Tipi e processi di raffinazione secondaria

Tipi e Processi di Raffinazione Secondaria

La raffinazione secondaria comprende processi critici eseguiti dopo la fabbricazione primaria dell'acciaio (in un BOF o EAF) per ottenere un controllo preciso sulla chimica, la temperatura e la pulizia. Gli obiettivi principali includono la desolforazione e la defosforazione profonde.

I. Defosforazione dell'acciaio fuso

Sebbene i convertitori moderni possano raggiungere livelli di fosforo di 40-100 ppm, ciò dipende fortemente dal contenuto iniziale di silicio e fosforo del metallo caldo. Una defosforazione efficace richiede la formazione di P₂O₅ e il suo fissaggio in una scoria basica. Le attuali pratiche avanzate si concentrano sulla minimizzazione del volume di scoria nella fase finale del convertitore.

   Pretrattamento del metallo caldo (Defosforazione): Una strategia popolare, soprattutto in Giappone, prevede la desiliconizzazione e la defosforazione del metallo caldo in un recipiente separato o in un'operazione iniziale del convertitore prima della carica principale del convertitore. Ciò consente al convertitore principale di operare con input di silicio ultra-bassi, consentendo un soffiaggio efficiente "a bassa scoria" o "senza scoria". Un compromesso chiave è un rapporto di carica di rottame inferiore.

   Processo del convertitore a due stadi (Duplex): Questo metodo utilizza due stadi del convertitore:

    1.  Il primo convertitore esegue la desiliconizzazione e la defosforazione.

    2.  La scoria del primo stadio viene completamente rimossa ("slag-off").

    3.  Il metallo semiraffinato viene quindi decarburato e rifinito nel secondo convertitore.

    Evitando la reversione del fosforo dalla scoria, questo processo può raggiungere livelli di fosforo a fine soffiatura fino a 30 ppm.

   Il ruolo della raffinazione secondaria: Il contenuto finale di fosforo è influenzato dalle pratiche di colata e dalle fasi successive. Qualsiasi trascinamento di scoria durante la colata può portare alla reversione del fosforo poiché il P₂O₅ nella scoria viene ridotto. Inoltre, le aggiunte di leghe contenenti fosforo (ad esempio, alcuni gradi di ferro-manganese) possono aumentare il fosforo. Tipicamente, il fosforo del prodotto finale è di circa 10 ppm superiore a quello del punto finale del convertitore.

   Raffinazione in siviera avanzata per fosforo ultra-basso: L'utilizzo di un Forno a siviera (LF) con pratiche di scoria specializzate consente di ottenere un fosforo finale ancora più basso. Un approccio strategico consiste nel colare il convertitore a una temperatura inferiore di ~50°C, il che favorisce la ritenzione del fosforo nella scoria. L'energia termica necessaria viene quindi fornita dal riscaldamento ad arco nel LF in condizioni controllate e riducenti per prevenire la reversione. La modellazione mostra che con scoria ottimizzata (ad esempio, ~18% FeO, 0,4% P₂O₅) e colata controllata, è possibile ottenere acciaio con ~20 ppm di fosforo.

II. Desolforazione

La desolforazione nella siderurgia integrata avviene in tre fasi: desolforazione del metallo caldo, desolforazione limitata nel convertitore e desolforazione in siviera durante la raffinazione secondaria.

   Desolforazione del metallo caldo: Ottenuta iniettando reagenti come carburo di calcio, magnesio o miscele calce-magnesio nella siviera di ferro. Questo può ridurre lo zolfo a livelli molto bassi (ad esempio, 20 ppm), a seconda del consumo di reagente.

   Desolforazione in siviera (Fase chiave): Per un'efficiente desolforazione profonda in siviera, tre condizioni sono fondamentali:

    1.  Forti condizioni riducenti: È necessario aggiungere alluminio sufficiente per deossidare completamente l'acciaio, creando un basso potenziale di ossigeno.

    2.  Chimica ottimale della scoria: La scoria della siviera deve essere satura di calce (saturata di CaO). Il "Grado di saturazione della calce" è un parametro chiave:

           =1: La scoria è satura di CaO (ottimale per un'elevata attività di CaO).

           <1: La scoria è insatura, liquida, ma con una minore attività di CaO, riducendo l'efficienza.

           >1: La scoria è sovrasatura, eterogenea e meno reattiva.

    3.  Agitazione intensiva: L'acciaio fuso deve essere agitato violentemente (tramite gorgogliamento di argon) per garantire un forte contatto scoria-metallo e condizioni cinetiche per la reazione.

In condizioni ottimali (scoria satura di CaO + agitazione intensa), i tassi di desolforazione possono raggiungere il 95%. L'efficienza diminuisce significativamente con un'agitazione più debole o una scoria non ottimale.

   Complessità durante l'agitazione: L'agitazione intensa in siviera innesca altre reazioni simultanee:

       Riduzione di SiO₂ nella scoria mediante [Al] disciolto, aumentando il contenuto di silicio dell'acciaio.

       Riossidazione dell'alluminio da parte dell'aria.

       Riduzione di MnO dalla scoria, aumentando leggermente il contenuto di manganese.

    L'aumento del contenuto di silicio è particolarmente dannoso per la produzione di acciai a basso contenuto di silicio (ad esempio, per nastri sottili) e può di per sé ostacolare la desolforazione.

   Strategia di desolforazione integrata: Ottenere zolfo ultra-basso (ad esempio, <20 ppm) richiede un approccio integrato:

       La desolforazione del metallo caldo dovrebbe raggiungere un'efficienza di ~75%, riducendo lo zolfo a <30 ppm.

       La desolforazione in siviera deve quindi operare ad alta efficienza (>90%). Se l'efficienza della desolforazione in siviera è bassa (ad esempio, 35%), la desolforazione del metallo caldo deve essere ancora più aggressiva per raggiungere un punto di partenza di ~30 ppm S per raggiungere un obiettivo finale di ~50 ppm.

       Per un obiettivo finale di ~100 ppm S, il pretrattamento del metallo caldo deve in genere ridurre lo zolfo a ~150 ppm.

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