Proceso de fabricación del acero. Procesos de Reducción. Reducción Directa. Tecnologías Reducción - Fusión VÍAS DE FABRICACIÓN DEL ACERO

Transcripción

1 72.02 INDUSTRIAS I Proceso de fabricación del acero Procesos de Reducción Reducción Directa Tecnologías Reducción - Fusión Ing. Jorge Nicolini VÍAS DE FABRICACIÓN DEL ACERO COQUE MINERAL Y/O AGLOMERADO GAS NATURAL CARBON CARBÓN MINERAL Y/O AGLOMERADO HIERRO ALTO HORNO REDUCCIÓN DIRECTA FUSIÓN REDUCCION ARRABIO FUNDIDO - ESCORIA HIERRO ESPONJA PELLET METALICO ACERO ACERIA AL OXIGENO ACERIA ELECTRICA ACERO LÍQUIDO 1

2 FUTURO DE LAS TECNOLOGÍAS SIDERÚRGICAS Reducción directa: Uso de carbón y mineral de hierro en forma directa eliminará la necesidad de uso de coques y procesos de aglomeración, reduciendo así el capital requerido y contribuyendo a los fines ecológicos descriptos. Procesos de reciclado de óxidos: Estos procesos reducirán el impacto ambiental, pudiendo realizarse directamente en el horno o tratado en dispositivos separados. Procesos de fusión avanzados: Combinando energía eléctrica y de combustibles fósiles, precalentamiento de chatarra y combustión posterior, lo cual permitirá reducir el consumo de energía y aumentar la productividad. Procesos de colada avanzados Reducirán costos de capital, costos operativos y tiempos de proceso REDUCCIÓN DE MINERALES DE HIERRO REDUCCIÓN: REDUCCIÓN INDIRECTA: 2FeO + C = 2Fe +CO 2 Minerales: Hematita (óxido férrico) Fe 2 O 3 Magnetita (óxido ferroso férrico) Fe 3 O 4 Wustita (óxido ferroso) FeO Reacciones principales en el Alto Horno: A) FeO + C = Fe + CO Endotérmica (RD) B) Fe 2 O 3 + 3CO = 2Fe + 3CO 2 Exotérmica (RI) 2

3 REDUCCIÓN DIRECTA Entrada: Mineral de hierro calibrado Pellets Salida: HDR (hierro esponja) - Pellets metalizados CLASIFICACIÓN DE PROCESOS: Reductor Horno Clase Pellets de óxido - kgs Pellets metál. - kgs Sólido Rotativo SL/RN H. Total H. Metálico (54.5) Cuba Midrex - HLIII Oxígeno Ganga Gaseoso Retorta HL I - II Agua 2 0 Fluidizado Fior Carbono Grado de Metalización (%) = H.metálico/H. total= 54.5/64 = 85% Agentes Reductores: C - H 2 - CO REDUCCIÓN DIRECTA Reacciones de Reducción por el H 2 3Fe 2 O 3 + H 2 ======= 2Fe 3 O 4 + H 2 O Fe 3 O 4 + H 2 ======= 3FeO + H 2 O FeO + H 2 ======= Fe+ H 2 O Reacciones de Reducción por el CO 3Fe 2 O 3 + CO ======= 2Fe 3 O 4 + CO 2 Fe 3 O 4 + CO ======= 3FeO + CO 2 FeO + CO ======= Fe+ CO 2 CO 2 + C ======= 2CO 3

4 REDUCCIÓN DIRECTA H 2 Fe 2 O 3 Fe 3 O 4 H 2 O FeO Feº REDUCCIÓN DIRECTA Reacciones químicas Reacción de Boudouard: C + CO 2 === 2CO Hierro Diagrama de equilibrio de composición de los gases y temperatura para el sistema Fe C - O 4

5 MIDREX Reforma con CO 2 Baja presión (<1bar) Metalización ~94% Opción para alto carbono (~4%) No requiere calentar gas reductor HL III - Energiron Reforma con H2O Alta presión (~5bar) Metalización ~94% Requiere calentar gas reductor (925 ) Reducción Carburación Reformación de gases reductores CH4 + H2O CO + 3H2 5

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9 ELECCIÓN DEL MÉTODO: RD - ALTO HORNO CAPACIDADES DE PRODUCCIÓN: AH. - CONV. PRODUCCIONES > Tons/año RD. - HE. PRODUCCIONES < Tons/año PRODUCCIÓN MODULAR DE RD.: FLEXIBILIDAD DISPONIBILIDAD DE GAS NATURAL, MINERAL DE HIERRO Y ELECTRICIDAD A BAJO PRECIO. DISPONIBILIDAD DE CHATARRA EN PRECIO Y CALIDAD ºC Afino en el convertidor Utilización del calor sensible y de las reacciones del C y Si Alto horno completamiento de la reducción Eliminación de la ganga Desulfuración Incremento en elementos termógenos (C y Si) 1200 Alto horno Etapa de Reducción 1000 Afino en horno eléctrico Eliminación de la ganga (Consumo energético externo.) Pérdida de calor sensible de la esponja 400 Reducción parcial del mineral (y carburización) (la ganga queda incluida) %Fe 90% 80% 70% 60% PORCENTAJE DE HIERRO TOTAL EN FUNCION DE LA TEMPERATURA DE EVOLUCIÓN 9

