TITULO:

"DESARROLLO DE TECNOLOGÍA PROPIA EN LOS HORNOS ELÉCTRICOS DE ARCO DE CORPORACIÓN ACEROS AREQUIPA S.A."

NOMBRE DEL AUTOR:

Jorge Uyén M.

AFILIACION

Corporación Aceros Arequipa S.APanamericana Sur Km 241, Pisco – PerúTeléfono : 0051-15-171800Fax : 0051-56-532971E-mail : juyen@aasa.com.pe

RESUMEN:

El tema está basado en la experiencia desarrollada en un EAF-AC de 43.5t con transformador de 45MVA, equipado con lanzas supersonicas de inyección de Oxigeno, en el cual se ha desarrollado un nuevo proceso (Patentado) para fundir en Hornos Eléctricos denominado “Proceso a Puerta Cerrada”.

El “Proceso a Puerta Cerrada” opera con 60-65% de DRI o HBI alimentados en continuo, con una escoria espumosa alta (1.5-2m) lo cual permite usar alta potencia. Es posible usar mas de 1 MVA/t en baño plano con un alto flujo de DRI en alimentación continua (40-50kg/min - MW) sin ocasionar un daño significativo a los paneles o al refractario del horno.

También es posible alimentar en continuo chatarra fragmentada (Shredded), bajo las mismas condiciones que un DRI o HBI (Uso de potencia Máxima en baño plano). Se aprovecha el calor de la espuma al permitir pasar la carga fria a travez de ella, intercambiando calor, maximizando el flujo de material/min y minimizando la formación de “Icebergs”.

Como resultado, los tiempos de proceso pueden disminuir sustancialmente por debajo de los 40 minutos Tap to Tap y el consumo de electrodos bordear los 1,2 kg/t.

El proceso permite desescorear con contenidos de FeO entre 4 – 10%, mejorando el rendimiento metálico

PALABRAS CLAVE:

Escoria Espumosa, Post-Combustión, Calor almacenado, Intercambio de calor, Carga Fria, Potencia Máxima, DRI, HBI.

1

INTRODUCCION:

La Acería de Pisco, Planta N°2 de Corporación Aceros Arequipa S.A. está ubicada en la costa sur del Perú

La Planta fue construida en un area desértica en el año 1983.El parque de chatarra incluye una cizalla de 1200t, 2 gruas portico y facilidades para el oxicorte de chatarra. Proximamente entrará en servicio la nueva planta de Fragmentado de chatarra (Shredder).

La Acería incluye un UHP AC-EAF con transformador de 45MVA +10%.Un Horno Cuchara adaptado: anteriormente operó como horno eléctricoUna colada continua de 4 lineas y 5 m de radio

El EAF ha sido modernizado el año 2004 con un nuevo sistema hidraulico y está equipado con 3 lanzas supersonicas y un quemador. Adicionalmente se utiliza manualmente lanzas consumibles por la puerta.

Tres lanzas de carbón son ubicadas alrededor del hornoDos inyectoras neumáticas de doble venturi, proporcionan el carbon necesario.

Originalmente, el “Proceso a Puerta Cerrada” fue desarrollado para fundir DRI de bajo fósforo y operar el horno a máxima potencia en baño plano, cargando una sola cesta con 60-65% DRI y/o HBI.

28 – 30 coladas/dia-20hr se obtienen como promedio, lo cual corresponde a 40-43 minutos Tap to Tap con consumo de electrodos de 1.3-1.4kg/t.La capacidad de la planta ha sido aumentada utilizando 40-50% de chatarra fragmentada de 330,000t/año a 400,000t/año (20% adicional).

El “PROCESO A PUERTA CERRADA”

Antes del periodo de baño plano, se cierra la puerta del horno usando una masa selladora, se alimenta antracita granulada y gruesa, generando una escoria espumosa de 1.5-2.0 m de altura (algunas veces alcanza a tocar la boveda) y se alimenta en forma continua el DRI y/o HBI.

Bajo estas condiciones, el horno opera a máxima potencia: cuando se usa 40-44 MW se obtienen tiempos de 36 minutos Tap to tap. Ver Fig. 1

2

“Fig. 1”

Para incrementar el tiempo de residencia de los gases, las lanzas coherentes y de post-combustión operan sumergidas en la escoria espumosa. Esto permitirá que el calor sea transferido y almacenado en la escoria espumosa controlada [1].

Esta escoria espumosa “caliente” intercambiará calor con la carga fria en continuo (DRI, HBI) que va descendiendo lentamente, pasando a traves de la escoria espumosa reductora y caliente

“Fig. 2”

3

Los pellets o briquetas son precalentados antes de alcanzar el baño líquido, por lo cual cual es posible aumentar el ratio de alimentación hasta 40-50kg/min-MW

El proceso aumenta el mecanismo de intercambio de calor de los gases calientes hacia el baño líquido por intermedio de la escoria espumosa.

