Che cos'è l'acciaio di base?
L'acciaio di base si riferisce all'acciaio prodotto in una fornace rivestita con una sostanza basica, piuttosto che acida. La stragrande maggioranza dell'acciaio prodotto nelle società industriali è prodotta in questo modo. L'isolamento della struttura del forno dal calore del forno rappresenta una sfida centrale nella produzione di acciaio. Rimuovere le impurità dalle miscele di ferro è un'altra sfida nella produzione di acciaio. Dagli anni '50 sono stati utilizzati metodi moderni per isolare le pareti dei forni a basso pH o a bassa acidità.
L'acciaio è principalmente ferro, ma contiene una piccola quantità di altri elementi nella miscela. Questo è desiderato perché può migliorare le proprietà del materiale della sostanza, vale a dire la durezza. Il carbonio è l'elemento più comune aggiunto all'acciaio, ma vengono anche utilizzati manganese, cromo e tungsteno. Queste aggiunte al ferro base sono chiamate materiali leganti. L'acciaio è molto più resistente del puro alluminio o ferro da solo, ma deve essere fabbricato in modi particolari.
Durante la seconda rivoluzione industriale, il processo di Bessemer per la produzione di acciaio in serie fu scoperto e ampiamente applicato. La principale innovazione nel processo è stata la capacità di rimuovere le impurità dal ferro fuso soffiando aria attraverso di esso. Il silicio, il manganese e il carbonio in eccesso sono ossidati dall'aria e possono quindi fuoriuscire dalla sostanza.
Per evitare che la struttura del forno si sciolga durante la fabbricazione dell'acciaio, che può comportare temperature molto elevate, il contenitore è rivestito con un materiale refrattario. I refrattari sono sostanze che mantengono le loro proprietà fisiche a temperature superiori a 1.000 gradi Fahrenheit (537.77 gradi Celsius). Nella produzione di acciaio di base vengono utilizzati refrattari a basso pH. Nel processo di Bessemer, la dolomite minerale era un refrattario comune a basso pH utilizzato per rivestire il contenitore durante la produzione di acciaio di base.
Nel 1952 fu sviluppata una nuova procedura di fabbricazione dell'acciaio nota come Linz-Donawitz, o processo LD. Invece di usare la tecnica di Bessemer per soffiare aria attraverso il ferro fuso, viene usato ossigeno puro. La maggiore ossidazione del ferro consente di rimuovere le impurità in modo più efficace. I moderni forni possono convertire 350 tonnellate di ferro in acciaio in meno di 40 minuti. Il processo LD di produzione di acciaio di base produce anche un minore inquinamento atmosferico rispetto al processo Bessemer.
I refrattari di base consentono la rimozione di zolfo e impurità di fosforo in modo più efficace rispetto ai refrattari acidi. Una volta che l'ossigeno viene soffiato attraverso il ferro, le impurità escono come gas o formano una scoria che galleggia in superficie. Il carbonio ossidato fuoriesce come monossido di carbonio o anidride carbonica. Altre impurità formano nuovi composti che si separano dalla miscela, lasciando indietro l'acciaio di base.