proceso acero

METALURGIA DEL HIERRO

Obtencin de Arrabio

Materias primas: Mineral Hierro, coque, cal

Alto Horno

Fabricacin de acero

Colada continua

El alto horno utiliza mineral de hierro comomaterias primas que contienen hierro, coquey carbn pulverizado como elementosreductores y cal o caliza como elementosfundentes.

El objetivo es producir arrabio adecuado parael proceso posterior que permitir obtenercomo producto acero.

Este proceso, consume una gran cantidad de coque metalrgico, . por lo queestn surgiendo otros procesos de produccin de hierro como procesos futurosalternativos: reduccin directa y reduccin por fusin donde el coque metalrgicose puede reemplazar por carbn pulverizado u otros elementos reductores degases. Son ejemplos de procesos comerciales: Midrex (reduccin directa) y Corex(reduccin por fusin).

Los principales minerales de los que se extrae el hierro son:

Hematita (mena roja)

70% de hierro

Magnetita (mena negra) 72,4% de hierro

Siderita (mena caf pobre)carbonato de hierro (II) (FeCO3),

48,3% de hierro

Limonita (mena caf)FeO(OH)nH2O.(xidos e hidrox de hierro)

60-65% de hierro

Los tres primeros se extraen de minas y son transportados y preparados antes de

que se introduzcan al sistema en el que se producir el arrabio.

Carga a AH : Mineral de hierro

En la carga al Alto Horno , AH, se utilizan 2 tipos de Minerales de Hierro: las

Granzas y los Pellets Bsicos


El mineral extrado de una mina de hierro puede ser de carga directa a los

altos hornos o puede requerir de un proceso de peletizacin para ser utilizado

en la produccin del acero, esto segn sea su calidad.

Si el mineral posee bajo contenido de impurezas

(principalmente P y S), puede ser utilizado para

carga directa, requiriendo slo tratamientos de

molienda y concentracin. (Minas el Romeral).

Si, por el contrario, el contenido de impurezas es

relativamente alto, se realiza tambin la molienda

y concentracin, pero requiere adems de un

proceso qumico de peletizacin, donde se

reducen significativamente dichas impurezas.

(minas Los Colorados y Algarrobo).


Coque:

La mezcla de carbones metalrgicos se somete a un proceso de

destilacin seca que lo transforma en coque metalrgico. Este

proceso se realiza en la Planta de Coque. La coquificacin del carbn

mineral deja, como subproducto, gas de alto poder calorfico, que es

utilizado como combustible en los diversos procesos de la industria.

El coque se quema como combustible para calentar el horno, y al arder liberamonxido de carbono, que se combina con los xidos de hierro del mineral ylos reduce a hierro metlico

La reaccin qumica fundamental (global) de un alto horno es:

Fe2O3 (s)+ 3 CO(g) 3 CO2 (g)+ 2 Fe(l)

Coque:

Caliza

La mina de piedra caliza ms austral delmundo, ubicada a 300 kilmetros dePuerto Natales, abastece de ese mineral acompaas de la magnitud de CementosBo Bo, Iansa y Siderrgica Huachipato

Aire

El aire, que ha sido precalentado hasta los 1.030 C aproximadamente, es forzado dentro de la base del horno para quemar el coque. Ingresa por un anillo de toberas.

tragante

El calentamiento se realizaen las llamadas estufas,cilindros con estructuras deladrillo refractario. Elladrillo se calienta durantevarias horas quemando gasde alto horno, que son losgases de escape que salende la parte superior delhorno. Despus se apaga lallama y se hace pasar el airea presin por la estufa.

Aire

Desarrollo de A.H.

Fuerzas Motrices de un Alto Horno

De acuerdo con el estado interno de las materias primas, se puede observar varias otras zonas en los altos

hornos:

1. Zona de reduccin primaria: zona superior de la cuba, donde se reducen los xidos de hierro de alta

valencia (hematita y magnetita (Fe2O3, Fe3O4). La temperatura oscila entre los 400 a 1000 C.

2. Zona de reserva trmica: zona inferior de la cuba, donde la temperatura se mantiene a alrededor de

10001200 C. En esta zona, tiene lugar la reduccin de la wustita (FeO) a hierro metlico.

3. Zona cohesiva: se extiende desde arriba del etalaje cerca de la pared hasta la mitad de la cuba en el

centro del alto horno. En la zona cohesiva, los materiales alcanzan alrededor de 1200 C y comienzan

a ablandarse y fundirse con excepcin de las partculas de coque.

