procesos de conversión de acero y efecto de
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7/24/2019 Procesos de Conversin de Acero y Efecto De
1/12
Procesos de conversin de acero y efecto de
variables en convertidores tipo L.B.E/*^
C. Blanco^*\ A . Vega^ - y M. Daz^ -*
Se analiza la eficacia de los procesos de transformacin en convertidores en condiciones de trabajo
determinadas, para deducir relaciones aplicables al control basadas en la modificacin de cantidades
y composiciones de las materias primas. Se plantean ecuaciones empricas para determinar la compo
sicin final del acero como funcin de los aditivos y de las concentraciones iniciales del arrabio tra
tado,
as como el patrn de soplado de oxgeno. Las relaciones obtenidas establecen las dependencias
entre cada una de las variables consideradas y, por tanto, permiten determinar estrategias de opera
cin para obtener aceros con unas calidades finales dadas.
Palabras clave:
Acero Convertidor Modelo estadstico Control
Resumen
Stee l convers in processes and e f fec t o f the var iab les in L .B.E.
c o n v e r t e r s
Abstract
In order to determine control equations based on qualitative and quantitative changes of the raw
materials, an analysis of the efficiency of the steel production process was carried out in converters
under specified operation conditions. Empirical equations to obtain the final composition of the steel
as a function of the additives, the initial concentrations of the hot metal and the blowing oxygen
pattems are established. The resulting relationships depend on the considered variables and therefore
could be used to determine operational strategies in order to obtain steels of a certain quality.
Keywords:
Steel Con verter Statistical model Control
1
INTRODUCCIN
El comportamiento de un convertidor de acero
resulta complejo por el gran nmero de variables
que lo caracterizan, fases de reaccin implicadas y
reacciones que tienen lugar. La aplicacin de mto
dos basados en relacionar estas variables con las
condiciones iniciales de trabajo ya han sido utiliza
das en otro tipo de operaciones. As, en hornos altos
(1), cuyo comportamiento resulta igualmente com
plejo debido al gran nmero de variables que carac
terizan el sistema, el efecto de cada una de stas se
ha estudiado a travs de un anlisis de los datos de
planta, establecindose ecuaciones de regresin
lineal y multilineal que expresan la cantidad de car
bono al final de la combustin y la productividad
()
(*)
Trabajo recibido el da 30 de enero de 1995.
Dpto.
de Ingeniera Qumica. Universidad de Oviedo.
33071-Oviedo (Espaa)
como funcin de las variables independientes que
tienen mayor influencia.
En este trabajo se analizan los datos de planta
procedentes de un convertidor de acero de ENSI-
DESA para establecer relaciones empricas y, por
tanto, determinar la dependencia entre estas varia
bles. Las variables estudiadas son: 1) comp osicin
del acero, es decir, porcentajes finales de carbono,
manganeso, silicio, fsforo, azufre, y 2) composi
cin d e la esco ria: SO2, MnO , P2O5, S, TO2, F^tO'
CaO, MgO, AI2O3. Todas estas variables se han
estudiado en funcin de las iniciales de entrada:
aditivos aadidos, oxgeno soplado, composicin y
temperatura iniciales del arrabio utilizado. A partir
de los ajustes realizados y analizando las dependen
cias entre las distintas variables, se pueden obtener
estrategias de operacin para el oxgeno soplado,
aditivos aadidos y, por tanto, determinar para cada
caso cul debe ser la estrategia de operacin ms
adecuada para obtener el producto final dentro de
los lmites de calidad impuestos.
286
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7/24/2019 Procesos de Conversin de Acero y Efecto De
2/12
2
SELECCIN DE LAS VARIABLES
UTILIZADAS
Es importante tener en cuenta que el uso de las
relaciones obtenidas slo podrn aplicarse cuando
las condiciones de trabajo sean las mismas que las
que se han utilizado para realizar los ajustes estads
ticos. Por ello, siempre que se alteren las condicio
nes de operacin, es necesario obtener nuevas ecua
ciones empricas. Las ecuaciones resultantes de los
anlisis estadsticos pueden aplicarse a la operacin
y al control de convertidores y, en particular, a la
optimizacin de las cargas iniciales. El conocimien
to de los elementos ms interrelacionados a travs
del anlisis de la varianza permite disponer de crite
rios de decisin de los elementos sobre los que
actuar cuando se dispone de mtodos de control.
El afino del acero en los convertidores tiene
como principal objetivo obtener un acero con unas
caractersticas definidas en composicin y tempera
tura adecuadas, para un posterior tratamiento donde
se consiguen las especificaciones requeridas en la
elaboracin del acero (2).
