Appunti di Siderurgia L, Altoforno e il Potenziale chimico di ossigeno nel gas d altoforno

(BOCCA)

fonde, non si espande più e questa è la zona in cui spendo più calore per l’umidità e l’acqua all’interno della carica per evitare la generazione esplosioni

tenere alta la temperatura, quindi riduco sezione per non disperdere il calore all’interno dell’AFO, dovuti al cracking dell’acqua per shock termico.

prodotto. ZONA II = zona di riduzione indiretta (2CO= CO + C) perché operata da

(TINO superiore) 2

CROGIUOLO = costituito suola da una parte superiore dove ho anelli/fori che monossido di carbonio CO a T basse. Questa zona è quella che si tende a favorire

introducono tubiere per aria e una inferiore in cui viene spillata ghisa e scoria perché è una reazione esotermica la riduzione indiretta perché mi permette di

con ugelli. risparmiare il consumo di coke. Per aumentare questo effetto viene introdotto

nell’altoforno il calcare perché esso con calcinazione assorbe parte della temperatura,

Sfruttando questa divisione per facilità è possibile dividere in zone le reazioni che mantenendola a T basse (quindi funzione di stabilizzazione T per mantenere la zona di

avvengono all’interno dell’AFO per certi intervalli di T. riduzione indiretta) e inoltre genera CO2 .

(gradiente T tra parete e centro.. quindi ho che faccio carica diversa in granulometria

tra pareti e interno per far si che alla parete ho fini perché se non avrei abbastanza ZONA III = miro a restringere questa zona perché ho T alta in cui

(TINO inferiore + VENTRE)

energia termica per poter ridurre e fondere il materiale) è stabile la CO e ho riduzione diretta che è operata da C fittiziamente ed è zona

carbonio dovrà essere bruciata generando un extra calore. Pertanto un equilibrio ottimale tra il calore ed i requisiti

svantaggiosa economicamente perché richiede un consumo elevatissimo di coke per di riduzione o, in altre parole, tra la riduzione diretta e indiretta dovrebbe essere mantenuto per garantire un minimo

mantenere alta la T anche perché essa anche è una reazione endotermica. consumo di coke.

Le linee Q rappresentano II consumo di carbone come fonte di calore e le linee R come agente riducente. Minore il

ZONA IV = in cui avviene la fusione del metallo e formazione della

(SACCA) tasso di riduzione diretta (r ), minore carbonio come fonte di calore è richiesto (Q) ma maggiore quantità di

d

scoria/loppa. Avviene la carburazione, il passaggio di elementi in scoria e elementi che carbonio è necessario come agente riducente. Il minor tasso di carbonio come agente di riduzione per una

passano invece nel bagno una volta ridotti (Mg, Si, S, P). Loppa formata da composti domanda di agente riducente R corrisponde al punto q ar ed =0. In questo caso, il minimo consumo di carbonio

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corrisponde a q perché q < q. Punto q corrisponde all”altoforno ideale" (Emmanue, Lurlis Gruner). Quando le

di allumina calce ecc… che formando composti alto fondenti non vengono ridotti. In 1 1 1

condizioni cambiano a causa di una migliore preparazione del minerale e diminuzione del volume delle scorie o a

questa zona non devo superare la T di 1300°C (questa max T a altezza delle tubiere causa dell'aumento della temperatura, la domanda di calore si sposta dalla linea Q a Q . Il minimo consumo di

1

perché CO che si forma subito per reazione di C con O subito appena esce aria poi carbonio in questo caso rimane q ma ora non c'è più differenza tra i requisiti termici e di riduzione. Con un'ulteriore

1

2 2 diminuzione della domanda di calore (Q ), "operazione altoforno ideale" per r = 0 (q ) non è termodinamicamente

viene immediatamente a reagire con C carbon coke a formare CO perché ho che a T 2 d 3

possibile perché il gas riducente generato non copre a pieno la domanda per la riduzione indiretta (q ). L'area

1

alte la CO non è stabile. Esseno un po’ endotermica la reazione di CO + C = CO sopra la linea Q2aq1 permette la riduzione. In questo caso il consumo di carbonio minimo (Cmin) sarà raggiunto

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allora essa tiene sotto controllo la temperatura). per una certa estensione di riduzione diretta (punto a). Quando le condizioni in afo cambiano a causa di

un'iniezione di agente riducente ausiliario (sostanze contenenti H). la domanda di agente riducente si sposta da R

ZONA V = ho che la T raggiunge 1500-1600°C e il calore qui di irraggia

(CROGIUOLO) a R . Ora la zona reale di riduzione è sopra la linea Q2bq2 ed il tasso minimo di carbonio sarà raggiunto per una

1

diminuzione del tasso ottimali di diretta riduzione (da "a" a "b").

sotto e ho che sia bagno che schiuma si sono allo stato liquido e sfruttando il fatto che

la scoria è più leggera si dividono strati e pronto per spillaggio.

Nella reazione diretta ho che consumo coke eccessivo per questo non è

economicamente vantaggioso, perché per attivare questo tipo di reazione io devo

mantenere il sistema a T elevate, perché devo mantenere stabile la CO, se no se T si

abbassa ho che diventa stabile la reazione indiretta cioè il CO . Devo quindi mirare a

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mantenere il sistema surriscaldato. Anche perché se vado a fare il bilancio delle tre

reazioni, ottengo una reazione endotermica, quindi richiede fornire più coke per

mantenere T alta e restituire calore assorbito.

