1

Ing. Jorge Nicolini

v Proceso de fabricación del acero

v Hornos Industriales v Combustibles

v Procesos de Reducción v Coquería v Sinterización v Alto horno

72.02 INDUSTRIAS I

Flujo General de Procesos y Productos Siderúrgicos Flujo General de Procesos y Productos SiderúrgicosFlujo General de Procesos y Productos SiderFlujo General de Procesos y Productos Siderúúrgicosrgicos

El AceroEl Acero:

Es una aleación de:

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

Una aleación es un producto homogéneo de propiedades metálicas 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 posibles usos del material.

El mineral de Hierro se encuentra en la naturaleza en forma de oxido, por lo tanto su conversión a hierro puro o metálico para luego fabricar acero, requiere de un proceso inverso a la oxidación, llamado Reducción.

2

DRIVERS TECNOLÓGICOS

• Reducción en costo de capital: – El proceso de fabricación de

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

• Escasez de materias primas: – Se ha pronosticado la

escasez de coque y chatarra en un futuro próximo (no así para el mineral de hierro)

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

• Cuestiones ambientales: – Grandes presiones para la

reducción de emisiones y reciclado de materiales

– Necesidad de desarrollar procesos de reciclado de polvos de hierro y de baja emisión en comparación con los procesos convencionales

• Demanda del cliente: Los clientes requieren mejoras en:

– Las propiedades del acero – Diseño de productos – Entrega más veloz y confiable

FUTURO DE LAS TECNOLOGÍAS SIDERÚRGICAS

Ø Reducción directa: Uso de carbón y mineral de hierro en forma directa eliminará la necesidad de uso de coque y procesos de aglomeración, reduciendo así el capital requerido y contribuyendo a los fines ecológicos descriptos.

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

Ø Procesos de fusión avanzados:

Combinando energía eléctrica y de combustibles fósiles, precalentamiento de chatarra y combustión posterior, lo cual permitirá reducir el consumo de energía y aumentar la productividad.

Ø Procesos de colada avanzados

Reducirán costos de capital, costos operativos y tiempos de proceso

3

VÍAS DE FABRICACIÓN DEL ACERO - 1

COQUE MINERAL Y/O AGLOMERADO

GAS NATURAL CARBON

ALTO HORNO

REDUCCIÓN DIRECTA

ARRABIO FUNDIDO - ESCORIA

HIERRO ESPONJA PELLET METALICO

ACERIA AL OXIGENO

ACERIA ELECTRICA

ACERO

LÍQUIDO

VÍAS DE FABRICACIÓN DEL ACERO - 2

COQUE MINERAL Y/O AGLOMERADO

GAS NATURAL CARBON

ALTO HORNO

REDUCCIÓN DIRECTA

ARRABIO FUNDIDO - ESCORIA

HIERRO ESPONJA PELLET METALICO

ACERIA AL OXIGENO

ACERIA ELECTRICA

ACERO

LÍQUIDO

CARBÓN

FUSIÓN REDUCCION

MINERAL Y/O AGLOMERADO

4

Pellets Mineral calibrado y fundentes Alto Horno

Carbón Coquería

Finos de Mineral de Hierro

Finos de Caliza, dolomita, polvo y laminilla

Caliza y Dolomita

Chatarra

Calcinación

Sinterización Coquecillo

Coque Metalúrgico

Fundentes

Arrabio Liquido

Convertidor LD

Horno Cuchara

Colada Continua

Desbastes

Flujo General del Proceso Integrado

Flujo General de Procesos y Productos Siderúrgicos

5

Hornos Industriales

Cámara

Quemador

Carga

Descarga

Chimenea

Material Piso / Solera

6

Hornos Industriales

Clasificación:

ü Según fuente de energía térmica: Hornos a Combustión – Hornos Eléctricos

ü Según principio de funcionamiento: Intermitentes – Continuos

ü Según la posición relativa del material respecto del combustible o de los gases y llamas producidos:

ü Hornos de carga mixta

ü Hornos de calentamiento externo:

ü Hornos a llama libre

ü Hornos a vasos cerrados

7

Materias Primas: Mineral de Hierro

Producto: Arrabio Líquido

Esquema de Proceso de Reducción

Producto: Arrabio Líquido

8

CLASIFICACIÓN DE COMBUSTIBLES

GASEOSOS

NATURALES GAS NATURAL 10000 Kcal/Nm3

ARTIFICIALES

GAS DE HORNO DE COQUE 4500 Kcal/Nm3

GAS DE GASÓGENO 1300 Kcal/Nm3

GAS DE ALTO HORNO 900 Kcal/Nm3

LÍQUIDOS

NATURALES PETRÓLEO 10000 Kcal/Kg

ARTIFICIALES

ALQUITRÁN DE HULLA 8500 - 9000 Kcal/Kg

ALCOHOLES

PRODUCTOS DESTILACIÓN PETRÓLEO 10000 Kcal /Kg

SÓLIDOS

NATURALES

MADERA 2000 – 3000 Kcal/Kg

TURBA 3200 - 3800 Kcal/Kg

LIGNITO 5200 Kcal/Kg

BITUMINOSOS 7000 – 7500 Kcal/Kg

ANTRACITAS 7500 - 8200 Kcal/Kg

ARTIFICIALES CARBÓN VEGETAL 6000 – 7000 Kcal/Kg

COQUE 7000 – 7500 Kcal/Kg

COMBUSTIBLES SÓLIDOS

CARACTERÍSTICAS : ü  COMBUSTIÓN MÁS DIFÍCIL DE

CONTROLAR, LENTA Y SE REALIZA POR LA SUPERFICIE.