4. Zona de coque activo/zona de goteo: debajo de la zona cohesiva, donde se completa la reduccin final

del hierro metlico. La escoria fundida y el hierro fundido forman gotas a travs de la capa de coque.

El ALTO HORNO es un reactor metalrgico que reduce continuamente elhierro del mineral.

Est formado por una cpsula cilndrica de acero forrada con un material no metlico y resistente al calor, como ladrillos refractarios y placas refrigerantes.

Cerca del fondo se encuentra un orificio por el que fluye el arrabio cuandose sangra (o vaca) el alto horno. Encima de ese orificio, pero debajo de lastoberas, hay otro agujero para retirar la escoria.

La parte superior del horno,cuya altura es de unos 30 m,contiene respiraderos paralos gases de escape, y un parde tolvas redondas, cerradaspor vlvulas en forma decampana, por las que seintroduce la carga en elhorno. Los materiales sellevan hasta las tolvas enpequeas vagonetas ocucharas que se suben porun elevador inclinado situadoen el exterior del horno

El carro Torpedo una vez cargado con el Arrabio, se dirige hacia la Acera donde seguir el proceso de refinado hasta obtener el Acero

Transporte de Arrabio a Acera

Reduccin directa

Emplea agentes reactivos reductores como gas natural, gas metano,

hidrgeno, monxido de carbono

El producto obtenido es hierro esponja, denominado de esta formaporque al extraer el oxgeno al mineral se obtiene un producto

metlico poroso y relativamente liviano.

Reduccin directa

Para la produccin de hierro por reduccin directa, se pueden

nombrar los siguientes procesos:

Proceso Midrex

Proceso HYL-III

La escoria se forma a partir del material de la ganga de la carga, las

cenizas del coque y de otros reductores auxiliares. Durante el proceso del

alto horno, la escoria primaria se convierte en escoria final. Cuatro

componentes principales (SiO2, CaO, MgO y Al2O3) constituyen alrededor

del 96% de la escoria. En la siguiente tabla se muestran las

composiciones tpicas de la escoria y los rangos. Los componentes

menores son MnO, TiO2, K2O, Na2O, S and P.

ESCORIA

Componente Tpico Rango

CaO 40% 34-42%

MgO 10% 6-12%

SiO2 36% 28-38%

Al2O3 10% 8-20%

Sulfuro 1%

PRETRATAMIENTO DEL ARRABIO

El arrabio producido en el alto horno se transfiere a una cuchara o a un

recipiente denominado cuchara torpedo y luego se carga en el convertidor

LD. El proceso de soplado de oxgeno en el cual el arrabio es

decarburado y convertido en acero generalmente se realiza en un

convertidor LD, conocido tambin como horno de oxgeno bsico. Sin

embargo, se ha puesto en prctica un mtodo para dividir la capacidad de

afino y destinar la funcin dividida a los procesos antes y despus del

convertidor LD.

Desulfurizacin y defosforizacin de arrabio

Los procesos en los cuales se quitan las impurezas del hierro fundido

antes de ser llevado al convertidor LD se denominan pretratamiento del

arrabio. En la actualidad, un proceso integrado de fusin en el alto horno,

pretratamiento del arrabio, decarburacin en el convertidor LD y afino

secundario se ha convertido en el proceso de produccin estndar para

los aceros de alta calidad

Desulfurizacin y desfosforizacin de arrabio

El precalentamiento del arrabio incluye la desiliciacin, la desfosforacin y

la desulfurizacin. El silicio en el arrabio es oxidado en el convertidor LD,

en donde reacciona con la cal agregada (CaO) y el xido de hierro (FeO)

para formar una escoria de CaO-FeO-SiO2. Si el contenido de silicio del

arrabio es bajo, esta reaccin se acorta en el convertidor LD, se mejora la

eficacia de la produccin y el volumen de escoria generado es pequeo;

por lo tanto, decarburizar con una alta produccin de hierro es posible.

Por lo tanto, la desiliciacin se lleva a cabo como un proceso de

pretratamiento agregando xidos de hierro y los finos sinterizados del

mineral al arrabio en los canales de colada del alto horno en el recipiente

de transferencia.


