OPTIMIZACION DE LA CANTIDAD DE CARBON PARA EL PROCESO DE PRE-DESOXIDACION EN EL ACERO INSTITUTO TECNOLOGICO SUPERIOR DE MONCLOVA

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1 OPTIMIZACION DE LA CANTIDAD DE CARBON PARA EL PROCESO DE PRE-DESOXIDACION EN EL ACERO Dulce M. Martínez Almendariz MC 1, MC. Adriana Hernández Cordova 2, MC Jesús Sánchez Montemayor 3, MC Luis Gerardo Jordán Marmolejo 4 INSTITUTO TECNOLOGICO SUPERIOR DE MONCLOVA Introducción La primer etapa del proceso de producción de acero, consiste en la fusión de una carga metálica constituida principalmente de hierro (Fe), cuyo punto de fusión es superior a 1500 C, por lo que se requieren reactores metalúrgicos especiales que suministren la cantidad de calor necesario para alcanzar ciertas temperaturas. En esta primera etapa, se genera un sistema termodinámica constituido por una fase liquida (baño metálico), una fase pastosa (la escoria), una fase gaseosa (la atmósfera) y una fase sólida (el refractario). Bajo condiciones determinadas, este sistema puede reducirse a dos fases y se le conoce como sistema metal-escoria. El metal está constituido por el metal en proceso de fabricación y la escoria está representada en función de diversos óxidos. Debido a la menor densidad de los óxidos con respecto al acero, la escoria queda en la parte superior, protegiendo parcialmente al acero de la oxidación provocada por la atmósfera. El tipo de fusión depende del equipo, o por lo que debido a la necesidad de reducir esta etapa, se utilizan diferentes formas para acelerar la fusión, tales como la inyección de argón y/o oxigeno por la parte superior e inferior del reactor metalúrgico (convertidor. Esto permite obtener una carga metálica sobresaturada de oxigeno, lo cual ocasiona un alto desprendimiento de CO que incrementa las reacciones químicas del proceso. El oxigeno es uno de los elementos fundamentales en la producción del acero, y aunque generalmente su presencia en el producto final, es indeseable, es vital durante el proceso. En la fabricación de acero mediante el proceso BOF, el oxigeno se utiliza para generar calor mediante reacciones exotérmicas. Dependiendo del tipo de producto final, se requiere mediante técnicas de desoxidación de su eliminación.

2 Descripción del Problema La necesidad de la optimización de las tablas de desoxidación nace a raíz de que existe un rango en la especificación de los grados bajo carbón < 0.13% C y Mn < 0.50% en donde se pueden agrupar dichos grados de acero en virtud de que la especificación de manganeso se da prácticamente en 2 rangos ó sea cantidades estándar de adición de FeMn lo que representa también cantidades de carbón constantes que aporta el FeMn. La practica anterior agrupaba todos los grados bajo carbono < 0.06% y restringía el contenido de carbón máximo para vaciar teniéndose que resoplar por carbón para cumplir con la especificación del grado de acero, lo anterior incrementaba el contenido de oxigeno disuelto en el acero y en consecuencia el consumo de desoxidantes. Desarrollo Experimental Para la optimización del carbono para pre desoxidar, se requiere determinar la cantidad de carbón perdido durante el vaciado del convertidor a la olla de acero considerándose diferentes contenidos de carbón residual con el fin de evitar los resoplados por alto carbón residual, enseguida ver si es posible el manejar esta pre desoxidación con carbón a niveles de ¾ de acero en la olla y por ultimo en caso de niveles altos de oxigeno, agregar carboncoque externo ver Figura 1. Olla llena ( Desox. del acero 3 / 4 olla (optimización ½ olla (practica Figura 1. Se muestra la representación de las diferentes pruebas para optimizar el uso de carbón para desoxidar el acero evaluando la perdida de carbón a diferentes niveles del acero en la olla.

3 Práctica normal de pre desoxidación con carboncoque Esta práctica usualmente es aplicable cuando los niveles de oxigeno disuelto en el baño de acero son por lo general alto hablando de contenidos superiores a las 750 ppm y el objetivo es el de eliminar solamente la mitad del oxigeno disuelto y el resto del oxigeno disuelto mediante la adición de aluminio. La secuencia de adiciones al utilizar la práctica normal de pre desoxidación con carboncoque se muestra en la Figura Hacer colchón de acero y enseguida agregar el carboncoque requerido para la pre desoxidación basándose en el contenido de oxigeno del acero. 2.- Cuando el nivel del acero este a ½ olla se agrega el total de aluminio requerido para la desoxidación completa del acero. 3.- Inmediatamente después del aluminio se agregan las ferroaleaciones. 4.- Después de las ferroaleaciones se adiciona la escoria sintética. COQUE Al Posta Ferroaleaciones + Esc. Sintética Figura 2.Representación esquemática del uso de carboncoque en la pre desoxidación. Practica del contenido de carbón residual para la desoxidación parcial del acero El objetivo de esta práctica consiste en aprovechar el carbón residual del mismo acero liquido para eliminar al máximo el contenido de oxigeno disuelto, la importancia de esta práctica consiste en terminar el soplo con contenidos altos de carbón para que la reacción de