El proceso parte de un arrabio inicial procedente
de hornos altos con una composicin y una tem
peratura determinadas. Las variables que se van a
tener en cuenta son las que se recogen en la tabla L
En el estudio estadstico inicial se analizaron las
correlaciones entre las variables, encontrando que
entre algunas de ellas existe una correlacin impor
tante, lo que hace difcil la explicacin de los efec
tos que producen determinadas variables sobre la
variable dependiente; sin embargo, en este estudio,
slo se admitieron aquellos ajustes que permiten
explicar adecuadamente los efectos fisicoqumicos
del proceso, ya que determinar cmo afectan a la
variable dependiente var iables correlacionadas
resulta muy complejo y, actualmente, no se encuen
tran formas de esclarecer el efecto de variables
correlacionadas totalmente satisfactorias.
2 1 Variables independientes
2.7.7.
Composicin del arrabio
- Concentracin de carbon o, mang aneso, silicio,
fsforo y azufre; temperatura inicial y peso del
arrabio aadido.
2.7.2. Variablesde operacin
- Patrn de soplado: oxgeno total soplado, as
como la distribucin de ste por tiempos parcia
les a lo largo del proceso .
- Aditivos: espato, precoq ue, cal, coque, dolom a
cruda, doloma calcinada, snter y chatarra de
hierro.
TABLA
L -
Variables consideradas en los ajustes
estadsticos realizados
TABLE I.- C onsidered variables in the statistical
analysis
Variables iniciales: Variables independientes
Composicin
del
arrabio
Co
MUQ
Sio
Po
So
TARR
ARR
Variables de operacin
Patrn de
soplado
ign
IM
IIM
lEM
SL
SLI
SLF
Adicionantes
Espato
Precoque
Cal
DolomaC
Snter
Chatarra
DolomaCr
Variables finales: Variables dependientes
Composicin
del acero
Cf
Sif
Mof
Pf
Sf
Composicin
de la escoria
SO2
MnO
P2O5
S
TO2
Fe
CaO
MgO
AI2O3
2 2
Variables dependientes
2.2.7. Composicin final del acero
- Porcentajes de carbono , man ganes o, silicio, azu
fre y fsforo.
222. Composicin de la escoria
- Porcen tajes de SO2, M nO , P2O5, S, TO2, Fe,
CaO, M gO y AI2O3.
En la tabla II se muestran los valores medios,
desviaciones estndar e intervalos mximos y mni
mos para cada una de las variables analizadas. Se
han estudiado los datos procedentes de 210 opera
ciones en procesos siderrgicos L.B.E. Los peque
os valores obtenidos para las desviaciones reflejan
Rev. Metal Madrid,3 1 5) ,1995
2 8 7
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C. Blanco
et al. /
Procesos de conversin de acero y e fecto de variables .
T A B L A I I . - A n l i s i s e s t a d s t i c o d e l o s d a t o s
utilizados en los ajustes
TABLE
II - Statistical analysis of the data used in
thefitting
Variable Media Int.
mn.
Composicin del arrabio
Co
Mno
Sio
Po
So
4,405
0,581
0,922
0,061
0,011
3,960
0,454
0,607
0,052
0,007
Composicin del acero
Cf
Sif
Sf
Pf
Mnf
TARR
0,046
0,005
0,012
0,012
0,156
1.288
0,027
0,001
0,008
0,008
0,090
1.180
Composicin de la escoria
SO2
MnO
P2O5
S
TO2
Fep
CaO
MgO
AI2O3
17,92
6,380
1,270
0,010
0,700
14,90
45,40
6,100
0
Aditivos aadidos
Espato
Precoque
Cal
DolomaC
Sinter
CHT
ARR
0,330
0
9,145
3,697
3,252
55,70
220,2
Oxgeno soplado
ign
IM
IIM
IIIM
SL
SLI
SLF
22
961
2.006
2.071
4.973
1.776
396
15,13
4,98
1,040
0
0,5
10,50
39,40
5
0
0
0
7,125
0,679
0
40,80
15,80
0
885
1.998
1.910
4.509
1.116
294
Int.
mx.
4,894
0,784
1,279
0,071
0,019
0,085
0,008
0,021
0,130
0,268
1.375
21,83
7,760
1,630
0,030
0,900
24,30
48,60
6,900
9
0,432
0,550
10,98
5,948
7,074
613
447,9
313
1.156
2.282
2.393
5.621
2.681
621
Desviacin
estndar
0,224
0,085
0,165
4,326E-3
2,75E-3
0,012
l,137E-3
2,693E-3
0,017
0,036
37,52
1,658
0,701
0,138
8,83E-3
0,078
2,956
1,872
0,470
1,260
0,127
0,124
0,929
0,633
1,823
78,34
43,55
47,38
63,73
57,07
99,11
244,9
328,8
68,15
que el control de las variables se encuentra dentro
de lmites muy estrictos.
