Calitatea deseurilor feroase

Calitatea deseurilor feroase

Calitatea deseurilor feroase este determinata in principal de faptul ca:

- deseul metalic este un produs permanent instabil. Originea sa nu reprezinta o activitate industriala controlata ci o activitate de colectare desfasurata de un  numar mare de producatori cu structura extrem de variabila si in general necunoscuta pentru consumator;

- existenta pietei neorganizate care include si "piata la negru";

- piata deseurilor metalice este o piata care functioneaza "invers": deseurile sunt produse in "detail" si se consuma "en-gros". Astfel este dificil ca la fiecare nivel al colectarii sa fie interese privind asigurarea calitatii.

Eficienta utilizarii deseurilor feroase depinde inainte de toate de calitate lor. De aceea s-au elaborat specificatii de calitate care sa defineasca si sa cuantifice ceea ce trebuie sa se numeasca valoarea metalurgica a deseurilor feroase.

La stabilirea normelor care definesc calitatea deseurilor feroase s-a tinut seama de urmatoarele:

- calitatea deseurilor feroase deriva din relatia furnizor - utilizator;

- aprovizionarea trebuie sa se bazeze pe cunoasterea si definirea clara a exigentelor privind calitatea deseurilor.

● Sistem de norme privind calitatea deseurilor feroase

Tinand cont de exigentele ISO 9400 - 1, in anul 1995, sindicatele profesionale din siderurgia europeana, Eurofer si EFR (European Ferrous Scrap Recyclears) au decis de comun acord introducerea unui sistem de norme europene de referinta (Referential european) privind deseurile feroase, pe baza descrierii clare a calitatii acestora, tabelul 1, fig.2. Lansarea s-a oficiala a avut loc la 1 ianuarie 1996.

Conform acestor norme, calitatea deseurilor feroase a fost definita direct si simplu pe baza a trei componente (specificatii):

puritatea chimica data de continutul de fier si elemente reziduale;

dimensiunile/densitatea;

gradul de siguranta si poluare.

Necesitatea armonizarii standardelor din Romania cu cele din Europa a determinat elaborarea unui nou standard de caracterizare a deseurilor feroase. Astfel, STAS 6058-1977 a fost inlocuit cu altul sub titulatura ASRO-Stadard roman SR 6058-1 din aprilie 1999, cu denumirea "Materiale feroase pentru retopire", tabelul 2. Acest standard reprezinta preluarea integrala a specificatiei europene pentru deseuri feroase.

Clasificarea deseurilor feroase, pregatite dupa standardele americane, prevede categoriile: HMS 1; HMS 2; Schredderschrott [88].

HMS 1 (Heavy Melting Steel Scrap - HMS) cuprinde deseuri feroase grele, cu o grosime in medie de peste 6mm, dimensiuni 1,5x0,5x0,5mm, preparat pentru incarcarea in cuptor. Sunt acceptate tevi si profiluri iar caroseriile si rotile auto nu sunt acceptate. Aceasta categorie de deseuri nu trebuie sa contina otel beton, bare usoare de otel, parti vizibile din cupru, zinc, plumb si aliajele lor, parti sau resturi de masini.

HMS 2 (Heavy Melting Scrap - HMS) cuprinde deseuri feroase usoare, cu o grosime in medie sub 6mm, dimensiuni 1,5x0,5x0,5mm, preparat pentru incarcarea in cuptor. Daca se doreste o densitate mai mare atunci lungimea maxima trebuie sa fie de 1m. Poate sa contina roti de automobile dar nu caroserii si deseuri de la aparatura casnica. La fel ca cea de mai inainte, aceasta categorie de deseuri nu trebuie sa contina otel beton si bare usoare de otel, si nici parti vizibile din cupru, zinc, plumb si aliajele lor, parti sau resturi de masini.

Schredderschrott (tocat) cuprinde deseuri feroase tocate in bucati care nu depasesc marimea de 200mm, mai mult de 95% din cantitate. In restul de 5% nu trebuie sa existe nici o bucata mai mare de 1m. Deseurile prelucrate nu trebuie sa contina bucati separate de fonta sau ambalaje metalice, precum nici parti vizibile din cupru, zinc, plumb si aliajele lor si de asemenea resturi.

Aprecierea calitatii deseurilor feroase si a fierului vechi se face pe baza compozitiei chimice si a starii fizice.

