INDUSTRIAS I – FIUBA

EAF CUAT 01-2014

ING. ALEJANDRO GILES

AGENDA: Proceso Siderúrgico: Overview Materias Primas EAF: estructura EAF: operación Simulación: Steel University

Acero: •Aleación de hierro y carbono •C no supera el 2% en peso de la composición de la aleación. Porcentajes mayores que el 2% de carbono dan lugar a las fundiciones.

Otros Elementos

Desados

Ti, Cu, Al, Cr…

Adicionados o no

No deseados

P, C, N Removidos en la acería

El proceso de aceración comprende la fundición de la materia prima para la fabricación del acero, su acondicionamiento químico y moldeado de las barras de acero u otros productos.

MP

• Chatarra

• Fe Esponja

• Otros que ya veremos

Acería

• Aceración Primaria Reacciones de Oxidación

• Aceración Secundaria

• Colada

Productos

• Barras de Acero al C

• Seamless tubes

• Welded tubes

• Otros

¿ Te acordás lo que es un Arco Eléctrico? 220 v 550 kv

Chatarra y MPs

Fusión

Metalurgia Secundaria

Colada

Producto Terminado

Aceración Primaria

Fundir Carga

•Chatarra

•Fe Esponja

Eliminar Impurezas

•Reacciones de Oxidación

Aceración Secundaria

LFVD Trimming

• Composición

• Temperatura

• Limpieza

AGENDA: Proceso Siderúrgico: Overview Materias Primas EAF: estructura EAF: operación Simulación: Steel University

MP

Carga Metálica EAF

Agregados en Cuchara

Chatarra: Precauciones

Dimensiones Ambientales Seguridad

Chatarra Liviana: al inicio de la fusión los electrodos perforen rápidamente la chatarra y los arcos eléctricos no afecten la bóveda

Chatarra Pesada: Para evitar la rotura de electrodos por desmoronamiento de chatarra.

Chatarra Liviana: Para amortiguar la caída de chatarra pesada que podría deteriorar la solera del horno.

Carga de las Cestas

¿Y como se ve esto?

MP Ventajas Desventajas

Arrabio Sólido • Carga con composición química conocida y de poca variación.

• Porcentaje de carbono (C) mejora la agitación de baño, la generación de energía química y la posibilidad de la

producción de escoria inflada.

• Reduce el consumo de energía eléctrica. • Mejora el rendimiento metálico de la carga.

• Alto contenido de fósforo (P). • Según el mineral y el coke usado, puede contener mucho azufre (S).

• El silicio (Si) que en el arrabio forma sílice (SiO2) consumo extra de cal

en la escoria.

Fe Esponja • No incorpora residuales indeseables al acerro • Excelente fuente de C

• Composición química muy estable fusiones repetitivas y homogéneas.

•Posee una alta densidad de carga (1,6 a 1,9 ton/m3). •Permite la carga continua del horno eléctrico.

• Mayor consumo de energía eléctrica.

• Mayor necesidad de cal (CaO) para neutralizar la ganga.

• Posible mayor desgaste de refractario si no

se controla el FeO y la SiO2. • Requiere extremo cuidado en su

almacenamiento ya que se re-oxida Rápidamente.

Ferroaleaciones

Soluciones sólidas Fe + elementos a agregar.

•Tienen una influencia sensible sobre el costo final del acero. •Hay que controlar el nivel de residuales indeseables que pueden afectar al acero. Es necesario conocer los niveles de Fósforo (P), Azufre (S), Estaño (Sn), Plomo (Pb), etc.

Fundentes

Enorme importancia en el proceso de aceración pero no estarán presentes en la química final del acero. Colaboran en elaboración de las escorias, cuyos objetivos son: •Posibilitar la eliminación del fósforo (P). •Retener los óxidos producidos en el baño de acero (SiO2, Al2O3, MnO, etc.) •Posibilitar la eliminación de azufre (S). •Proteger al refractario y a los paneles refrigerados. •Mejorar el rendimiento de la energía eléctrica ya que protege el arco eléctrico.