ü  El EXCESO DE AIRE ES MAYOR, SE GENERAN POLVOS.

ü  RENDIMIENTO TÉRMICO ES MENOR Y LOS EQUIPOS SON MÁS COSTOSOS.

ü  IMPOSIBILIDADS DE PRECALENTAMIENTO.

ü  ALMACENAMIENTO Y MANIPULEO DIFICULTOSO.

CARBÓN VEGETAL: ü  COMBUSTIBLE SÓLIDO. ü  SE OBTIENE A PARTIR DE

LA DESTILACIÓN SECA DE LA MADERA. SE REALIZA EN AMBIENTE SIN OXÍGENO Y CON APORTE DE CALOR.

ü  CALENTAMIENTO DESDE 150 - 180°C A 450 – 500°C.

ü  RESTO SÓLIDO: CARBÓN Y GASES Y HUMOS.

ü  SUBPRODUCTOS.

9

COQUE

COMBUSTIBLE SÓLIDO. DESTILACIÓN SECA DE HULLAS

CON UN 22 – 26% DE MATERIALES VOLÁTILES. CÁMARAS CERRADAS FUERA DEL CONTACTO CON EL AIRE.

CARBONES A 900 – 1250°C. ü  RESISTENCIA A LA

COMPRESIÓN. ü  ELEVADA POROSIDAD. ü  RESISTENCIA A LA

ABRASIÓN Y DESGASTE. 40 Y 60 mm.

ü  COMBUSTIBLE Y GENERADOR DE GAS REDUCTOR ( CO )

COMPOSICIÓN TÍPICA: CARBONO 85 – 90% VOLÁTILES 2% CENIZAS 8% AZUFRE 1% COMPOSICIÓN DEL GAS EN

BATERÍA DE COQUE: HIDRÓGENO 57% METANO 27% CO 6% Poder Calorífico: 4200 Kcal/m3 Hidrocarburos como etano, etileno,

amoníaco, alquitrán, etc.

10

REDUCCIÓN DEL CONSUMO DE COQUE

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

ü  MEJORANDO LA MEZCLA DE LA CARGA

ü  INYECCIÓN DE HIDROCARBUROS POR TOBERAS ü  INYECCIÓN DE AIRE CALENTADO A ALTAS TEMPERATURAS (1000 –

1300 °C)

Coquería

11

Coquería

Coquería

12

Coquería

Coquería

13

Coquería

Peletización

14

Sinterización

Materias Primas utilizadas en la elaboración del Sinter

15

Sinterización

Alto Horno

16

TIPO DE HORNO: Horno de cuba a carga mixta OBJETIVOS: Reducir los óxidos de hierro y fundir el mineral de hierro ingresante PRODUCTIVIDAD: Funcionamiento continuo 6 A 8 Horas para el descenso del material Producción hasta 13000 tons. por día Diámetro en vientre: 14/15 metros Altura 35 metros (80 metros total) PRODUCTOS: ARRABIO: .Fe.94.5%, C4.5%, Si 0.40%,Mn 0.30%, S 0.03%, P 0.07%. Temperatura: 1480 – 1500ªC ESCORIA: 96% del total compuesta por SiO2 36%, CaO 40%, MgO 10%,Al2O3 10% GAS DE TOPE: Combustible

ALTO HORNO

ALTO HORNO

17

ALTO HORNO

Reacciones de Reducción Directas FeO + CO ======= Fe+ CO2

CO2 + C ======= 2CO

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

Reacciones de Reducción Indirectas (Reducción por gas)

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

FeO + CO (H2 ) ======= Fe+ CO2 (H2O ) C + 1/2O2 ======= CO

Alto Horno

18

ALTO HORNO

Entradas y salidas del Alto Horno

Alto Horno

19

Alto Horno

CO2

Alto Horno

20

El CO toma oxígeno del monóxido de hierro volviéndose a transformar en CO2. De esta manera, se libera hierro puro.

El proceso se regenera nuevamente

Al encontrarse el CO2 con el carbono del coque, este se transforma en 2 moléculas de monóxido de carbono.

Detalle de reacciones químicas

Alto Horno

21

Alto Horno

Convertidor LD

22

Convertidor LD

Reacciones de Oxidación: C + ½ O2 → CO Si + O2 → SiO2 2P + (5/2)O2 → P2O5 Mn + ½O2 → MnO Fe + ½O2 → FeO 2Fe + (3/2)O2 → Fe2O3

Reactor: Capacidad 200 – 300 toneladas por colada Ciclo: 30 minutos Período 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

Convertidor LD