Una vez seleccionadas las variables, se trata de
determinar aquellas relaciones que permitan expli
car el comportamiento final de stas, y as poder
predecir en cada una de las operaciones los valores
de composicin del acero y de la escoria. Las rela
ciones obtenidas son ecuaciones de tipo multilineal
(3 y 4)
Yi = 2AyXj
Se ha verificado la validez de estas exp resiones
haciendo un estudio de los residuos, del coeficien
te de regresin y de los valores predichos frente a
los observados, como se muestra en las distintas
relaciones obtenidas en los siguientes apartados.
Se ha ajustado un total de 210 coladas de opera
cin. Los coeficientes Ay obtenidos para las distin
tas relaciones, utilizando operaciones caracteriza
das por estrategias definidas de aditivos, oxgeno
soplado y composicin de arrabio, se recogen en
la tabla III.
3 DISCUSIN DE RESULTADOS
3 1 Ecuacin para el carbono final
La relacin obtenida para el carbono en el acero
es la siguiente:
Cf = Sio*Ac,^^^^
-H
M no *A c, ^^ + So*Ac,^^^ +
+ Dolo maC r*Ar. + Cal*Ap
+
^f/DolomaCr ^VCal
+ ARR^A,
Cf
ARR
IM*A (CaS) + (FeO)
[11]
(CaO) + MnS -> (CaS) + (MnO) [12]
Considerando que la eliminacin del azufre ocu
rre de acuerdo con la ec. [12], sta da lugar a la for
macin de MnO. Cantidades elevadas de MnO pro
d u c e n u n d e s p l a z a m i e n t o d e l a r e a c c i n d e
eliminacin del manganeso hacia la izquierda; es
decir, hacia la formacin del manganeso en el acero
[10], incrementando la concentracin final de man
ganeso; por otra parte, concentraciones elevadas de
azufre necesitan incrementar la concentracin ini
cial de cal para su eliminacin, situacin que perju
dica la concentracin final de manganeso. Elevadas
temperaturas iniciales del arrabio perjudican la eli
m i n a c i n d e l m a n g a n e s o . D e a c u e r d o c o n l a
siguiente expresin, se puede observar cm o el coe
ficiente de reparto disminuye cuando aumenta la
temperatura del bao:
log
(MnO) 5.548
Mn
3,87 [13]
3.2.2. Influencia del patrn de soplado
El oxgeno soplado durante el proceso beneficia
la eliminacin del m anganeso.
(FeO) + Mn
-
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6/12
UO
\
1
0,4
0 ,2
\ 1550 C
\ /
\
\
\
ESTE ESTUDIO
1 2 3 4 5 6 7
(%
C Q O )
4- 0, 3 (% MgO)
B=
( 7 o S 0 2 ) + ( % P 2 0 5 )
FIG.
2. Variacinde laconstantedeequilibriodel
manganesocon labasicidadde la escoria para dis
tintas temperaturas.
Fig.
2.
M anganese equilibrium constant vs.
the
basicity ofthe slagatdijferent temp eratures.
Los valoresde laconstantedeequilibrioseana
lizaron, comounafuncinde la composicinde la
escoria,
por un
mtodo
de
regresin mltiple.
En la
figura 2 semuestran lastendenciasde la constante
para distintas temperaturas comparando los datos
analizados por Suitoy col. (9) con los analizados
para escorias procedentes de convertidores tipo
L.B.E. (ENSIDESA).
Adicionesdesnter beneficianlaeliminacindel
manganeso,ya que eldesplazamientodelequilibrio
hacia laformacin de MnO se favorece cuandose
tienen cantidades elevadasde FeO para bajas tem
peraturas,y el snter aportapor unaparte mineral
de hierroy por otra acta como refrigerante. Igual
efecto producen
las
adiciones
de
chatarra.
En la figura 3 serepresentan losvalorespre-
dichos frente
a los
observados para
el
mangane
so , obtenindose un coeficiente de regresin de
0,98.
Igualmente,serealizaron ajustesdelazufrey del
fsforo en el acero; sinembargo , los resultados
obtenidosno son aceptables, ajustndose posterior
mente losvaloresde lacom posicinde la escoria
que se pueden relacionarcon las concentraciones
iniciales del acero. Resultaron relaciones intere
santes paraelSO2, P2O5, MgO ,Fe,CaOyM nOde
la escoria.
