L’insegnamento ha lo scopo di far conoscere i principi di funzionamento e costruzione degli impianti industriali impiegati nelle operazioni di produzione primaria e di trasformazione dei materiali metallici. Si parte da un’analisi dell'attività industriale nel suo complesso, considerando le esigenze di produttività, sviluppo organico, qualità e affidabilità della produzione. Lo studio dei processi metallurgici coinvolge gli aspetti relativi alla selezione degli impianti in base alle tipologie di prodotti e alla produttività richiesta. Le principali tipologie di impianti analizzati sono: processazione delle materie prime (metallurgia estrattiva), riduzione allo stato metallico, fusione, affinazione, colata, eventuale rifusione, riduzione termomeccanica, processi speciali, trattamenti termici. I processi di produzione dei materiali maggiormente trattati sono quelli degli acciai, delle leghe di Al e di Ni. L’insegnamento considera inoltre gli aspetti di sostenibilità sia economica sia ecologica dei processi metallurgici, discutendo le principali fonti di inquinamento e i consumi energetici dei diversi impianti. Le finalità dell'insegnamento sono: 1) sensibilizzare alle criticità dell'utilizzo delle materie prime dei processi di fabbricazione dei materiali metallici; 2) fornire i criteri di selezione delle tecnologie produttive, di organizzazione dei cicli produttivi, di conduzione e di gestione degli impianti stessi; 3) comprendere le fonti di difetti eventualmente introdotti dalla tecnologia di fabbricazione nei materiali metallici fabbricati; 4) comprendere i pregi e i difetti delle diverse tecnologie di fabbricazione primaria dei materiali metallici. Il programma ha un carattere teorico-pratico e viene completato con almeno una visita presso stabilimenti industriali (in base alla disponibilità, verificata di anno in anno, delle aziende del territorio) o i laboratori pre-industriali della sede di Alessandria del Politecnico di Torino. Questo insegnamento intende, inoltre, presentare allo studente il linguaggio tecnico internazionale proprio del settore: i materiali didattici saranno forniti parzialmente in lingua inglese.

L'obiettivo è sviluppare nell'allievo una visione il più possibile vicina alla realtà industriale nella quale sarà chiamato ad operare, considerando l'impianto situato in un determinato luogo e contesto socio-economico. L’insegnamento si prefigge quindi di far acquisire allo studente una preparazione ingegneristica e manageriale, affinché inizi a prendere coscienza delle responsabilità comportate dall'essere ingegnere. Un'altra competenza che si intende sviluppare è la capacità di analisi delle relazioni cause-effetto tra processo produttivo e qualità del prodotto. Nelle relazioni svolte in gruppo, lo studente dovrà poi mettere a frutto le sue capacità di apprendimento per sviluppare abilità comunicative, affiancate da obiettività e autonomia di giudizio, doti indispensabili per assumere responsabilità ai diversi livelli e qualifiche professionali.

L'allievo che accede a questo insegnamento deve avere solide basi di fisica, matematica, chimica, scienza dei materiali, in genere, e metallurgia in particolare. Inoltre deve padroneggiare gli aspetti legati alle proprietà chimiche e meccaniche dei materiali metallici e avere conoscenze di base dei processi fisici di fusione e solidificazione e di trattamento termico dei materiali metallici.

Introduzione ai processi e agli impianti metallurgici. Analisi dei cicli di lavorazione tipici dei materiali metallici. Cenni di ingegneria industriale e logistica (fattori economici e tecnici nella scelta di un processo e di un impianto). Panorama delle materie prime critiche a livello internazionale ed europeo. Breve panoramica degli impianti estrattivi dei minerali e loro processo (principi di funzionamento ed esigenze impiantistiche correlate). Problematiche di frantumazione, separazione, arricchimento ed eventuale pre-trattamento dei minerali. Fattori che determinano la qualità delle materie prime dei processi metallurgici. Impianti di fusione dei materiali metallici (principi di funzionamento ed esigenze impiantistiche correlate). Teoria e pratica della siderurgia: equilibri di riduzione degli ossidi; reazioni metallo liquido-scoria; fabbricazione all'altoforno dell'acciaio (costruzione impianti e funzionamento); fabbricazione dell'acciaio al forno elettrico (costruzione impianti e funzionamento); affinazione; conversione a ossigeno; siderurgia secondaria; colata continua e in lingottiera; processi speciali di fusione in vuoto; rifusione. Impianti di fusione di materiali non ferrosi (Al, Ni). La sfida della decarbonizzazione nei processi siderurgici. Processi termomeccanici e di finitura previsti per la fabbricazione di semiprodotti piani e lunghi metallici. Introduzione alla deformazione a caldo, semi-caldo e a freddo. Laminazione primaria e secondaria. Esigenze impiantistiche e questioni di sicurezza correlate al trattamento termico dei materiali metallici. Tipologie di forni e modi di somministrare il calore. Atmosfere di processo e generatori. Trattamenti massivi. Trattamenti finiti & superficiali.

