Appunti Siderurgia: processo di conversione e decarburazione

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

togliere elementi che sono più dannosi. 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

P elemento che diminuisce la resilienza perché da vita a composti duri ma fragili a bagno per restare liquida e quindi bagno diventa solido e dovrei aumentare il

bordo grano. 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

S crea fragilità a caldo, perché composti che si miscelano a bordo grano sono e non riesco a desiliconizzare fuori dal bagno, allora posso usare la tecnica del

eutettici bassofondenti e formano lacerazioni dell’acciaio. 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

H aumenta le porosità dell’acciaio, aumenta le tensioni interne e quindi aumenta acidità.

fragilità creando dei “fiocchi” all’interno del pezzo. Questo anche perché la

solubilità dell’H nel metallo cambia repentinamente con diminuire di T. Carbonio, cioè la sua ossidazione, con è così termogena, non sufficiente per

raggiungere la T per mantenere liquido il bagno.

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’afo si

produce da interazione della ganga del metallo con ceneri di coke e da interazioni

con fondente caricato, nel convertitore e periodo di affinazione ho che è generata

dagli ossidi che flottano dal bagno e da aggiunte dei materiali per dare giusta

basicità a scoria, per proteggere i refrattari e per operazioni di affinazione.

Convertitore = reattore chimico, in cui si ha la conversione di un metallo in un

altro metallo, senza apporto di calore dall’esterno. La conversione viene svolta

senza bisogno di apporto di calore dall’esterno, devo sviluppare il calore per

mantenere il bagno liquido mentre si trasforma da ghisa ad acciaio, solo

sfruttando elementi termogeni, senza aggiungere apporto di energia sotto forma di

calore dall’esterno. Per far ciò devo avere un bagno che sia a T>1500°C perché

ho che mentre la ghisa è liquida a T= 1150°C, invece eutettico dell’acciaio si ha a

T molto maggiori (vedi diagramma ferro-carbonio).

Gli elementi che si possono ossidare facilmente sono quelli che nel diagramma di

Ellingham stanno sotto la linea di stabilità del ferro.

Gli elementi che sono invece sopra non posso ossidarli. Sia per desolforazione che per defosforazione la scoria deve essere basica, poi

Caso particolare è il fosforo: esso a T basse sta sotto il Fe quindi può essere per la defosforazione uso un periodo di trattamento ossidante, mentre per la

ossidato, ma a T alte passa sopra e quindi non può più essere ossidato con O .

2 desolforazione un trattamento fortemente riducente.

Da qui deriva la necessità di defosforare il bagno prima della conversione perché Ossidazione del manganese

esso è un elemento termogeno, che già di suo alza la temperatura. Se venisse Manganese è anch’esso un elemento fortemente termogeno, che tende a

fatto in presenza di ossidazione di altri elementi termogeni la T raggiungerebbe ossidarsi velocemente nei primi periodi di conversione, in cui il 45-75% del Mn

livelli troppo elevati e quindi non potrei più ossidare attraverso ossigeno. [prima caricato in altoforno va a finire nel bagno perché i suoi ossidi sono ossidi molto

defosforo poi decarburo poiché con defosforazione ho aumento di T e anche riducibili. Nella ghisa si ha che i suoi valori sono tra il 0,35-2,5%. Quando, invece,

decarburazione ma defosforazione possibile solo a T basse, altrimenti non riesco vado ad ossidare il bagno, riossido tutto Mn facilmente e che spesso però volevo

più.] lasciarli in bagno perchè si legano allo zolfo, formando dei solfuri aiutandomi nelle

Anche per questo, oggi si usa meno SiO in quanto esso è un elemento

2, operazioni di desolforazione e formando dei composti nel bagno che aiutano ad

fortemente termogeno e anche perché esso crea una scoria molto polimerizza aumentare truciolabilità dell’acciaio e non danno fastidio. Quindi dopo aver

tata che mi fa rischiare di incorrere in sloppatura; per questo oggi miro ad avere

più zolfo ma meno silicio. Inoltre non voglio molto silicio perché uso dei refrattari

ossidato Mn tendo a disossidarla almeno in parte controllando i tenori di Feo e Ossidazione del Silicio

SiO in scoria.

2 Si è l’elemento più termogeno quindi estremamente utile per riscaldare il bagno.

Come? Se guardo la reazione che può avvenire all’interfaccia metallo scoria tra Oggi su usa la marcia fredda in AFO con poco Si rimasto nel bagno perché a

FeO e Mn che è disciolto nel bagno ho una reazione che è la seguente: convertitore voglio avere scoria basica B=2-4 in quanto refrattario è basico.

