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VAR (Vacuum Arc Remelting) e ESR (Electroslag Remelting) sono due distinti processi di raffinazione dell'acciaio utilizzati per produrre leghe di alta qualità con migliori proprietà meccaniche, pulizia e omogeneità. Sebbene entrambi i processi mirino a migliorare la qualità dei materiali, differiscono in modo significativo nei metodi, nei principi e nei risultati. Il VAR prevede la rifusione di un elettrodo consumabile sotto vuoto mediante un arco elettrico, che rimuove i gas disciolti e le impurità ottenendo una solidificazione direzionale. Al contrario, la ESR utilizza uno strato di scoria fusa per raffinare l'elettrodo, concentrandosi sul miglioramento della pulizia delle inclusioni e sulla riduzione della segregazione. Di seguito vengono illustrate in dettaglio le principali differenze tra l'acciaio VAR e l'acciaio ESR.

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Punti chiave spiegati:

1. Meccanismo di processo:

   • VAR:
     • Utilizza un arco elettrico sotto vuoto per rifondere un elettrodo consumabile.
     • L'elettrodo viene fuso dall'intenso calore dell'arco e le gocce cadono in uno stampo raffreddato ad acqua, formando un nuovo lingotto.
     • Funziona in un ambiente ad alto vuoto, che aiuta a rimuovere i gas disciolti (ad esempio, idrogeno, azoto) e le impurità volatili.
   • VES:
     • Utilizza uno strato di scorie fuse per affinare l'elettrodo.
     • L'elettrodo viene fuso mediante riscaldamento a resistenza elettrica mentre attraversa la scoria conduttiva.
     • La scoria agisce come un filtro, intrappolando le impurità e le inclusioni non metalliche, migliorando la pulizia dell'acciaio.

2. Condizioni ambientali:

   • VAR:
     • Condotto sotto vuoto, impedisce l'ossidazione ed elimina la contaminazione atmosferica.
     • Ideale per metalli reattivi come il titanio e lo zirconio, nonché per acciai e superleghe ad alte prestazioni.
   • VES:
     • Condotto in atmosfera di gas inerte o sotto uno strato protettivo di scorie.
     • La scoria costituisce una barriera contro la contaminazione atmosferica, ma non offre lo stesso livello di rimozione dei gas di un vuoto.

3. Rimozione delle impurità:

   • VAR:
     • È in grado di rimuovere i gas disciolti (idrogeno, azoto, anidride carbonica) e gli oligoelementi volatili.
     • L'ambiente sottovuoto consente l'estrazione di impurità ad alta pressione di vapore.
   • VES:
     • Si concentra sulla rimozione delle inclusioni non metalliche e sul miglioramento della pulizia degli ossidi.
     • Le scorie catturano e trattengono le impurità, ottenendo un prodotto finale più pulito.

4. Controllo della solidificazione:

   • VAR:
     • Consente di ottenere una solidificazione direzionale dal basso verso l'alto del lingotto.
     • Riduce la macro-segregazione e minimizza la micro-segregazione, portando a una struttura più omogenea.
   • VES:
     • Promuove anche la solidificazione direzionale, ma dipende dalla velocità di raffreddamento e dall'interazione con la scoria.
     • Il processo di solidificazione è influenzato dallo strato di scorie, che può influire sulla microstruttura finale.

5. Efficienza energetica:

   • VAR:
     • È noto per il suo basso apporto energetico rispetto ad altri processi di rifusione.
     • L'ambiente sottovuoto e il riscaldamento controllato dell'arco contribuiscono all'efficienza energetica.
   • VES:
     • Richiede più energia a causa della necessità di mantenere lo strato di scorie fuse e del processo di riscaldamento a resistenza elettrica.

6. Applicazioni:

   • VAR:
     • Utilizzato principalmente per metalli reattivi (titanio, zirconio) e leghe ad alte prestazioni (superleghe, acciai per utensili).
     • Ideale per le applicazioni che richiedono materiali ultra-puliti con un contenuto minimo di gas.
   • VES:
     • Comunemente utilizzato per acciai di alta qualità, come acciai per utensili, acciai per cuscinetti e acciai inossidabili.
     • Adatto per applicazioni in cui la pulizia e l'omogeneità delle inclusioni sono fondamentali.

7. Vantaggi:

   • VAR:
     • Rimuove i gas disciolti e le impurità volatili.
     • Consente di ottenere una solidificazione direzionale per migliorare le proprietà meccaniche.
     • Basso consumo energetico e processo di fusione senza ceramica.
   • VES:
     • Migliora la pulizia dell'inclusione e riduce la segregazione.
     • Migliora l'omogeneità e le proprietà meccaniche dell'acciaio.
     • Efficace per la raffinazione di un'ampia gamma di tipi di acciaio.

8. Limitazioni:

   • VAR:
     • Limitato ai materiali che beneficiano della raffinazione sottovuoto.
     • Costi operativi e di attrezzatura più elevati a causa del sistema di aspirazione.
   • VES:
     • Meno efficace nella rimozione dei gas disciolti rispetto al VAR.
     • Richiede un attento controllo della composizione e della temperatura della scoria.

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In sintesi, VAR e ESR sono processi complementari, ciascuno con punti di forza unici. Il VAR è preferito per i metalli reattivi e le applicazioni che richiedono materiali ultra-puliti con un contenuto minimo di gas, mentre l'ESR è favorita per migliorare la pulizia e l'omogeneità delle inclusioni negli acciai di alta qualità. La scelta tra i due processi dipende dai requisiti specifici del materiale e dalle proprietà desiderate.

Tabella riassuntiva:

Aspetto	VAR (rifusione ad arco sotto vuoto)	ESR (rifusione a scoria elettrolitica)
Meccanismo di processo	Utilizza un arco elettrico sotto vuoto per rifondere un elettrodo consumabile.	Utilizza uno strato di scorie fuse per affinare l'elettrodo tramite riscaldamento a resistenza elettrica.
Condizioni ambientali	Condotto nel vuoto, ideale per metalli reattivi come il titanio e lo zirconio.	Condotto in atmosfera di gas inerte o sotto uno strato protettivo di scorie.
Rimozione delle impurità	È in grado di rimuovere i gas disciolti (idrogeno, azoto) e gli oligoelementi volatili.	Si concentra sulla rimozione delle inclusioni non metalliche e sul miglioramento della pulizia degli ossidi.
Controllo della solidificazione	Consente di ottenere una solidificazione direzionale, riducendo la macro-segregazione e migliorando l'omogeneità.	Promuove la solidificazione direzionale, ma è influenzata dall'interazione con la scoria.
Efficienza energetica	Basso input energetico grazie all'ambiente sotto vuoto e al riscaldamento controllato dell'arco.	Richiede più energia per mantenere lo strato di scorie fuse e il riscaldamento a resistenza elettrica.
Applicazioni	Metalli reattivi (titanio, zirconio) e leghe ad alte prestazioni (superleghe, acciai per utensili).	Acciai di alta qualità (acciai per utensili, acciai per cuscinetti, acciai inossidabili) che richiedono pulizia.
Vantaggi	Rimuove i gas disciolti, realizza una solidificazione direzionale, a basso consumo energetico.	Migliora la pulizia delle inclusioni, aumenta l'omogeneità, è efficace per la raffinazione di vari acciai.
Limitazioni	Limitato ai materiali di raffinazione sottovuoto, costi operativi e di attrezzatura più elevati.	Meno efficace nella rimozione dei gas disciolti, richiede un attento controllo della composizione delle scorie.

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