0 ,3 5
o
X0 30
o
20,25|
CL
Z0.201
ce
o
< 0 I5|
>
0,10
0,10 0 15 0 20 0 25 0 30 0 35
V A L O R E S O B S E R V A D O S
FIG. 3. Valores predichos frente a valores obser
vados para la determinacin de la concentracin
final
del
manganeso.
Fig. 3.Predicted vales vs. observed valesof
man ganese final concentration.
3 3 Ecuacin paraelP2O5en laescoria
- DolomaC^Ap^o. - Snter*Ap^o. +
+
TARR*AP ^0 5 ^^^
+ C ' r * S o 5 / c H T
^ [15]
- SL*^P205;sL- SL^*^^205;su- SL P*S0 5;sLF
3.3.1.
Influenciade lacom posicindelarrabio
Concentraciones elevadasdefsforo danlugara
porcentajes deP2O5 elevados [16] y [17].Concen
traciones elevadas
de
silicio perjudican
la
elimina
cindel fsforo, debidoa lasreaccionesdel silicio
co n el oxgeno sopladoy la cal aadida [18]. El
consumode cal, porpartede lareaccindelsilicio,
impide fijar el fsforo en la escoria cuya fijacin
evitara su desplazamiento desde la fase escoria
hacialafase metal (1 1-13).
2 (FeO)+ 2P 5Fe +(P2O5) [16]
3 (CaO)+(P2O5)- Ca3 (P04)2 [17]
Si
+
(FeO)
+
(CaO)
^
Si02CaO
+ Fe [18]
Rev.
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7/12
C. Blancoet
al.
/Procesos de conversin de
acero
yefectodevariables.
33.2.
Influencia del patrndesoplado
De acuerdocon el ajuste, cuandoseaumentala
cantidaddeoxgeno soplado disminuyeelporcenta
jedeP2O5en laescoria,ya quepueden tener lugar
reacciones
de
competencia para
la
eliminacin
del
silicio, carbonoymanganesoqueconsumen oxge
noatravsde laformacindeFeO.
Fe+ C (FeO)
3.3.3. Influenciadelos aditivos
[19]
Las adicionesde chatarra benefician esta elimi
nacin, mientrasqueelsntery ladoloma aadidos
la perjudican. Las adiciones de chatarra actan
como refrigerante para el balance trmico, condi
cin quefavorece laeliminacin delfsforo. La
ecuacin
no
predice adecuadamente
el
efecto
del
snter,ya que altos contenidosde FeO para bajas
temperaturas benefician laformacin deP2O5que
se consigue aadiendo m ineraldehierro.
En
la
figura
4 se
representan
los
valores predi-
chos frente
a
los observados para
el
P2O5
de la
esco
ria, obtenindoseuncoeficiente de regresinde0,99.
3 4 Ecuacin paraelMnOen laescoria
M nO = - Espato*AMo^^^^^^- SLI* A^no^^^^-
- DolomaC*
AMO^,, , ,
+^ ^ T *
AMO,^^^
+
+ I I IM*AMno, ,^ -SLF*AM,0/3 , ,+
+ Mno*AMnO/^^^-P0*AMnO/p^
[20]
1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 1 7 1 8
V A L O R E S O B S E R V A D O S
1 9
FIG.4. Valores predichos frente a valores obser
vados paraelcontenidodeP2O5de laescoria.
Fig. 4.Predicted vales
vs.
ohserved vales
of
^2^5 ^^ ^^ slag.
3.4.1.
Influenciade lacomposicindelarrahio
Concentraciones elevadasdemanganeso favore
censueliminacin aumentandolaconcentracinde
su xido correspondienteen la escoria, mientras
qu e
la
presencia
de
fsforo
la
perjudican,
ya que la
eliminacindelfsforo sefavorececonaltos con te
nidosdeFeOy con elaumentodelndicedebasici-
dad;es decir, aumentode calaadidaa laescoria,
situacin queperjudica la formacin de MnO de
acuerdoconlaec .[20].
3.4.2. Influencia del patrn
de
soplado
El oxgeno soplado correspondiente
a
IIIM
es el
nicoquefavorece
la
formacindelMnO.
3.4.3. Influenciadelos aditivos
Los aditivos aadidos perjudican
la
formacin
de MnO,excepto
la
chatarra
y el
arrabio. Cuando
aumenta
la
cantidad
de
doloma
y cal se
produce
un
incremento
de la
basicidad
que
perjudica
la
elimi
nacin
del
manganeso
y, por
tanto,
la
formacin
de
MnO.
En
la
figura
5 se
representan
los
valores predi
chos frente
a
los
observados para
el
MnO , siendo
el
coeficiente
de
regresin
de
0,99.
5,5 6 0 6 5 7 0 7 5 8 0 8 5 9 0
V A L O R E S
O B S E R V A D O S
FIG. 5.
