Design of steel decarburation procedure through self-bubbling effect

ILVA Group is one of the larger steelmaking plant in Europe. The refining process from liquid pig iron to molten steel is made in a BOF (Basic Oxygen Furnace) converter through an oxygen lance: an important characteristic of the reactor is the refractory material of which a converter is covered, because the refractory lining allows to increase the working life measured as produced heats. The aim of this master thesis is to elaborate a mathematical model capable of describing the decarbo-oxidation that occurs between the tapping phase and the stirring phase (homogenisation with inert gas) in the steel ladle. Analysing what is the chemistry of the reaction that governs carbon reduction, it has been tried to understand if it is possible to obtain an higher carbon content at the end of the oxygen blowing in order to improve the refractory working life. Hence, a statistical analysis has been performed, starting from the overall heat of 2016 and as a support of this analysis a thermodynamic model has been elaborated to evaluate if the empirical model respects the kinetic of the chemical reaction.

Lo stabilimento Ilva si presenta come uno dei più grandi impianti siderurgici a ciclo integrale in ambito europeo. L’affinazione della ghisa liquida in acciaio liquido avviene all’interno di un convertitore BOF (Basic Oxygen Furnace) tramite lance ad ossigeno: uno degli aspetti più importanti è il rivestimento refrattario del reattore che consente una maggiore vita utile, calcolata come colate prodotte. L’obiettivo di questa tesi è quello di elaborare un modello matematico che possa descrivere il processo di decarbo-ossidazione che avviene dallo spillaggio dell’acciaio allo stirring (agitazione con gas inerte) in siviera. Analizzando la chimica della reazione di riduzione del carbonio, si è cercato di capire se fosse possibile preservare la vita utile del rivestimento refrattario ottenendo a fine soffiaggio una %wt di carbonio più elevata. Si è condotta, così, un’analisi statistica dei dati storici delle colate 2016 dell’Acciaieria 2 dello stabilimento ILVA per valutare quali siano i fattori statisticamente significativi per il processo decarbo-ossidativo. A tale analisi si è poi affiancato un’analisi termodinamica del processo per stabilire la bontà del modello matematico in relazione alla cinetica della reazione chimica.