Metodi di affinazione della ghisa

ITIS “G. Galilei” – AREZZO – TECNOLOGIE MECCANICHE DI PROCESSO E DI PRODOTTO – CLASSE 3° MECCANICI
PROCEDIMENTI DI AFFINAZIONE DELLA GHISA GREGGIA IN ACCIAIO
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Procedimenti di elaborazione affinazione della ghisa greggia in acciaio:
tradizionali: si hanno fusione ed affinazione nella stessa unità operativa (forno o convertitore):
1) in forno con carica solida e calore dall’esterno (Martin-Siemens, forno elettrico ad arco o ad induzione)
2) in convertitore con carica liquida e calore proveniente da reazioni chimiche (Bessmer, Thomas, LD, Kaldo, Rotor)
speciali: si hanno fusione ed affinazione in due unità operative distinte:
1) si usa acciaio preaffinato con un metodo tradizionale
2) rifusione dell’acciaio già solidificato
Procedimento LD (fig. 3.14, fig. 3.16, fig. 3.17 pag. 70-71)
• Convertitore = contenitore di grosse dimensioni (simile Bessemer) con fondo chiuso e rivestimento basico (dolomite e catrame)
• L’agente ossidante è ossigeno tecnicamente puro che viene soffiato dall’alto con una lancia raffreddata ad acqua
• Il calore necessario al processo si ottiene dalle reazioni chimiche esotermiche; si ottengono temperature di circa 2000 °C
• Si controlla il processo dal colore e dall’altezza della fiamma
• Si possono ottenere acciai di qualunque qualità (in particolare con minimo contenuto di azoto)
• Carica: ghisa liquida (70 ÷ 90 %) + rottami di ghisa e/o acciaio (≈ 20 % per raffreddamento) + minerali di ferro + fluorina (CaF2 per
fluidificare la scoria)
• Metodo veloce ed economico, adattabile alle materie prime disponibili e che non richiede combustibili
Procedimento Bessemer
• Convertitore = contenitore di grosse dimensioni (involucro in acciaio, interno in muratura refrattaria acida)
• L’agente ossidante è l’ossigeno dell’aria che viene soffiata in pressione dal basso
• Si affina ghisa liquida siliciosa (↑Si, ↓P)
• Il calore necessario al processo si ottiene dalle reazioni chimiche esotermiche; si ottengono temperature fino a 1800-2000 °C
• Si smette di soffiare aria quando finisce il silicio (controllo del colore della fiamma)
• Si ottengono acciai di bassa qualità perché non si controlla % C
Procedimento Thomas
• Convertitore = contenitore di grosse dimensioni come Bessemer ma con rivestimento refrattario basico (dolomite calcinata e catrame)
• Si affina ghisa liquida fosforosa (↑P, ↓Si) defosforazione con calce viva CaO
• Si introducono CaO per defosforazione e desolforazione, rottami o minerali di Fe per raffreddare
• L’agente ossidante è l’ossigeno dell’aria che viene soffiata in pressione dal basso, si ossidano Si, Mn e C
• Il calore necessario al processo si ottiene dalle reazioni chimiche esotermiche
• Il controllo si fa sul colore della fiamma
Procedimento al forno elettrico (Fig. 3.18 pag. 71)
Forno ad arco elettrico tre tipi di forno:
- ad arco diretto arco elettrico fra elettrodi e bagno di ghisa riscaldamento per irraggiamento ed effetto Joule
- ad arco indiretto arco elettrico fra due elettrodi fuori dal bagno di ghisa riscaldamento per irraggiamento
- a suola conduttrice arco elettrico fra elettrodo e suola conduttrice riscaldamento per irraggiamento ed effetto Joule
• Rivestimento basico e carica solida (rottami di acciaio + ghisa solida)
Forno ad induzione elettromagnetica due tipi di forno:
- a bassa frequenza
leghe fuse
- ad alta frequenza
carica solida
• Riscaldamento della ghisa per effetto Joule dovuto alle correnti indotte nel metallo dal campo magnetico variabile ottenuto con
un solenoide percorso da corrente alternata
• Rivestimento acido
• Produzione di acciai di qualità (seconda affinazione di acciai Thomas o Bessemer) per:
- controllo periodico della composizione chimica
- facilità di aggiungere elementi di alligazione
- possibilità di avere temperatura costante per molto tempo
Procedimento Martin-Siemens
• Forno a riverbero con una camera (laboratorio) ove una fiamma libera lambisce la ghisa greggia; ad intervalli regolari si inverte il lato
di funzionamento del bruciatore
• Il riscaldamento avviene bruciando combustibile: - gas di gassogeno
- gas d’altoforno
- metano o nafta
• Affinazione per ossidazione dovuta alla combustione in eccesso di aria
• Azione ossidante lenta buon controllo della qualità dell’acciaio per controllo combustione e composizione del bagno di metallo
liquido
• Carica: - metodo Martin: ghisa solida (30 %) + rottami di acciaio (70 %)
- metodo Siemens: ghisa liquida (45 %) + minerale di ferro depolverizzato (55 %)
• Si affinano: - ghisa siliciosa
suola silicea acida
- ghisa con fosforo e zolfo
suola basica con magnesio