La ghisa è il metallo ottenuto dall'altoforno a rilascio . Questo nome tiene conto del fatto che la qualità di questa ghisa , che viene utilizzata allo stato liquido, non è caratterizzata da considerazioni metallurgiche o meccaniche , ma solo dalla sua composizione chimica .
La ghisa è più simile a una materia prima che a un prodotto finito o semilavorato; è solo uno stato intermedio della fabbricazione dell'acciaio o della colata.
Poiché la ghisa è destinata all'ingrassaggio o alla raffinazione , la sua composizione è ottimizzata per garantire una migliore efficienza nei processi a valle dell'altoforno. Infatti, per tutto il settore , "ragioni economiche ci impediranno di moltiplicare le operazioni di raffinazione quanto basta per ottenere un ferro perfetto da una ghisa cattiva" .
Distinguere i font a seconda del loro scopo (in ghisa per la raffinazione in convertitore o sovrastampaggio), invece delle loro superfici di frattura (ferro bianco, grigio, chiazzato, ecc ) si è diffuso nel XX ° secolo, l'uso di acciaio a scapito di ghisa pozzanghera e ghisa. In tal modo :
“A seconda del loro utilizzo, i caratteri possono essere separati in due grandi categorie. In primo luogo quelli che subiranno una trasformazione completa in un altro tipo di prodotto ferroso e, in secondo luogo, quelli che non cambieranno composizione o natura ... "
- Robert Forsythe, L'altoforno e la fabbricazione della ghisa, p. 287
| Sì (%) | S (%) | P (%) | Mn (%) | ||
|---|---|---|---|---|---|
| Caratteri di conversione | |||||
| Ghisa grigia per fucine ( cioè ghisa con pozzanghere ) | <1.5 | <0,1 | <1.0 | <1.0 | |
| Ghisa Bessemer | 1.0 - 2.0 | <0,050 | <0,1 | <1.0 | |
| Ghisa acida Siemens Martin ( cioè a basso contenuto di fosforo) | <2.00 | <0,030 | <0,03 | <1.0 | |
| Siemens Martin Basic Cast Iron | <1.00 | <0,050 | <1.0 | <1.0 | |
| Thomas Fonte | <1.00 | <0,050 | 2.0 - 3.0 | 1.0 - 2.0 | |
| Fontes stampaggio | |||||
| Ghisa, Grado 1 | 2.5 - 3.0 | <0,035 | 0,5 - 1,0 | <1.0 | |
| Ghisa, Grado 2 | 2.0 - 2.5 | <0,045 | 0,5 - 1,0 | <1.0 | |
| Ghisa, Grado 3 | 1.5 - 2.0 | <0,055 | 0,5 - 1,0 | <1.0 | |
| Ferro duttile | 0.75 - 1.5 | <0,050 | <0.2 | <1.0 |
Durante il soffiaggio effettuato dal convertitore Bessemer, la natura esotermica delle ossidazioni di silicio , manganese , carbonio e ferro sono utili per la conversione in ferro, il cui punto di fusione è superiore a quello della ghisa. Ottenere un ferro completamente raffinato richiede quindi una fusione di una composizione ben precisa. Tuttavia, per il processo Bessemer, il silicio è il principale termico: la combustione di 1% di silicio aumenta la temperatura del bagno a 300 ° C . Questo è il contenuto specificato dai produttori di acciaio degli Stati Uniti del XIX ° secolo, quando gli inglesi utilizzano in genere, allo stesso tempo, Font 2% di silicio.
Per completare il soffiaggio è quindi necessario un contenuto minimo di silicio: questa necessità ha fatto precipitare la scomparsa degli altiforni freddi . Ma produrre ghisa molto ricca di silicio non ha alcun interesse economico perché comporta un elevato consumo di combustibile nell'altoforno. Inoltre, un eccesso di silicio prolunga il soffiaggio e porta ad un elevato consumo di ferro da parte delle scorie.
