La produzione dell'acciaio non richiede "sempre" l'impiego di prodotti che aumentano il carbonio, ma nella maggior parte dei casi il loro utilizzo è il modo più economico, preciso ed efficace per raggiungere i requisiti di contenuto di carbonio target per la qualità dell'acciaio.
1. L'essenza della produzione dell'acciaio: un processo di decarburazione. La principale materia prima per la produzione dell'acciaio è il ferro fuso (proveniente dall'altoforno), che ha un contenuto di carbonio molto elevato, tipicamente compreso tra il 3,5% e il 4,5%.
Contiene anche impurità come fosforo, zolfo, silicio e manganese. Questo ferro fuso ad alto-carbonio è molto fragile e duro, quasi privo di tenacità, il che lo rende inadatto alla forgiatura, alla laminazione o ad altre lavorazioni della plastica, limitandone così le applicazioni.
Il compito principale della produzione dell'acciaio è ossidare violentemente e rimuovere questi elementi in eccesso, in particolare il carbonio, dal ferro fuso mediante insufflazione di ossigeno.
In definitiva, controlliamo il contenuto di carbonio al di sotto del 2,0% e per la maggior parte degli acciai il contenuto di carbonio è addirittura compreso tra lo 0,03% e l'1,0%.
Pertanto, da una prospettiva macroscopica, la produzione dell’acciaio è un processo di “decarburazione”.
2. Se è necessaria la decarburazione, perché aggiungere contemporaneamente carbonio?
Sembra contraddittorio, ma è proprio il nocciolo del problema.
I motivi principali sono i seguenti:
Motivo 1: la necessità di un'eccessiva decarburazione e di un controllo preciso
Nella produzione dell'acciaio con ossigeno-, la reazione di ossidazione del carbonio è estremamente vigorosa e rapida.
Ridurre il carbonio dal 4% allo 0,1% è facile, ma fermarsi esattamente allo 0,1% è molto difficile.
L'effetto "inarrestabile": in pratica, per garantire una rimozione sufficiente di elementi nocivi come fosforo e zolfo, il processo di insufflazione di ossigeno spesso continua finché il contenuto di carbonio non è inferiore al valore target.
Ciò porta ad un'eccessiva decarburazione.
Controllo del punto finale: quando il carbonio nell'acciaio fuso è già molto basso, la determinazione del contenuto finale di carbonio attraverso processi come test e misurazione della temperatura può portare a un risultato già inferiore al valore target.
Pertanto, la strategia comune nella moderna produzione dell'acciaio è: "Decarburare prima un po' di più, quindi aggiungerlo nuovamente".
Cioè, prima decarburare il carbonio a un livello leggermente inferiore al valore target (questo garantisce che anche le altre impurità siano sufficientemente rimosse) e poi, durante il processo di spillatura o raffinazione, regolare con precisione il contenuto di carbonio all'intervallo target aggiungendo un aumento di carbonio.
Motivo due: utilizzo di rottami di acciaio come materia prima
La moderna produzione dell'acciaio con forni ad arco elettrico utilizza principalmente rottami di acciaio come materia prima.
Durante il processo di fusione, i rottami di acciaio assorbono ossigeno dall'aria, provocando l'ossidazione e la perdita del carbonio nell'acciaio fuso. Allo stesso tempo, i rottami di acciaio stessi potrebbero avere un contenuto di carbonio insufficiente. Pertanto, dopo la fusione dei rottami di acciaio, è necessario aggiungere un agente di aumento del carbonio per integrare e regolare il contenuto di carbonio.
Motivo tre: la necessità di un'elevata-produzione di acciaio al carbonio
Per alcuni tipi di acciaio ad alto-carbonio, come l'acciaio per molle (contenuto di carbonio di circa 0,6%-0,75%), l'acciaio per utensili e l'acciaio per cuscinetti (contenuto di carbonio di circa 1,0%), anche se tutto il carbonio nel ferro fuso viene trattenuto, il contenuto di carbonio richiesto potrebbe non essere soddisfatto.
In questo caso è necessario aggiungere una grande quantità di agente di aumento del carbonio.
3. Cos'è un Carbon Raiser?
Perché?
Carbon raisers are not ordinary coal or coke, but rather specially treated carbonaceous materials with extremely high carbon content (usually >95%) e livelli estremamente bassi di impurità come zolfo, fosforo e azoto.
I tipi comuni includono: Coke di petrolio calcinato Carbon Raiser: il tipo più comunemente usato, con buone prestazioni e un prezzo moderato.
Agente ricarburante grafitato: il più alto tasso di assorbimento, meno impurità, ma anche il più costoso.
Tipicamente utilizzato negli acciai speciali di fascia alta-.
Agente ricarburante a base di carbone-: basso costo, ma impurità più elevate. Generalmente utilizzato per parti in ghisa con requisiti meno rigorosi; raramente utilizzato nella produzione dell'acciaio.
Vantaggi dell'utilizzo di agenti ricarburanti:
* Preciso e controllabile: può essere aggiunto in pesi calcolati, come l'aggiunta di sale, per mettere a punto-la composizione finale dell'acciaio fuso.
* Elevata purezza: gli agenti ricarburanti di alta-qualità non introducono nuove impurità nocive, evitando la "contaminazione" dell'acciaio fuso.
* Elevato tasso di assorbimento: in condizioni di processo adeguate (come l'uso dell'agitazione per impatto dell'acciaio fuso durante la maschiatura), il tasso di assorbimento del carbonio può raggiungere l'85% -95%.
* Conveniente-efficace: rispetto al "trattenere" il carbonio controllando l'insufflazione di ossigeno, l'utilizzo di agenti ricarburanti per "regolare" il contenuto di carbonio è più semplice, più affidabile e ha un costo complessivo inferiore.
Riepilogo
In sintesi: la produzione dell’acciaio è un processo relativamente ampio focalizzato principalmente sulla decarburazione, mentre l’industria moderna richiede requisiti estremamente precisi per la composizione dell’acciaio.
I ricarburatori al carbonio, in quanto metodo di "messa a punto-", risolvono perfettamente la contraddizione tra "decarburazione estesa" e "controllo preciso". Consentono la produzione di acciaio su larga-scala, efficiente e a basso-costo con composizione precisa e prestazioni stabili.
Si può affermare che senza i ricarburatori di carbonio, un materiale così semplice ed efficiente, l’efficienza e la qualità dei prodotti della moderna industria siderurgica sarebbero notevolmente compromesse.
