Ferrolega

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

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

Fe Mn-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
Fe Mn-MC - ferromanganese a medio tenore di carbonio
Fe Mn-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
Fe Mn-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
Fe Si Mn - 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
Fe Si Mn-bt B - ferrosilicomanganese a basso tenore di boro
Fe Cr - 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
Fe Ce - 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)	$E 1_{1} (%) \lor E 1_{1} (k g)$	$E 2_{1} (%) \lor E 2_{1} (k g)$
Ferrolega 2 (F2)	$E 1_{2} (%) \lor E 1_{2} (k g)$	$E 2_{2} (%) \lor E 2_{2} (k g)$

Supponiamo di indicare con P.B. il peso del bagno metallico (in kg) cui desideriamo aggiungere le nostre due ferroleghe.
Inoltre con E1_D(%) e con E2_D(%) 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 E1_D% e E2_D%?
Per rispondere a questa domanda occorre risolvere il seguente sistema di equazioni algebriche:

{\begin{matrix} P_{1} (k g) = \frac{(E 1_{D} % \times P . B . (k g))}{100 %} = E 1_{1} (k g) + E 1_{2} (k g) \\ P_{2} (k g) = \frac{(E 2_{D} % \times P . B . (k g))}{100 %} = E 2_{1} (k g) + E 2_{2} (k g) \\ \frac{E 1_{1} (k g)}{E 2_{1} (k g)} = \frac{E 1_{1} (%)}{E 2_{1} (%)} = c_{1} \\ \frac{E 1_{2} (k g)}{E 2_{2} (k g)} = \frac{E 1_{2} (%)}{E 2_{2} (%)} = c_{2} \end{matrix}

Dove $P_{1} (k g)$ e $P_{2} (k g)$ rappresentano rispettivamente le quantità di $E_{1} (k g)$ e di $E_{2} (k g)$ da aggiungere per ottenere $E 1_{D} (%)$ e $E 2_{D} (%)$ , mentre c₁ e c₂ sono due costanti adimensionali che dipendono rispettivamente dalla composizione di $F 1$ ed $F 2$ .
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) = \frac{(c_{1} \times P_{2} (k g) - P_{1} (k g))}{(c_{1} - c_{2})}

E 2_{1} (k g) = \frac{P_{2} (k g) - (c_{1} \times P_{2} (k g) - P_{1} (k g))}{(c_{1} - c_{2})}

E 1_{1} (k g) = c_{1} \times E 2_{1} (k g)

E 1_{2} (k g) = c_{2} \times E 2_{2} (k g)

Da cui avremo che in totale bisognerà aggiungere $E 1_{1} (k g) + E 2_{1} (k g)$ chili di ferrolega F1 e $E 1_{2} (k g) + E 2_{2} (k g)$ chili di ferrolega F2.