustrate a lezione su un impianto siderurgico ed una di approfondimento degli argomenti di teoria richiamati durante la conversazione.
Si potrà richiedere di svolgere la prima domanda in maniera scritta per una durata di 1h. Ci sarà in ogni caso un colloquio orale per la seconda domanda.
La prima domanda comporta l’attribuzione di 20 punti; la seconda vale 10 punti. Per l’eventuale lode verrà fatta una terza domanda.