Life Programme

Life Programme

Obiettivo della SACME è la riduzione dell’impatto ambientale dei processi produttivi.
I nostri sforzi, tesi alla tutela dell’ambiente e della salute, hanno trovato un partner d’eccezione nella Commissione Europea che, attraverso lo strumento finanziario LIFE, sta supportando e sostenendo il nostro impegno per uno sviluppo sostenibile.

La commissione europea ha approvato il finanziamento di nuovi progetti nel quadro del programma LIFE+,  il fondo per l’ambiente dell’Unione Europea. I progetti selezionati in tutti gli stati membri, prevedono interventi negli ambiti della tutela della natura, dei cambiamenti climatici, delle tecnologie pulite, delle politiche ambientali, nonché azioni attinenti all’informazione e alla comunicazione in materia di ambiente in tutta l’Unione Europea.

Articolo - gennaio 2017

Un processo ecosostenibile per il rivestimento del filo d’acciaio


Ottenere un beneficio ambientale e tecnico/qualitativo. Questo l’ambizioso obiettivo del processo produttivo, oggetto di un progetto di ricerca cofinanziato dalla Comunità Europea. Obiettivo raggiunto grazie alla messa a punto di un particolare processo di rivestimento di fili metallici con lega di alluminio alternativo al tradizionale processo di zincatura a caldo.
Protagonisti del progetto oggetto di questo articolo sono la Società SACME di Tortoreto (TE) e la Metallurgica Abruzzese S.p.A. appartenente al gruppo industriale Cavatorta di Parma, tra i maggiori produttori europei di reti e fili per la recinzione e l’industria, noto da tempo per il suo impegno volto alla tutela dell’ambiente grazie ad una costante e continua attività di ricerca e sviluppo che ha portato all’introduzione di importanti innovazioni per ridurre l’impatto ambientale dei processi e dei prodotti.
Al centro di questo articolo è un processo, ecocompatibile ed ecosostenibile, per l’alluminatura di materiali ferrosi. Si tratta più nel dettaglio di “New Aluminum and Titanium Use and Recycling for the long-term protection of steel”, progetto realizzato presso la SACME di Tortoreto (TE), appartenente al gruppo parmense, e che ha ottenuto un ambito riconoscimento dalla Commissione Europea con l’ammissione ai benefici del programma LIFE+.

L’alternativa alla ricopertura galvanica o zincatura.


Uno dei metodi più diffusi ed efficaci di protezione del filo metallico dalla corrosione è la zincatura caldo. In tale processo il filo deve essere sottoposto a sgrassaggio, decapaggio, flussaggio e pre-riscaldo a 100°C, prima di essere immerso in una vasca di zinco fuso a oltre 450°C.
Tale sistema, com’è noto, presenta tuttavia un forte impatto ambientale. Sono infatti molto elevati da un lato i consumi energetici, di acqua e di acidi di decapaggio, dall’altro i consumi di risorse, mediamente 60 kg di zinco per ogni tonnellata lavorata.
Allo stesso tempo poi si osserva sia una produzione di rifiuti, come schiume e scorie di zinco, sia emissioni in atmosfera come i fumi dalle vasche di zinco fuso, contenenti ammoniaca, acido cloridrico, polveri.

Nello specifico, obiettivo del progetto è la nobilitazione di materiali di scarto di leghe leggere, alluminio e titanio, per la produzione di nuovi materiali e strutture composite costituite da un’anima di filo d’acciaio ed un guscio esterno protettivo in lega leggera o in intermetallico, idonei all’impiego in condizioni gravose di corrosione, come in ambiente marino o in zootecnia.
Allo stato attuale i materiali di scarto di leghe leggere, come alluminio e titanio, risultano difficilmente riciclabili.
In questo ambito l’azienda si propone di utilizzare le predette leghe attraverso un processo di rivestimento a caldo tramite il quale sarà fatto aderire uno strato di alluminio o alluminio e titanio all’anima di acciaio, conferendo allo stesso migliori caratteristiche meccaniche e di durabilità. I materiali così ottenuti potranno affiancare il normale filo zincato, andando ad operare in tutte quelle applicazioni in cui è richiesta una maggiore resistenza alla corrosione (ad esempio in presenza di acqua marina o ammoniaca). I benefici attesi saranno pertanto sia di tipo ambientale che di tipo tecnico economico:
  • Utilizzo di leghe (base alluminio) derivanti da un mercato del riciclo molto maturo, con conseguente risparmio di risorse.
  • Risparmio energetico legato ad un ciclo termico di apporto del rivestimento più vantaggioso rispetto alla zincatura tradizionale con conseguente minore emissione di vapore.
  • Realizzazione di prodotti con durabilità incrementata soprattutto in ambito di ambiente corrosivi estremi come ambiente marino o in presenza di ammoniaca.
  • Competizione in chiave di sostenibilità ecologica con la zincatura a caldo.
  • Utilizzabilità dei nuovi fili a rivestimento in alluminio anche in impieghi ad alta temperatura.
  • Importante diminuzione dei costi di circa 1/5 delle materie prime dovute sia all’utilizzo di leghe leggere che da recupero rispetto ai pani di zinco.