Generalmente la desfosforacin se realiza inyectando un agente

desfosforante por ejemplo que contenga calen el hierro fundido en lacuchara de transferencia o cuchara torpedo junto con un gas. Esto

promueve la transferencia del fsforo del hierro fundido a la fase de la

escoria, la cual luego se descarga. Por lo general, la desfosforacin se

lleva a cabo despus de la desiliciacin, porque la reaccin de la

desfosforacin acta ms rpido a bajos contenidos de silicio. A pesar de

que el arrabio es desulfurado hasta cierto punto por el tratamiento de

desfosforacin, los aceros con muy bajo contenido de azufre requieren

una desulfurizacin ms a fondo, la cual se realiza mediante una

inyeccin separada de agentes desulfurizantes tales como CaO, Na2CO3,

CaC2 y Mg en el arrabio.


si se dispone de algn compuesto de calcio que no aumente elpotencial de oxgeno en el medio, puede ser viable termodinmicamente

la formacin de sulfuros de calcio que permitan la escorificacin del azufre

disuelto en el arrabio.

Un compuesto de calcio que rene las caractersticas indicadas es el

carburo de calcio, CaC2. Por ejemplo, en una instalacin dedesulfuracin, se inyecta al arrabio (transportada en cucharas o torpedos)

polvo de carburo de calcio en una corriente de argn o de aire seco. Las

posibles reacciones son las siguientes:


Inyeccin bajo condiciones inertes (argn)

C2Ca(s) + S (dis,arrab.) = CaS (dis,esc.) + 2 C (dis,arrab.)

Reaccin con inyeccin bajo condiciones oxidante (aire) con la oxidacin

parcial del carbono

CONVERTIDOR LD (BOS)

El procesamiento en el convertidor LD (BOS) tiene por objeto afinar elmetal caliente - arrabio producido en el alto horno en acero lquidobruto, que luego podr ser nuevamente afinado por metalurgiasecundaria.

Las principales funciones del Convertidor LD (BOF) son la decarburaciny la eliminacin del fsforo del arrabio y la optimizacin de latemperatura del acero, para que cualquier otro tratamiento, previo a lacolada, pueda realizarse con el mnimo recalentamiento o enfriamientodel acero.

Las reacciones exotrmicas de oxidacin que ocurren durante elproceso en el convertidor LD (BOS) generan gran cantidad de energatrmica ms de la necesaria para lograr la temperatura final del acero.Este calor adicional se utiliza para fundir chatarra y/o adiciones demineral de hierro.

El recipiente (reactor o convertidor) estcompuesto por una carcaza de acero, revestidainternamente con ladrillos refractarios(magnesita o dolomita), sostenida por unrobusto anillo de acero equipado conmuones, cuyo eje es accionado por unsistema basculante o de volcado. El volumeninterno del recipiente es entre 7 a 12 vecesmayor que el volumen del acero a procesar,para que la mayor parte de las proyecciones demetal generadas por la inyeccin de oxgenoqueden confinadas, conjuntamente con laescoria expandida durante los perodos deespumado.

Esta geometra tpica de un convertidormuestra la nariz (N), la lanza de oxgeno (L), elanillo de muones (B), el mun (T), elmecanismo basculante (M), y la piquera (H).La capacidad tpica es de 200 a 300 toneladasmtricas de acero lquido y el ciclo entre coladay colada es de aproximadamente 30 minutos,con un perodo de soplado de oxgeno de 15minutos.

Vista esqumatica de un convertidor LD.

Imagen: Cortesa de Association of Finnish

Steel and Metal Producers.

Las materias primas que se cargan en el convertidor son:

"Metal caliente" lquido, arrabio proveniente del alto horno despus de haberlo sometido a tratamientos especficos previos, tales como la desulfuracin o la defosforacin

Otras adiciones que contienen hierro, en especial chatarra y mineral, calculadas para ajustar el balance trmico y obtener la temperatura de acero requerida

Las adiciones necesarias para formar una escoria de composicin apropiada, que incluyen, principalmente, cal (CaO) y cal dolomtica (CaO-MgO), generalmente en la forma de trozos de 20 a 40 mm

Oxgeno puro inyectado ya sea a travs de una lanza con mltiples orificios o a travs de toberas en el fondo del convertidor

CONVERTIDORES DE SOPLADO MIXTO

Horno de arco elctrico

En el horno de arco elctrico (EAF), la chatarra de acero reciclada esfundida y convertida en acero de alta calidad a travs de arcoselctricos de alta potencia. La principal tarea de la mayora de loshornos de arco elctrico modernos es convertir las materias primasslidas en acero crudo lquido lo ms rpido posible y luego afinarlasan ms en los sucesivos procesos de la metalurgia secundaria. Detodos modos, si se dispone de tiempo, prcticamente cualquieroperacin metalrgica podra llevarse a cabo durante el proceso delbao plano (luego de la fusin), que normalmente es realizado como untratamiento previo a las operaciones de la metalurgia secundaria.

