72.02 INDUSTRIAS I

Proceso de fabricacin del acero

Hornos Industriales Combustibles

Procesos de Reduccin

Ing. Jorge Nicolini Ing. Jorge Nicolini

Procesos de Reduccin Coquera Sinterizacin Alto horno

Flujo General de Procesos y Productos SiderrgicosFlujo General de Procesos y Productos SiderrgicosFlujo General de Procesos y Productos SiderrgicosFlujo General de Procesos y Productos SiderrgicosFlujo General de Procesos y Productos SiderrgicosFlujo General de Procesos y Productos SiderFlujo General de Procesos y Productos SiderrgicosrgicosEl AceroEl Acero:

Es una aleacin de:

donde el Carbono se encuentra en una proporcin menor al 1,7%.

Una aleacin es un producto homogneo de propiedades metlicas compuesto por dos o mas elementos, uno de los cuales, al menos, debe ser un metal.

El Carbono determina las propiedades, y por lo tanto, los El Carbono determina las propiedades, y por lo tanto, los posibles usos del material.

El mineral de Hierro se encuentra en la naturaleza en forma de oxido, por lo tanto su conversin a hierro puro o metlico para luego fabricar acero, requiere de un proceso inverso a la oxidacin, llamado Reduccin.

VAS DE FABRICACIN DEL ACERO - 1

COQUE MINERAL Y/O AGLOMERADO

GAS NATURAL CARBONAGLOMERADO CARBON

ALTOHORNO

REDUCCINDIRECTA

ARRABIOFUNDIDO - ESCORIA

HIERRO ESPONJAPELLET METALICO

ACERIA ALOXIGENO

ACERIAELECTRICA

ACERO LQUIDO

VAS DE FABRICACIN DEL ACERO - 2

COQUE MINERAL Y/O AGLOMERADO

GAS NATURAL CARBON

CARBN MINERAL Y/OAGLOMERADO

ALTOHORNO

REDUCCINDIRECTA

ARRABIOFUNDIDO - ESCORIA

HIERRO ESPONJAPELLET METALICO

FUSINREDUCCION

ACERIA ALOXIGENO

ACERIAELECTRICA

ACERO LQUIDO

Pellets Mineral calibrado y fundentes Alto Horno

Coquera

Flujo General del Proceso IntegradoFlujo General del Proceso Integrado

Carbn

Finos de Mineral de Hierro SinterizacinCoquecillo

Coque Metalrgico

Arrabio Liquido

Convertidor LDColada Continua

Finos de Caliza, dolomita, polvo y laminilla

Caliza y Dolomita

Chatarra

CalcinacinFundentes

Horno Cuchara

Colada Continua

Desbastes

Flujo General de Procesos y Productos SiderrgicosFlujo General de Procesos y Productos SiderrgicosFlujo General de Procesos y Productos SiderrgicosFlujo General de Procesos y Productos Siderrgicos

Hornos IndustrialesHornos Industriales

QuemadorChimenea

Cmara

Descarga

Carga

Descarga

Material Piso / Solera

Hornos IndustrialesHornos Industriales

ClasificacinClasificacin::Segn fuente de energa trmica: Hornos a Combustin Segn fuente de energa trmica: Hornos a Combustin Hornos ElctricosHornos ElctricosSegn principio de funcionamiento: Intermitentes Segn principio de funcionamiento: Intermitentes ContinuosContinuosSegn la posicin relativa del material respecto del combustible o de los Segn la posicin relativa del material respecto del combustible o de los gases y llamas producidos:gases y llamas producidos:

Hornos de carga mixtaHornos de carga mixtaHornos de calentamiento externo:Hornos de calentamiento externo:

Hornos a llama libreHornos a llama libreHornos a llama libreHornos a llama libreHornos a vasos cerradosHornos a vasos cerrados

Materias Primas: Mineral de HierroMaterias Primas: Mineral de HierroMaterias Primas: Mineral de HierroMaterias Primas: Mineral de Hierro

Producto: Arrabio LquidoProducto: Arrabio LquidoProducto: Arrabio LquidoProducto: Arrabio Lquido

Esquema de Proceso de ReduccinEsquema de Proceso de ReduccinEsquema de Proceso de ReduccinEsquema de Proceso de Reduccin

Producto: Arrabio LquidoProducto: Arrabio LquidoProducto: Arrabio LquidoProducto: Arrabio Lquido

DRIVERS TECNOLGICOS

Reduccin en costo de capital: El proceso de fabricacin de

acero requiere alto capital en relacin al valor agregado a las materias primas.

