Convertidor LD Background
Historia del Convertidor LD 1856: convertidor Bessemer 1877: convertidor Thomas 1950: Convertidor LD
Objetivo del convertidor LD El procesamiento en el convertidor LD tiene por objeto afinar el metal caliente - arrabio producido en el alto horno en acero líquido bruto. Las principales funciones del Convertidor LD son: La decarburación La eliminación del fósforo del arrabio La optimización de la temperatura del acero Las composiciones y temperaturas típicas de la carga de arrabio y del acero colado son las siguientes: %C %Mn %Si %P %S %O Temperatura / C Arrabio 4.7 0.2-0.3 0.2-1.5 0.06-0.12 0.02 0.0 1350-1400 Acero 0.05 0.1 0.0 0.01-0.02 0.01-0.02 0.06 1620-1720
Descripción del proceso Básicamente el método consiste en inyectar oxígeno gaseoso puro (99.5 %) a alta presión, sobre un baño líquido de arrabio mediante una lanza que penetra por la boca del convertidor. El convertidor LD es un reactor abierto que se carga con un 80 % de arrabio líquido a 1350 C y un 20 % de chatarra de acero a temperatura ambiente, que son los aportadores del metal Fe. La combustión de estos elementos con el oxígeno es la única fuente de calor en el proceso LD
Componentes de un convertidor LD Mecanismo basculante Anillo de muñones Nariz Lanza de oxígeno Piquera Muñón El recipiente está compuesto por una carcaza de acero, revestida internamente con ladrillos refractarios (magnesita o dolomita). Volumen interno del recipiente: entre 7 a 12 veces mayor que el volumen del acero a procesar. Capacidad típica: 200 a 300 toneladas métricas de acero líquido Ciclo entre colada y colada: aproximadamente 30 minutos (período de soplado de oxígeno 15 minutos)
Secuencia de Operaciones
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Secuencia de Operaciones Etapa TiempoInsumido Carga de chatarra y arrabio 5.5 Soplado de oxígeno 17.1 Toma de muestras y temperatura 5.9 Colada de acero 5.7 Vaciado de escoria 2.2 Total 36.4
Diseño de la boquilla de la lanza Se utiliza una lanza que consta de tres tubos concéntricos. Los orificios de las toberas se disponen en forma de abanico, inclinados sus ejes en un ángulo de 6º a 15º con respecto al eje de la lanza. Se obtienen de esta manera importantes mejoras: En el rendimiento metálico de la operación, En el control de la formación de la escoria, En la duración del revestimiento refractario, En la homogeneidad de la composición química y de la temperatura del baño.
Diseño de la tobera de soplado por el fondo El oxígeno es inyectado a través del fondo del recipiente utilizando una serie de 14 a 22 toberas formadas por dos tubos concéntricos. Mezclada con el oxígeno, la cal pulverizada es inyectada usualmente a través del baño líquido para mejorar la disolución de la cal y, por lo tanto, la formación de escoria durante el soplado. Un hidrocarburo fluido (gas natural, propano, fuel-oil) es mezclado con el oxígeno puro en la punta de la tobera para lograr un efecto de enfriamiento y de ese modo proteger la tobera. Más tarde, el C y el H liberados se oxidan.
