Proceso de fabricación del acero. Hornos Industriales Combustibles. Procesos de Reducción Coquería Sinterización Alto horno

Transcripción

1 72.02 INDUSTRIAS I Proceso de fabricación del acero Hornos Industriales Combustibles Procesos de Reducción Coquería Sinterización Alto horno Ing. Jorge Nicolini Flujo Flujo General de Procesos Productos Siderúrgicos rgicos General de Procesos y Productos Siderúrgicos rgicos El Acero: Es una aleación de: donde el Carbono se encuentra en una proporción menor al 1,7%. Una aleación es un producto homogéneo de propiedades metálicas compuesto por dos o mas elementos, uno de los cuales, al menos, debe ser un metal. El Carbono determina las propiedades, y por lo tanto, los posibles usos del material. El mineral de Hierro se encuentra en la naturaleza en forma de oxido, por lo tanto su conversión a hierro puro o metálico para luego fabricar acero, requiere de un proceso inverso a la oxidación, llamado Reducción.

2 VÍAS DE FABRICACIÓN DEL ACERO - 1 COQUE MINERAL Y/O AGLOMERADO GAS NATURAL CARBON ALTO HORNO REDUCCIÓN DIRECTA ARRABIO FUNDIDO - ESCORIA HIERRO ESPONJA PELLET METALICO ACERIA AL OXIGENO ACERIA ELECTRICA ACERO LÍQUIDO VÍAS DE FABRICACIÓN DEL ACERO - 2 COQUE MINERAL Y/O AGLOMERADO GAS NATURAL CARBON CARBÓN MINERAL Y/O AGLOMERADO ALTO HORNO REDUCCIÓN DIRECTA FUSIÓN REDUCCION ARRABIO FUNDIDO - ESCORIA HIERRO ESPONJA PELLET METALICO ACERIA AL OXIGENO ACERIA ELECTRICA ACERO LÍQUIDO

3 Flujo General del Proceso Integrado Pellets Mineral calibrado y fundentes Alto Horno Carbón Coquería Coque Metalúrgico Finos de Mineral de Hierro Coquecillo Sinterización Arrabio Liquido Convertidor LD Colada Continua Finos de Caliza, dolomita, polvo y laminilla Chatarra Horno Cuchara Caliza y Dolomita Calcinación Fundentes Desbastes Flujo General de Procesos y Productos Siderúrgicos rgicos

4 Hornos Industriales Chimenea Quemador Cámara Descarga Carga Material Piso / Solera Hornos Industriales Clasificación: Según n fuente de energía a térmica: t Hornos a Combustión Hornos Eléctricos Según n principio de funcionamiento: Intermitentes Continuos Según n la posición n relativa del material respecto del combustible o de los gases y llamas producidos: Hornos de carga mixta Hornos de calentamiento externo: Hornos a llama libre Hornos a vasos cerrados

5 Esquema de Proceso de Reducción Producto: Arrabio LíquidoL

6 DRIVERS TECNOLÓGICOS Reducción en costo de capital: El proceso de fabricación de acero requiere alto capital en relación al valor agregado a las materias primas. Escasez de materias primas: Se ha pronosticado la escasez de coque y chatarra en un futuro próximo (no así para el mineral de hierro) La chatarra sería reemplazada por hierro esponja, arrabio y carburo de hierro. Cuestiones ambientales: Grandes presiones para la reducción de emisiones y reciclado de materiales Necesidad de desarrollar procesos de reciclado de polvos de hierro y de baja emisión en comparación con los procesos convencionales Demanda del cliente: Los clientes requieren mejoras en: Las propiedades del acero Diseño de productos Entrega más veloz y confiable 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

