METALLURGIA

METALLURGIA (XXIII, p. 47; App. II, 11, p. 300; III, 11, p. 77)

I più recenti sviluppi della m. estrattiva, nel periodo 1961-75, sono in larga misura dovutì all'applicazione sistematica di principi scientifici già noti, di nuove tecniche e ritrovati relativi ad altri campi della scienza e della tecnologia.

Le aumentate dimensioni degl'impianti, la forte spinta economica a ottenere il massimo rendimento dagl'impianti stessi e dalle materie prime, al contenimento dei consumi energetici, all'ottenimento di prodotti dalle caratteristiche fisiche e chimiche in controllo sempre più stretto, la disponibilità infine di strumenti di controllo (per analisi chimiche e misure fisiche) di elevata affidabilità, di semplice impiego e di rapida risposta, hanno determinato un'evoluzione verso uno spinto controllo dei processi metallurgici. Esempio tipico di questa situazione è la larga utilizzazione di metodi di analisi chimica strumentale automatica, applicati sia al metallo, sia alle scorie e alle fasi gassose, con elevata velocità di risposta, e quindi in tempo reale per interventi correttivi sul decorso dei processi.

Un importante contributo in questa direzione è stato dato dalla disponibilità di elaboratori elettronici, in forma sia analogica sia numerica e dalla loro applicazione alla gestione tecnica e al controllo dei processi metallurgici di estrazione e di affinazione. L'utilità dell'elaboratore elettronico per l'analisi e il controllo di complessi sistemi metallurgici è ormai ben consolidata. Le applicazioni riguardano una varietà di problemi, quali: calcoli metallurgici, termochimici e fisico-chimici, problemi di trasmissione del calore, bilanci energetici e di massa, simulazione e controllo di processo, movimento e trasporto di materiali, ottimizzazione dell'impiego di materie prime e delle fonti energetiche, analisi di dati.

Aspetti particolarmente interessanti e importanti sono quelli della modellistica dei processi e del sistema di controllo adottato. Il sistema di controllo deve prevedere in sé una rappresentazione, sia pure schematica, del funzionamento del sistema in oggetto (principali leggi fisiche, pratiche operative tecnologiche, equilibri, leggi dinamiche, ecc., in altri termini un modello del sistema).

A titolo di esempio di controllo di processo presentiamo il caso dell'altoforno, processo complesso e di difficile controllo in tutte le sue fasi. Alcune variabili sono costituite dai materiali di carica, con le loro caratteristiche chimiche, fisiche e tecnologiche. Altre variabili sono costituite dai materiali introdotti alle tubiere: portata e temperatura dell'aria calda, eventuale vapore, ossigeno, combustibili liquidi o gassosi iniettati. Altre variabili ancora sono le quantità e le caratteristiche chimiche e fisiche del gas alla bocca, della ghisa e della scoria alla colata (variabili di uscita). L'obiettivo del sistema di controllo può essere duplice: da un lato si può richiedere di mantenere costante un'importante variabile qualitativa della ghisa prodotta (per es., la percentuale del silicio), dall'altro rendere minimo un importante fattore componente del costo (per es., il consumo di coke).

Stabilite le variabili di processo e quelle obiettive, occorre costruire un modello di processo che le leghi assieme in forma matematica. Per lo sviluppo e l'applicazione al controllo di un modello cosiffatto è indispensabile l'impiego di un elaboratore elettronico numerico, dato il gran numero di variabili da trattare, per la complessità e per il numero delle relazioni intercorrenti fra esse, per la necessità di disporre di risposte in tempi brevi.

Sempre nel quadro dell'ottenimento di un più stretto controllo dei processi e dei prodotti metallurgici, evitando, per es., interferenze indesiderate dell'ambiente (fasi gassose, refrattari), rientrano gli ampi sviluppi della "m. sotto vuoto".

Le applicazioni del trattamento sotto vuoto alla fabbricazione degli acciai sono partite dalla semplice deidrogenazione di acciai sensibili alla formazione di fiocchi (acciai da fucinatura legati), ma si sono successivamente estese ad acciai a basso e a bassissimo contenuto di carbonio, basso contenuto di inclusioni di ossidi (silice e allumina), alta omogeneità chimica e di temperatura. La decarburazione svolta in condizioni di vuoto spinto ha trovato importanti applicazioni alla fabbricazione di acciai inossidabili, sia austenitici che ferritici (ferritici pressoché privi di elementi interstiziali, quali carbonio e azoto), di acciai per impieghi elettrici al silicio, di acciai dolci da stampaggio, di acciai da costruzione di macchine con meccanismi d'indurimento non tradizionali.

Una linea di sviluppo concettualmente analoga hanno seguito le larghe applicazioni di atmosfere protettive e di gas inerti, quale l'argo, le tecniche fusorie e di trattamento del metallo liquido.

Nella m. di metalli a elevata reattività con tutti i materiali refrattari noti (quale, per es., il titanio), oltre naturalmente che con fasi gassose ossidanti, le applicazioni sono state condizionate allo sviluppo e all'impiego di particolari tipi di forni e tecniche fusorie, quali il forno ad arco in atmosfera protettiva e quello a fascio elettronico, operante sotto vuoto più spinto di 10^-2 Pa; in entrambi il materiale fuso è contenuto in crogioli di rame raffreddati ad acqua.

Bibl.: A. B. Chelyustkin, The application of computing technique to automatic control systems in metallurgical plant, New York 1964; Computer applications in metallurgical engineering (a cura di R. D. Pehlke, M. J. Sinnott), American society for metals, Metal Park, Ohio, 1964; Vacuum degassing of steel, Spec. Rep. Ninety-two, The Iron and Steel Inst., Londra 1965; J. D. Gilchrist, Extraction metallurgy, ivi 1967; T. H. Harrington, R. B. Palmer, The Electron-beem continuous hearth refining process, Electric Furnace Proc., AIMME, New York 1970, pp. 34-39; Vacuum metallurgy (a cura di O. Winkler, R. Bakish), Amsterdam 1971.