Los Finos Del Acero

PROCESOS DE AFINO DEL ACERO FUERA DEL HORNO ELÉCTRICO DE ARCO.

Los procesos de afino fuera del horno eléctrico, también llamados “secundarios”, están dirigidos a eliminar las inclusiones, los gases y la segregación. La metalurgia de estos procesos se basa en el afino en vacío, en la reducción de la presión parcial del CO, en la refusión y en la solidificación dirigida.

para poder hacer comparaciones metalúrgicas, estableceremos una clasificación por grupos, según que el afino metalúrgico se lleve a efecto en “vacío” o no y que las materias primas sean acero líquido o sólido.

4.1 grupo1

Efecto del vacío en los gases disueltos en el acero.

La ley de acción de masas se aplica a los equilibrios H2 « 2H, CO « C+O y N2 « 2N La eliminación del H2 es fácil, pues no forma compuestos estables en el acero, mientras que la del N2 es más difícil, ya que forma nitruros estables.

La afinidad de los elementos desoxidantes corrientes, como el Si, Ti, Al, Etc., no depende de la presión.

El carbono es el único elemento de utilización industrial que origina una fase de desoxidación gaseosa y constituye un enérgico desoxidante, igual que el Al o el Ti, pero al ser sensible a las variaciones de presión, resulta más versátil que éstos. A 1600oC, el A L2O3 ? es reducido por el C ( a < 2.3 Torr de presión). Los óxidos de Si y Mg son igualmente reducidos por el C en vacío y, mientras que el Al y el Si pasan al acero, el Mg se volatiliza.

El examen de las energías libres de las reacciones de formación de los óxidos evidencia la posibilidad de la reducción de los óxidos metálicos por el C .

Este es el fundamento del afino por vacío en muchos nuevos procesos, consiguiéndose con ellos aceros mucho más limpios, al hacerse desoxidación vía CO.

La metalurgia del vacío se introdujo hacia el año 1955. Las roturas catastróficas que se produjeron en varias centrales eléctricas de Estados Unidos aceleraron la puesta en marcha de los procesos alemanes de desgasificación por vacío (eliminación del H2). La ley de Siebert rige el fenómeno y basta un vacío menor de 10 Torr para bajar el O2 a niveles inocuos. El vacío elimina parcialmente el H2, O2 y el N2.

El acero fabricado en horno eléctrico convencional con escoria básica y reductora (calmado en horno) contiene: H2 4 a 80 ppm 0.0004 – 0.0008 % N2 80 a 100 ppm 0.0080 – 0.0100 % O2 50 a 80 ppm 0.0050 – 0.0080 % El acero fabricado en horno eléctrico convencional y desgasificado en vacío contiene: H2 1 a 2 ppm 0.0001 – 0.0002 % N2 40 a 80 ppm 0.0040 – 0.0080 % O2 20 a 50 ppm 0.0020 – 0.0050 %

El acero desgasificado en alto vacío (10–2 a 10–4 Torr) contiene:

H2 < 1 ppm.N2 < 20 ppm. O2 < 10 ppm.

Con contenidos de H2 inferiores a 2 ppm no hay problemas de “copos” y la segregación disminuye de forma importante.

El vacío se emplea con objetivos diferentes:

a) Eliminación parcial de gases en el acero. Se elimina en parte más o menos importante de los gases disueltos en el acero.

b) Desoxidación del acero por el C en vacío. Se puede eliminar la mayor parte del oxígeno disuelto en el acero (unas decenas de ppm).

c) Descarburación del acero por O2 en vacío. . Se puede descarburar a fondo el acero sin oxidarlo apreciablemente, lo que requiere eliminar unos millares de ppm de gases.

Afino en Vacío sin Aportación Térmica.

Procedimiento Bochumer Verein (BV).

Consiste en una desgasificación dinámica o en chorro que sea realiza en cuchara o en tanque; el acero entra en el tanque o en la cuchara y se rompe en multitud de pequeñas gotas. Este procedimiento se emplea fundamentalmente en la desgasificación del acero para grandes lingotes.

Procedimiento Dortmund Holder (DH).

La desgasificación se lleva a cabo en una vasija especial que se introduce parcialmente en una cuchara; al hacer el vacío en la vasija, el acero penetra en la misma y se desgasifica; ésta operación se repite varias veces. A través de una esclusa se pueden efectuar también adiciones.

Procedimiento Ruhr - Heraus (RH).

Es una variante del anterior; en vez de un tubo, la vasija donde se hace el vacío tiene dos; por medio del argón se hace circular el acero de la cuchara a la vasija, por la que la desgasificación se realiza en una sola operación.

Procedimiento KD.

Desoxidación del acero por vacío. Este procedimiento se lleva a cabo en un tanque de vacío; el acero procedente del horno eléctrico o LD, con un contenido de Si inferior 0.07% y sin Al u otro desoxidante, se cuela en una lingotera de baja presión; el C y el O del acero se combinan, desoxidándose el acero por el C a la vez que se eliminan el H2 y el N2.