7 CLASIFICACIÓN DE COMBUSTIBLES NATURALES GAS NATURAL Kcal/Nm 3 GASEOSOS ARTIFICIALES GAS DE HORNO DE COQUE 4500 Kcal/Nm 3 GAS DE GASÓGENO 1300 Kcal/Nm 3 GAS DE ALTO HORNO 900 Kcal/Nm 3 NATURALES PETRÓLEO Kcal/Kg LÍQUIDOS ARTIFICIALES ALQUITRÁN DE HULLA ALCOHOLES Kcal/Kg PRODUCTOS DESTILACIÓN PETRÓLEO Kcal /Kg NATURALES MADERA TURBA LIGNITO Kcal/Kg Kcal/Kg 5200 Kcal/Kg SÓLIDOS BITUMINOSOS ANTRACITAS Kcal/Kg Kcal/Kg ARTIFICIALES CARBÓN VEGETAL COQUE Kcal/Kg Kcal/Kg COMBUSTIBLES SÓLIDOS CARACTERÍSTICAS : COMBUSTIÓN MÁS DIFÍCIL DE CONTROLAR, LENTA Y SE REALIZA POR LA SUPERFICIE. El EXCESO DE AIRE ES MAYOR, SE GENERAN POLVOS. RENDIMIENTO TÉRMICO ES MENOR Y LOS EQUIPOS SON MÁS COSTOSOS. IMPOSIBILIDADS DE PRECALENTAMIENTO. ALMACENAMIENTO Y MANIPULEO DIFICULTOSO. CARBÓN VEGETAL: COMBUSTIBLE SÓLIDO. SE OBTIENE A PARTIR DE LA DESTILACIÓN SECA DE LA MADERA. SE REALIZA EN AMBIENTE SIN OXÍGENO Y CON APORTE DE CALOR. CALENTAMIENTO DESDE C A C. RESTO SÓLIDO: CARBÓN Y GASES Y HUMOS. SUBPRODUCTOS.

8 COQUE COMBUSTIBLE SÓLIDO. DESTILACIÓN SECA DE HULLAS CON UN 22 26% DE MATERIALES VOLÁTILES. CÁMARAS CERRADAS FUERA DEL CONTACTO CON EL AIRE. CARBONES A C. COMPOSICIÓN TÍPICA: CARBONO 85 90% VOLÁTILES 2% CENIZAS 8% AZUFRE 1% RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN. ELEVADA POROSIDAD. RESISTENCIA A LA ABRASIÓN Y DESGASTE. 40 Y 60 mm. COMBUSTIBLE Y GENERADOR DE GAS REDUCTOR ( CO ) COMPOSICIÓN DEL GAS EN BATERÍA DE COQUE: HIDRÓGENO 57% METANO 27% CO 6% Poder Calorífico: 4200 Kcal/m3 Hidrocarburos como etano, etileno, amoníaco, alquitrán, etc.

9 REDUCCIÓN DEL CONSUMO DE COQUE SE HA REDUCIDO DE UN VALOR DE 1000 KG/TON DE ARRABIO A UN VALOR APROXIMADO DE 500 KG/TON DE ARRABIO. MEJORANDO LA MEZCLA DE LA CARGA INYECCIÓN DE HIDROCARBUROS POR TOBERAS INYECCIÓN DE AIRE CALENTADO A ALTAS TEMPERATURAS ( C)

10 Coquería Coquería

11 Coquería Coquería

12 Coquería Coquería

13 Sinterización Materias Primas utilizadas en la elaboración n del Sinter

14 Sinterización Alto Horno

15 ALTO HORNO TIPO DE HORNO: Horno de cuba a carga mixta OBJETIVOS: Reducir los óxidos de hierro y fundir el mineral de hierro ingresante PRODUCTIVIDAD: Funcionamiento continuo 6 A 8 Horas para el descenso del material Producción hasta tons. por día. PRINCIPALES REACCIONES: 3Fe2O3 + CO = CO2 + 2Fe3O4 Fe3O4 + CO =CO2 +3FeO (exot.) FeO + CO =CO2 +Fe (endot.) C +O2 CO2 +C =CO2 + Q =2CO CaCO3 =Ca + CO2 (endot) Fe +CaO + C =CaS + Fe0 + CO Escoria: CaS, Al2O3, MgO, CaO ALTO HORNO

16 Alto Horno Alto Horno Entradas y salidas del Alto Horno

17 Alto Horno Alto Horno CO 2

18 Detalle de reacciones químicas El proceso se regenera nuevamente El CO toma oxígeno del monóxido de hierro volviéndose a transformar en CO 2. De esta manera, se libera hierro puro. Al encontrarse el CO 2 con el carbono del coque, este se transforma en 2 moléculas de monóxido de carbono. Alto Horno

19 Alto Horno