Il successo della ricerca effettuata si deve anche alla preziosa attività dei partner d’eccezione rappresentati dal Dipartimento di Ingegneria “Enzo Ferrari” dell’Università Di Modena e Reggio Emilia, coordinato dai prof. Paolo Veronesi e Roberto Giovanardi, dal Dipartimento di Ingegneria Industriale e Scienze Matematiche dell’Università Politecnica delle Marche, coordinato dal Prof. Mohamad El Mehtedi.


Dal progetto ...
Il progetto si è articolato essenzialmente in 4 macroattività: dapprima lo scarto di lavorazione, a base di leghe leggere, derivante da diverse lavorazioni (tornitura, fresatura, foratura, foratura, segatura, ...) è stato recuperato e caratterizzato per verificare la possibilità di estrusione a caldo, o la necessità di eventuali pre-trattamenti (piano di emergenza per i chip TI). Inoltre, in questa fase sono state studiate le migliori condizioni per l’ottenimento di un rivestimento reattivo sul filo di acciaio utilizzando miscele di Al + Ti, variando la pressione di formatura, granulometria (se necessario) e temperatura di reazione. I rivestimenti ottenuti sono stati testati per valutarne le proprietà meccaniche (microdurezza, prove di trazione, resistenza alla flessione e resistenza all'usura), composizione e morfologia (diffrazione di raggi X, analisi SEM, microscopia metallografica ottica) e la durata (nebbia salina, test POTENZIOMETRICA). La raccolta degli scarti e la loro separazione è avvenuta presso gli impianti SACME, mentre caratterizzazione e rivestimento presso i laboratori dell’Università Di Modena e Reggio Emilia e dell’Università Politecnica delle Marche.

Nella seconda fase del progetto le leghe leggere base alluminio sono state utilizzate per il rivestimento del filo d’acciaio e in particolare sono state sperimentate due varietà di rivestimento: base Alluminio e base Alluminio-Titanio.
A questo scopo è stato progettato un apposito estrusore in grado di operare su temperatura e pressione di processo per consentire di ottenere i suddetti rivestimenti su filo d’acciaio lasciandone inalterate le caratteristiche.
Tale attrezzatura ha consentito di valutare la fattibilità e affidabilità dell'approccio progettuale proposto permettendo di acquisire i dati necessari per il bilancio energetico e le criticità del processo stesso.
Tale fase ha consentito di mettere a punto l’impianto definitivo per il rivestimento in continuo del coating a base di alluminio tramite processo a caldo.
Le attività sono state eseguite presso gli impianti "Metallurgica Abruzzese", dove è installata la nuova apparecchiatura.

Nella terza fase del progetto i fili realizzati nell'azione precedente sono stati utilizzati per la produzione di nuove reti che possiedono migliorata resistenza alla corrosione in ambiente marino, in ammoniaca o ad alte temperature.
Seguentemente, sia trattamenti di saldatura e ricottura sono stati ottimizzati, e il prodotto finale è stato caratterizzato e messo a confronto con i prodotti tradizionali a base di Filo metallico zincato. In particolare test di corrosione accelerata in nebbia salina e test di potenziometria sono stati utilizzati per valutare la resistenza alla corrosione dei nuovi prodotti realizzati e quindi determinarne l'aumento della vita utile in fase di esercizio.
Curve di polarizzazione hanno permesso di confrontare acciaio nudo, acciaio zincato, rivestito Al e inox e le loro versioni plastificate. Ultimo ma non meno importante, l'analisi termica ha consentito di studiare il comportamento ad alta temperatura delle nuove reti, definendone la temperatura limite di impiego. Le attività sono state svolte presso l’Università Politecnica delle Marche, fatta eccezione per le attività di saldatura, eseguite in Metallurgica Abruzzese e la caratterizzazione principale della durata delle nuove reti, eseguita presso l’Università Di Modena e Reggio Emilia.
L’ultima fase del progetto è stata quella di utilizzare i fili rivestiti con il nuovo processo in una linea di saldatura esistente per la realizzazione di reti elettrosaldate. Lo scopo è stato quello di definire i parametri di saldatura al fine di ottenere un prodotto finito con le medesime prestazioni meccaniche del prodotto tradizionale.

