El arrabio es el metal obtenido de liberación de alto horno . Este nombre tiene en cuenta el hecho de que la calidad de esta fundición , que se utiliza en estado líquido, no se caracteriza por consideraciones metalúrgicas o mecánicas , sino únicamente por su composición química .
El arrabio se parece más a una materia prima que a un producto terminado o semiacabado; es sólo un estado intermedio de la fabricación de acero o de fundición.
Dado que el arrabio está destinado a engrasar o refinar , su composición está optimizada para asegurar una mejor eficiencia en los procesos ubicados aguas abajo del alto horno. En efecto, para el conjunto del sector , "razones económicas nos impedirán multiplicar las operaciones de refino lo suficiente como para obtener un hierro perfecto a partir de una fundición en mal estado" .
Distinguir las fuentes en función de su finalidad (hierro fundido para la refinación en el convertidor o moldeo por colada), en vez de sus superficies de fractura (hierro blanco, gris, moteado, etc. ) se ha generalizado en el XX ° siglo, el uso de acero en detrimento de hierro encharcado y hierro fundido. Entonces :
“Dependiendo de sus usos, las fuentes se pueden dividir en dos categorías amplias. En primer lugar, los que sufrirán una conversión completa en otro tipo de producto ferroso y, en segundo lugar, los que no cambiarán de composición ni de naturaleza ... "
- Robert Forsythe, El alto horno y la fabricación de arrabio, p. 287
| Sí (%) | S (%) | PAG (%) | Mn (%) | ||
|---|---|---|---|---|---|
| Fuentes de conversión | |||||
| Hierro fundido gris para forjas ( es decir, hierro fundido encharcado ) | <1,5 | <0,1 | <1.0 | <1.0 | |
| Hierro fundido Bessemer | 1.0 - 2.0 | <0.050 | <0,1 | <1.0 | |
| Hierro fundido al ácido Siemens Martin ( es decir, bajo contenido de fósforo) | <2,00 | <0.030 | <0.03 | <1.0 | |
| Hierro fundido básico Siemens Martin | <1,00 | <0.050 | <1.0 | <1.0 | |
| Thomas Fonte | <1,00 | <0.050 | 2.0 - 3.0 | 1.0 - 2.0 | |
| Moldeado de fuentes | |||||
| Hierro fundido, grado 1 | 2,5 - 3,0 | <0.035 | 0,5 - 1,0 | <1.0 | |
| Hierro fundido, grado 2 | 2,0 - 2,5 | <0.045 | 0,5 - 1,0 | <1.0 | |
| Hierro fundido, grado 3 | 1,5 - 2,0 | <0.055 | 0,5 - 1,0 | <1.0 | |
| Hierro dúctil | 0,75 - 1,5 | <0.050 | <0,2 | <1.0 |
Durante el soplado realizado por el convertidor Bessemer, la naturaleza exotérmica de las oxidaciones de silicio , manganeso , carbono y hierro son útiles para la conversión en hierro, cuyo punto de fusión es superior al del hierro fundido. La obtención de un hierro completamente refinado requiere, por tanto, una fusión de una composición muy precisa. Sin embargo, para el proceso de Bessemer, el silicio es el principal contribuyente térmica: la combustión de 1% de silicio aumenta la temperatura del baño a 300 ° C . Este es el contenido especificado por los fabricantes de acero estadounidenses del XIX ° siglo, cuando el Inglés suelen utilizar, al mismo tiempo, fuente 2% de silicio.
Por tanto, es necesario un contenido mínimo de silicio para completar el soplado: esta necesidad precipitó la desaparición de los altos hornos fríos . Pero la producción de fundiciones muy ricas en silicio no tiene interés económico porque conduce a un alto consumo de combustible en el alto horno. Además, un exceso de silicio prolonga el soplado y provoca un alto consumo de hierro por parte de la escoria.
