Ferrolega

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Una ferrolega è una lega metallica del ferro e di almeno un altro elemento chimico, escluso il carbonio.[1]

Impiego delle ferroleghe in ambito siderurgico

In siderurgia le ferroleghe sono impiegate per portare in analisi la composizione di un bagno[non chiaro] d'acciaio liquido. È assolutamente necessario, per tale utilizzo, conoscere il titolo (percentuale in peso) dei diversi elementi leganti diversi dal ferro. Oltre a questo è opportuno conoscere la resa che viene determinata per via sperimentale. In base al peso del bagno di acciaio liquido è immediato calcolare il quantitativo (in genere espresso in chilogrammi) di ferroleghe da aggiungere per ottenere una determinata composizione chimica finale. In genere, gli elementi che è possibile introdurre nel bagno di acciaio liquido mediante aggiunta di ferroleghe sono: manganese, silicio, cromo, molibdeno, niobio, nickel, titanio, boro. Il vanadio ultimamente non è più utilizzato come un tempo, e ciò anche a causa dell'impennata avutasi nei costi di fornitura. Alcune ferroleghe, al momento in cui vengono a miscelarsi con l'acciaio liquido generano delle "sostanze inquinanti" (cioè sostanze indesiderate che abbassano la qualità del materiale).

Alcune tipologie di ferroleghe reperibili in commercio

  • FeMn-LC - ferromanganese a basso tenore di carbonio; composizione chimica indicativa: Mn 80,0-95,0%, C 0,75% max, Si 1,2% max, P 0,20% max, S 0,04% max
  • FeMn-MC - ferromanganese a medio tenore di carbonio
  • FeMn-HC - ferromanganese ad alto tenore di carbonio; composizione chimica indicativa: Mn 74,0-82,0%, C 7,5% max, Si 1,2% max, P 0,35% max, S 0,05% max
  • FeMn-bt Si - ferromanganese a basso tenore di silicio
  • FeSi - ferrosilicio
    • composizione chimica indicativa del FeSi75%: Si 74,0-79,0%, S 0,025% max, Mn 0,40% max, Al 1,50% max, P 0,035% max
    • composizione chimica indicativa del FeSi50%: Si 47,0-51,0%, Al 1,25% max, C 0,10% max, S 0,025% max, Mn 0,75% max, P 0,040% max
  • FeSiMn - ferrosilicomanganese; composizione chimica indicativa: Mn 65,0-68,0%, Si 16,0-18,5%, C 2,0% max, P 0,20% max, S 0,04% max
  • FeSiMn-bt B - ferrosilicomanganese a basso tenore di boro
  • FeCr - ferrocromo a elevato tenore di carbonio; composizione chimica indicativa: Cr 62,0-72,0%, C 6,0-8,0%, Si 3,0% max (<0,80%), S 0,05% max, P 0,03% max
  • FeCe - ferrocerio lega piroforica usata per acciarini, accendini ecc.

Calcolo della quantità di ferroleghe da aggiungere

Supponiamo, per esempio, di disporre di due ferroleghe (che identificheremo con F1 e F2) contenenti due elementi chimici (E1 ed E2) in percentuali diverse. Indichiamo con E11(%) e con E21(%) rispettivamente le percentuali di E1 e di E2 presenti in F1. Analogamente indichiamo con E12(%) e con E22(%) rispettivamente le percentuali di E1 e di E2 presenti in F2.

Elemento 1 (E1) Elemento 2 (E2)
Ferrolega 1 (F1) E 1 1 ( % ) ∨ E 1 1 ( k g ) {\displaystyle E1_{1}(\%)\vee E1_{1}(kg)} E 2 1 ( % ) ∨ E 2 1 ( k g ) {\displaystyle E2_{1}(\%)\vee E2_{1}(kg)}
Ferrolega 2 (F2) E 1 2 ( % ) ∨ E 1 2 ( k g ) {\displaystyle E1_{2}(\%)\vee E1_{2}(kg)} E 2 2 ( % ) ∨ E 2 2 ( k g ) {\displaystyle E2_{2}(\%)\vee E2_{2}(kg)}