Il CO, prodotto da reazione diretta, che non reagisce viene scaricato nella bocca viene

disperso in ambiente. Anche per questo voglio ridurre reazione diretta.

Reazione indiretta se vado a vedere il bilancio delle varie reazioni che avvengono ho

che è reazione esotermica e quindi riduzione mi richiede meno spreco da coke.

Introduco qui il calcare per assorbire calore, evitare che T diventi troppo alta dando Questo schema mi rappresenta linee di consumo di carbone per produrre le reazioni

vita a stabilità di CO e quindi di reazione diretta svantaggiosa, e quindi estendendo necessarie per far raggiungere le T tali per far avvenire la reazione. Idealmente se io

zona indiretta. Però devo ricordare che nella reazione indiretta ho lo svantaggio di riuscissi a fare un altoforno solo in riduzione indiretta il minimo consumo di calore

essere più vicino alla linea di equilibrio e quindi serve comunque lavorare con un sarebbe rappresentato dal punto q, in cui ho tasso di riduzione diretta pari a 0, per cui

eccesso di CO e quindi devo bruciare un po’ più di carbon coke rispetto al necessario. ho bisogno di avere T più basse per far avvenire reazione e cioè devo solo fornire CO

Ho bisogno di sbilanciare l’atmosfera con CO in più del necessario se no rischio di necessario per reazione e no apportare calore per fare reazione.

raggiungere equilibrio e sistema si ferma (tanto riduco, tanto riossido anzi rischio di Le linee indicate con r sono le linee di consumo del coke come agente riducente, cioè

non riuscire più a produrre agente riducente e quindi di riossidare tutto perché CO non posso scorporare effetto di produrre calore e produrre agente riducente. Di

agirebbe da agente ossidante). Svantaggio è che calore generato da extra conseguenza in AFO ideale ho che il punto q, in cui ho minimo consumo di coke come

combustione per avere eccesso di CO, è parte di energia che sto buttando, che non agente riducente nel caso sempre tasso di riduzione diretta è 0.

uso per fare reazione di combustione. Se volessi ancora scendere con il consumo di carbone potrei arrivare il punto in cui

• Riduzione diretta è vantaggiosa per la riduzione ma dispendiosa in termini energetici consumo minimo di coke è punto b, che però è punto al di sotto in cui non posso più

far avvenire la reazione, cioè è assurdo termodinamico, non avviene. Quindi capisco

- serve extra CO per innalzare la temperatura (consumo di coke) che la zona di funzionamento sta sopra la spezzata q -a-Q , dove ho che a seconda

i 2

- CO non reagisce e viene scaricato alla bocca del tasso di riduzione diretta, cioè di quanto sto allargando o diminuendo zona di

• Riduzione indiretta termodinamicamente vantaggiosa riduzione diretta, devo muovermi con un certo consumo di carbone che quello nel

punto a (minimo consumo di coke che posso avere nell'AFO in cui devo avere una

- serve extra CO per spostare l’equilibrio (consumo di coke) minima percentuale di riduzione diretta).

- calore generato non necessario Nei convertitori moderni al posto di carbon coke, metto anche combustibili immessi da

Il coke è la fonte di calore e di gas riducente. Per coprire la domanda di calore per la riduzione diretta, una quantità tubiere insieme a aria, soprattutto quelli che hanno all'interno H che è agente

extra di carbonio dovrà essere bruciata agli ugelli che produrranno una quantità extra di CO che passerà

inutilizzata nel top gas. D'altra parte, per produrre il gas riducente per la riduzione indiretta, una quantità extra di riducente più forte di C, e si cerca di agevolare riduzione sfruttando una combinazione

di miscela coke-combustibile. In questo caso allora ho che posso diminuire utilizzo di

coke e mi sposto da punto a al punto b, e riduzione il tasso di riduzione diretta

ottimale.

Zona 1= Gas di scarico escono a T 150-200°C (controllarli è molto utile perché mi

permettono di capire se ho diffuso bene il calore alla carica e quindi se ho buon

funzionamento). Dipende la T da come faccio avvenire la fusione e dal tipo e modo dì

intervallare gli starti.

Zona II = si ha dissociazione del monossido di carbonio che sale da parte bassa del

forno e sì C piroforico che si deposita sulla carica e fa si che ottimizza la carburazione

della carica stessa. Perché qui in CO non è stabile si scinde e ho carbonio purvirulento

che si attacca al materiale,

innalzando la sua reattività e fondibilità e penetrazione di combustibile. Anche con

poche tracce di CO ho che l'unica che può ridursi è Fe O perché ho che si riduce

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perché sposta tutto equilibrio a destra, è subito favorita e sì riduce completamente, per

questo appena la immetto dentro riesco a ridurla tutta a Fe O Le altra reazioni dato Manganese, calce e carbonio fa si che manganese ritorni nel bagno, ma riporta in

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che il mio punto di equilibrio è più vicino, risentono di eccesso di CO per ritardare bagno un po’ di ossigeno. Questa è un'affinazione e desolforazione primaria del

l'ossidazione del minerale ridotto ad opera della CO . Se non facessi funzionare il tutto bagno, che avviene in modo più o meno spinto in base alla basicità della scoria.

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In eccesso di CO, avrei che CO mi riossiderebbe tutto. - Se voglio avere desolforazione spinta, devo avere una scoria più basica ma esco

2 con un bagno con tenore di silicio molto alto quindi ho che ghisa ho Si alto che non

Zona III = avvengono anche riduzione dei primi ossi