Afino del Acero en Horno de Arco Eléctrico

Fabricación de acero en BOF

¿Que es el acero?

• El acero básicamente es una aleación ó combinación de hierro y carbono, y que algunas veces contiene otros elementos como Manganeso, Silicio, Cromo,  Vanadio, Niobio, etc … los cuales se agregan con propósitos determinados.

Generalidades del acero.

• El acero puede producirse, ya sea a partir de materias primas (por ejemplo mineral de hierro, carbón, caliza) o de chatarra de acero reciclada.

• En respuesta a los requerimientos de la sociedad, el procesamiento del acero esta sujeto a innovaciones importantes a fin de reducir costos, mejorar la calidad y minimizar su impacto ambiental.

• Los procesos para fabricar acero producen una amplia variedad de composiciones de acero en muy diferentes formas y tamaños, cada una de ellas a la medida de los requerimientos de uso final del acero.

Soplo en convertidor BOF

• En el mundo existen básicamente dos procesos para fabricar acero:

• El horno de arco eléctrico.

• El convertidor BOF.

Procesos actuales para la fabricación de acero.

Alto Horno.

                Mientras tanto el carbón del coque y el oxigeno de la corriente de aire reaccionan para formar Monóxido de Carbono, el cual reduce el mineral de hierro a hierro a través de la reacción química:

Fe2O3 + 3CO → 2Fe + 3CO2

Extracción y trituración  del mineral de Hierro

                El hierro es extraído de rocas de la corteza terrestre, este se encuentra típicamente en forma de Magnetita (Fe3O4) y Hematita (Fe2O3); después es triturado y mezclado para tratar de mantener una composición constante antes de ser cargado al alto horno.

                El mineral de hierro puede contener entre 60% -65% Fe, y es transportado a la acería a través de trenes, barcos, ferro ductos, etc…

Coquizadora.

                El coque es usado como combustible y como agente reductor en el Alto Horno. Se produce cuando los componentes volátiles del carbón son removidos al calentarlo por 16-18 hrs a temperaturas por arriba de 1000 º C hasta carbonizarlo.

Coquizadora.

                Después de ser calentado lo suficiente, el coque es sacado del horno y enfriado apagándolo con agua.

                El gas coque producido por este proceso es reciclado y usado como combustible en otras operaciones de la aceria.

Peletizadora.

                El mineral de hierro triturado es mezclado y calentado con coque, cal y desechos metálicos reciclados del alto horno (polvo, lodo etc.) para formar pelets, que es un aglomerado rico en hierro que contiene típicamente entre 55 y 60% de Hierro.

Alto Horno.

                El Alto Horno es el recipiente usado para fundir el mineral de hierro para extraer el Hierro. El proceso incluye la carga de coque, mineral de hierro, pelets y caliza por la parte superior del horno, mientras una corriente de aire caliente es inyectada a través de toberas ubicadas en su base. Esto calienta el horno hasta aprox. 1500 º C.

Alto Horno.

                Mientras tanto el carbón del coque y el oxigeno de la corriente de aire reaccionan para formar Monóxido de Carbono, el cual reduce el mineral de hierro a hierro a través de la reacción química:

Fe2O3 + 3CO → 2Fe + 3CO2

Alto Horno.

                El Hierro es recolectado en el fondo (crisol) del horno, de donde es periódicamente vaciado a un carro termo. Este metal caliente (arrabio) contiene 90-95% Fe y entre 4-5% de Carbono.

Planta Desulfuradora.

                El proceso anterior a la fabricación de acero es la desulfuración del arrabio. El cual puede tener lugar en el carro termo ó después de ser transferido a otra olla en la planta de Aceración.

Planta Desulfuradora.

                Aquí el arrabio es inyectado con materiales que contienen Calcio y Magnesio, los cuales reaccionan con el metal caliente para formar una escoria rica en azufre. Esta es retirada de la superficie del arrabio antes de cargar este al Convertidor BOF.

Convertidor BOF.

                El propósito de un Convertidor BOF es convertir el arrabio en acero removiendo  su contenido de Carbono. Para un convertidor de 120 Ton. de capacidad esto lleva 15-18 min.

Convertidor BOF.

                El Convertidor es primero cargado con chatarra, luego el arrabio desulfurado es adicionado; la proporción de la carga total  es aprox. 20% chatarra y 80% metal fundido.  El Oxigeno es insuflado a la carga a alta presión por medio de una lanza enfriada por agua. Esto provoca algunas reacciones químicas de oxidación, que permiten que el Carbono y otras impurezas sean removidas del Hierro.