Materias Primas 1.- Metal Caliente El metal caliente es hierro líquido procedente del alto horno saturado con hasta 4,3% de carbono y que contiene 1% o menos de silicio. 2.- Chatarra A) Chatarra Doméstica B) Chatarra del Sistema 3.- Fundente Los fundentes utilizados son la Cal y la dolomita
Materias Primas 4.- Ferro aleaciones A) Ferromanganeso (80% Mn, 6% de C, el resto Fe) B) Silicomanganeso (66% de Mn, 16% de Si, 2% de C, el resto Fe) C) Ferrosilicio (75% de Si, el resto Fe). Son adiciones que contienen hierro, en especial chatarra y mineral, calculadas para ajustar el balance térmico y obtener la temperatura de acero requerida. 5.- Oxígeno puro Es inyectado ya sea a través de una lanza con múltiples orificios o a través de toberas en el fondo del convertidor
Productos obtenidos Una vez completada la operación de soplado, los materiales producidos son: A) Acero líquido B) Gas de escape rico en CO (entre 80 y 90%), recuperado a través de la campana extractora cerrada o de combustión suprimida y es frecuentemente usado en los quemadores de los hornos de recalentamiento C) Escoria, vaciada del recipiente después del acero Tanto el gas como la escoria constituyen valiosos sub-productos, siempre y cuando sean adecuadamente recuperados y almacenados.
Características metalúrgicas Zona 1: Es la zona sometida a la acción directa del chorro de oxigeno. Zona 2: El oxigeno disuelto en la zona 1 se difunde hacia esta zona y donde el metal afinado se mezcla con el arrabio. Zona 3: Es donde los óxidos formados se mezclan con la escoria.
Reacciones Químicas C + ½ O2 CO Otras reacciones de oxidación que se producen durante el proceso de afino incluyen: Si + O2 SiO2 2P + (5/2)O2 P2O5 Mn + ½O2 MnO Fe + ½O2 FeO 2Fe + (3/2)O2 Fe2O3
Materiales Refractarios Estos materiales deben ser resistentes a distintas solicitaciones mecánicas, químicas y térmicas. Para poder escoger el revestimiento refractario adecuado para los convertidores, es preciso conocer con la mayor exactitud posible las características de los materiales refractarios y las cargas del materialen servicio. Hoy en dia el balanceamiento del revestimiento LD se hace exclusivamente por calidad
Causas de desgaste en Refractarios Background Desgaste físico: Por choque térmico o efectos mecánicos, el gradiente térmico crea dilataciones entre las capas del material y se producen fisuras en su interior Desgaste Químico: las escorias van degenerando el refractario desgastándolo
Zonas de máximo desgaste Zona de carga del convertidor: la chatarra golpea con fuerza el revestimiento, además del choque térmico causado por el arabio. Zona de Muñones: sufren ataque químico Cono: se produce desgaste por efecto de la abrasión de los humos. Boca de carga: se produce desgaste mecánico, al cargar la chatarra.
Factores que influyen en la vida del revestimiento Background Se pueden utilizar revestimientos de distinta calidades de refractarios según el desgaste al que esta expuesta cada zona del convertidor. Por ello es importante estudiar los perfiles de desgaste de cada convertidor.
Factores operacionales Composición del arrabio (% Si):Si el % SI es muy alto, el desprendimiento de calor es muy grande por oxidación del Si, con lo que es necesario agregar mas chatarra para que actúe como refrigerante, con lo cual el efecto del choque mecánico en la zona de carga será mayor. Calidad del acero: Los niveles de oxidación de escoria y baño varían mucho en función a la calidad del acero que se desee fabricar. Ritmo de producción: el revestimiento no esta sujeto a choques térmicos, si su ritmo de producción es elevado. Utilización de colada continua: disminuye mucho la vida del revestimiento debido a las mayores temperaturas finales.
Factores de tipo mecánico Verticalidad de la lanza: si se produce una ligera inclinación, las reacciones se localizan en una zona determinada aumentando en ese lugar la temperatura. Rampas de adición de fundentes: si se tiende a añadir la cal por la misma rampa siempre, la zona de mayor desgaste en los muñones se localiza en el muñón opuesto a donde caen las adiciones
Técnicas de protección de refractarios Evitar escorias agresivas: evitar contenidos muy altos de FeO a altas temperaturas y utilizar cal dolomítica como material de aporte para saturar la escoria de MgO. Capa protectora de escoria: Mantener una escoria que contenga alrededor de un 20% de solidos durante el final del soplado ayuda a la durabilidad del material.