10 EVOLUCIÓN DEL CONTENIDO DE OXÍGENO Tecnologías: Reducción Fusión gas de salida gas reductor calibrado/pellets carbón REDUCCIÓN GASIFICACIÓN FUSIÓN REDUCCION FINAL oxigeno Unidad Reductora Unidad Fusión arrabio/escoria 10

11 Tecnologías: Reducción Fusión Reducción Fusión: COREX Requiere calentar gas reductor (925 ) Reforma con H2O carbón calibrado/pellets gas de tope lavadores Reactor: Reducción gas reductor Reactor: Fusión - gasificación Gas de enfriamiento polvos arrabio/escoria oxigeno 11

12 Reducción Fusión: COREX - HLIII APLICACIONES DE PROCESOS ELECTROTÉRMICOS Precalentamiento PROCESOS ELECTROTERMICOS Calentamiento Fusión Fusión: Mantenimiento Colada Aleación Calentamiento : Secado Templado Recocido Precalentamiento Revestimiento Forjado Laminación 12

13 VENTAJAS DE PROCESOS ELECTROTÉRMICOS Aplicación de calor sin llama Mayor seguridad Menor riesgo de contaminación ambiental Mayor rapidez en el calentamiento Posibilidad de calentar hacia el interior del material Mayor flexibilidad y posibilidad de su introducción en líneas de proceso existentes. CALENTAMIENTO POR RESISTENCIA: Directo Pieza a calentar pertenece al circuito eléctrico Temperatura depende de las propiedades del material Calentamiento directo de alambre 13

14 CALENTAMIENTO POR RESISTENCIA: Indirecto Horno de calentamiento a resistencia CALENTAMIENTO POR INDUCCIÓN : Principios Fusión y mantenimiento de metales. Calentamiento para deformación. Tratamientos térmicos como templado, etc. 14

15 FUSIÓN POR INDUCCIÓN. Hornos Horno de inducción Crisol Horno de inducción Canal Horno para fusión Eficiencia Mediana Frecuencias : HZ Horno para mantenimiento Eficiencia Alta Frecuencias :50 HZ, 60 HZ CALENTAMIENTO Y FUSIÓN POR ARCO ELÉCTRICO PRINCIPIO: HORNO ELÉCTRICO TRIFÁSICO DE ARCO 15

16 HORNO ELÉCTRICO TRIFÁSICO DE ARCO Horno Eléctrico de Ultra Alta Potencia (UHP) Horno de arco directo de solera no conductora con una potencia instalada superior a los 500 KVA/Ton. La duración de la fusión no supera 1.5 hs. Y todo el proceso se realiza en tiempos inferiores de a 2 horas Carga: 100% de chatarra Proporción de 70% HDR- 30% Chatarra HORNO ELÉCTRICO TRIFÁSICO DE ARCO CARACTERÍSTICAS: Paneles refrigerados con agua Utilización de quemadores oxi-fuel: sustitución en parte de EE. por fuel oil o gas natural Colada por el fondo Alimentación continua Precalentamiento de la chatarra, utilizando los gases calientes del horno Inyección de oxígeno para acelerar la fusión de la chatarra Revestimiento de los electrodos VENTAJAS: Menor inversión por capacidad instalada Menores gastos en mantenimiento, refractarios y mano de obra Rendimiento superior respecto de hornos Siemens Martins Mayor flexibilidad en la carga metálica, mejor afinación y posibilidad de obtener aceros aleados con menos costo Menor espacio ocupado: sin depósitos de combustión, hogares y cámaras recuperadoras 16

17 HORNO ELÉCTRICO TRIFÁSICO DE ARCO HORNO ELÉCTRICO TRIFÁSICO DE ARCO HORNO: CARGA METÁLICA: 1132 KGS. % HDR en carga: 60% Tons. Acero /colada: 77 T/C CHATARRA Y HDR: Elementos Oxidables: C, Mn, Si, P, Al, Fe. ENERGÍA ELÉCTRICA: Consumo: 610 Kwh / Ton acero ESCORIFICANTE: Cal OPERACIÓN: 1590 ºC a 1640 ºC ( Temperatura de Colada) ETAPAS DEL PROCESO TIEMPO (Min.) Carga de chatarra y HDR Fusión Afinación Colada del acero Total

18 HORNO ELÉCTRICO TRIFÁSICO DE ARCO Balance Térmico en EAF (100t) 1. Energía eléctrica 59% 2. Reacciones baño y escoria 33% 3. Combustible 4% 4. Oxidación electrodos 4% 5. Gases y humos 17% 6. Agua refrigeración 9% 7. Pérdidas térmicas 16% 8. Escoria 6% 9. Acero líquido 52% HORNO ELÉCTRICO DE CORRIENTE CONTINUA Componentes: Transformador principal que reduce la tensión de entrada a la requerida en el arco Rectificador que convierte la corriente alterna en prácticamente corriente continua Cables y conductores eléctricos desde el rectificador al electrodo y desde el ánodo al rectificador Horno propiamente dicho, con mecanismos de regulación, basculación, elevación y giro de bóveda Ventajas: Un electrodo que simplifica el sistema de cables secundarios, columnas, brazos y bóveda Reducción del consumo de electrodos Menor consumo de energía eléctrica y refractarios Menor nivel de ruido en funcionamiento normal Menos impacto en línea de suministro 18

19 HORNOS ELÉCTRICOS DE CORRIENTE CONTINUA 19