[MnO] + C =[Mn] + CO la reazione avviene a T>1300°C cioè quando si

2 Altrimenti dovrei aggiungere alla scoria molta CaO per avere tale basicità

innesca la riduzione diretta. necessaria per desolforare e defosforare e non intaccare il refrattario. Intanto

Per questo molto Mn è nel bagno, appena sotto queste T con O è molto affine e si

2 voglio anche avere bassi volumi di scoria , perché essa assorbe calore dal bagno,

ossida e va in scoria. Mn si ossida subito ma io vorrei tenerla nel bagno perché mi quindi aggiunta CaO deve essere poca e con scoria basica già di partenza.

permette di disossidare scoria (FeO) e di creare (MnS) sequestrando S. Decarburazione

Decarburo per ottenere re a partire da ghisa, l’acciaio. La quantità di

decarburazione dipende dal tipo di acciaio che voglio ottenere, cioè dalla % di

carbonio interno che desidero, il che comporta differenti proprietà meccaniche e

quindi funzioni.

1) Principio alla base è insuflare O nel bagno. Principio alla base è riuscire a far

2

passare dell’ossigeno nel bagno, in modo tale da estrarre carbonio del bagno

stesso in maniera diretta C + O = 2CO

2

2) Principio che riducendo il FeO rimanente cioè svolgendo la seguente reazione:

FeO + C = Fe + CO

3) Principio di rimozione delle bolle dal bagno, cioè specie gassose possano

liberare le bolle di aria o CO che ho formato, prima accrescendole, il che

implica un periodo di disossidazione del bagno e questo fa inoltre si che la

velocità di flottazione sia molto maggiore e si liberino facilmente, sempre

secondo la v di flottazione di Navies-Stockes.

Velocità di flottazione, fattore di controllo per espulsione del gas e quindi della

schiumosità della scoria, è parametro che cambia in base a dove sto

decarburando. Quindi essa determina il trasporto delle specie chimiche che mi

interessano, all’interfaccia di una bolla, dove mi vengono adsorbite, facendo

accrescere la bolla e una volta raggiunta la dimensione sufficiente per essere

espulsa,fuoriesce dal bagno.

Devo avere equilibrio tra flusso di C e di O all’interfaccia della bolla di CO che si

2

sta formando. Il flusso dipende da un gradiente di concentrazione attraverso un

coefficiente Beta, che ha anche fare con turbolenza e idraulica del bagno.

Miro quindi a creare una differenza di concentrazione/potenziale tra il bagno e la

bolla, che è subito possibile nel nostro sistema perché ho che il bagno è saturo di

carbonio, mentre la bolla no; allora ho un flusso che mi crea un movimento di

carbonio da bagno a bolla.

Se ho equilibrio dei due flussi di C e di O , allora posso scrivere che:

2

Andamento del manganese è che più ossido bagno, meno Mn rimane nel bagno e

inoltre però cambiano le quantità di silice che rimane in bagno.

Se voglio recuperare Mn ossidato a riportarlo nel bagno, avrò però che si ossiderò

il silicio. Per noi quindi è fondamentale il fattore di trasporto che è legato a tutti gli aspetti

idraulici del bagno e che sono fondamentali per avere buona decarburazione.

Tuttavia questo fattore pesa in maniera diversa a seconda della concentrazione

del bagno:

- se concentrazione del bagno è alta >(0,1-0,6); il tasso di decarburazione

dipende solo dal flusso di O. Perché più ossido, più tolgo carbonio. Sono a

bassa T, le liMee del Fe e del C sono abbastanza lontane, il C si ossida più del

Fe e così ossidando tolgo il C dal bagno; però man mano che tolgo C aumenta

la T del bagno e diminuisce il tenore di C.

- se concentrazione del bagno è bassa <(0,1-0,6%); il tasso di decarburazione è

direttamente proporzionale a tenore di C e non più a tenore di Ossigeno perchè

ho elevato tenore di ossidare altri elementi e il Ferro stesso, più che il Carbonio.

Diventa fondamentale il trasporto nel bagno e ciò avviene bene quando nel

bagno creo un'emulsione che mi stimola la distruzione del bagno in tante

goccioline di FeO e agevolo trasporto dì C a interfaccia per ossidarlo e

decarburare bene ancora.

Nel momento in cui il carbonio scendo sotto una certa soglia, essendo già avanti con decarburazione, il

Dato che la concentrazione di carbonio per effetto del flusso deve diminuire, la tasso di decarburazione non è più direttamente proporzionale a tenore di ossigeno, perché aumenta il

supponiamo lineare del tempo, e non dipende solo da concentrazione iniziale, ma rischio di ossidare il ferro ecc e quindi diventa fondamentale il trasporto del carbonio all'interno delle bolle, e

dipende anche da volume e area del bagno per il coefficiente beta che indica la questo viene molto bene quando riesco a formare emulsione/agitazione del bagno e che mi comporta la

distruzione del bagno metallico in tante goccioline di FeO e C e così è agevolato il trasporto di carbonio

turbolenza del bagno e dimensioni reattore. all'interfaccia della bolla di CO che si genera per reazione di prima tra c e 0,e che era rimasta intrappolata

dal precedente periodo di decarburazione.

L’equazione che viene fuori da tutto ciò è un’equazione di secndo grado in J che

co

rimene incognita e che sperimentalmente è impossibile da testare. Meccanismo avviene che il getto di ossigeno impatta sulla superficie del bagno,

rompe il bagno stesso in gocce e lo ossida e ho Fe+C, FeO, O, circondato da C

liberi e bolle di CO. Sulla faccia delle bolle di C