Convertitore Bessemer: differenze tra le versioni
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[[File:Bessemer converter.jpg|thumb|Sezione di un convertitore Bessemer tratta da "Discoveries & Inventions of the Nineteenth Century" di R. Routledge, 1900.]]
Il '''convertitore Bessemer''' è un particolare forno a forma di pera utilizzato nella produzione industriale dell'[[acciaio]], inventato nel [[1856]] da [[Henry Bessemer]]. È stato il primo forno a permettere la produzione dell'[[acciaio]] in un'unica fase di lavorazione. È anche conosciuto come '''forno di Bessemer''' o '''processo Bessemer'''.
All'uscita dall'altoforno la ghisa presenta un tasso di carbonio ancora elevato, superiore normalmente al 4%, quindi, allo stato liquido, viene inviata e trattata in apposite strutture (convertitori), e qui è decarburata; il carbonio si combina con l'ossigeno formando anidride carbonica.
Durante tutto il processo d'affinazione della ghisa in acciaio, si toccano temperature prossime ai 1750 °C e non è necessario fornire ingenti quantità di calore, in quanto le reazioni di ossidazione di carbonio, manganese, ferro e soprattutto silicio, con formazione dei relativi ossidi, sono esotermiche e consentono al processo di autoalimentarsi. Per la fabbricazione dell'acciaio sono state usate diverse tecniche per l'affinazione della ghisa:
La tecnica del puddellaggio: era quella adottata prima del 1860, quando si diffuse l'uso del forno Martin-Siemens. La ghisa veniva versata in un crogiolo riscaldato dal carbone posto sotto di esso in una camera di combustione separata. La fiamma e i fumi caldi prima di essere dispersi in atmosfera surriscaldavano la superficie del crogiolo; il bagno metallico ivi contenuto veniva così riscaldato e si poteva procedere all'affinazione della ghisa. Purtroppo però la temperatura raggiunta non era mai sufficiente affinché la massa metallica rimanesse fluida e fusa. Per questo gli operai dovevano continuamente rimestare e agitare il bagno affinché non si raffreddasse e non si solidificasse (il nome di questa tecnica deriva dal verbo inglese to puddle, ossia rimestare, mescolare una massa).
Il processo al forno Martin-Siemens: l'affinazione avviene in due tempi distinti. Il primo consiste nell'ossidazione del bagno di metallo fuso all'interno del forno, il secondo consiste nella desolforazione del bagno e la liberazione degli ossidi di ferro. Quest'ultima operazione avviene all'interno di una siviera dove è colato il metallo fuso. Dopo la colata e la creazione della scoria (scorificazione), il metallo è lasciato riposare in modo che si liberino i rimanenti gas in esso contenuti, dopodiché si procede al colaggio nelle lingottiere.
I processi al convertitore: contemporaneamente al processo al forno Martin-Siemens venne sviluppato quello al convertitore. Esso nacque nel 1856 dall'idea di Henry Bessemer di far attraversare la ghisa liquida da un getto d'aria compressa insufflata da fori posti sul fondo del crogiolo. L'inventore inglese notò l'estrema facilità con cui il carbonio, il silicio e il manganese si combinavano con l'ossigeno. Dato che queste sostanze erano presenti nella ghisa fusa, volle applicare la sua intuizione alla siderurgia per affinare la ghisa dalle sostanze dannose per la lega metallica risultante. Inoltre, l'ingegnere inglese volle trovare il modo di produrre molto calore così che la temperatura del bagno si mantenesse costante. Il convertitore da lui inventato fu fornito di un rivestimento refrattario acido, per questo il processo era acido e poteva convertire solo ghisa ad alto tenore di silicio, quindi inadatto alle ghise ad alto tenore di fosforo. Dato questo limite strutturale nel 1879 fu ideato da Thomas e Gilcrist un convertitore con rivestimento basico.
Più recentemente si è diffuso l'uso di un convertitore dove viene soffiato solo ossigeno, tramite una lancia raffreddata ad acqua, al disopra del bagno: il cosiddetto convertitore a ossigeno.
Il più diffuso è il convertitore LD. I vantaggi economici e la buona qualità dell'acciaio prodotto con il convertitore LD hanno, in pochi anni, reso obsoleto il processo Bessemer, e in parte, anche i processi Thomas e Martin-Siemens. Il convertitore è un grosso recipiente a forna di doppio tronco di cono, simile ai convertitori Bessemer e Thomas, ma con il fondo chiuso. La carica metallica, che è costituita in gran parte da ghisa madre, fino al 90%, il resto è costituito da rottame, calce, fluorina e minerale di ferro, viene affinata con un getto d'ossigeno puro al 99,5 %; più recenti modifiche son state apportate introducendo anche l'insufflaggio di argon, gas inerte, dal fondo per omogeneizzare il bagno e velocizzare la decarburazione. L'ossigeno viene immesso in quantità fino a 1500 Nmc/min e in pressione di circa 10/15 bar, il che dà luogo a un'affinazione molto rapida. Il forte e rapido aumento della temperatura della carica metallica, rende necessaria l'aggiunta di minerale di ferro o rottami d'acciaio, sino a una percentuale del 30%, affinché la temperatura stessa non raggiunga valori eccessivamente elevati e, pertanto, pericolosi. Il rivestimento interno è costituito da uno strato di mattoni di dolomite cotta impastata con il 6% di catrame sopra uno strato di magnesite. Le lance dei primi convertitori avevano un unico ugello centrale, ma successivamente si sono adottate lance a fori multipli. L'acciaio che viene prodotto è molto buono, perché è privo del dannoso azoto che provoca fragilità, la percentuale di fosforo è molto bassa ed anche quella dell'ossigeno è nettamente inferiore quella degli acciai ottenuti secondo altri processi. Per questo motivo il processo si è andato rapidamente diffondendo in tutto il mondo. Negli anni '90 più dell'80 % della produzione mondiale di acciaio è avvenuta con il processo LD.