AGENDA: Proceso Siderúrgico: Overview Materias Primas EAF: estructura EAF: operación Simulación: Steel University

EAF - Estructura

EAF - Productos

Estructura levemente convexa, formada por dos partes: •Parte principal, cuya superficie está integrada por paneles refrigerados. •Parte central, llamada bovedín. compuesta de refractario aluminoso u otro material similar. La bóveda puede moverse verticalmente y rotar, para permitir la carga del horno. Posee dos placas: • Una fija de cobre, que transmite la corriente eléctrica al electrodo. Debe estar perfectamente mantenida. • Una móvil de acero, que presiona el electrodo evitando su desplazamiento. El bovedín tiene tres agujeros para los electrodos. En TenarisSiderca hay un cuarto agujero usado para la carga continua de hierro esponja, cales y carbón. En la parte de la bóveda cubierta por paneles refrigerados existen otros tres orificios: uno para el bovedín, otro para el sistema de extracción de humo y otro para la lanza medidora de temperatura. La vida útil de la bóveda es casi ilimitada. Sin embargo, el bovedín debe ser cambiado cada 200 o 400 coladas.

EAF - Bóveda

•Cilindro cuyas paredes están integradas por paneles refrigerados por agua. •El alto y el diámetro depende de la capacidad del horno y el tipo de carga. •Los que trabajan con 100% chatarra son más altos que los que operan con hierro esponja. •El objetivo de la carcasa es contener la carga hasta que el proceso de fusión haya terminado. •Las paredes de la carcasa están cubiertas de ladrillos refractarios. En la solera también hay material apisonado o vibrado de magnesita. •En un costado de la carcasa hay una “puerta de trabajo”. Ésta se usa normalmente para control visual del horno, eliminación de escoria y reparaciones.

EAF - Carcasa

•La solera es la parte inferior del horno. Está revestida por dos o tres hileras de ladrillos refractarios y sobre ellos se aplica material magnesítico apisonado o vibrado. •Contiene el acero líquido y en ella se llevan a cabo reacciones químicas. •La parte metálica de la carcasa y la parte metálica de la solera pueden ser reemplazadas para mantenimiento mecánico o de refractario.

EAF - Solera

Sistema de regulación eléctrica •Controla y regula los movimientos verticales de los electrodos mantener una longitud de arco eléctrico adecuada. •A mayor distancia entre la punta del electrodo y la chatarra, mayor es el voltaje y menor el amperaje. •A menor distancia entre electrodo y chatarra, menor es el voltaje y mayor el amperaje. En el extremo si el electrodo toca la chatarra el voltaje es nulo y el amperaje es máximo.

Sistema de extracción de humo El horno eléctrico genera gases y partículas que deben ser evacuadas por razones de seguridad y salubridad. El sistema de extracción transporta gases y partículas del horno a un sistema de enfriamiento y limpieza antes de ser evacuados a la atmósfera.

EAF – Sistemas Complementarios

•Basculación de escoriado •Basculación de sangrado •Apertura y cierre de las clapetas •Movimientos verticales de los electrodos •Movimientos de la bóveda

EAF – Movimientos

Mecanismo robotizado para toma de muestras y temperatura del acero •Extrae muestras del acero líquido par su análisis, toma la temperatura y determina el valor de oxígeno libre del baño (acero líquido). •Columna vertical fija (2 metros más alta que el horno) que en su parte superior tiene una viga rotativa. Ésta puede girar desde una posición de espera hasta colocarse sobre la bóveda del horno. •En el extremo libre de la viga rotativa hay una lanza que se introduce dentro del horno y lleva las cápsulas de toma de temperatura, oxígeno o para la extracción de muestra. Esta lanza se introduce en el horno por un orificio que posee la bóveda.

Cápsulas para toma de muestras del baño líquido Pequeño molde de acero forjado de forma circular, rodeado de material cerámico. En el interior hay un alambre desoxidante de aluminio (Al) con el objeto de que la probeta extraída sea homogénea y sin poros.