Convertidor BOF.

                Cal (CaO)  es también adicionada durante el soplo para ayudar a formar una capa flotante de escoria para atrapar las impurezas oxidadas.

                Cuando la composición y temperatura correctas han sido alcanzadas, el convertidor es girado para vaciar el acero liquido (0.03- 2.0 % C, 99.5% Fe) a una olla para acero. En esta etapa son hechas adiciones de Ferroaleaciones dependiendo de la composición final deseada en el acero. Después del vaciado del acero, las escoria es también retirada del Convertidor antes de ser cargado nuevamente.

Convertidor BOF.

Metalurgia Secundaria.

                El acero liquido puede recibir tratamientos adicionales en uno ó más de las estaciones de Metalurgia Secundaria, las cuales incluyen Hornos Olla, Degasificadores, etc. El proceso exacto de refinación dependerá de la especificación final que el grado de acero a fabricar requiere.

Metalurgia Secundaria.

                Los procesos de metalurgia secundaria son diseñados para homogenizar  temperatura y la composición, hacer los ajustes finales del análisis químico, remover elementos que son nocivos para la propiedades del acero y para dar la temperatura correcta para enviar el acero a la Colada Continua. Las estaciones de Metalurgia Secundaria permiten también un mejor control de los tiempos entre el Taller BOF y las maquinas de Colada Continua.

Colada Continua.

                Después de la Metalurgia Secundaria el acero liquido en la olla es transportado a la maquina de colada continua. Ahí la olla es depositada en una torreta giratoria, lo cual permite varias coladas sean solidificadas sin parar la maquina.

Colada Continua.

                Cuando la válvula de la olla es abierta, el acero fluye hacia un recipiente colocado bajo ella, el cual es llamado distribuidor. Después el acero fluye hacia un molde de Cobre enfriado por agua, el cual le da la forma de un planchón, palanquilla, etc. Aquí el control del flujo del acero liquido entre la olla, el distribuidor y el molde es muy importante.

Colada Continua.

                Una vez solidificado el acero, este es conducido a través de rodillos y continua su enfriamiento por agua rociada. Ahí el acero es cortado a la longitud deseada usando equipo de oxi-corte automático. Finalmente los planchones, palanquillas, etc. Son transportados a otra área para darle su forma final.

Laminado.

                El propósito del laminado es convertir los productos de la colada continua a la forma, dimensiones y micro estructura requerida por algún otro proceso o como producto final, ahí el acero es nuevamente calentado a 1100 C, esto permite deformar el acero sin alterar su composición.

Ruta de fabricación de acero en Largos

¿Que significa BOF ?

BOF es un proceso llamado así por sus siglas en ingles :

B asic (básico)

O xigen (oxigeno)

F urnace (horno ó convertidor)

 Convertidor  Básico al Oxigeno

Definición de BOF

• Es un proceso de fabricación de acero, basado en la refinación del arrabio liquido a través de la oxidación selectiva de los elementos contenidos en el, mediante la inyección de oxigeno de alta pureza a velocidades supersónicas.

RUTA DE PROCESO EN BOF.

Desulfuración de arrabio

                El azufre debe ser eliminado del acero debido a:

• Se le asocia con la presencia de porosidad central (rechupe) en la palanquilla.

• A altas concentraciones influye en la presencia de grietas longitudinales en el producto de colada.

• Genera fragilidad en caliente por la deformación del FeS en los productos laminados.

• Genera pequeñas grietas durante el laminado.

Desulfuración de arrabio

                El Azufre que es considerado una impureza en el acero y necesita ser eliminado del arrabio antes de ser cargado al convertidor, ya que una vez dentro del convertidor es muy difícil hacerlo; para ello es necesario una elevada temperatura del arrabio (mayor a 1350 C).

         Esto se logra mediante la inyección de compuestos de Calcio, Sodio o Magnesio los cuales reaccionan con el Azufre del metal para formar Sulfuros y se precipitan hacia la escoria, donde quedan atrapados. Esta escoria con alto contenido de Azufre debe ser retirada antes de que el arrabio sea cargado al convertidor.

