Metalurgia Secundaria. Berciano

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ÍNDICE GENERAL 5

8. PROCESOS ATMOSFÉRICOS CON APORTACIÓN TÉRMICA121

8.1. Horno cuchara . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122

8.1.1. Calentamiento por arco . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122

8.1.2. Calentamiento por plasma . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128

8.1.3. Calentamiento por electroescoria . . . . . . . . . . . . . . . . 134

8.1.4. Horno GRAF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136

8.1.5. BBC-CEM-IRSID . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137

8.1.6. Reacciones del afino en horno cuchara . . . . . . . . . . . . . 142

8.2. Proceso Argon Oxigen Decarburisation (AOD) . . . . . . . . . . . . . 144

8.2.1. Generalidades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144

8.2.2. Oxidación de carbono y cromo en el baño de acero . . . . . . 146

8.2.3. Método operativo clásico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149

8.2.4. Fusión de la carga sólida en horno de arco . . . . . . . . . . . 149

8.2.5. Tratamiento del baño en convertidor AOD . . . . . . . . . . . 154

8.2.6. Comparación entre prácticas operativas HEA y AOD . . . . 161

8.2.7. Aceros fabricados en AOD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162

8.3. Convertidor CLU . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162

8.4. Proceso CAS-OB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162

Bibliografía 164

6 ÍNDICE GENERAL

Capítulo 1

INTRODUCCIÓN

1.1. Antecedentes históricos

La segunda mitad del siglo XIX contempló el gran salto adelante del desarrollo

de los métodos y equipos de fabricación de acero. Primero había sido la optimización

del horno alto, tanto del equipo en sí como de la preparación de cargas, añadida a

la sustitución que se había producido del carbón vegetal por el coque; optimización

que comenzó a principios de ese mismo siglo.

Casi simultáneamente se produjo la aparición de los convertidores, Bessemer primero

y Thomas después, que hicieron posible la fabricación masiva de acero a partir

del arrabio elaborado en los hornos altos. Esta plétora de acero generó, como es

lógico suponer, grandes cantidades de chatarra. La aparición casi simultánea de los

hornos Siemens-Martin permitió reciclar esa chatarra, a la vez que podían actuar

como unidades de conversión de arrabio en acero en serie con el horno alto.

De esta forma surgieron las tres vías clásicas de fabricación de acero:

1. mineral ! horno alto ! arrabio ! convertidor ! acero líquido

2. mineral ! horno alto ! arrabio ! Siemens ! acero líquido

3. chatarra (y a veces arrabio y mineral) ! Siemens ! acero líquido

A comienzos del siglo XX se produjo el desarrollo y difusión de la electricidad

industrial que propició la aparición de los hornos eléctricos como aparato de fusión,

tanto los de arco como los de inducción. Durante la primera mitad de este siglo hubo

un mejoramiento de estos equipos, junto con aumento de tamaño de los mismos. Así

se llegó a hornos de arco de hasta 300 t de capacidad.

El costo de fabricación de acero en horno de arco era bastante elevado, lo que

sólo les hacía adecuados para fabricación de aceros aleados, de alto valor añadido.

El perfeccionamiento que se produjo, tanto en los propios hornos como en su operación,

hizo que la acería eléctrica llegara a competir con la siderurgia integral (horno

alto-convertidor) no sólo en calidad sino en costos. Y esto a pesar de la irrupción en

7

8 1.2. SIDERURGIA MODERNA

la década de los cincuenta de los oxiconvertidores (LD y sus derivados) desarrollados

en Austria.

Paralelamente a estos fenómenos se produjo, a mediados del siglo XX, la desaparición

paulatina de los hornos Siemens-Martin, que no podían competir en productividad

con los convertidores ni en calidad con los hornos de arco. Por otro lado,

los problemas medioambientales que generaban los hornos de llama (lluvia ácida

provocada por el SO2 derivado de combustibles de baja calidad), como es el caso del

Siemens, aceleraron su desaparición.

1.2. Siderurgia moderna

Durante la segunda mitad del siglo XX se pusieron en juego esfuerzos considerables

en la exploración y desarrollo de equipos y procesos de acería eléctrica; el horno

de arco llegó a cifras inverosímilmente bajas de consumo de energía y electrodos, así

como a duraciones de colada «tap-to-tap» que no llegan a una hora, como puede

verse en el ábaco de la figura 1.1. Hasta entonces la colada se efectuaba íntegramente

en el horno de arco, según la secuencia normativa:

Carga (chatarra + escorificantes)

#

Fusión

#

Período oxidante (descarburación + defosforación)

#

Desescoriado

#

Período reductor (desoxidación + desulfuración)

#

Ajuste de composición

#

Basculación del horno a la cuchara

Esta cuchara llena de caldo se traslada hasta la zona de colada donde llena

moldes (fundición de moldeo), lingoteras (colada de lingotes para grandes forjas) o

colada continua (palanquilla o planchón para laminación).

En la década de los sesenta aparecen los transformadores UHP (ultraalta potencia),

con lo cual los hornos de arco, al igual que anteriormente lo hicieron los

oxiconvertidores se convierten en máquinas de fundir y oxidar, transfiriendo el resto

de trabajo de la colada a otro equipo; este segundo escalón es el que se ha dado en

llamar «Metalurgia Secundaria» o «Metalurgia en Cuchara» (figuras 1.2 y 1.3).

1. INTRODUCCIÓN 9

Figura 1.1: Avances en horno eléctrico

Figura 1.2: Procesos

10 1.3. DESVENTAJAS DE LA ACERÍA CLÁSICA

Figura 1.3: Procesos de metalurgia secundaria

1.3. Desventajas de la acería clásica

En el caso de acería eléctrica:

Reacciones lentas por falta de interfase baño-escoria suficiente.

Tránsito oxidación-reducción dificultoso.

Escasa flexibilidad.

Dificultad (por no decir imposibilidad) de hacer vacío.

Rendimiento pobre de las ferroaleaciones.

Adicionalmente se puede decir que no se saca suficiente partido de tecnologías

difundidas como: Quemadores oxifuel, lanza de oxígeno, paneles refrigerados, diseños

EBT y CBT, transformadores UHP,

...