EAF – Toma muestras

EAF – Electrodos

Electrodos de grafito: •No funde a P normal •Sublimación a 3750 °C • Sublimation point: 3750 • Triplepoint (liquid-graphite-diamond): 3830 - 3930 °C / 120 -130 kbar • Sin plasticidad hasta 2500 °C • Resistencia química (excepto O) • Oxidable: >400 °C

EAF – Electrodos

EAF – Inyección C y O

AGENDA: Proceso Siderúrgico: Overview Materias Primas EAF: estructura EAF: operación Simulación: Steel University

EAF – Tap to Tap

EAF – Conceptos a ver para Rendimiento

¿Como es la posta? Tapping Melting

Formación de la escoria espumosa •Trabajar con escoria espumosa es fundamental aumentar la eficiencia térmica del horno cuando las paredes laterales están totalmente expuestas a la radiación del arco. •La escoria espumosa crecerá y cubrirá los arcos eléctricos, permitiendo de esta forma el uso de mayor potencia (taps más altos) sin necesidad de aumentar la carga térmica en las paredes del horno. •Un arco eléctrico cubierto por una escoria espumosa tendrá una eficiencia mayor en la transferencia de energía a la fase Acero. Las operaciones necesarias para la formación de una buena escoria espumosa : •Agregado de cales: comienza a realizarse desde la etapa de fusión y permite obtener la composición adecuada de la escoria. •Inyección de Oxígeno y de Carbón: Estas inyecciones son necesarias para generar el Monóxido de Carbono (CO), componente crítico para la formación de una buena escoria espumosa.

EAF – La Escoria

Las reacciones químicas que tienen lugar en el horno eléctrico son: 1. Descarburación. 2. Generación y aporte de energía química. 3. Desfosforización (P). 4. Oxidación y eliminación de otros elementos químicos (Si, Mn, Cr, etc.) 5. Homogeneidad química y térmica del baño. 6. Formación de escoria inflada. 7. Eliminación por arrastre del Hidrógeno y Nitrógeno. Según se observa en la curva de Vacher-Hamilton para 1600ºC, para cada valor de Carbono, debe haber en el baño líquido una cantidad de Oxígeno en estado libre que luego se tendrá que eliminar con desoxidantes (Al).

EAF – Reacciones

EAF – Reacciones

APRENDER DE MEMORIA, pregunta de coloquio!!

EAF – Reacciones

Fuentes de C: • Cast iron and/or pig iron • Sponge iron equivalent carbon • Scrap’s average carbon content • Coke loaded in the scrap bucket • Coke pneumatically injected

EAF – Reacciones

EAF – Reacciones

EAF – Reacciones

EAF – Reacciones

EAF – Reacciones

La reacción C-O produce gases que generan una corriente agitadora que permite una mejora de eficiencia por efectos cinéticos.

EAF – Reacciones

EAF – Reacciones

Si no se desulfuriza, se producen incrustaciones Mn-S Hot Rolling Se mueren varios o algo así.

• Varía mucho dependiendo del tipo de horno, de la carga metálica y si hay precalentamiento o no.

• Un valor tipo es de 415 kwh/tal.

Fusión de la chatarra

• Fundir el hierro esponja, la ganga y la reacción de reducción del FeO.

• Un valor tipo puede ser de 463 kwh/tal.

Fusión del hierro esponja

• Un valor tipo puede ser de 498 kwh/tal. Fusión de las briquetas:

• Hasta temperatura de sangría.

• Tiene un valor tipo de 0,60kwh/tal por grado centígrado a aumentar. Calentamiento del

baño

• Fundir las cales y el calentamiento de las escorias formadas.

• El valor tipo es 5 kwh/tal, por tonelada Fusión de las cales

•Se puede estimar un 18% de energía, salvo en la acería de TenarisDalmine donde parte de esta energía se utiliza para pre calentar la chatarra.

Pérdida por humos: es la energía térmica contenida en los gases

durante el proceso.

•Su valor aproximado es del 7 - 8%. Pérdidas por escoria

•pérdidas eléctricas, radiación por paredes, arco eléctrico no bien cubierto, etc.