Desulfuración de arrabio

                Las reacciones químicas que tienen lugar durante la desulfuración del arrabio son :

a)  Utilizando Soda Ash

Na2CO3 + S +Si → Na2S +CO+SiO2

La eficiencia de Desulfuración con Soda Ash es aprox. 50%

b) Utilizando Oxido de Calcio

CaO + S → CaS + O

Eficiencia de desulfuración = 15-20%

c) Utilizando Magnesio

Mg + S → MgS

Eficiencia de desulfuración > 95%

d) Utilizando Carburo de Calcio

CaC2 + S → CaS + 2C

Soplo en convertidor BOF

• En el proceso B. O. F., las reacciones de refinación se llevan a efecto a gran velocidad dentro del convertidor, lo que contribuye a que su potencial de producción sea muy alto. Para fabricar acero con calidad reproducible, es necesaria la comprensión de los fenómenos que tienen lugar en el proceso de refinación.

• Sin embargo, la cinética y los mecanismos de reacción son muy complejos. Los procesos físicos en principio, no pueden ser separados de las reacciones químicas dado que se influencian y dependen unos de otros.

• Durante un periodo de aproximadamente 17 minutos, los elementos contenidos en el arrabio líquido (carbono, silicio, manganeso, fósforo y azufre en menor proporción), son removidos de la fase metálica.

Soplo en convertidor BOF

• El patrón general de las reacciones en el convertidor están dadas en la figura. La característica principal es que el silicio es oxidado preferentemente que el carbono. La razón de esto es esencialmente termodinámica

Soplo en convertidor BOF

Soplo en convertidor BOF

Zonas del convertidor BOF

Dimensiones del convertidor BOF

Dimensiones del convertidor BOF

Diseño de refractario de una olla de acero.

• La línea de escoria tiene 18 hiladas de ladrillo con una composición  de 95% de MgO y 5% de Carbón (Magnesita-Carbono).

• El barril tiene 17 Hiladas de espinel con una composición de80% de Al2O3 ,8%  MgO ,y 5% de carbón.

• La linea de escoria es la más expuesta a sufrir desgaste por escorias agresivas y uso de materiales erosionantes.

• Cuando se daña la linea de escoria se aplica un goneo en caliente con un material que contiene 91% de MgO.

Horno Olla

EVENTOS METALURGICOS QUE TIENEN LUGAR EN EL H.O.

• ALEACION

• RECALENTAMIENTO

• HOMOGENIZACION

• ELIMINACION DE IMPUREZAS

Practica metalúrgica para el tratamiento de acero bajo carbono.

• Toma de celox.

• Adición de desoxidante.

• Adición de escorificantes.

• Iniciar calentamiento.

• Tratamiento a la escoria.

• Toma de celox y muestra de acero.

• Adición de desoxidante.

• Ajuste  químico.

• Tratamiento de escoria.

• Toma de celox y muestra de acero.

• Adición de desoxidante.

• Ajuste químico.

• Inyección de calcio.

• Toma de celox y muestra de acero final.

• Toma de muestra de escoria.

• Toma de temperatura.

• Toma de temperatura.

SOPLADURAS

Hornos Olla

• TEMPERATURA DE ENVIO.

• ANALISIS QUIMICO.

• ACERO LIMPIO.

• TIEMPO DE EMPALME.

LA ESCORIA

• Juega un papel importante durante el proceso, porque de la interacción que esta tiene con el metal, surgen las características esenciales del producto debido a la limpieza del acero, además es a través  de ella que se lleva a cabo la transferencia de calor del arco eléctrico  al baño metálico.

FUNCIONES DE LA ESCORIA EN EL H.O.

• REGULA LA TRANFERENCIA DE CALOR DURANTE EL CALENTAMIENTO.

• PROTEGE AL BAÑO DEL CONTACTO CON LOS GASES DEL AMBIENTE.

• SIRVE COMO AISLANTE TERMICO DURANTE LA C.C.

• ACTUA COMO REFINADORA DEL BAÑO, ABSORVIENDO LAS IMPUREZAS GENERADAS DURANTE EL AFINO.

• TIENE UNA GRAN IMPORTANCIA PARA LA DESULFURACION DEL ACERO.

“Fabrica una buena escoria y el acero se fabricará solo”

METALES FERROSOS

• Hierro dulce

• Acero

• Hierro fundido

• Hierro de primera fusion

• Fundición gris

• Fundición blanca

• Hierro fundido moteado

• Hierro fundido maleable

• Hierro nodular

El Acero

Aleación cristalizada de hierro, carbono y otros varios elementos.

Se puede moldear, laminar o forjar.

Es posible variar sus propiedades de dureza y resistencia variando el contenido de carbón

Aplicación:

Tubos, barras, lámina, formas estructurales….

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