Oltre alle lezioni teoriche, l’insegnamento prevede due esercitazioni di tipo progettuale da svolgere in gruppi formati da 3 studenti. Una di queste esercitazioni consiste nell’analisi di un processo metallurgico e impostazione di un diagramma tecnologico del processo stesso completo di bilanci di massa. Nell’esecuzione dell’esercitazione è richiesto di applicare le procedure di analisi e calcolo studiate durante le esercitazioni in aula. La seconda esercitazione consiste nell’analisi di un problema di scambio di calore all’interno di un forno industriale. Gli studenti sono in questa fase chiamati a lavorare in gruppo, a confrontarsi e, soprattutto, a cercare responsabilmente le soluzioni alle diverse problematiche che incontreranno durante la progettazione. Il lavoro di gruppo sarà valutato tramite un'esposizione tramite presentazione powerpoint dei criteri adottati, dei ragionamenti svolti e dei risultati ottenuti. Per facilitare la comprensione degli argomenti sarà organizzata, se possibile, una visita a un sito industriale.

Poiché questo modulo di insegnamento comprende differenti aspetti inerenti i processi industriali dei materiali metallici, è stato sviluppato materiale didattico apposito che non coincide con un singolo testo disponibile sul mercato. Ai testi utilizzati per la costruzione del materiale didattico, si fa comunque esplicito riferimento nel materiale didattico stesso, al fine di favorire approfondimenti che si rendano eventualmente necessari. Lezioni: le diapositive in formato powerpoint utilizzate a lezione, sono messe a disposizione agli studenti iscritti all'insegnamento sul portale della didattica; oltre alle diapositive usate a lezione sono fornite dispense relative ai temi trattati nel corso. Nell'AA 2020-2021 le lezioni sono state erogate in modalità virtual classroom. Tali video-registrazioni dell'insegnamento sono messe a disposizione degli studenti. Esercitazioni: il tema del progetto, i testi di problemi proposti, le schede tecniche, le sintesi da norme e manuali sono forniti in aula e messi a disposizione sul portale della didattica. Se la crisi sanitaria lo permetterà, le esercitazioni di questo insegnamento saranno erogate in modalità mista.

Modalità di esame: Prova orale obbligatoria; Elaborato progettuale in gruppo;

Exam: Compulsory oral exam; Group project;

... L’esame si svolge in modo orale tramite la presentazione e discussione degli elaborati progettuali sviluppati nel corso delle esercitazioni e l’approfondimento di alcuni argomenti del programma non trattati nei lavori di progettazione. Le due parti dell’esame possono essere sostenute in momenti diversi all'interno delle sessioni di esame. Il peso relativo delle relazioni sulle esercitazioni svolte sul voto complessivo è di circa il 35%, mentre la restante parte del voto è assegnata in base all’andamento dell’esame orale. Entrambe le parti dell'esame devono raggiungere almeno i diciotto trentesimi, per poter esprimere il voto complessivo. L'esame del progetto di gruppo tende a verificare la correttezza dei calcoli eseguiti e delle scelte operative condotte, in modo da verificare la competenza ingegneristica sviluppata. L'esame orale tende ad accertare l'acquisizione delle conoscenze e nozioni fornite durante le lezioni. Per gli studenti che non possano frequentare le attività di progetto, è previsto solo un esame orale più esteso che copre l'intero programma svolto a lezione.

Gli studenti e le studentesse con disabilità o con Disturbi Specifici di Apprendimento (DSA), oltre alla segnalazione tramite procedura informatizzata, sono invitati a comunicare anche direttamente al/la docente titolare dell'insegnamento, con un preavviso non inferiore ad una settimana dall'avvio della sessione d'esame, gli strumenti compensativi concordati con l'Unità Special Needs, al fine di permettere al/la docente la declinazione più idonea in riferimento alla specifica tipologia di esame.