Valores predichos frente
a
valores obser
vados para
el
contenido
de
Mn O
de la
escoria.
Fig. 5.Predicted vales vs.ohserved valesof
M nO intheslag.
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8/12
3 5
Ecuacin para el xido de hierro total en la
escoria
F e p = Esp ato* Ape Q - Ca l* Ap ^o +
+ Snter*Ap.^o + CH T* Ap. o +
+ IIM*Ape^o +SL*A pe,o +SLI*Ap e,o +
^^t ' / IIM ^^t^ /SL ^^t^ /sL j
+
SLF*
Ape o - CQ*Ape o - Sin* Ape o
"/Co
7Sio
-Sn*Ap
/So
[21]
j
I I i_
10 12 14 16 i8 20 22 24
V A L O R E S O B S E R V A D O S
3.5.1.
Influencia de la comp osicin del arrabio
Concentraciones de silicio elevadas perjudican
la formacin de FeO, ya que es un elemento consu
midor de Fe O, de acuerdo con la ec. [6]. Los ajustes
no permiten predecir adecuadamente el efecto del
azufre inicial, debido a que concentraciones eleva
das de ste producen un desplazamiento de su equi
librio hacia la formacin de FeO en la escoria segn
la ec. [11]; sin embargo, la reaccin del azufre
puede tener lugar a travs de la reaccin [12] y, por
tanto, el efecto del FeO no quedara reflejado en la
expresin de ajuste; no obstante, la reaccin de eli
minacin de azufre prcticamente no tiene lugar e,
incluso, puede llegar a aumentar en funcin de los
aditivos aadidos. Por otra parte, la eliminacin del
azufre, de acuerdo con las reacciones propuestas se
favorece cuando existe suficiente cal libre, situa
cin que perjudica la formacin de FeO en la esco
ria segn la ecuacin propuesta.
3.5.2. Influencia del patrn de soplado
El oxgeno soplado favorece la formacin de
xido de hierro, sobre todo en los momentos finales
de la operacin, ya que en esta etapa casi todas las
impurezas han sido eliminadas y el oxgeno reac
cionar preferentemente con el hierro, dando lugar
a la formacin del FeO.
3.5.3. Influencia de los aditivos
La presencia de cal perjudica esta formacin,
favoreciendo el resto de los aditivos la formacin
de xidos de h ierro en la escoria.
En la figura 6 se representan los valores predi-
chos frente a los observados para el hierro total en
la escoria, obtenindose un coeficiente de regresin
de 0,98.
FIG. 6. Valores predichos frente a valores obser
vados para el contenido de xido de hierro en la
escoria.
Fig. 6. Predicted vales vs. observed vales of
FeO in the slag,
3 6 Ecuacin para el CaO en la escoria
CaO = - DolomaCr* A.
aO
/DolomaCr
+ Cal^Acao
/Cal
[22]
Snter^Ar aO + AR R*A po
-M^Acao -SL ^Ar^o -SLI*Apo -
' -^^ /n M ^^^ /SL ^^^ /SLI
- S L F * A c a O . . _ - S o* A c aO . .. + T A R R * A c a O ^
ALF /SiQ / T A R R
3.6.1. Influencia de la comp osicin del arrabio
De acuerdo con el ajuste, la nica variable que
parece tener influencia en la concentracin de CaO
es el silicio. Concentraciones elevadas de este ele
mento perjudican la presencia de cal libre en la
escoria, ya que esta quedara fijada formando silica
to de calcio (ec. [18]).
3.6.2. Influencia del patrn de soplado
Cantidades elevadas de oxgeno soplado favorecen
la oxidacin de impurezas y, por tanto, su jacin en
la cal aadida, disminuyendo, en este caso, tambin la
concentracin de cal libre presente en la escoria.
3.6.3. Influencia de los aditivos
Adiciones de cal y snter benefician esta presen
cia, mientras que concentraciones de doloma cruda
la perjudican.
Rev. M etal.
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C. Blanco
etal./
Procesos de conversin
de
acero
y
efecto
de
variables
.
38 40 42 44 46 48 50 52 54 56
V A L O R E S
O B S E R V A D O S
FiG.7.Valores predicho s frente a valores obser
vados paraelcontenidodeCaOen laescoria.
Fig.
7.
Predicted vales
vs.
observed vales
of
CaO
in
the slag.
En lafigura 7 serepresentan los valores predi
chos frentea losobservados paraelCaO, obtenin
doseuncoeficientederegresinde0,99.
l i l i
12
12 5 13 13 5 14 14 5 15 15 5 16 16 5 17
V A L O R E S O B S E R V A D O S
FIG.
8.