4 desoxidación tenga lugar dentro del mismo sistema sin requerir el aporte externo del carbón, considerándose solamente el que aporta el Ferromanganeso. Para la determinación del máximo carbón permisible para vaciar de acuerdo a la especificación del grado de acero, es importante considerar además del carbón residual, el aporte de carbón del ferromanganeso para conocer el carbón que puede ser eliminado por el oxigeno disuelto y en consecuencia el contenido de carbón esperado en la olla de acero. Para la determinación del carbón perdido durante el vaciado del convertidor a la olla de acero, se llevaron a cabo pruebas utilizando la práctica de vaciado sin agregar aluminio para desoxidar el acero permitiendo que se diera la desoxidación del carbón y oxigeno disueltos dentro del mismo baño del acero liquido El resultado de estas pruebas fue la obtención de una ecuación que describe el comportamiento del carbón perdido a diferentes concentraciones de carbón residual, encontrándose una mayor pérdida cuando se tienen mayores contenidos de carbón residual. Lo anterior es benéfico ya que altos contenidos de carbón indican: 1. - Un menor contenido de oxigeno disuelto Una menor oxidación del baño metálico (menor contenido de FeO) Un menor consumo de aluminio para la desoxidación completa del acero Una mayor durabilidad del refractario al trabajarse con escorias menos oxidadas. 5.- Una mayor durabilidad de la vida del agujero de vaciado, etc. Kg. "C" perd vs %C res Soplo Convencional 150 Kg C perd y = Ln(x) R 2 = %C res Figura 3

5 Grafica del carbon perdido 150 Kg. C Perdido olla llena 3/4 nivel % C res Figura 4 En la Figura 3 y 4 se muestra el comportamiento del carbón perdido durante el vaciado con respecto al contenido de carbón residual, a) ecuación original olla llena, b) extrapolando ecuación a 3/4. Adecuación De La Práctica De Desoxidación Agrupando Los Grados De Acero. ANTERIOR ACTUAL ( I ) GRADOS % C < 0.045, Mn < 0.25 % % C < 0.06Mn < 0.25% ( II ) GRADOS % C >0.045 <0.065, Mn < 0.25 % ( III ) GRADOS % C >0.065 < 0.13, Mn %

6 CONCLUSIONES DE ESTE TRABAJO: 1.- El los grado de acero % C mayor volumen de producción se confirma que el uso de FeMn ½ C al vaciar con altos residuales de C < 0.10 no es necesario utilizando el FeMn estándar que es más barato. 2.- Mediante la optimización del carbono para pre desoxidar el acero (eliminar el oxigeno disuelto hasta donde sea posible), se puede optimizar el consumo de aluminio. 3.- Es importante que aproveche al máximo el beneficio del soplo combinado del convertidor ya que los beneficios son similares al trasladar la desoxidación del acero en la olla. 4.- Es importante que se disponga de tolvas suficientes para el manejo de la escoria sintética al adoptar la práctica de vaciar sin aluminio bien sea para decarburar y/o desfosforar durante el vaciado, ya que la cal sin disolver es cal no aprovechada. 5.- La vida del refractario del convertidor, así como la duración del agujero de vaciado serán beneficiados al tenerse menores niveles de FeO en la escoria del convertidor. 6.- Por último, para lograr los mayores beneficios de la optimización del carbono para la pre desoxidación del acero, es recomendable tratar de vaciar con los contenidos de carbono residual máximos permitidos de acuerdo al grado de acero a procesar. Lo anterior implica la optimización del modelo de cálculo de carga, sistemas de pesaje y un proceso de refinación estable. Referencias 1. Nephtali Calvillo Evaluación de la entrada de Oxigeno y Perdida de Carbón durante el vaciado del convertidor BOF a la olla de hacer Tesis de Maestría, UAdec, Junio F.D. Richardson y J.B.E. Desoxidation of the steel whit aluminium Steelmaking shop No. 6 pp Conejo Nava. Curso Nacional de la Tecnología de la desoxidación del acero.junio 21 y Smarin, A.M. Application of the desoxidation Hungary. Steelmaking shop 1970, pp Kusakawa, T. Desoxidation of steel AIME, vol. 61, 1978, pp Fruehan, R.AISI. 1968, pp