Siderurgia

67.50 Materiales Ferrosos y sus aplicaciones

Temas a Desarrollar

Esquema global del proceso. Método por reducción Indirecta. Método por reducción directa. Metalurgia secundaria. Colada.

Esquema global del proceso

Metalurgia Secundaria Colada

Casi todo el acero del mundo se produce a través de una de las dos siguientes rutas:

Alto Horno + Convertidor LD 75-80% de arrabio (Pig Iron) 20-25% de chatarra reciclada 65% de la producción global de acero

MIDREX + Horno de arco eléctrico 100% de chatarra reciclada, arrabio sólido o hierro esponja 35% de la producción global de acero

Es evidente que la reducción indirecta continúa siendo la ruta dominante de la siderurgia para la producción de acero.

Esquema global del proceso

Reducción de la hematita

3 Fe2O3 + H2 = 2 Fe3O4 + H2O3 Fe2O4 + CO = 2 Fe3O4 + CO2

Reducción de la magnetita:

Fe3O4 + H2 = 3 FeO + H2OFe3O4 + CO = 3 FeO + CO2

Generación de los gases reductores

CO2 + C = 2 CO (reacción de Boudouart)H2O + C = CO + H2

Reducción de la wüstita

FeO + H2 = Fe + H2OFeO + CO = Fe + CO2

Carburación del hierro

3 Fe + CO + H2 = Fe3C + H2O3 Fe + 2CO = Fe3C + CO2

FeO + C = Fe + CO3 Fe + C = Fe3C

Método por reducción indirecta

Método por reducción indirectaIngresos:• por el tragante: mineral, coque, Carbonate de Calcio• por las toberas: aire caliente

Egresos

• por la piquera: arrabio• por el escoriadero: escorias líquidas• por la salida de gases: gas de alto horno y polvo

Para producir 1 tonelada de arrabio se requieren

• mineral (65 % Fe): 914 kg• sinter con fundente (51 % Fe): 684 kg• escoria de acería (28 % Fe): 26 kg• coque metalúrgico: 460 kg• humedad total en la carga: 66 kg• agua (refrigeración): 20 m3• aire seco: (1068 m3)• oxígeno de enriquecimiento del aire: 36,4 m3• alquitrán: 34,5 kg.

Alto Horno

(Blast Furnace)

Método por reducción indirecta

Coque Sinter Mineral Pelllets

Es un aglomerado de finos de mineral de hierro, carbonato de calcio y finos de coque.Se procesa en un horno para producir terrones que alimentan el alto horno.Fabricado en acería

Se usan directamente de las minas. Son más baratos que los pélets pero tienen propiedades más pobres.

Genera finos

Menor reducibilidad

Temperatura de fusión más baja.

Mezcla homogénea de finos de mineral de hierro y finos de coque (<1%). Se mezcla con agua y arcilla.Funde a menor temperatura que el sinter por es menos reducible.

Es un aglomerado de finos de mineral de hierro, carbonato de calcio y finos de coque.Se procesa en un horno para producir terrones que alimentan el alto horno.

Materias primas

Composición del Arrabio

Elemento (%)

Fe 94,5

C 4,5

Si 0,40

Mn 0,30

S 0,03

P 0,07

Método por reducción indirecta

Convertidor Básico al Oxigeno (BOF)

Los procesos modernos de acería comenzaron en 1850 con Bessemer, quien procesó hierro fundido soplando aire por el fondo, a través de un baño de arrabio líquido contenido en un convertidor revestido con materiales refractarios de silicio.

En 1879, Thomas introdujo el uso del revestimiento básico (dolomítico) posibilitando el uso de arrabios con alto contenido de fósforo.

En 1952-53 en Linz y Donawitz, se reemplazo del aire por oxígeno puro. A este proceso se lo conoce como LD, o BOP, y representa la mayor parte de la capacidad instalada actualmente.

En 1970 fue desarrollado con gran éxito el soplado de oxígeno por el fondo del convertidor. A estos procesos se los conoce como OBM, Q-BOP y LWS. Una de sus ventajas es la muy eficaz agitación escoria- metal durante el soplado del oxígeno.

El soplado mixto se desarrolló a principios de los 80. y es el avance más reciente. Consiste en el soplado limitado de un gas neutro (argón o nitrógeno) a través del fondo en convertidores de soplado por arriba, brinda una agitación efectiva. A estos procesos se los conoce como LBE, LET, K-BOP, K-OBM etc. En la actualidad la mayoría de los convertidores de soplado por arriba traen este equipamiento.

