1. Principio di funzionamento della produzione dell'acciaio con convertitori
La produzione dell'acciaio con convertitore è un metodo di produzione dell'acciaio in cui aria o ossigeno vengono soffiati nel ferro fuso per ossidare rapidamente carbonio, manganese, silicio, fosforo, zolfo e altri elementi nel ferro fuso e il calore rilasciato durante l'ossidazione viene utilizzato per riscaldarsi senza ulteriori riscaldamento. Il convertitore può essere diviso in tre tipi in base alla posizione di soffiaggio: convertitore con soffiatura inferiore, convertitore con soffiatura laterale e convertitore con soffiatura superiore. Secondo l'acidità e l'alcalinità dei materiali refrattari per il rivestimento del forno, possono anche essere suddivisi in convertitore acido e convertitore alcalino. Nella fase iniziale della produzione dell'acciaio da convertitore, l'aria viene utilizzata per il soffiaggio, poiché l'azoto contenuto nell'aria non è un gas di supporto alla combustione né partecipa a reazioni chimiche. Fuoriesce quasi tutto dalla valvola del forno e porta via anche una grande quantità di energia termica. Anche l'azoto residuo nell'acciaio può danneggiarne la qualità. Dall'adozione del metodo dell'ossigeno soffiato, sono state superate le carenze dei gradi di acciaio limitati e della bassa qualità nella fusione con convertitore. L'attuale qualità di fusione e la varietà dei convertitori ad ossigeno soffiato dall'alto hanno raggiunto il focolare aperto e alcune proprietà addirittura superano il focolare aperto. I vantaggi originali dell'acciaio da convertitore, come il basso investimento, la costruzione rapida, l'elevata adattabilità alle materie prime e l'elevata produttività, sono stati pienamente utilizzati. Pertanto, la produzione dell’acciaio tramite convertitore è un metodo di produzione dell’acciaio molto promettente. Considerando la situazione in vari paesi del mondo, la produzione di acciaio da convertitore ha un grande potenziale per sostituire la produzione di acciaio a focolare aperto. Secondo le statistiche, nel 1960, l'acciaio prodotto dalla produzione dell'acciaio con convertitore a soffiaggio di ossigeno rappresentava solo il 4% della produzione mondiale di acciaio, ma nel 1969 era salito al 37% e nel 1972 era salito al 53%, superando di gran lunga la produzione di acciaio a focolare aperto. Attualmente, la Cina utilizza principalmente convertitori di ossigeno con soffiatura dall'alto (alcalini) e convertitori di ossigeno con soffiatura laterale (alcalini).
2. Il processo di produzione del convertitore di ossigeno soffiato dall'alto
L'esterno del convertitore di ossigeno soffiato dall'alto è realizzato in lamiera di acciaio e rivestito con mattoni refrattari alcalini. La principale materia prima per la produzione dell’acciaio è il ferro fuso, che utilizza anche una parte di rottami di acciaio (o minerale di ferro) come refrigerante, nonché materiali per la produzione di scorie come calce e fluorite (CaF2) aggiunti per rimuovere zolfo e fosforo. Per la disossidazione vengono utilizzati anche disossidanti come ferro manganese, ferro silicio o alluminio. Il processo di produzione dell’acciaio può essere approssimativamente suddiviso in tre fasi: caricamento, soffiaggio e disossidazione. Innanzitutto vengono caricati alcuni rottami di acciaio e minerale di ferro, seguiti dal ferro fuso con una temperatura di circa 1200-1300 gradi. Quindi, una lancia di ossigeno viene inserita nel beccuccio del forno per soffiare ossigeno, ossidando rapidamente carbonio, silicio, manganese e altri elementi nel ferro fuso, rilasciando al contempo una grande quantità di calore per fondere i rottami di acciaio e il minerale di ferro. Durante il processo di insufflaggio dell'ossigeno, vengono aggiunti anche materiali per la produzione di scorie per rimuovere fosforo e zolfo. Dopo aver insufflato ossigeno per un certo periodo di tempo, il carbonio, il silicio, il manganese e altri elementi diminuiscono fino a un certo intervallo, smettono di insufflare ossigeno ed estrarre la lancia dell'ossigeno. Se in questo momento la temperatura dell'acciaio fuso è troppo elevata, aggiungere rottami di acciaio per il raffreddamento. Quando la composizione e la temperatura dell'acciaio fuso soddisfano i requisiti, è possibile produrre acciaio. Il disossidante viene solitamente aggiunto alla siviera di acciaio fuso durante la produzione dell'acciaio. Il tempo di soffiaggio di un convertitore da 300 tonnellate è inferiore a 20 minuti, compreso il tempo ausiliario non superiore a 1 ora. La produzione di acciaio con convertitore ad ossigeno è caratterizzata da un rendimento elevato e da una buona qualità ed è un metodo di produzione dell'acciaio molto promettente. La capacità produttiva di un convertitore è espressa in termini di peso di ferro fuso che può essere iniettato durante ogni processo di soffiaggio. Ad esempio, se durante ogni processo di soffiaggio possono essere iniettate 10 tonnellate di ferro fuso, si parla di convertitore da 10 tonnellate.