Appunti Siderurgia: processo di conversione e decarburazione

Conversione e affinazione

Precedente fase di ossidazione e quindi liberare altri elementi prima ossidi nella conversione e affinazione, scoria o come composti intermetallici nel bagno. Disossidazione non più molto.

A differenza della marcia che ho applicato nel mio AFO, cioè se marcia fredda o facile perché bagno non tumultuoso e la flottazione è molto più lenta e la sua calda, ho differenza di tenore di silicio e zolfo che posso trovare nel bagno. Infatti, velocità di flottazione è dettata dalla legge di Navier-Stokes; questa fase di il contenuto di fosforo e di silicio quando lo verso dal forno influenzano poi lo sviluppo e cronologia delle successive operazioni. Di solito, è fatta fuori forno.

Le varie operazioni possono essere svolte in più periodi e con diverse metodologie e ciò a seconda del disegno dell’intero impianto di produzione.

Alcuni aspetti, come decarburazione e defosforazione, avvengono fuori forno elettrico ad arco, ma anche al convertitore, ma tipicamente nella siderurgia moderna ho che desolforazione e la disossidazione avvengono in siviera o durante lo spillaggio, cioè tra la fuoriuscita dall’altoforno e la colata in siviera, mediante atmosfera e agenti disossidanti.

Per quanto riguarda il degasaggio, di solito è fatto in siviera in cui sono presenti particolari sistemi di aspirazione e di formazione di vuoto.

La desolforazione della ghisa, spesso, è fatta prima di arrivare al convertitore, in base a come è stato disegnato tutto l’impianto. Tutto questo prima all’antichità veniva fatto al convertitore, ma causava molti problemi.

Conversione = tecnica di eliminazione di forti quantità di uno o più elementi (dannosi o che non devono avere elevati tenori) per ottenere un prodotto complessivamente trasformato. Operazione caratterizzata dal fatto che non devo apportare calore, ma esso si autoalimenta.

Affinazione = tecnica con la quale si eliminano piccole impurezze o piccole quantità di elementi estranei (tolgo per ottenere tenori controllati e formare molte gamme di acciaio di proprietà meccaniche particolari).

Periodi della marcia del processo

In ogni operazione siderurgica si possono distinguere due diversi periodi della marcia del processo:

• Periodo ossidante: in cui di solito si effettua la conversione e in cui ad opera dell’ossigeno si va a convertire il bagno, perché O₂ lo ossida. Si eliminano così le impurezze e impurezze esogene (impurezze non metalliche) che sono arrivate da fuori il bagno, che, una volta ossidate, flottano sopra il bagno. Posso quindi eliminare tutti gli elementi indesiderati, tranne Fe; si eliminano gas perché il bagno è turbolento e quindi il gas intrappolato, espulso da refrattari, ossidi, presenza di umidità ecc… che in bagno non riusciva prima ad uscire. Ora produzione di fase gassosa durante la conversione, stimola formazione di bolle, agitazione e aumenta la facilità con cui espellere tali fasi. Questo periodo può essere fatto a convertitore o a EAF con modalità e tempi diversi.
• Periodo riducente: in cui non voglio più ossidare altrimenti avrei perdita di ferro, perché si ossiderebbe pure lui. Miro a ridurre gli ossidi precedentemente ossidati, per magari ripristinare nel bagno tenori di elementi pregiati, ad esempio il Mn, o anche FeO presente in scoria. Posso anche aggiungere elementi molto affini a O₂ per togliere l’ossigeno in eccesso rimasto dalla precedente fase di ossidazione e quindi liberare altri elementi prima ossidi nella scoria o come composti intermetallici nel bagno.

Per quanto riguarda gli elementi dannosi, cioè quegli elementi che possono essere ossidati, ci sono alcuni elementi che non possono essere ossidati attraverso il O₂ perché stando sopra la linea di Fe nel diagramma di Ellingham, se dovessi ossidare quegli elementi prima dovrei incorrere in totale ossidazione del Fe, come ad esempio Cu.

Periodo di colata

N e H per essere eliminati posso o degassare in cavità di degasaggio o aggiungere al bagno il Ti, che legandosi ad esso mi dà affinazione del bagno, portando via elementi molto dannosi per acciaio, ma questa operazione deve essere fatta; ho lo svantaggio che i composti di titanio sono composti fragili e laceranti e che si depositano a bordo grano.

Perché devo convertire?

Dato che nelle ghise di AFO sono contenuti tenori di C, Si, P, S, Mn… elevati, è bene togliere elementi che sono più dannosi.

P elemento che diminuisce la resilienza perché dà vita a composti duri ma fragili a bordo grano.

S crea fragilità a caldo, perché composti che si miscelano a bordo grano sono eutettici bassofondenti e formano lacerazioni dell’acciaio.

H aumenta le porosità dell’acciaio, aumenta le tensioni interne e quindi aumenta fragilità creando dei “fiocchi” all’interno del pezzo. Questo anche perché la solubilità dell’H nel metallo cambia repentinamente con diminuire di T.

N produce un precoce invecchiamento del metallo, diminuendo la sua deformabilità e aumentando porosità per stessa ragione di idrogeno.

In tutte le operazioni il bagno è sovrastato da scoria però, mentre nell’

Dato che nelle ghise di AFO sono contenuti tenori di C, Si, P, S, Mn… elevati, è bene basici e quindi potrebbero portare a usura molto veloce del refrattario. Inoltre, se avessi molto silicio per renderla basica dovrei aggiungere enormi quantità di calce per renderla più basica e quindi, ho volume più alto di scoria che succhia calore al bagno per restare liquida e quindi bagno diventa solido e dovrei aumentare il calore da apportare per mantenere la scoria e il bagno liquidi, quindi eccessiva spesa per questa operazione.

Se proprio non riesco a avere basso tenore di silicio e non riesco a desiliconizzare fuori dal bagno, allora posso usare la tecnica del doppio strip, in cui man mano che si forma la scoria vado a rastrellarla e rimuoverla in modo tale da continuare a farla riformare ma non accumulare acidità.

Carbonio, cioè la sua ossidazione, con è così termogena, non sufficiente per raggiungere la T per mantenere liquido il bagno.