Altoforno · The Last Codex

L'altoforno è un forno a tino alto che trasforma il minerale di ferro in ghisa liquida e può lavorare a lungo senza fermarsi. Il ferro vi fonde e si raccoglie nel crogiolo sotto uno strato di scoria. In Cina la ghisa era in uso al più tardi nel V secolo a.C., il più antico forno scavato, a Jiudian nello Henan, risale al IV o al III secolo a.C., e l'altoforno arrivò in Europa nel Medioevo.

Che cos’è

L’altoforno è un forno a forma di tino alto, caricato dall’alto e soffiato dal basso, nel quale il minerale di ferro diventa ghisa liquida. Il basso fuoco che lo aveva preceduto dava alla fine di ogni operazione un blocco spugnoso di ferro solido, che andava estratto prima dell’operazione successiva, a volte dall’alto o da un arco alla base, a volte rompendo il forno. L’altoforno lavora più caldo: il suo ferro fonde e si raccoglie nel crogiolo, così continua a lavorare mentre se ne estrae la ghisa liquida. Un forno poteva lavorare giorno e notte per lunghi periodi senza essere fermato.

Il suo prodotto è la ghisa. Contiene molto carbonio, che la fa fondere a una temperatura molto più bassa del ferro puro e le permette di riempire uno stampo, ma la rende dura e fragile. La ghisa si può versare direttamente in pentole, padelle, stufe e cannoni, oppure affinare in ferro dolce e acciaio, che contengono molto meno carbonio.

L’altoforno è un impianto industriale. Il gas che esce dalla sua sommità è ricco di monossido di carbonio, un veleno senza colore né odore, e la ghisa e la scoria che ne escono sono liquide e molto più calde di qualsiasi fuoco domestico. Fughe di gas d’altoforno hanno mandato operai in ospedale anche nelle acciaierie moderne. Non ne esiste una versione piccola che si possa far funzionare senza pericolo.

Come funziona

Dentro il forno si incrociano due correnti. La carica solida scende lentamente nel tino, mentre il gas caldo del fuoco che arde davanti agli ugelli, attraverso i quali i mantici soffiano aria vicino al fondo, sale attraverso di essa e toglie ossigeno al minerale lungo la strada. Il carbone di legna fu il combustibile dei primi forni.

A sinistra, un pane corto di ghisa grigia spezzato in due con la frattura grigia e granulosa rivolta verso chi guarda; a destra, una barra più sottile di ferro battuto piegata a U senza rompersi La ghisa grigia si spezza con una frattura grigia e granulosa; il ferro dolce, con poco carbonio, si piega senza rompersi.

Il ferro liberato dal minerale resta in mezzo al combustibile incandescente e assorbe carbonio, che ne abbassa il punto di fusione: fonde e gocciola nel crogiolo invece di restare solido come nel basso fuoco. Le parti terrose del minerale fondono in scoria, una massa vetrosa più leggera della ghisa, che vi galleggia sopra. Entrambe escono dal forno allo stato liquido, e il gas esausto esce dall’alto.

La forma interna segue questo percorso. Il tino si allarga verso il basso, cosa che aiuta la carica a scendere senza incastrarsi, poi si restringe di nuovo sopra il crogiolo, dove buona parte della carica è fusa e occupa meno spazio. La ghisa liquida è più densa della scoria e si raccoglie sul fondo del crogiolo, sotto il livello degli ugelli.

Storia ed evoluzione

Lama d’ascia da carpentiere cinese in ghisa del periodo degli Stati Combattenti: una lama che si allarga un poco verso il taglio diritto in basso, con un collo più stretto in alto che finisce in un innesto rettangolare aperto per il manico Un’ascia da carpentiere in ghisa del periodo degli Stati Combattenti. Le fonderie cinesi colavano attrezzi come questo in gran numero.

In Cina il ferro veniva colato in stampi al più tardi nel V secolo a.C., e nello Hubei e nello Henan sono state trovate zappe, asce da carpentiere e falcetti di ghisa di quell’epoca. Il più antico forno scavato finora, a Jiudian nella contea di Xiping (Henan), risale alla fine del periodo degli Stati Combattenti, nel IV o III secolo a.C.; era costruito in argilla contro un pendio. Ferriere della dinastia Han, che regnò dal 206 a.C. al 220 d.C., sono state scavate dallo Henan, a nord, fino a Xuxiebian nel Sichuan, con i resti dei loro altiforni e dei focolari di affinazione dove la ghisa veniva trasformata.

In Europa gli altiforni erano in funzione nel XIII secolo. Gli scavi ne hanno trovati di antichi a Lapphyttan in Svezia, a Dürstel in Svizzera e nel Märkisches Sauerland in Germania. I loro mantici erano mossi da ruote idrauliche, e la loro ghisa passava in un focolare di affinazione per diventare ferro dolce. Nei secoli successivi l’altoforno si diffuse in tutta Europa e il basso fuoco scomparve a poco a poco.

Due pezzi di combustibile affiancati: a sinistra, un pezzo di carbone di legna nero opaco che conserva gli anelli e le fibre del legno; a destra, un pezzo di coke grigio argento, poroso e bolloso, con riflessi metallici Il carbone di legna conserva la venatura del legno da cui deriva; il coke, ricavato dal carbon fossile, è grigio, poroso e duro.

Nel 1709, a Coalbrookdale nello Shropshire, Abraham Darby I fuse il ferro in un altoforno con il coke, carbon fossile cotto per scacciarne il catrame e i gas. Altri avevano provato il coke prima di lui; Darby lo rese conveniente, e da allora si poté produrre ferro dove c’era carbone invece che boschi.

Il progresso successivo venne dal riscaldare l’aria. Nel 1828 James Beaumont Neilson, che lavorava all’officina del gas di Glasgow, brevettò il vento caldo, in cui l’aria veniva scaldata prima di entrare negli ugelli. Faceva risparmiare una gran parte del combustibile e si diffuse rapidamente nelle ferriere scozzesi. Gli altiforni successivi divennero molto più grandi, e il gas raccolto in cima veniva bruciato come combustibile nello stabilimento.