● Compozitia chimica

Compozitia chimica defineste calitatea deseurilor feroase si a fierului vechi prin concentratia elementelor metalice (Fe, Mn, Si, Ni, Cr, Mo,Cu, Sn, Sb, etc.), nemetalice (C, S, P, etc.), steril (SiO₂, Al₂O₃, MgO), elemente combustibile exogene (C, H) si diferite reziduuri, cel mai ades intalnite fiind cele organice.

Principala problema legata de calitatea deseurilor feroase o reprezinta nivelul elementelor reziduale. Sunt considerate elemente reziduale, acele elemente care insotesc fierul in deseuri si care exercita influente negative asupra proprietatilor otelului elaborat. Ele raman in otel ca urmare a imposibilitatii micsorarii concentratiei lor sub o anumita limita in timpul procesului de elaborare a otelului prin procese metalurgice conventionale (reduceri, oxidari, transfer in zgura etc.) si inrautatesc calitatea acestuia prin efectele pe care le au asupra structurii si proprietatilor.

Sulful si fosforul nu sunt considerate elemente reziduale deoarece concentratiile lor din oteluri pot fi controlate, indepartarea lor sub anumite limite poate fi realizata prin reactii de oxidare si transfer intre topitura metalica si zgura.

Carbonul, siliciul, manganul, borul, aluminiul sunt elemente tipice prezente cu concentratii predeterminate in oteluri. Azotul, oxigenul, hidrogenul sunt cunoscute ca gaze in oteluri. In general elemente precum Cu, Sn, Ni, As, Sb, Cd, Pb, Zn, Mo, Bi sunt considerate elemente reziduale. In anumite marci de oteluri, unele din aceste elemente pot fi "element de aliere". Restrictiile privind concentratia elementelor reziduale sunt determinate de marca de otel elaborat.

Influenta elementelor daunatoare din otel asupra calitatii pot fi prezentate prin efectele pe care acestea le au asupra structurii si proprietatilor otelurilor.

Plumbul este puternic insolubil atat in fierul lichid cat si in fierul solid. Plumbul nu se dizolva in fazele caracteristice aliajelor Fe-C si deci nu influenteaza punctele critice ale transformarilor de faza din sistem si prin aceasta nu modifica parametrii de tratament termic. De regula, prezenta plumbului afecteaza in mica masura caracteristicile mecanice, la temperatura camerei (rezistenta la rupere, la curgere, alungirea si rezilienta). Plumbul afecteaza in masura insemnata capacitatea de deformare a otelurilor inoxidabile si refractare. Astfel, prezenta unei concentratii de ~0,005% Pb reduce la aproape jumatate deformabilitatea la cald a otelului inoxidabil.

Staniul este solubil in otelul lichid, solubilitatea maxima ajunge la 12% dar in otelul solid, solubilitatea lui este foarte mica. Staniul conduce la fragilizarea otelului la prelucrarea prin deformare la cald. La ambutisarea adanca se limiteaza continutul de staniu sub 0,02% deoarece inrautateste plasticitatea. Otelurile aliate destinate forjarii trebuie sa fie lipsite de staniu pentru evitarea dificultatilor de prelucrare.

Bismutul are o influenta marcanta asupra deformabilitatii la cald a otelurilor inoxidabile. Prezenta sa in compozitia chimica a otelului inoxidabil in proportie de ~0,004% face ca strictiunea la cald (1150-1200⁰C) a otelului inoxidabil sa scada de la 70% la ~10%.

Arseniul se dizolva in otelul solid, ajungand la 7% la 830⁰C si formeaza compusul definit FeAs₂. Arseniuri complexe formeaza cromul si nichelul. Impreuna cu cementita formeaza un eutectic ternar. In otel este indicat un continut de arsen sub 0,01%. In concentratii mai mari de 0,025%, arsenul conduce la aparitia crapaturilor la deformarea plastica, mareste sensibilitatea otelului la supraincalzire, accentueaza fragilitatea de revenire, inrautateste proprietatile mecanice. In otelurile moi, adaosuri de 0,1%As maresc rezistenta la tractiune, limita de curgere si stabilitatea la coroziune, dar se micsoreaza deformabilitatea si rezilienta. In otelurile dure, deformabilitatea se inrautateste sensibil.

Cuprul poate conduce la aparitia defectelor de suprafata, fig.3. Fragilitatea si crapaturile la cald pot fi datorate unor imbogatiri locale ale cuprului la suprafata produselor din otel.