•Estas pérdidas suman el 18%.

Pérdida por el agua de enfriamiento (paneles):

EAF – Balance Energético

AGENDA: Proceso Siderúrgico: Overview Materias Primas EAF: estructura EAF: operación Simulación: Steel University

HORNO ELÉCTRICO

CREAR UNA CUENTA

19-Nov: Lanzamiento Steel University. Se los invita a competir con la Cátedra y con soporte oficial.

www.steeluniversity.org Se puede seleccionar el idioma de trabajo Ingresar a la sección “Log in”

Registrarse como nuevo usuario en el sitio web

Al registrase, hacerlo con un tipo de afiliación “Education” e indicar en “Uso de este Sitio” la opción “Learning”

Ingresar a la solapa “Mi Perfil” - “Haga click para que los profesores o capacitores puedan acceder a sus resultados”.

•ID: 16816 •Mail: ind1.simulacion@gmail.com

CALENDARIO: FECHA LÍMITE DE RESULTADOS: 18/11/2014 PUBLICACIÓN GANADORES: 19/11/2014

CONSULTAS: ind1.simulacion@gmail.com

¿Y a mi que me importa ganar? Los alumnos que obtengan los mejores resultados dentro de cada categoría obtendrán un reconocimiento en la página web de la materia. Serán exceptuados de rendir el cuestionario teórico respecto de Siderurgia. Serán tenidos en cuenta para eventos SteelUniverisity – TenarisUniversity

Módulo de horno eléctrico: sección “e-learning”- Procesamiento del acero -“Horno de Arco Eléctrico”. Descargar la guía del usuario completa

¿Pero, quien gana? Obtener composición final del grado de acero elegido Colarlo dentro de los límites de tiempo y temperatura Minimizar el costo de toda la operación

ETAPAS DE LA SIMULACIÓN: 1. Selección de Materias Primas 2. Distribución en Canastas 3. Operación del horno - Fusión

SELECCIÓN DE MP: Variables a optimizar:

Composición mezcla Costo MP Densidades mezcla

M carga = 100 tn Límite M chatarra = 90 tn Límite V = 100 m3

¡INFINITOS CAMINOS HACIA EL ÉXITO!

Grados de acero disponibles:

CÁLCULO DE LAS MP

CARGA DE CHATARRA: Distribuir chatarra en tres canastas. Restricciones:

V horno = 40m3

Una canasta funde por vez

Ayudas: δ acero liq >> δchatarra

Si se supera 30% de chatarra gruesa en una cesta, hay riesgo de romper electrodos

DISTRIBUCIÓN CHATARRA:

OPERACIÓN DEL HORNO:

OPERACIÓN DEL HORNO: CONSIDERACIONES: Electrodos: sufren desgaste

Costo = 200 U$S

Control posición Velocidad de desplazamiento

Potencia eléctrica: 4 posiciones

Costo Energía = U$S 0.57 / KWh

Enfriamiento:

Paredes y fondo del horno equipadas con paneles enfriamiento por agua. Secciones Verdes: T H20 < 75ºC Una naranja: T H20 = 75 – 90 ºC Una roja: T H20 = 90 – 105 ºC Secciones rojas: T H20 > 105ºC

Adiciones: Para regular composición, desoxidar, desulfurar, aumentar masa escoria

Formación y propiedades de la escoria: Propiedades = f(composición, T) Agentes: cal, fluorita, dolomita, etc Basicidad = 1.2 – 2.5 permite: Escoria espumante Buena desfosforación y desulfuración

Inyección C y O: Inyección O: regulación afino Formación CO escoria espumante COSTOS:

C: U$S 0.28 / kg O: U$S 0.10 / m3

Toma de muestras: Conocer composición en tiempo real Demora cierto tiempo COSTO : U$S 40

¿Pensaste que terminó, no? Sorry, para nada.

PROBLEMA DE EAF: Balance entálpico y consumos de Oxígeno

MUCHAS GRACIAS POR VENIR, ESCUCHAR Y AGUANTAR DESPIERTOS! =)