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Il ferro

La scoperta del ferro avvenne probabilmente in maniera del tutto casuale e le prime produzioni dell’acciaio risultarono sicuramente molto approssimative.
I nostri avi, mescolando insieme alcuni elementi minerali contenenti ferro e carbonio (carbonato, rocce, calcare, marmo, ematite, magnetite, limonite, taconite), compresero presto che le quantità di carbonio mescolate al ferro, incidevano sulla malleabilità e durezza della lega ottenuta (acciaio). Possiamo quindi collocare la scoperta dell’acciaio nel periodo storico dell’età del ferro.

L’età del ferro varia da continente a continente; gli Ittiti in Asia furono i primi ed impiegarono il ferro già nel periodo 2000-1500 a.C. In Europa l’età del ferro è compresa tra il 700 a.C. ed il primo periodo di espansione dell’impero romano (27 a.C.).

Già nell’antichità i nostri predecessori compresero i vantaggi del ferro, rispetto ai materiali usati sino ad allora per la produzione di armi ed utensili (ad es. il bronzo). Uno dei vantaggi principali era la numerosità dei giacimenti e quindi minore difficoltà nel reperire la materia prima. Inoltre, essendo il ferro un materiale più resistente del bronzo, si prestava meglio ad essere utilizzato nella produzione di armi, chiodi, attrezzature per uso agricolo, etc.

Lavorare il ferro però era più difficile che lavorare il bronzo; il problema principale era rappresentato dall’alto punto di fusione che ha questo elemento (1808 Kelvin = 1535 °C), pertanto i primi tipi di lavorazione eseguiti con il ferro consistevano nel realizzare dei blocchi, unendo pezzi di ferro grezzi arroventati. Successivamente i blocchi venivano battuti sino a realizzare la forma desiderata.

I cinesi furono i primi in grado di raggiungere temperature sufficientemente alte da riuscire a colare il ferro negli stampi.

L’italiano Vannoccio Biringuccio nel 1540 pubblicò  il primo trattato sulla metallurgia (De la Pirotechnia); ciò nonostante, non si poteva parlare ancora di acciaio nei termini in cui ne parliamo oggi, bensì di una lega molto simile alla ghisa.
Intorno alla metà del ‘700 l’inglese Benjamin Huntsman riuscì ad ottenere un acciaio simile a quello prodotto oggi, miscelando ferro, ghisa e carbone. Ma fu soltanto nell’800, grazie all’ingegnere tedesco Karl Wilhelm Siemens, che inventando i cosiddetti “forni a rigenerazione” in grado di raggiungere temperature elevatissime, si produsse acciaio in forma liquida.

Oggi gli esperti stimano una presenza del 35% di ferro nel nostro pianeta (la crosta terrestre, che rappresenta circa l’1% della massa del pianeta, contiene circa il 5% di ferro) ed è uno dei 10 elementi più abbondanti; inoltre il ferro è riciclabile al 100%, difatti per il 40/45 % della produzione mondiale di acciaio viene utilizzato il rottame ferroso.

Il ferro allo stato libero si trova solo nelle meteoriti. Sulla crosta terrestre lo troviamo diffuso nei suoi composti. Esso si trova sotto forma di ossido (ematite Fe2O3, magnetite Fe3O4) o di solfuro (pirite FeS2) o di carbonato (siderite FeCO3).
I più importanti giacimenti italiani sono quelli di Cogne (Val d'Aosta), Isola d'Elba, Sardegna e prealpi bergamasche e bresciane.
Il ferro puro è di colore bianco grigiastro, ha peso specifico 7,85 e punto di fusione 1535°C. All'aria umida si ossida in superficie formando la ruggine.

I minerali utilizzati per l'estrazione del ferro sono gli ossidi ed il carbonato, mentre il solfuro non viene usato per l'elevato contenuto in zolfo. Questi minerali, prima di essere impiegati, subiscono un processo di arricchimento, che ha lo scopo di elevare il contenuto in ferro (che non deve essere inferiore al 45%) e di diminuire la quantità di ganga che è sempre presente, sotto forma di silicato di calcio e di silicato di magnesio, nel minerale. L'estrazione del ferro dai minerali avviene in due fasi distinte:

  • produzione della ghisa, che è una lega ferro-carbonio
  • affinazione della ghisa, cioè eliminazione del carbonio nella lega

La ghisa viene prodotta negli altiforni. La ghisa prodotta dall'altoforno, contenente il 3-4% di carbonio, in piccola parte viene usata per getti di fusione, mentre la maggior parte viene destinata ad un trattamento successivo di conversione ed affinazione per ottenere l'acciaio e il ferro. Le ghise vengono classificate, a seconda del modo di fabbricazione, in:

ghisa grigia
ghisa trattata
ghisa bianca
ghisa malleabile