El convertidor de Thomas es muy similar al de Bessemer. Se distingue de él por su funcionamiento en un ambiente básico , mientras que el proceso Bessemer es ácido, lo que lo hace adecuado para eliminar el fósforo del hierro fundido.
Durante la desfosforización, el fósforo se oxida por una reacción muy exotérmica y migra a la escoria. De hecho, mientras que la contribución térmica de la combustión de carbón, hierro y manganeso es de sólo unos pocos grados, la combustión de 1% de silicio aumenta la temperatura del baño por 300 ° C y la de 1% de fósforo. El aumento de 183 ° C .
Sin embargo, para seguir siendo básica, la escoria debe contener un mínimo de sílice , que es un óxido muy ácido. Para los siderúrgicos, por tanto, es fundamental producir una fundición que contenga un mínimo de silicio, para no acidificar la escoria por su transformación en sílice, y un máximo de fósforo, cuya combustión garantizará el éxito térmico de la operación. y la calidad del lechero Thomas . Por lo tanto, los “hierros fundidos Thomas” contienen idealmente menos del 1% de silicio, mientras que los destinados al proceso Bessemer tienen un contenido más alto. El contenido de fósforo debe ser mayor que 2%, lo que excluye funde a partir de minerales insuficientemente fósforo: Minerales de americanos, demasiado fósforo para el proceso de Bessemer ácido y no es suficiente para el proceso de Thomas básico, entran en esta categoría y, hasta el medio de la XX XX siglo, no se puede refinar en el horno básico Siemens-Martin .
Con la desaparición de los procesos Bessemer, Thomas y, más recientemente, Martin, las limitaciones del arrabio han cambiado. Alrededor de 1970, en 9 de cada 10 plantas siderúrgicas, el hierro fundido destinado al convertidor era “ hierro fundido blanco ” que se transportaba directamente en forma líquida a las acerías cercanas en carros torpedos .
La generalización de los convertidores de oxígeno , que tienen una excelente eficiencia térmica, provoca la modificación de las limitaciones sobre el contenido de silicio o fósforo. La oxidación de estos elementos ya no es necesaria para el equilibrio térmico de los procesos: su eliminación se convierte entonces en una operación cara que se evita en la medida de lo posible.
Por otro lado, las crecientes exigencias sobre la calidad de los aceros significan que incluso los "hierros fundidos sin fósforo" deben ser desfosforados porque pocos aceros modernos aceptan un contenido de fósforo superior al 0,02%. Por tanto, la metalurgia en el convertidor se realiza en un medio básico. Por lo tanto, el contenido de silicio debe mantenerse al mínimo. En cuanto a la escoria, su valor como fertilizante desaparece debido a su baja rentabilidad y al contenido de fósforo demasiado bajo alcanzado: por lo tanto, el arrabio debe contener también la menor cantidad posible.
Se distingue entre las fundiciones en bruto destinadas a la fundición las que se fundirán tal cual (fundición gris) y las que se tratarán antes (fundición maleable, grafito esferoidal, etc. ). El comportamiento mecánico del hierro fundido ( características de fractura , ductilidad ) resultante tanto de la composición química como de las técnicas de procesamiento durante el moldeo , el arrabio, por lo tanto, nuevamente, se clasifica solo de acuerdo con su composición.
“Ahora es una práctica común comprar hierros fundidos en función de su composición química en lugar de su tipo de fractura […]
Las características físicas del hierro [fundido] se deben esencialmente al estado en el que se encuentra el carbono, y el factor principal que determina la condición del carbono es la cantidad de silicio. Pero como el silicio no es el único agente influyente, sucede que no actúa de forma clásica sobre el carbono. Las facies de fractura no pueden proporcionar información sobre el contenido de silicio y, por tanto, sobre la calidad de la pieza moldeada. Sin embargo, ahora es más común clasificar los hierros fundidos según su contenido de carbono en lugar de la apariencia de su fractura ... "
- Robert Forsythe, El alto horno y la fabricación de arrabio, p. 308-309