Elaborarea otelurilor in convertizoare

Aliajele fier-carbon numite fonte şi oţeluri sunt cele mai cunoscute materiale metalice utilizate în tehnică datorită răspândirii largi în scoarţa pământului a materiilor prime din care provin, metalurgiei relativ simple, proprietăţilor fizicomecanice bune şi care pot fi modificate în limite largi prin aliere şi tratamente termice, preţului de cost relativ scăzut, posibilităţilor de prelucrare prin toate procedeele tehnologice existente şi reciclării prin retopire.Fierul este un metal de culoare cenuşie-albăstruie.

Fierul se prelucrează bine prin deformare plastică la cald şi la rece, se sudează, se lipeşte şi are o aşchiabilitate bună. Elementul principal de aliere a fierului este carbonul care, chiar în cantităţi mici, îi schimbă proprietăţile,
Aliajele fier-carbon mai conţin mangan, siliciu, fosfor, sulf etc. Manganul se introduce voit în aliaj, mărindu-I duritatea şi rezistenţa la uzură, siliciul provine din sterilul minereurilor, mărindu-I elasticitatea şi rezistenţa la oboseală, iar fosforul şi sulful sunt elemente dăunătoare care nu se pot înlătura complet şi provin din cocs, iar în cocs, din cărbuni. Fosforul produce fragilitate la rece, iar sulful, fragilitate la cald.
Desigur, fierul se poate alia cu orice cantitate de carbon, dar din punct de vedere tehnic interesează doar aliajele fier-carbon care conţin 0,006…6,67 % C.
Practic, se utilizează oţeluri cu până la 1,5 % C şi fonte cu până la 4,5 % C.

Oţelul este un aliaj fier-carbon care conţine 0,006…2,11 % C, precum şi elemente însoţitoare (Mn ≤ 0,9%, Si ≤ 0,45%, P ≤ 0,04%, S ≤ 0,04%) şi uneori elemente de aliere. Elaborarea oţelului este un proces fizico-chimic complex care utilizează ca materie primă fie minereul de fier, fie fonta topită.
Oţelul se obţine din minereul de fier prin reducere directă, iar din fontă, prin reducere indirectă.
Reducerea directă a minereului de fier este cunoscută încă din antichitate.
Majoritatea obiectelor din fier, inclusiv armele de luptă, realizate până în Evul Mediu, erau obţinute din buretele de fier, produs în cuptoare rudimentare verticale (cuptoare cu vatră catalană sau corsicană). Pe vatra acestor cuptoare se puneau cărbuni aprinşi şi apoi mangal. Deasupra, în straturi succesive, se aşezau minereul de fier şi mangalul, suflându-se aer rece cu ajutorul unor foale manuale.

Temperatura realizată prin arderea combustibilului crea condiţii pentru reducerea minereului cu carbonul din mangal, rezultând schelete de fier în stare păstoasă.
Scheletele se sudau între ele, în amestec cu zgura, formând buretele de fier sau lupa. Prin forjarea lupei, zgura era îndepărtată, obţinându-se o bucată de oţel de calitate foarte bună, datorită conţinutului extrem de scăzut de fosfor şi sulf (care în cazul oţelurilor moderne provin din cărbunii cocsificabili).

Procedeul nu se mai aplică din cauza consumului specific de energie ridicat, dar se fac cercetări pentru perfecţionarea lui. Astfel, procedeele moderne de reducere directă se pot realiza la temperaturi joase, de 500…1100 ºC, având ca rezultat buretele de fier (procedeele Armco, Elkem, Esso-Fior, Krupp, Purofer, Wiberg) sau la temperaturi înalte, de peste 1400 ºC, produsul rezultat prezentându-se în stare lichidă (procedeele Basset şi Stürzelberg). Principalul avantaj oferit de aceste procedee constă în faptul că pentru reducere nu se foloseşte cocs metalurgic, combustibil deficitar şi scump, putându-se utiliza combustibili mai ieftini: lignit, semicocs, hidrocarburi gazoase naturale sau combustibili lichizi.
Reducerea indirectă se realizează în stare topită şi constă în principal în eliminarea unei părţi din carbon şi elementele însoţitoare din fontă până la limitele prescrise pentru oţel. Astăzi, peste 95% din producţia mondială de oţel se obţine prin reducere indirectă, realizându-se în convertizoare, cuptoare cu vatră şi cuptoare electrice.