Método por reducción indirecta

Convertidor Básico al Oxigeno (BOF)

BALANCE DE MASA Ingresa:

• Arrabio proveniente del alto horno• Chatarra• Mineral de hierro y cal• Oxígeno puro

Se obtiene:• Acero líquido• Gas de escape rico en CO• Escoria

La carga de metal caliente se afina mediante reacciones de oxidación:

• C + ½ O2 → CO • Si + O2 → SiO2 • 2P + (5/2)O2 → P2O5

• Mn + ½O2 → MnO • Fe + ½O2 → FeO • 2Fe + (3/2)O2 → Fe2O3

Estos óxidos se combinan con la cal para formar una escoria líquida que flota sobre el metal.

Método por reducción directa

Proceso MIDREX – Reacciones Quimicas

Método por reducción directa Proceso MIDREX

Los procesos de reducción directa están basados en gas natural y por ende so aptos para zonas donde está disponible en abundancia. Es un proceso en un horno de cuba en el cual los péllets de mineral de hierro, el mineral granular o una combinación se reducen a hierro metálico por medio de un gas reductor sin fusión.El gas reductor fluye a través de tubos catalizadores donde se convierte químicamente a un gas que contiene hidrógeno y monóxido de carbono. La temperatura deseada del gas reductor es de alrededor de los 900 °C.El gas asciende por la columna del material en contracorriente y elimina el oxígeno de los transportadores de hierro.El producto, HRD generalmente tiene un contenido total de hierro que oscila del 90% al 94% de Fe.Después se comprime en briquetas para un almacenaje y transporte seguros.El HRD es fuente de hierro virgen libre de elementos extraños y se usan en los hornos de arco eléctrico para diluir los contaminantes presentes en la chatarra.

La primera planta de reducción directa MIDREX comenzó a funcionar en 1969 en Oregon Steel Mills.En la actualidad hay más de 60 Módulos MIDREX® en operación.

Método por reducción directaHornos EAF

Método por reducción directaHornos EAF

La ruta del EAF es un tercio de la producción anual mundial.Por este método actualmente se produce más acero a partir de la chatarra reciclada que de mineral de hierro.El reciclado de la chatarra insume menos materias primas vírgenes y energía, lo que por supuesto es beneficioso tanto desde el punto de vista económico como del ambiental.El proceso EAF es adecuada para la producción tanto de aceros de baja aleación como de alta aleación, dando como resultado una amplia gama de productos finales.La capacidad de producción varía entre 50 y 150 toneladas El tiempo entre colada y colada, varía entre 45 minutos y 2 horas, y normalmente está diseñado de tal forma que coincida con la velocidad de colada de la planta.

Materia Prima

Chatarra interna se origina en procesos de la acería.

Chatarra comercial Toda la chatarra de acero disponible en el mercado. Básicamente, la chatarra es clasificada conforme a:Composición químicaNivel de impurezas, por ejemplo, S, P y Cu; Tamaño y forma; Homogeneidad

Chapa y estructural Cortes estructurales y desperdicios Pesada No1 1.50 m × 0.60 m × 0.60 m. Pesada No2 1 m × 0.60 m × 0.60 m Interna de baja aleación Interna de acero inoxidable Paquetes No1Paquetes No2 HRD Triturada Recortes No1

Método por reducción directa

Espumado de escoriaLa escoria espumante se utiliza para aumentar la eficiencia térmica del horno. Se logra por la inyección de oxígeno en el acero líquido y de carbón en la fase de escoria,

O2 + 2 Fe = 2 FeOFeO + C = Fe + CO

El gas CO resultante es un componente crítico para la obtención de una escoria espumante.

METALURGIA DE CUCHARA

Como vimos, tanto del convertidor BOF, como del horno EAF se obtiene un “acero base”, generalmente un acero al carbono o de baja aleación.Luego, las operaciones finales para la obtención de la aleación definitiva, se realizan en la cuchara y son las siguientes:

• inyección de ferroaleantes• Desoxidación con Al y Si,• Desulfuración con Ca y Al,• Coalescencia y flotación de

inclusiones con Ca,• Homogeneización química,• Ajuste de temperatura final.• Degasificación,

Metalurgia secundaria