Valores predichos frente
a
valores obser
vados paraelcontenidodeSO2en laescoria.
Fig.
8.
Predicted vales
vs.
observed vales
of
SO inthe slag.
directaporaccindelchorrode oxgeno (reaccin
[8]) y,posteriormente, la reaccin tiene lugarde
acuerdocon [2].
3 7 Ecuacin paraelSO2en laescoria
SO2 = - Co*
Asi02/^^
+ Sio* Asi02/3.^ -
-IIM^AciOo -SL*Ac:oo -SLI*Ac:oo
^^^^fllM
^*^2/sL ^^^2/sLI
- SLF*Asi02 - Espato * A;
7SLF
^Si02^
/Espato
-DolomaCr*Ac:o^ - Sn ter* Ac oo +
^^^2/DolomaCr ^^^^/sfoter
+ARR:^
Asi02/^j^j^
+TARR*Asi02
/TARR
[23]
3.7.1. Influenciade lacom posicindelarrabio
Concentraciones altas de silicio incrementan la
concentracin final desliceen la escoria, perjudi
cando
la
presencia
de
carbono
que
acta com o ele
mento competidory, por tanto, disminuyelaelimi
nacin del silicio (14). La oxidacin del silicio
ocurre muyrpidamente, en especial a bajas tem
peraturas. La reaccin puede tener lugar directa
menteporaccindel oxgeno sopladoobienatra
v sdel FeOformadoen losltimos momentosde
su eliminacin; porello,lapresencia de otros ele
mentos como el carbono puede perjudicar sta,ya
qu elaeliminacindelcarbonose puede considerar
que ocurreatravsde dosmecanismos. Chaterjeey
col.(15) hanestudiado laaportacin a la elimina
cin
del
carbono, observando
que,
durante
los
pri
meros momentos, cuandoelporcentaje de oxgeno
sopladoes pequeo, tiene lugar la descarburacin
3.7.2. Influencia del patrndesoplado
El oxgeno soplado durantelosmom entos finales
perjudicaelporcentajedesilicio finalen laescoria.
3.7.3. Influenciadellos aditivos
El espato,la doloma cruday el snter aadidos
disminuyen elporcentaje deSO2, mientrasque el
arrabio aadido favorece este porcentaje.
En la figura 8 se representan valores predichos
frentea losobservados paraelSO2, obtenindose
un coeficientederegresinde 0,99.
3 8 Relaciones para los aditivos aadidos
En losapartados anterioresse hanobtenido rela
ciones para
las
variables dependientes: composicin
del acero y escoria, en funcin de las variables
independientes.
En
este apartado
se
trata
de
obtener
alguna expresin que permita predecir las cantida
de s
de
aditivos
que se
deben utilizar para obtener
unos productos finales deseadosapartirde lamate
ria prima inicial,
es
decir,
el
arrabio procedente
de
hornos altos.En este estudio seconsideraque los
productos finales
de
composicin
del
acero corres
pondena los detalladosen la tablaII, de acuerdo
con
los
valores medios
de
operacin.
Los
aditivos
ajustados son:espato, cal, snter, doloma cruda,
d o l o m a c a l c i n a d a
y
c h a t a r r a , o b t e n i n d o s e
294
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7/24/2019 Procesos de Conversin de Acero y Efecto De
10/12
n ic a m e n te bue nos a ju s t e s pa r a
l a c a l ,
c h a t a r r a
y
do lom a c r uda . U t i l i z a ndo l o s da to s p r oc e de n te s d e
acer a s e h a nob te n ido l o ss iguientes a jus tes :
3.8.1. Doloma calcinada
D o l o m a C = - C o * A D o lo m a C ,^ - P o ^ A o o l o m a C ^ +
/Co /Po
+ S Q *A)oiojnac
,g. +
A R R * A^oiQj j'aC
, 4 jy +
+ S L F * A p Q io jn a C
ySLF
[24]
La concentracin de doloma calcinada es una
funcin directa del contenido de silicio, aumentan
do cuando aumenta la cantidad de silicio y arrabio,
y disminuyendo cuando aumentan los porcentajes
de fsforo y carbono en el bao. La doloma calci
nada supone un aporte de CaO que, adems, puede
proporcionar un efecto refrigerante, situacin que
puede ser necesaria cuando aumenta la concentra
cin de silicio, cuya reaccin de eliminacin es
fuertemente exotrmica.
En la figura 9 se representan los valores predi-
chos frente a los observados para la dolom a calcina
da, obtenindose un coeficiente de regresin de 0,98.