Supponiamo di indicare con P.B. il peso del bagno metallico (in kg) cui desideriamo aggiungere le nostre due ferroleghe.
Inoltre con E1D(%) e con E2D(%) indichiamo le percentuali desiderate (valori di puntamento o di messa a punto) di E1 e di E2 all'interno dello stesso bagno metallico.
Quanti chili di F1 e di F2 occorrerà aggiungere, per un dato P.B.(kg) al fine di ottenere E1D% e E2D%?
Per rispondere a questa domanda occorre risolvere il seguente sistema di equazioni algebriche:

{ P 1 ( k g ) = ( E 1 D % × P . B . ( k g ) ) 100 %   = E 1 1 ( k g ) + E 1 2 ( k g ) P 2 ( k g ) = ( E 2 D % × P . B . ( k g ) ) 100 % = E 2 1 ( k g ) + E 2 2 ( k g ) E 1 1 ( k g ) E 2 1 ( k g ) = E 1 1 ( % ) E 2 1 ( % ) = c 1 E 1 2 ( k g ) E 2 2 ( k g ) = E 1 2 ( % ) E 2 2 ( % ) = c 2 {\displaystyle \left\{{\begin{matrix}P_{1}(kg)={\frac {(E1_{D}\%\times P.B.(kg))}{100\%}}\ =E1_{1}(kg)+E1_{2}(kg)\\P_{2}(kg)={\frac {(E2_{D}\%\times P.B.(kg))}{100\%}}=E2_{1}(kg)+E2_{2}(kg)\\{\frac {E1_{1}(kg)}{E2_{1}(kg)}}={\frac {E1_{1}(\%)}{E2_{1}(\%)}}=c_{1}\\{\frac {E1_{2}(kg)}{E2_{2}(kg)}}={\frac {E1_{2}(\%)}{E2_{2}(\%)}}=c_{2}\end{matrix}}\right.}

Dove P 1 ( k g ) {\displaystyle P_{1}(kg)} e P 2 ( k g ) {\displaystyle P_{2}(kg)} rappresentano rispettivamente le quantità di E 1 ( k g ) {\displaystyle E_{1}(kg)} e di E 2 ( k g ) {\displaystyle E_{2}(kg)} da aggiungere per ottenere E 1 D ( % ) {\displaystyle E1_{D}(\%)} e E 2 D ( % ) {\displaystyle E2_{D}(\%)} , mentre c1 e c2 sono due costanti adimensionali che dipendono rispettivamente dalla composizione di F 1 {\displaystyle F1} ed F 2 {\displaystyle F2} .
Il sistema è composto da quattro equazioni e da quattro incognite: E11(kg), E12(kg),E21(kg) e E22(kg), pertanto è determinato.
Con dei semplici passaggi algebrici si perviene alle soluzioni cercate:

E 2 2 ( k g ) = ( c 1 × P 2 ( k g ) − P 1 ( k g ) ) ( c 1 − c 2 ) {\displaystyle E2_{2}(kg)={\frac {(c_{1}\times P_{2}(kg)-P_{1}(kg))}{(c_{1}-c_{2})}}\,}
E 2 1 ( k g ) = P 2 ( k g ) − ( c 1 × P 2 ( k g ) − P 1 ( k g ) ) ( c 1 − c 2 ) {\displaystyle E2_{1}(kg)={\frac {P_{2}(kg)-(c_{1}\times P_{2}(kg)-P_{1}(kg))}{(c_{1}-c_{2})}}\,}
E 1 1 ( k g ) = c 1 × E 2 1 ( k g ) {\displaystyle E1_{1}(kg)=c_{1}\times E2_{1}(kg)\,}
E 1 2 ( k g ) = c 2 × E 2 2 ( k g ) {\displaystyle E1_{2}(kg)=c_{2}\times E2_{2}(kg)\,}

Da cui avremo che in totale bisognerà aggiungere E 1 1 ( k g ) + E 2 1 ( k g ) {\displaystyle E1_{1}(kg)+E2_{1}(kg)} chili di ferrolega F1 e E 1 2 ( k g ) + E 2 2 ( k g ) {\displaystyle E1_{2}(kg)+E2_{2}(kg)} chili di ferrolega F2.

Note

  1. ^ ferroléga in Vocabolario - Treccani, su www.treccani.it. URL consultato l'8 settembre 2022.

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