… alla sperimentazione
La prima fase di sperimentazione è stata incentrata, come detto in precedenza, sulla selezione di scarti di lavorazione a base di Alluminio e Titanio idonei allo sviluppo del progetto.
Grazie ad una efficiente azione di networking si è venuti in contatto con diverse aziende, tra cui l’italiana Caleffi ed altri, in grado di fornire entrambe le tipologie di scarto, sia base Alluminio che Titanio.
Tali materiali sono stati caratterizzati presso i laboratori dell’Università Di Modena e Reggio Emilia.
Sulla base di tale caratterizzazione è stato quindi realizzato il primo prototipo di co-estrusore, che è stato posizionato in SACME per le prove preliminari a giugno 2016.
Le prime prove, svolte con trucioli di alluminio, avevano dato risultati incoraggianti, anche se non ancora ottimali: per permettere un’adesione sufficiente dell’alluminio, la velocità di avanzamento del filo in transito era stata ridotta a valori troppo bassi, tali da avere tempi di lavorazione ancora non utilizzabili in scala pilota.
Nonostante la risoluzione di questo problema le difficoltà successive, i problemi cioè nell’utilizzo dei trucioli di titanio, a causa della durezza del metallo, nonché le difficoltà di adesione del rivestimento al supporto, erano tali da rivedere radicalmente la fase di rivestimento del filo, volendo a tutti costi mantenere i principali obiettivi del progetto.
Si è quindi giunti alla realizzazione della linea prototipale successiva si veda la fig.1: la quale è composta principalmente di una sezione di pretrattamento elettrochimico della superficie del filo d’acciaio (di dimensioni estremamente contenute); una sezione di pre-riscaldo del filo mediante forno a induzione; un impianto di ricopertura filo con alluminio, composto da un forno di dimensioni estremamente contenute, nel quale viene mantenuta in fusione una piccola quantità di alluminio. Tale soluzione risulta molto versatile poiché è possibile utilizzare alluminio riciclato anche non in formato di chip: nella fase sperimentale si sono utilizzati anche scarti di produzione di profilati di alluminio, nonché pani di alluminio di seconda fusione; una sezione di raffreddamento del filo alluminato (in tale sezione la temperatura del filo viene abbassata per permettere la successiva fase di deposizione della polvere di titanio); infine una sezione di rivestimento con polvere di titanio sul coating di alluminio sfruttando la plasticità del materiale in presenza di condizioni di pressione e temperatura adeguate.
Il nuovo sistema di pre-riscaldo del filo mediante forno a induzione e ricopertura con alluminio presenta, rispetto alla co-estrusione inizialmente prevista, una serie di vantaggi:
- il filo in transito subisce un trattamento di ricottura, che ne migliora le caratteristiche meccaniche (la ricottura è una fase comunemente effettuata nel ciclo tradizionale di zincatura che si effettua prima della zincatura stessa);
- la deposizione a caldo consente la formazione di uno strato intermetallico (tra l’alluminio esterno e il filo d’acciaio sottostante), che risulta fondamentale per garantire una perfetta adesione del coating al filo.
Il filo così ottenuto e le relative reti elettrosaldate da esso prodotte sono stati caratterizzati (vedi fig.2, 3, 4 sotto) presso i laboratori di Metallurgica Abruzzese, per poi essere inviato per gli ulteriori test ai partner Università degli Studi di Modena e Reggio Emilia e Università Politecnica delle Marche.

Conclusioni
I test di polarizzazione potenziodinamica hanno mostrato che il filo rivestito con alluminio, se completamente ricoperto senza difetti, ha una resistenza alla corrosione maggiore di un filo zincato a caldo.
Tuttavia, nei primi campioni realizzati, la presenza di difetti di rivestimento quali scopertura locale avevano rappresentato un problema; il test di corrosione in nebbia salina ha infatti evidenziato che tali difetti sono particolarmente critici in quanto innescano la comparsa di ruggine rossa in una fase molto precoce.
Un miglior controllo dei parametri di processo ed una più efficace fase di pretrattamento della superficie metallica hanno permesso di ottenere fili con una migliore uniformità di rivestimento, esente da difetti (vedi fig.5-8).

linea prototipo
Fig. 01: Linea prototipo di rivestimento in continuo di filo d’acciaio con strato di Alluminio
analisi microscpica
Fig. 02: Analisi microscopica metallografica del filo di acciaio rivestito con Alluminio
Mesh Surface
Fig. 03: Mesh Surface
welding detail
Fig. 04: Surface (stereomicroscope): welding detail
Cross section
Fig. 05: Cross section (wire, higher magnification)

Improved Al-coated steel wire

Surface
Fig. 06: Surface
Cross section
Fig. 07: Cross section
Improved
Fig. 08: Improved Al-coated steel wire after 28 cycles in climatic chamber

I cookie ci aiutano a fornire i nostri servizi. Utilizzando tali servizi, accetti l'utilizzo dei cookie da parte nostra.