La ruta de la aceraintegrada que produceacero en base al arrabiolquido originado a partirdel mineral de hierro todava domina laproduccin mundial delacero, sin embargo la rutadel EAF toma ao tras aouna participacin cada vezms grande.

http://www.steeluniversity.org/content/html/spa/default.asp?catid=25&

pageid=2081271929

La instalacin bsica de un horno de arco elctrico consiste de una carcaza con untecho encima del mismo. La carcaza est revestida con ladrillos cermicos(normalmente con ladrillos refractarios de magnesita) que actan como aislanteentre el horno y el acero lquido. En la parte superior de las paredes del crisol y lasparedes interiores del techo, elementos de enfriamiento por agua son utilizadosen lugar de aislantes cermicos. Estos paneles enfriados por agua se ubican de talmanera que no exista un contacto directo con el acero lquido.

Materias Prima

La operacin del horno de arco elctrico (EAF) est basada en el reciclado dechatarra de acero

Chatarra interna

Chatarra comercial, representa toda la chatarra de acero disponible en elmercado

Bsicamente, la chatarra es clasificada conforme a diversas propiedades:

Composicin qumica del acero, por ejemplo, de baja aleacin e inoxidable; Nivel de impurezas, por ejemplo, S, P y Cu; Tamao y forma; Homogeneidad, es decir, la variacin dentro de la especificacin dada.

Una chatarra de alta calidad est bien definida, posee un bajo nivel de impurezasy un tamao que ha sido controlado y/o modificado por medios mecnicos. Estetipo de chatarra es la ms costosa y slo se utiliza en las etapas ms avanzadas delprocesamiento del acero, por ejemplo, en las operaciones en cuchara.

Colada

Existen dos diseos comunes de hornos que poseen diferentes configuracionesde colada.

Los hornos de colada excntrica por el fondo (EBT) poseen una piqueradescentrada en la base del horno. Dicha configuracin permite una colada librede escoria. En estos casos un fondo lquido (pequea cantidad de metal yescoria remanente) es retenido en el horno entre una carga y otra.

Colada

Los hornos de piquera son utilizados para algunos grados de acero. El coladopor una piquera hace que la escoria sea trasvasada a la cuchara, donde semezcla completamente con el acero. En estos casos la totalidad del metal esvolcada, sin que quede nada de acero lquido en el horno.

Metalurgia secundaria

Metalurgia Secundaria

Al finalizar la metalurgia primaria (ya sea en el Convertidor LD o bien en elHorno de Arco Elctrico), el acero lquido es volcado en la cuchara ytransportado a la mquina de colada. Mientras est en la cuchara, el aceropodr someterse a una serie de tratamientos diferentes, tales como ajustesen la composicin, agitacin, desgasificacin y recalentamiento. En suconjunto, esta etapa dentro del proceso de metalurgia se denominametalurgia secundaria.

Objetivos

Realizar ajuste de los elementos de aleacin

Ajustar las especificaciones de las impurezas nometlicas (P, S) o gaseosos disueltos en el hierrolquido

Calibrar la temperatura


Lo anterior se puede realizar con algunas de las siguientes opciones

Agitacin Lanza Tapn poroso en el fondo de la cuchara Agitacin electromagntica

Horno Cuchara

Inyeccin en la cuchara Polvo Alambre

Desgasificacin Desgasificador RH, DH


AGITACIN

DESGASIFICADOR POR RECIRCULACIN (RH), para eliminar carbn y otrasimpurezas

ESTANQUE DESGASIFICADOR

El tanque desgasificador se utiliza para eliminar del acero los elementosgaseosos y el azufre.

La eliminacin de azufre se logra a travs de reacciones qumicas entre el metaly la escoria, promovidas por un fuerte lavado (burbujeo) con argn dentro dela cmara de vaco.

HORNO CUCHARA

El horno cuchara se utiliza para calentar el acero. El burbujeo de argn se aplicapara homogeneizar la composicin y la temperatura del acero.

Otro de los fines del horno cuchara es actuar como recipiente demantenimiento entre el LD (BOF) y la mquina de colada continua.

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