3.8.2. Chatarra
C ha ta r r a = C Q ^ A C H T , + P O * A C H T +
/Co /Po
+
So*
AcHT, . + T A R R A c H T ^ + I ^ * C H T . , , +
/So /T ARR / IM
'-^^ /IIM ^**VSL '^ ^VSLI
+ SLF^ApHT - ARR^ApTTT
[25]
2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0
V A L O R E S O B S E R V A D O S
F I G . 9 . Valores predic hos f rente a va lores obse r
va dos pa r a
e l
ajuste
de l a
dol om a ca lc inad a .
Fig.
9 .
Predicted vales
v s .
observed vales
of
the calcined dolomite.
20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70
V A L O R E S O B S E R V A D O S
FIG. 10. Valores predichos frente a valores obser
vados para el ajuste de la ch atarra.
Fig. 10. Predicted vales vs. observed vales of
the scrap.
Las variables que m s inuyen son la concentra
cin inicial de carbono y la cantidad de arrabio aa
dida. Porcentajes elevados de carbono requieren
mayor cantidad de chatarra, mientras que cantida
des elevadas de arrabio necesitan menores conteni
dos de chatarra. La funcin de la chatarra es actuar
como refrigerante y aadir materias primas. Por
e l lo ,
cuando aumentan las concent rac iones de
impurezas y de oxgeno soplado, la cantidad de
chatarra aumenta para actuar como refrigerante;
igual tendencia se produce cuando aumenta la tem
peratura inicial del arrabio.
En la figura 10 se representan los valores predi
chos frente a los observados para la chatarra, obte
nindose un coeficiente de regresin de 0,99.
-
_
~
^
X
X
1
X X
X *^ X
XXX'^
^X v /
X / ^ X , X
X
y ^
1 1 t 1
y
'fy^
X
X
X
v ^ X
^ ^
X
' ^ X X 1
x ^
X
1
6 7 8
V A L O R E S
9 10 II 12 13
O B S E R V A D O S
F I G . 1 1 . V a lo r es p r e d i c hos f r en t e a va lores obse r
va dos pa r a
e l
a jus te
de la ca l .
Fig.
11.
Predicted vales
v s .
observed vales
of
CaO.
Rev. M etal.
Madrid,
31 5), 1995
2 9 5
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7/24/2019 Procesos de Conversin de Acero y Efecto De
11/12
C.
Blanco
et al. /
Procesos de conversin de acero y efecto de variables .
3.8.3. Cal
Cal = -C o*A cal.^ +Sio*Acai . + So*Acal,. -
/Co /SiQ /So
- P o * A c a l ^ + A R R ^ A c a . ^ ^^ - T A R R * A c a i +
/PO / ARR / T A RR
+ ign*Ar.i +
lllM ^Aca] +
SL ^A r.i [261
^ ^ % n ^^/niM ^^ VS L - -
Concentraciones elevadas de silicio, azufre y
oxgeno soplado aumentan las cantidades de cal
necesarias en el afino. Las variables que ms influ
yen son los contenidos de silicio y de arrabio.
Cuando aumentan la cantidad de silicio y de arrabio
aadido aumenta la cantidad de cal a aadir.
En la figura 11 se representan los valores predi-
chos frente a los observados para la cal, obtenin
dose un coeficiente de regresin de 0,99.
4
APLICACIN AL CONTROL DE LOS
PRODUCTOS FINALES DEL PROCESO
En este apartado, una vez establecidos los ajus
tes para cada una de las variables finales del proce
so , se trata de determinar los parmetros sobre los
que conviene actuar para conseguir que las varia
bles finales tomen valores comprendidos en los
intervalos considerados de calidad. No todos los
parmetros o variables consideradas com o indepen
dientes van a poder manipularse, ya que las com po
siciones del arrabio procedentes del homo alto no
van a poder someterse a las especificaciones desea
das.
Sin embargo, los parmetros correspondientes
al patrn de soplado y a los aditivos podrn variarse
para conseguir los productos finales.
Como las variables dependientes se han ajustado
en funcin de las independientes de partida, se trata
de determinar sobre qu variables se puede actuar
para evitar que afecten al resto de las variables
dependientes que van a ser ajustadas. De acuerdo
con la tabla III y observando las variables que afec
tan a cada una de las dependientes, se podra con
cluir que el control de stas podra hacerse realizan
do modificaciones en las siguientes:
Cf = Oxgen o soplado en IM
MUf = Oxgen o soplado en IIM
MnO = Oxgeno soplado en IIIM
FctO = Snter aadido
CaO = Cal aadida
5.
