Analisi delle condizioni dinamiche nel forno ad arco elettrico della siderurgia

Analisi delle Condizioni Dinamiche nella Produzione di Acciaio in Forno ad Arco Elettrico

Condizioni cinetiche insufficienti per le reazioni metallurgiche all'interno del bagno fuso sono state a lungo una sfida tecnica chiave nella produzione di acciaio in forno ad arco elettrico (EAF).

L'intensità di agitazione limitata del bagno EAF è fondamentalmente legata alle caratteristiche intrinseche del progetto del forno. I tradizionali EAF utilizzano rottami di acciaio come materia prima principale e si basano prevalentemente sull'energia elettrica, integrata dall'energia chimica, per produrre acciaio fuso qualificato. Di conseguenza, il progetto EAF presenta tipicamente un diametro relativamente grande e un bagno poco profondo. Ad esempio, il rapporto altezza-diametro di un EAF da 100 tonnellate è solo circa il 53% di quello di un convertitore di capacità equivalente.

Generalmente, un rapporto altezza-diametro maggiore consente una maggiore intensità di alimentazione di ossigeno. Inoltre, vincoli pratici nel funzionamento dell'EAF, come la necessità di gestire la fusione dei rottami e il flusso di scoria attraverso la porta del forno, limitano ulteriormente l'intensità di agitazione raggiungibile. Di conseguenza, la forza di agitazione del bagno in un EAF è tipicamente solo il 10% - 20% di quella raggiungibile in un convertitore.

L'intensità di agitazione può essere quantificata dalla velocità del flusso di acciaio fuso. Le simulazioni numeriche del flusso di acciaio fuso in un EAF da 100 tonnellate rivelano una velocità media del flusso di circa 0,06 m/s. Al contrario, la velocità media del flusso in un convertitore da 100 tonnellate è di circa 0,31 m/s. Questa significativa differenza sottolinea le condizioni di agitazione notevolmente più deboli all'interno del bagno EAF.

Questa disparità nella dinamica si manifesta chiaramente nella produzione effettiva. I divari di consumo di fusione e di costo di produzione tra la produzione di acciaio EAF e quella di convertitore sono pronunciati. I parametri chiave del punto finale, come il prodotto carbonio-ossigeno ([C]·[O]), il contenuto di ossigeno disciolto e il contenuto di FeO della scoria, sono importanti indicatori dell'intensità di agitazione del bagno e hanno un impatto sostanziale sulla qualità del prodotto finale.

I dati di diversi impianti siderurgici avanzati che confrontano le condizioni del punto finale per le colate EAF e convertitore mostrano che la produzione di acciaio EAF si traduce tipicamente in un prodotto carbonio-ossigeno medio più elevato (circa 0,0032) e in un contenuto di FeO della scoria finale significativamente più elevato (superiore al 22,00%) rispetto alla produzione di acciaio in convertitore.

In sintesi, la bassa intensità di agitazione del bagno del forno ad arco elettrico, vincolata dalla geometria del forno e dalle caratteristiche del processo, presenta una limitazione fondamentale che ostacola l'ulteriore progresso tecnologico nell'efficienza e nel controllo della qualità della produzione di acciaio EAF.

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