Procedimiento GAZIL.

Desgasificación del acero por vacío en cuchara, en la que el argón se insufla por el fondo a través de un tapón poroso.

Afino en vacío por aportación térmica.

Procedimiento ASEA-SKF.

El acero procedente de un horno eléctrico de arco se trasvasa a una cuchara básica de acero inoxidable austenítico para poder emplear la bobina agitadora. Según se desgasifica, el acero se calienta, empleándose un tapa de vacío o una tapa con tres electrodos. El proceso no descarbura y, por lo tanto, no hay eliminación de P. Este procedimiento se emplea para obtener aceros de alta y media aleación con bajos contenidos de H y alto grado de pureza.

La característica fundamental del procedimiento ASEA-SKF es que se consiguen contenidos de S muy bajos, empleando en la desoxidación del acero aluminio en polvo y mischmetal.

Un equipo ASEA-SKF comprende:

- Cuchara de acero inoxidable austenítico con revestimiento neutro y básico.

- Bobina agitadora de inducción.

- Equipo de calentamiento eléctrico trifásico de arco.

- Tapa de vacío.

- Tapa para calentamiento por arco.

Procedimiento FINKL (VAD).

El acero procedente de un horno eléctrico se trasvasa a una cuchara básica con buza deslizante y tapón poroso para agitación por argón. La cuchara se introduce en un tanque de vacío y se cierra con una tapa especial que lleva tres electrodos para calentamiento por arco eléctrico; a la vez se hace un vacío para desgasificar el acero y afinar. La desulfuración se efectúa igual que en el horno eléctrico de arco, pero con la ventaja de una agitación continua por argón y vacío. Las adiciones de elementos aleantes y reductores se realizan en vacío a través de una esclusa.

Este procedimiento se emplea para el afino de los mismos aceros que el ASEA-SKF. Los contenidos de H2 son bajos y el grado de limpieza del acero muy bueno. El equpi FINKL comprende:

- Cuchara básica o neutra con tapón poroso para argón.

- Instalación de vacío por eyectores.

- Una tapa de vacío y calentamiento por arco.

- Equipo eléctrico trifásico para calentamiento por arco.

- Tanque de vacío.

Afino en Vacío con O2.

Los procedimientos incluidos en este apartado se basan en la misma reacción. Las bajas presiones favorecen el desplazamiento hacia la derecha del equilibrio C + 0.5 O2 (disuelto) CO ¬

Así mismo la preferencia de ésta reacción sobre la oxidación del Cr, 3Cr + 4 O Cr 3 O4 ? , hace que sea posible la descarburación de las coladas altas en Cr sin pérdida del mismo, como se ve en el diagrama de equilibrio a presiones reducidas

A 1 700oC y presión normal una colada con 18% de Cr sólo puede ser descarburada hasta 0.22% de C sin oxidar el cromo A 0.5 atm se puede descarburar 0.12% de C sin perder Cromo y a 0.1 atm hasta 0.02% de C sin pérdida de cromo.

Procedimientos WITTEN, V-R y ASV.

1. En un horno eléctrico o similar se funde una colada con un contenido elevado de Cr y Ni y con un contenido de 0.5% a 1% de C.

2. Al final de la fusión se homogeneiza y agrega el cromo necesario para alcanzar 18.5% de Cr y el níquel pedido en especificación. Se vuelca el acero en una cuchara básica con buza deslizante y se introduce en un tanque de vacío.

3. Se hace el vacío y se inyecta O2 puro a través de una lanza refrigerada a una velocidad de 14 m3/min, para una carga de 45T, a la vez que por el fondo de la cuchara se inyecta el argón (0.056 m3/min), consumiéndose durante el afino 0.2 m3/T.

4. Se agrega la mezcla necesaria para la reducción de los óxidos de Cr y Mn de la escoria y el Si necesario para cumplir las exigencias de la especificación.

5. Se elimina el vacío, se saca la tapa y se hacen las adiciones para ajustar el acero a lo establecido por la especificación, agitando con argón. Si es necesario se agrega cal-espato u otro desulfurante; se elimina así el 50% de S.

6. Finalmente, si la temperatura es elevada, se puede introducir chatarra de inoxidable para enfriar.

El vacío a que se trabaja es generalmente de 20 Torr. Si se quiere fabricar un tipo L, de muy bajo contenido de carbono, se puede bajar el vacío a menos de 10 Torr.

Las diferencias entre los tres procesos residen exclusivamente en los mecanismos de toma de muestras, lanzas de O2 y vacío empleado.

La tapa del tanque lleva una esclusa por donde se efectúan las adiciones sin perder el vacío. La lanza refrigerada está situada en el centro de la tapa y con una inclinación determinada va a un tubo para la toma de muestras, que se pueden extraer sin necesidad de reducir el vacío. La temperatura de trabajo se puede controlar perfectamente y no se deben superar los 1 700oC, ya que en caso contrario se elevaría el consumo de refractario.

El rendimiento del Cr es

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