CONCLUSIONES
El proceso de conversin con soplados aprecia-
blemente constantes y tiempos finales muy unifor
mes, aunque con concentraciones diferentes en los
distintos elementos, junto al hecho de disponer de
un buen nm ero de experimentos, plantea la posibi
lidad de la aplicacin de mtodos estadsticos para
la obtencin de resultados extrapolables para el
conocimiento y control de la operacin en condicio
nes semejantes. El anlisis estadstico de los resul
tados del proceso en el convertidor (pocos puntos, 2
3 en muchas operaciones) permite hacer deduc
ciones empricas de prediccin que pueden servir
para extrapolar los efectos de las modificaciones
que se introduzcan. El ajuste limita el alcance de
los sistemas que lo cumplan.
Las correlaciones obtenidas son muy aceptables
para los elementos de la fase acero (C y Mn) y de la
fase escoria (SO2, P2O5, PejO, CaO y MnO)
pudiendo ser empleadas en la operacin y control
de convertidores, y en particular en la optimizacin
de las cargas iniciales. El conocimiento de los ele
mentos ms interrelacionados, a travs del anlisis
de varianza, permite disponer de criterios para
saber sobre qu elementos actuar cuando se dispone
de mtodos de control distribuido.
Las relaciones obtenidas permiten determinar las
acciones de control a realizar para obtener las cali
dades f inales impuestas en cada operacin. De
acuerdo con los datos obtenidos, la concentracin
de carbono es una funcin del oxgeno soplado
durante los minutos 3-5 de cada operacin, afectan
do de forma negativa la cal aadida. El oxgeno
soplado en momentos intermedios y finales de ope
racin afecta al manganeso final, disminuyendo su
concentracin. Concentraciones elevadas de silicio
dan lugar a concentraciones finales elevadas de fs
foro.
La concentracin final de silicio es una fun
cin de la inicial y de la temperatura del arrabio,
aumentando estas variables la concentracin final
del silicio en el arrabio.
Agradecimiento
Los autores expresan su agradecimiento a la
Empresa Nacional Siderrgica, ENSIDESA, por la
informacin suministrada de los procesos t ipo
L.B.E., as como de los datos necesarios para la rea
lizacin de este trabajo.
SMBOLOS
Ay
ARR
CHT
Coeficientes
Coejficients.
Arrabio, t.
Hot metal, t.
Chatarra, t.
Scrap, t.
296
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7/24/2019 Procesos de Conversin de Acero y Efecto De
12/12
DolomaC =
DolomaCr
=
Pep
ign
IM
IIM
IIIM
R 2
SL
S U
SLF
^ARR
Doloma calcina,t.
Dolomite burned lime,t.
Doloma cruda,t.
Dolomite crude lime,t.
O x i d o de h i e r r o t o t a l en la
escoria (FeO, Fe203),
%.
Iron oxide total in the slag
FeO, Fe20s),
.
Oxgeno soplado durante lospri
meros instantes,Nm^.
Oxygen blown in the first
moments,Nm^.
Oxgeno soplado entre losminu
tos 1y2,Nm3.
Oxygen blown between 1-2
minutes,
Nm^.
Oxgeno soplado entre
los
minu
tos
2 y
5,Nm3.
Oxygen blown between 2-5
minutes,Nm^.
Oxgeno soplado entre
los
minu
tos5
y
8,Nm3.
Oxygen blown between 5-8
minutes,Nm^.
Coeficiente
de
regresin corre
gido.
Corrected regression coefficient.
Oxgeno soplado entre
los
minu
tos8
y
10, Nm3.
Oxygen blown between 8-10
minutes,Nm^.
Oxgeno soplado cuando
se
intro
d u c e
la
s u b l a n z a p a r a t o m a r
muestras,
Nm^.
Oxygen blown when
the
sublance
is introduced intothebathtotake
samples,Nm^.
Oxgeno soplado durante los dos
l t i m o s m i n u t o s delp r o c e s o ,
Nm3.
Oxygen blown in thelast two
minutes ofthe process,
Nm^.
Temperaturadelarrabio,C.
Hot metal temperature,
C.
X
(X)
X,
Y;
= C o n c e n t r a c i n del e l e m e n t o
disueltoen lafase m etal,%.
Concentration ofelement in the
metal phase, .
= C o n c e n t r a c i n de l e l e m e n t o
disuelto
en la
fase escoria,
%.
Concentration ofelement in the
slag phase,
.
= Variable indepen diente.
Independent variable.
= Variable depen diente.
Dependent variable.
Subndice Subscript)
C o n c e n t r a c i n i n i c i a l decada
componente
en el
arrabio,
%.
Initial concentration in the hot
metal, .
Concentracin final
de
cada com
ponente
en el
acero, %.
Final concentration
inthe
steel,
% .
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332.
(12)
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H.,
MASUI,
T.y
MOR ,
H.Trans. ISIJ,25, 1985:
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(13) KAWAI, Y . ,NAKAO,
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