1.- Nucleación de productos de desoxidación
La nucleación de los productos de desoxidación puede tener lugar mediante dos mecanismos posibles (a) nucleación homogénea, la cual tiene lugar en el baño sin la presencia de impurezas y (b) nucleación heterogénea la cual es auxiliada de un substrato.
A fin de entender mejor el proceso de desoxidación, es esencial conocer cual de estos dos mecanismos explican la producción de las inclusiones de desoxidación y cual es la importancia relativa de esta etapa en el proceso global, o cual es la conexión entre las características de los parámetros de nucleación en las etapas posteriores: crecimiento y flotación.
Sobre las bases de la teoría clásica de la nucleación de Volmer-Weber-Beker [13] y Döring [14], y complementada por Turnbull et al [15], los parámetros característicos de la nucleación, en particular la energía de nucleación, radio critico del núcleo, velocidad de nucleación homogénea, se pueden expresar como una función de la supersaturación. Sin embargo, se han observado diferencias significativas con respecto a resultados experimentales, la cuales se asocian principalmente a los valores introducidos en el cálculo, en particular el de la energía interfacial entre el núcleo y el acero, y el factor de frecuencia que aparece en la expresión de la velocidad de nucleación.
Las observaciones experimentales han conducido a las siguientes conclusiones:
1) La nucleación homogénea de óxidos es posible para el caso de elementos desoxidantes fuertes, Al, Ti, Zr, ...
2) Para desoxidantes débiles, Si y Mn, la precipitación puede ser explicada únicamente por nucleación heterogénea.
donde y son el producto de solubilidad existente y el necesario para la nucleación homogénea respectivamente, son muy altos, e.g. para el Al el valor de se encuentra entre 104 y 107.
El hecho de que la nucleación homogénea es posible para desoxidantes fuertes no implica que todas las inclusiones sean formadas mediante este mecanismo, sino que además interviene la precipitación heterogénea. La supersaturación requerida para una nucleación heterogénea es siempre menor que la necesaria para la nucleación homogénea. En la práctica industrial puede puntualizarse que la nucleación heterogénea puede ser la más importante debido a la presencia de “impurezas” que acompañan a las adiciones que se hacen al metal líquido.
2.- Crecimiento
La nucleación de productos de desoxidación cesa tan pronto como disminuye la distribución del desoxidante en el baño líquido, de manera que disminuye la posibilidad de alcanzar los niveles de supersaturación necesarios. Lindborg y Torsell [16] analizaron los mecanismos de crecimiento y sugirieron la Fig. 2, en la cual se distinguen varios procesos.
a. Precipitación por difusión
La transición de un núcleo cuyo tamaño se encuentra en la escala de Ángstrom, a una inclusión de tamaño mayor a nivel de m, se explica por la difusión de soluto en acero líquido. La operación de este el mecanismo finaliza rápidamente como consecuencia de la reducción de oxígeno disuelto y el crecimiento continuará debido a las colisiones asociadas al movimiento y a las diferencias de velocidades de ascenso de las inclusiones.
b. Coalescencia por difusión
Este mecanismo consiste en el crecimiento de partículas grandes a expensas de partículas de menor tamaño, pero se asume una contribución pequeña al crecimiento del producto de desoxidación.
c. Gradiente de coalición
En un baño suficientemente agitado para considerar su flujo en régimen turbulento, se crean torbellinos, cuyo tamaño excede fácilmente el de las partículas formadas en la desoxidación. La interacción entre torbellinos promueve la coalición de los productos de desoxidación y consecuentemente su coalescencia y crecimiento.
d. Coaliciones de Stokes
En un baño líquido quieto, las partículas ascienden a diferentes velocidades. Durante este proceso puede tener lugar la coalición entre partículas de diferente tamaño, las cuales eventualmente coalesen formando una de mayor tamaño.
2.- Eliminación
La disminución del tamaño promedio después del pico, obedece a la remoción preferencial de partículas grandes por flotación. Se acepta generalmente que antes de que la flotación ocurra la agitación del baño metálico favorece la eliminación de los productos de desoxidación.
4.- Modificación de inclusiones de alúmina
En la fabricación de ciertos grados de acero, el proceso en horno cuchara incluye el tratamiento con Ca. Esta operación tiene el objetivo general de mejorar la calidad del producto a través de la modificación de las inclusiones
existentes, es decir disminuir la cantidad de clusters de Al2O3 y MnS, además de cambiar la morfología y distribución de las inclusiones remanentes. Estas modificaciones en la naturaleza del estado inclusionario resulta en una mejora de las propiedades del material tales como ductilidad, resistencia y maquinabilidad. Un efecto benéfico adicional al uso de Ca es la mejora de la colabilidad.
La adición de Ca metálico es difícil debido principalmente a su alta presión de vapor a las temperaturas de operación y a su baja solubilidad en el acero líquido, lo que conduce generalmente a bajos rendimientos. A fin de mejorar la eficiencia de la adición de Ca, éste se adiciona en forma de compuesto, por ejemplo como CaSi, CaAl, CaC, AlCaFe. Independientemente del agente utilizado como portador de Ca la adición se realiza en alambre o empleando una lanza de inyección. En la práctica la incorporación de las concentraciones necesarias de Ca al baño líquido es difícil debido a múltiples factores que intervienen tales como: tiempo disponible para que las reacciones se aproximen al equilibrio, condiciones de agitación, temperatura y composición del acero líquido al momento de la inyección.