Escasez de materias primas: Se ha pronosticado la

escasez de coque y chatarra en un futuro prximo (no as para el mineral de hierro)las materias primas. para el mineral de hierro)

La chatarra sera reemplazada por hierro esponja, arrabio y carburo de hierro.

Cuestiones ambientales: Grandes presiones para la

reduccin de emisiones y

Demanda del cliente:Los clientes requieren mejoras en:reduccin de emisiones y

reciclado de materiales Necesidad de desarrollar

procesos de reciclado de polvos de hierro y de baja emisin en comparacin con los procesos convencionales

en: Las propiedades del acero Diseo de productos Entrega ms veloz y confiable

FUTURO DE LAS TECNOLOGAS SIDERRGICAS

Reduccin directa:Uso de carbn y mineral de hierro en forma directa eliminar la necesidad de uso de coque y procesos de aglomeracin, reduciendo as el capital requerido y contribuyendo a los fines ecolgicos descriptos.descriptos.

Procesos de reciclado de xidos:Estos procesos reducirn el impacto ambiental, pudiendo realizarse directamente en el horno o tratado en dispositivos separados.

Procesos de fusin avanzados:Combinando energa elctrica y de combustibles fsiles, precalentamiento de chatarra y combustin posterior, lo cual permitir reducir el consumo de energa y aumentar la productividad.reducir el consumo de energa y aumentar la productividad.

Procesos de colada avanzadosReducirn costos de capital, costos operativos y tiempos de proceso

CLASIFICACIN DE COMBUSTIBLES

GASEOSOS

NATURALES GAS NATURAL 10000 Kcal/Nm3

ARTIFICIALES

GAS DE HORNO DE COQUE 4500 Kcal/Nm3

GAS DE GASGENO 1300 Kcal/Nm3

GAS DE ALTO HORNO 900 Kcal/Nm3GAS DE ALTO HORNO 900 Kcal/Nm3

LQUIDOS

NATURALES PETRLEO 10000 Kcal/Kg

ARTIFICIALES

ALQUITRN DE HULLA 8500 - 9000 Kcal/KgALCOHOLESPRODUCTOS DESTILACIN PETRLEO 10000 Kcal /Kg

MADERA 2000 3000 Kcal/Kg

TURBA 3200 - 3800 Kcal/Kg

SLIDOSNATURALES

TURBA 3200 - 3800 Kcal/Kg

LIGNITO 5200 Kcal/Kg

BITUMINOSOS 7000 7500 Kcal/Kg

ANTRACITAS 7500 - 8200 Kcal/Kg

ARTIFICIALESCARBN VEGETAL 6000 7000 Kcal/KgCOQUE 7000 7500 Kcal/Kg

COMBUSTIBLES SLIDOS

CARACTERSTICAS : COMBUSTIN MS DIFCIL DE CARBN VEGETAL: COMBUSTIN MS DIFCIL DE

CONTROLAR, LENTA Y SE REALIZA POR LA SUPERFICIE.

El EXCESO DE AIRE ES MAYOR, SE GENERAN POLVOS.

RENDIMIENTO TRMICO ES MENOR Y LOS EQUIPOS SON MS COSTOSOS.

CARBN VEGETAL: COMBUSTIBLE SLIDO. SE OBTIENE A PARTIR DE

LA DESTILACIN SECA DE LA MADERA. SE REALIZA EN AMBIENTE SIN OXGENO Y CON APORTE DE CALOR.

CALENTAMIENTO DESDE 150 - 180C A 450 500C.MS COSTOSOS.

IMPOSIBILIDADS DE PRECALENTAMIENTO.

ALMACENAMIENTO Y MANIPULEO DIFICULTOSO.

150 - 180C A 450 500C. RESTO SLIDO: CARBN Y

GASES Y HUMOS. SUBPRODUCTOS.

COQUE

COMBUSTIBLE SLIDO.DESTILACIN SECA DE HULLAS

CON UN 22 26% DE

COMPOSICIN TPICA:CARBONO 85 90%VOLTILES 2%CON UN 22 26% DE

MATERIALES VOLTILES. CMARAS CERRADAS FUERA DEL CONTACTO CON EL AIRE.CARBONES A 900 1250C.

RESISTENCIA A LA COMPRESIN.

