November 23, 2025
Forno ad arco elettrico: Caratteristiche dei materiali refrattari per i componenti chiave
1. Refrattari per il tetto
Il tetto del forno ad arco elettrico è tipicamente costruito utilizzando mattoni ad alto contenuto di allumina (Al₂O₃ contenuto 75-85%). Rispetto ai mattoni di silice, i mattoni ad alto contenuto di allumina offrono una maggiore refrattarietà, una migliore resistenza agli shock termici e una maggiore resistenza alla compressione. Grazie alle abbondanti risorse nazionali di bauxite, i mattoni ad alto contenuto di allumina sono diventati il materiale dominante per il tetto, offrendo una durata di servizio circa 2-3 volte superiore rispetto ai tetti in mattoni di silice.
Con l'ascesa di forni di grandi dimensioni e ad altissima potenza, la durata dei mattoni ad alto contenuto di allumina è diminuita, portando a una maggiore adozione di refrattari basici come mattoni di magnesite cotti o non cotti e mattoni di magnesio-cromo. Vengono utilizzate anche forme refrattarie commerciali prefabbricate, che offrono vantaggi rispetto alla muratura tradizionale, tra cui una più facile installazione, una migliore integrità strutturale, una migliore resistenza alle radiazioni dell'arco e prestazioni termiche cicliche migliorate.
2. Refrattari per le pareti del forno
La parete del forno è divisa in aree generali, la zona della linea di scoria e i “punti caldi” vicino all'arco. Le pareti generali sono comunemente costruite con mattoni di magnesite, dolomite o periclasi; alcuni progetti utilizzano mattoni alcalini non bruciati o miscele di ramming di magnesite-dolomite legate con asfalto. Per forni ad altissima potenza o per acciai speciali, sono preferiti mattoni di magnesio-cromo o di magnesite ad alta purezza.
La linea di scoria e le zone dei punti caldi sono le sezioni più vulnerabili. I primi progetti utilizzavano mattoni di magnesio-cromo, raggiungendo 100-250 colate. Oggi, i mattoni di magnesio-carbonio sono ampiamente applicati grazie alla loro eccellente stabilità alle alte temperature e alla resistenza alle scorie, estendendo la durata di servizio a oltre 300 colate.
Per bilanciare l'usura e prolungare la durata del rivestimento, vengono spesso installati pannelli o camicie raffreddate ad acqua. Un rivestimento refrattario spruzzato sulla superficie interna aiuta a formare uno strato protettivo di scoria, riducendo il consumo specifico di refrattario, sebbene a costo di un maggiore consumo di energia.
3. Refrattari per il fondo del forno
Il fondo e le sponde del forno formano il crogiolo, che contiene la carica e il metallo fuso. Il rivestimento del fondo deve resistere all'attacco chimico da parte della scoria e dell'ossido di ferro, impedire l'allentamento o il “galleggiamento” durante i periodi di riduzione e resistere alla penetrazione dell'acciaio.
Pertanto, il rivestimento in muratura o monolitico in quest'area dovrebbe presentare proprietà uniformi, una costruzione accurata, resistenza alle alte temperature, resistenza alla corrosione/erosione, stabilità agli shock termici e stabilità volumetrica. Magnesite di alta qualità o magnesite fusa viene utilizzata per i rivestimenti ramificati, con particolare attenzione allo spessore dello strato, alla densità e all'integrità dei giunti.
Il rivestimento di lavoro è tipicamente in mattoni di magnesite legati con catrame, mentre il rivestimento permanente sottostante è spesso costituito da mattoni di magnesite. L'area della linea di scoria sulle sponde superiori, soggetta a grave erosione da scoria, impiega mattoni simili a quelli utilizzati nei punti caldi delle pareti, come magnesio-cromo o, preferibilmente, mattoni di magnesio-carbonio.
4. Refrattari per il foro di colata
I moderni sistemi di colata dal fondo eccentrici (EBT) sostituiscono il beccuccio di colata con un foro di colata fisso in una posizione inferiore sfalsata. Questo design elimina i meccanismi di inclinazione, espande la copertura dei pannelli raffreddati ad acqua, riduce l'usura del rivestimento, consente temperature di colata inferiori, riduce i tempi di colata e riduce i costi operativi.
I refrattari EBT includono:
- Mattoni per il foro di colata: mattoni di magnesite cotti impregnati di pece
- Mattoni per tubi: mattoni di magnesio-carbonio legati con resina con ~15% di carbonio
- Blocchi terminali: mattoni di magnesio-carbonio legati con resina con 10-15% di carbonio, o mattoni Al₂O₃-C-SiC
Per una colata fluida, la sabbia grossa a base di olivina viene spesso utilizzata come agente di drenaggio.
Selezionando e applicando i refrattari appropriati per ogni zona, gli operatori del forno possono ottimizzare la durata del rivestimento, i cicli di manutenzione e l'efficienza complessiva del processo.
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