I PROCESSI SIDERURGICI
La siderurgia è un settore della metallurgia che riguarda i processi di produzione del ferro, delle leghe ferro-carbonio (acciaio e ghisa) e delle ferroleghe. Il termine trae origine da "sidereo", proveniente "dagli astri", come il primo ferro usato dall'uomo che si trovava in superficie ed era di origine "meteoritica". 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.
Alcuni minerali del ferro

Magnetite Pirite

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 [G], 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.
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", costituita dai minerali del ferro, calcare [G] e carbone Coke. 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.

Carbone Coke Rocce di calcare

Schema di Altoforno per la produzione della ghisa

L'altoforno viene caricato dall'alto con una miscela di coke, minerali di ferro e calcare. Il calore sviluppato dalla combustione del coke, favorita dall'alta temperatura (fino a 870° C) di un getto d'aria calda che investe dal basso e attraversa la carica, innesca una reazione chimica fra il carbonio del coke e l'ossigeno degli ossidi di ferro che costituiscono i minerali. Il ferro, liberatosi dai minerali, si lega con una parte di carbonio e forma ghisa fusa, che cola verso il basso. Periodicamente la ghisa viene estratta dal fondo, mentre un diverso canale di scolo permette di recuperare le scorie per avviarle a fasi successive del ciclo siderurgico.

Nella produzione tradizionale, l'acciaio si ottiene a partire da ghisa liquida, proveniente da un altoforno, cui vengono aggiunti materiali (calce e calcare) che servono a far addensare le impurità sotto forma di scorie, e a renderle così facilmente asportabili. Le apparecchiature utilizzate possono essere forni di Martin-Siemens, convertitori o forni elettrici: gli acciai prodotti vengono di solito classificati in base al diverso processo utilizzato.
Qualunque procedimento di produzione di acciaio da ghisa d'altoforno consiste nell'asportare dalla ghisa il carbonio in eccesso e le altre impurità presenti.

Nella foto a sinistra si vede una siviera mentre scarica ghisa d'altoforno fusa in un forno Martin-Siemens, dove sarà convertita in acciaio mediante sottrazione di carbonio ed eliminazione di elementi indesiderati.

Un acciaio di buona qualità si ottenne per opera di una tecnica ideata da Henry Bessemer nel 1855 e utilizzato fino al 1950.

La stampa a destra illustra il metodo Bessemer per la produzione dell'acciaio.
La ghisa proveniente dall'altoforno viene inserita nel "convertitore" Bessemer, un forno che può essere inclinato lateralmente per il suo caricamento e per la colata dell'acciaio. Vengono soffiate, dal basso,  grandi quantità di aria attraverso la massa fusa, in modo che l'ossigeno in essa contenuto riduca la quantità di carbonio della ghisa e si combini con le impurità, trasformandole in scorie solide galleggianti, facilmente asportabili.
Le immagini sottostanti rappresentano il momento finale del processo siderurgico in cui il metallo fuso viene colato in apposite forme dove solidifica, dando origine così a lingotti (semilavorati), pronti per essere ulteriormente forgiati e modellati per la produzione degli oggetti.

La qualità del metallo, ottenuta con i nuovi processi siderurgici, permise la costruzione di molti manufatti in ferro.

SCHEMA DEL PROCESSO DI COLATA E LAMINAZIONE: produzione di semilavorati