Fig.3. Influenta continutului de cupru asupra defectelor de suprafata

la barele laminate din otel cu carbon scazut

Daca concentratia cuprului depaseste limita de solubilitate in austenita, la limita de graunte, la temperaturi ridicate se formeaza o faza lichida. Solubilitatea cuprului in austenita variaza intre 4,5% la 833⁰C si 8,5% la 1094⁰C si este cu mult mai mare decat solubilitatea sa in ferita, care variaza intre 0,2% la temperatura camerei si 2% la 833⁰C, fig.4.

Fig.4. Diagrama de echilibru a sistemului Fe-Cu:

e - faza bogata in cupru ce are maximum 0,6% Fe

Adaosul de nichel in aceeasi proportie poate compensa efectul cuprului. Staniul are de asemenea un rol important asupra fragilitatii la cald deoarece in zonele bogate Cu-Sn coboara temperatura de topire. Stibiul are efecte similare cu staniu datorita influentei asupra solubilitatii cuprului in austenita. Elementele cupru, nichel, staniu pot intensifica formarea tunderului si reduc astfel capacitatea de decapare a benzilor. Efectul combinat al cuprului si al altor elemente se poate aprecia cu relatia:

Cu_echiv. = Cu + 10Sb + 5Sn + 2As + Ni

Influenta elementelor reziduale asupra sudabilitatii poate fi analizata din graficele prezentate in fig.5, prin influenta pe care o au asupra temperaturii de tranzitie.

Fig.5. Influenta elementelor reziduale asupra modificarii temperaturii de tranzitie a rezilientei masurate la linia de unire, pentru doua procedee de sudare

● Proprietatie fizico-mecanice ale deseurilor feroase

Deseurile se pot clasifica functie de starea fizica in tabelul 3):

- fier vechi greu, ca lingouri defecte si incomplete, sutaje de brame, blumuri, etc., care au peste 1700kg/m³;

- fier vechi mijlociu sau normal ce cuprinde traverse, sine, material rulant, de constructii, masini, sutaje, etc., cu densitatea cuprinsa intre 1.300 . 1.700kg/m³;

- fier vechi usor, cel mai nepotrivit, marunt sau voluminos care cuprinde tabla subtire, strunjituri, sarma, etc., ce are 800 . 1300kg/m³;

Clasificarea fierului vechi utilizat in incarcatura cuptoarelor electrice cu arc

Conform recomandarilor din sistemul de referinta european, pentru deseurile utilizate la elaborarea otelului in cuptor electric cu arc se recomanda urmatoarele calitati de fier vechi:

● Controlul calitatii deseurilor feroase

Calitatea deseurilor se stabileste la receptia acestora la consumator:

la sosirea lotului: verificarea respectarii specificatiilor existente in comenzi si controlul prin observare - inspectie vizuala sau cu ajutorul unor analizoare portabile. Inspectia se realizeaza atat inainte de descarcare cat si in timpul descarcarii din mijloacele de transport. Prin control vizual amanuntit se poate observa existenta componentilor interzisi, prin utilizarea unor vectori purtatori de proprietati cunoscute precum motoarele electrice etc. In unele cazuri se pot efectua determinari specifice precum analizele chimice, prin luarea de probe reprezentative, conform prevederilor din standarde.

la utilizarea deseurilor: control posterior pe baza bilanturilor incidentelor si prelucrarea statistica a informatiilor, respectiv prin teste de topire (epruvete obtinute prin topire-turnare si supuse analizelor de laborator).

Controlul calitatii deseurilor de poate urmari pe baza bilanturilor de incidente care pot fi realizate atat la furnizor cat si la consumator (fig.6, fig.7).

Fig.6. Frecventa anuala a incidentelor totale (in toate otelariile pentru toate cauzele cumulate) - control la furnizor, anul 1996

Controlul se realizeaza si statistic, prin curbe de regresie trasate pentru un element (de ex. pentru cupru) sau pentru randamentul de metal (fig.8-11).

Fig.8. Evolutia continutului de cupru in deseurile feroase din categoria E3

Fig.9. Evolutia continutului de cupru in deseurile feroase din categoria E1C

Fig.10. Distributia cuprului in deseurile topite

Fig.11. Variatia continutului de cupru in probe obtinute din deseuri topite

cu maximum 0,30% Cu (efectul optimizarii incarcaturilor)