VOLTILES 2%CENIZAS 8%AZUFRE 1%

COMPOSICIN DEL GAS EN BATERA DE COQUE:

HIDRGENO 57%METANO 27% ELEVADA POROSIDAD.

RESISTENCIA A LA ABRASIN Y DESGASTE. 40 Y 60 mm.

COMBUSTIBLE Y GENERADOR DE GAS REDUCTOR ( CO )

METANO 27%CO 6%Poder Calorfico: 4200 Kcal/m3Hidrocarburos como etano, etileno,

amonaco, alquitrn, etc.

REDUCCIN DEL CONSUMO DE COQUE

SE HA REDUCIDO DE UN VALOR DE 1000 KG/TON DE ARRABIO A UN SE HA REDUCIDO DE UN VALOR DE 1000 KG/TON DE ARRABIO A UN VALOR APROXIMADO DE 500 KG/TON DE ARRABIO.

MEJORANDO LA MEZCLA DE LA CARGA

INYECCIN DE HIDROCARBUROS POR TOBERAS

INYECCIN DE AIRE CALENTADO A ALTAS TEMPERATURAS (1000 1300 C)

CoqueraCoquera

CoqueraCoquera

CoqueraCoquera

CoqueraCoquera

CoqueraCoquera

CoqueraCoquera

PeletizacinPeletizacin

SinterizacinSinterizacin

Materias Primas utilizadas en la elaboracin del SinterMaterias Primas utilizadas en la elaboracin del Sinter

SinterizacinSinterizacin

Alto HornoAlto Horno

TIPO DE HORNO:Horno de cuba a carga mixta

ALTO HORNO

OBJETIVOS:Reducir los xidos de hierro y fundir el mineral de hierro ingresante

PRODUCTIVIDAD:Funcionamiento continuo6 A 8 Horas para el descenso del materialProduccin hasta 13000 tons. por daDimetro en vientre: 14/15 metrosAltura 35 metros (80 metros total)

PRODUCTOS:ARRABIO: ARRABIO: .Fe.94.5%, C4.5%, Si 0.40%,Mn 0.30%, S 0.03%,P 0.07%. Temperatura: 1480 1500CESCORIA:96% del total compuesta por SiO2 36%, CaO 40%, MgO 10%,Al2O3 10%GAS DE TOPE:Combustible

ALTO HORNO

ALTO HORNO

Reacciones de Reduccin Directas

FeO + CO ======= Fe+ CO2CO2 + C ===== 2COCO2 + C ===== 2CO

FeO + C ======== Fe + CO

Reacciones de Reduccin Indirectas (Reduccin por gas)

3Fe2O3 + CO (H2 ) ======= 2Fe3O4 + CO2 (H2O )3Fe2O3 + CO (H2 ) ======= 2Fe3O4 + CO2 (H2O )Fe3O4 + CO (H2 ) ======= 3FeO + CO2 (H2O )

FeO + CO (H2 ) ======= Fe+ CO2 (H2O )

C + 1/2O2 ==== CO

Alto HornoAlto Horno

ALTO HORNO

Entradas y salidas del Alto HornoEntradas y salidas del Alto Horno

Alto HornoAlto Horno

Alto HornoAlto Horno

Alto HornoAlto Horno

CO2

El proceso se regenera nuevamente

Detalle de reacciones qumicasDetalle de reacciones qumicas

El CO toma oxgeno del monxido dehierro volvindose a transformar enCO2. De esta manera, se libera hierropuro.

El proceso se regenera nuevamente

Al encontrarse el CO2 con el carbonoAl encontrarse el CO2 con el carbonodel coque, este se transforma en 2molculas de monxido de carbono.

Alto HornoAlto Horno

Alto HornoAlto Horno

Convertidor LDConvertidor LD

Convertidor LDConvertidor LDReactor:Capacidad 200 300 toneladas por coladaCiclo: 30 minutosPerodo de soplado: 15 minutos

Reacciones de Oxidacin: : : : C + O2 CO

Perodo de soplado: 15 minutos

C (%) Si (%) Mn (%) P (%) S (%) Fe (%)

ARRABIO 4.3 1.2 1.00 0.12 0.03 93.4

ACERO 0.08 0.00 0.20 0.02 0.015 99.7

Si + O2 SiO2 2P + (5/2)O2 P2O5Mn + O2 MnO Fe + O2 FeO 2Fe + (3/2)O2 Fe2O3

Convertidor LDConvertidor LD