Il processo O.B.M.è un metodo di produzione dell'acciaio che, partendo dalla ghisa madre, accomuna i processi Thomas e LD. Questo processo utilizza un convertitore nel quale dal fondo, attraverso un certo numero di ugelli, da 10 a 18, viene soffiato ossigeno e un gas combustibile tipo metano oppure propano. Più precisamente, nella parte centrale di ogni tubo fuoriesce ossigeno puro e nell'anello periferico, che costituisce una specie di guaina del getto centrale, fluisce il gas combustibile. L'immissione di ossigeno ha naturalmente lo stesso scopo nel convertitore LD; mentre l'aggiunta di gas combustibile è effettuate perché questo gas piroscindendosi, raffredda la zona di contatto ossigeno-ghisa evitando la rapida corrosione del fondo del convertitore, che in tal modo può effettuare 350/400 colate.
Produzione di acciaio al forno elettrico (Processo EAF) per fusione di rottami ferrosi La nascita dei primi forni elettrici risale all'inizio del 1900. Il sistema è costituito da una trasformatore, dal forno, dalle ceste di carico del rottame e dall'impianto di aspirazione fumi. Il processo consiste nella fusione dei rottami ferrosi preparati in apposita pezzatura, grazie al calore sprigionato da un arco voltaico generato tra tre elettrodi di grafite ed il rottame sottostante[8]. Il rottame può essere preriscaldato dai fumi caldi emessi dal forno, e per agevolarne la fusione si possono utilizzare bruciatori a gas metano e lance ad ossigeno. Il forno in funzione della sua capacità avrà un diametro di 4-8 metri, il suo fondo è ricoperto di refrattari. Le pareti del tino e la volta sono costituiti da pannelli di rame raffreddati esternamente da acqua. La volta è rotante per permettere la carica del rottame contenuto in ceste. Contemporaneamente al bagno di metallo durante la fusione si deve formare la scoria costituita da calcare in quantità tale da combinare gli ossidi di ferro, silicio e manganese e altri minori. L'iniezione nella scoria, che è più leggera del metallo quindi galleggia, di carbone in polvere con una lancia, provoca la riduzione dell'ossido di ferro e la formazione di gas anidride carbonica che contribuisce alla creazione di una scoria voluminosa, schiumosa, che avvolge l'arco voltaico, tra la punta degli elettrodi e il bagno, proteggendo le pareti del forno dalla sicura erosione. Lo spillaggio del metallo avviene dal becco o foro di spillaggio che può essere a sifone o a cassetto, per trattenere la scoria in forno e poter iniziare in siviera il processo di affinazione.
Processi di affinazione: elaborazione fuori forno LF (solo per acciai speciali) L'acciaio, sia di provenienza convertitore L.D. che forno elettrico, spillato in siviera, con un minimo quantitativo di scoria proveniente dal forno, viene elaborato con aggiunta di ferro leghe. Il sistema è definito LF (Ladle Furnace) dove l'omogeneità del bagno è garantita da un flusso di gas inerte Argon, dal fondo; la temperatura da un sistema ad arco voltaico simile a quello del forno elettrico. Una volta centrata l'analisi chimica desiderata e la temperatura, la siviera viene destinata ad uno dei processi di colaggio descritti dopo.
Elaborazione sotto vuoto RH (solo per acciai speciali) L'acciaio proveniente dall'LF o raramente direttamente dal forno elettrico viene ricircolato sotto vuoto in un impianto per la rimozione dell'idrogeno. A volte il processo di deidrogenazione si effettua contemporaneamente al processo LF insilando la siviera in una camera stagna e generando poi il vuoto. In quest'ultimo caso il processo non sarà più RH.
Produzione di acciai inossidabili AOD La base si ottiene fondendo rottami e ferroleghe in forno elettrico. L'acciaio semilavorato viene spillato in siviera e trasferito nel convertitore AOD, del tutto simile al convertitore LD con l'unica varianza che l'elemento ossidante viene insufflato dal fondo attraverso ugelli detti tubiere. La miscela miscela è costituita da Ossigeno e Argon in rapporti variabili e tali da garantire sempre la limitata ossidazione del Cromo a discapito di quella del Carbonio e il controllo della temperatura che avviene anche attraverso immissioni di rottami e/o ferroleghe. Una volta centrata l'analisi chimica desiderata e la temperatura l'acciaio inossidabile è spillato in siviera ed inviato ad uno dei processi di colaggio descritti dopo.
== Descrizione ==
Il convertitore ha una capacità media di 10/20 [[tonnellata|t]] di [[ghisa]] liquida per un'altezza che varia dai 4 ai 6 [[metro|m]] ed un diametro dai 3 ai 4 [[metro|m]].
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