La desoxidación es un método utilizado en metalurgia para eliminar el resto del contenido de oxígeno del mineral de hierro previamente reducido durante la fabricación del acero. Por el contrario, los antioxidantes se utilizan para la estabilización, como en el almacenamiento de alimentos. La desoxidación es importante en el proceso de fabricación de acero , ya que el oxígeno suele ser perjudicial para la calidad del acero producido. La desoxidación se logra principalmente agregando una especie química separada para neutralizar los efectos del oxígeno o eliminando directamente el oxígeno.
La oxidación es el proceso por el cual un elemento pierde electrones. Por ejemplo, el hierro cederá dos de sus electrones al oxígeno, formando un óxido . Esto ocurre en todo momento como una parte no deseada del proceso de fabricación de acero.
El soplado de oxígeno es un método de fabricación de acero en el que se sopla oxígeno a través del arrabio para reducir el contenido de carbono. El oxígeno forma óxidos con elementos no deseados, como carbono , silicio , fósforo y manganeso , que aparecen en diversas etapas del proceso de fabricación. Estos óxidos flotarán hasta la parte superior de la piscina de acero y se eliminarán solos del arrabio. Sin embargo, parte del oxígeno también reaccionará con el propio hierro.
Debido a las altas temperaturas involucradas en la fundición, el oxígeno del aire puede disolverse en el hierro fundido mientras se vierte. La escoria , un subproducto que queda después del proceso de fundición, se utiliza para absorber aún más impurezas como azufre u óxidos y proteger el acero de una mayor oxidación. Sin embargo, todavía puede ser responsable de cierta oxidación.
Algunos procesos, aunque pueden provocar oxidación, no son relevantes para el contenido de oxígeno del acero durante su fabricación. Por ejemplo, el óxido es un óxido de hierro rojo que se forma cuando el hierro del acero reacciona con el oxígeno o el agua del aire. Por lo general, esto solo ocurre una vez que el acero ha estado en uso durante períodos de tiempo variables. Algunos componentes físicos del propio proceso de fabricación del acero, como el horno de arco eléctrico , también pueden desgastarse y oxidarse. Este problema suele solucionarse mediante el uso de metales refractarios , que resisten las condiciones ambientales. [1]
Si el acero no se desoxida adecuadamente, habrá perdido diversas propiedades como resistencia a la tracción, ductilidad , tenacidad, soldabilidad , pulibilidad y maquinabilidad . Esto se debe a la formación de inclusiones no metálicas y poros de gas , burbujas de gas que quedan atrapadas durante el proceso de solidificación del acero. [2]
Este método de desoxidación implica agregar metales específicos al acero. Estos metales reaccionarán con el oxígeno no deseado, formando un óxido fuerte que, en comparación con el oxígeno puro, reducirá la resistencia y las cualidades del acero en menor cantidad.
La ecuación química para la desoxidación está representada por:
donde n y m son coeficientes, D es el agente desoxidante y O es oxígeno.
Por tanto, la ecuación de equilibrio químico involucrada es:
donde a ox es la actividad o concentración del óxido en el acero, a D es la actividad del agente desoxidante y a O es la actividad del oxígeno.
Un aumento en la constante de equilibrio Keq provocará un aumento en aox y, por lo tanto , más producto de óxido.
K eq puede ser manipulado por la temperatura del acero mediante la siguiente ecuación:
donde A D y B D son parámetros específicos de diferentes desoxidantes y T es la temperatura en K°. A continuación se muestran los valores de ciertos desoxidantes a una temperatura de 1873 K°. [1] [3]
A continuación se muestra una lista de desoxidantes metálicos de uso común:
La desoxidación al vacío es un método que implica el uso de vacío para eliminar impurezas. Una parte del carbono y el oxígeno del acero reaccionarán formando monóxido de carbono . El gas CO flotará hasta la parte superior del acero líquido y será eliminado mediante un sistema de vacío.
Como la reacción química involucrada en la desoxidación al vacío es:
La reacción entre el carbono y el oxígeno está representada por la siguiente ecuación de equilibrio químico:
donde P CO es la presión parcial del monóxido de carbono formado.
Disminuir la actividad del oxígeno (a O ) dará como resultado una constante de equilibrio más alta, por lo tanto, más producto, CO. Para lograr esto, someter el conjunto de acero a un tratamiento al vacío disminuye el valor de P CO , lo que permite que se produzca más gas CO. [1] [4]
Este método se basa en la idea de que la desoxidación de la escoria conducirá a la desoxidación del acero.
La ecuación de equilibrio químico utilizada para este proceso es:
donde a [O] es la actividad del oxígeno en la escoria y a (O) es la actividad del oxígeno en el acero.
Reducir la actividad en la escoria (a [O] ) reducirá los niveles de oxígeno en la escoria. Posteriormente, el oxígeno se difundirá desde el acero hacia la escoria menos concentrada. Este método se realiza utilizando agentes desoxidantes sobre la escoria, como coque o silicio. Como estos agentes no entran en contacto directo con el acero, no se formarán inclusiones no metálicas en el propio acero. [1]
![{\displaystyle K_{FeO}=a_{[O]}/a_{(O)}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/92cfa263a7959321181d6843940df65983d6c3bb)