Il convertitore Thomas è molto simile a quello Bessemer. Si distingue da esso per il suo funzionamento in ambiente basico , mentre il processo Bessemer è acido, il che lo rende adatto alla rimozione del fosforo dalla ghisa.
Durante la defosforizzazione, il fosforo si ossida per una reazione molto esotermica e migra nelle scorie. Infatti, mentre il contributo termico della combustione del carbone, ferro e manganese è solo di pochi gradi, la combustione di 1% di silicio aumenta la temperatura del bagno da 300 ° C e quella del 1% di fosforo. L'incremento di 183 ° C .
Tuttavia, per rimanere basiche, le scorie devono contenere un minimo di silice , che è un ossido molto acido. Per le acciaierie è quindi fondamentale produrre una ghisa che contenga un minimo di silicio, in modo da non acidificare la scoria mediante la sua trasformazione in silice, e un massimo di fosforo, la cui combustione garantirà il buon esito termico dell'operazione e la qualità del lattaio Thomas . Le “ghise Thomas” quindi contengono idealmente meno dell'1% di silicio, mentre quelle destinate al processo Bessemer hanno un contenuto più elevato. Il contenuto di fosforo deve essere maggiore del 2%, il che esclude gli smelts da minerali non sufficientemente fosforosi: i minerali americani, troppo fosforosi per il processo Bessemer acido e non abbastanza per il processo Thomas di base, rientrano in questa categoria e, fino alla metà del XX secolo secolo, non può essere raffinato al forno Siemens-Martin di base.
Con la scomparsa dei processi Bessemer, Thomas e, più recentemente, Martin, i vincoli sulla ghisa sono cambiati. Intorno al 1970, in 9 acciaierie su 10, la ghisa destinata al convertitore era la “ ghisa bianca ” che veniva trasportata direttamente in forma liquida nelle vicine acciaierie in carro siluri .
La generalizzazione dei convertitori di ossigeno , che hanno un'ottima efficienza termica, comporta la modifica dei vincoli sul contenuto di silicio o fosforo. L'ossidazione di questi elementi non è più necessaria per l'equilibrio termico dei processi: la loro eliminazione diventa quindi un'operazione costosa che si evita il più possibile.
D'altra parte, le crescenti esigenze di qualità degli acciai fanno sì che anche le “ghise non fosforose” debbano essere defosforate perché pochi acciai moderni accettano un contenuto di fosforo superiore allo 0,02%. La metallurgia nel convertitore avviene quindi in un mezzo di base. Pertanto, il contenuto di silicio dovrebbe essere ridotto al minimo. Per quanto riguarda le scorie, la sua valutazione come fertilizzante scompare a causa della sua bassa redditività e del contenuto di fosforo troppo basso ora raggiunto: la ghisa deve quindi contenere anche il meno possibile.
Si distinguono tra le ghise grezze destinate alla fonderia quelle che verranno colate tal quali (ghisa grigia) e quelle che verranno trattate prima (ghisa malleabile, grafite sferoidale, ecc .). Il comportamento meccanico della ghisa ( caratteristiche di frattura , duttilità ) derivante sia dalla composizione chimica che dalle tecniche di lavorazione durante lo stampaggio , la ghisa è quindi, ancora una volta, classificato solo in base alla sua composizione.
"È ormai pratica comune acquistare ghise in base alla loro composizione chimica invece che al tipo di frattura [...]
Le caratteristiche fisiche della ghisa [colata] sono essenzialmente dovute allo stato in cui si trova il carbonio, e il principale fattore determinante la condizione del carbonio è la quantità di silicio. Ma poiché il silicio non è l'unico agente influenzante, accade che non agisca in modo classico sul carbonio. La facies della frattura non può quindi fornire informazioni sul contenuto di silicio, e quindi sulla qualità del pezzo stampato. Tuttavia, ora è più comune classificare le ghise in base al loro contenuto di carbonio piuttosto che all'aspetto della loro frattura ... "
- Robert Forsythe, L'altoforno e la fabbricazione della ghisa, p. 308-309