“Fig.3”

Este mecanismo define el siguiente ciclo de intercambio de calor:

“Fig.4”

4

Otro aspecto importante del proceso, es el contenido de FeO en la escoria. Normalmente, el contenido de FeO en el desescoreo es 6-10% ( cuando se usa DRI o HBI de bajo contenido de Fósforo ).

Esto tiene un fuerte efecto sobre el rendimiento metálico (tabla I), el rendimiento de ferroaleaciones y la vida de las cucharas dolomíticas porque el proceso de vaciado es con piquera.

Tabla I

La escoria reducida facilita la desulfuración durante el vaciado. El indice de basicidad binaria es 1.2-1.5 con contenidos de MgO de 9-12%. Esto permite operar con una escoria espumosa de baja densidad, lo cual es muy importante para el control del proceso

PRINCIPALES VENTAJAS DEL PROCESO A PUERTA CERRADA

1.-Posibilidad de usar mas de 1 MVA/t sin daño significativo al refractario o paneles refrigerados2. –Menor ruido y menor generación de polvos. Fig. 5.

5

“Fig. 5”

El arco queda completamente sumergido dentro de la escoria espumosa y el ruido es reducido drasticamente.

El vapor de Hierro generado en el punto caliente del arco, condensa en la escoria espumosa”fria”, evitando la formación del oxido Férrico (humos marrones) por reoxidación al aire. Se recupera las unidades de Hierro y el calor latente del vapor de Hierro.

3. –Mayor Eficiencia Térmica: Fig. 6

6

4. –Mayor rendimiento Metalico5. –Puede operar con maxima potencia y arcos largos6. –Menor consumo de Energia7. –Menor consumo de Electrodos8. –Menor Tap to Tap 9. – Mayor flujo de alimentación de prereducidos en continuo10. – Reduce Armónicas (Menor perdida de energía y desgaste del transformador) [2]11. –Cobertura de los paneles con capa de escoria: mayor vida12. –Mayor vida de cucharas13. –Mayor rendimiento de ferroaleaciones14. –Mejora la estabilidad del arco y reduce el flicker15. –Mejora la eficiencia de los sistemas de Post-combustión en baño plano16. –Facilita la desulfuración

PROPUESTA DE MEJORA EN EL HORNO DE ACEROS AREQUIPA

ALIMENTACION CONTINUA DE CHATARRA FRAGMENTADA (SHREDDED):

Permite cargar una sola cesta de chatarra heavy melting. Cuando se alcanza el baño plano, se cierra la puerta, se levanta la espuma y se inicia la alimentación de prereducidos por el 5to agujero. Luego se continua con la alimentación de chatarra fragmentada. Fig. 7

Esta secuencia permite “barrer” mediante la chatarra fragmentada gran parte del fierro naciente generado en la escoria espumosa durante la primera etapa de alimentación de los prereducidos. Permite acelerar la desmetalización de la escoria, lo cual es muy importante por que a medida que se reduce el Tap To Tap, la desmetalización de la escoria se vuelve el cuello de botella para hacer compatibles la reducción del Tap to Tap y mantener un alto rendimiento metálico.

7

RENDIMIENTO METALICO :

Cuando se usa DRI de alto contenido de carbono (2%), el proceso requiere cantidades adicionales de oxidos de Hierro (cascarilla, mineral de Hierro, Etc) para mantener la escoria espumando, de otra manera la espuma se desinfla por falta de generación de CO y/o CO2.

Cuando se usa chatarra fragmentada en continuo, el rendimiento metálico aumenta debido a la menor generación de escoria y fusión rapida de la chatarra sin opción a reoxidarse dentro de la espuma. El rendimiento esperado debe ser del orden del 90-91%.

CONSUMO DE ENERGIA: kWh/t

El consumo de energía disminuye por el precalentamiento de la chatarra fragmentada al sumergirse en la escoria espumosa caliente. La carga en continuo permite eliminar el carguío de una segunda cesta, con lo cual la pérdida de energía por apertura del horno no se produce.La no oxidación de la chatarra durante su fusión significa que no hay que volver a reducir para recuperar las unidades de hierro oxidadas. La reducción de 1t de hierro oxidado (FeO) está asociada con el consumo de aproximadamente 1MWH. El consumo de energía se ubicaria entre los 380-400kwh/t

CONSUMO DE ELECTRODOS: Kg/t

El menor consumo de energía y la posibilidad de usar arcos largos estables con Cos entre 0.90 – 0.94 garantizan un consumo de electrodos del orden de 1-1.2 kg/t.

TAP TO TAP : minutos

El alto flujo de energía por minuto, el aprovechamiento de la energia química de la post-combustión a traves de la escoria espumosa, el precalentamiento de la chatarra fragmentada , el aumento del flujo especifico en kg/min-MW y la eliminación de la 2da cesta, deben dar como resultado un menor tiempo de Tap To Tap del orden de los 32-34 minutos.

PRODUCTIVIDAD: t/h

La alimentación continua de chatarra fragmentada limpia, en combinación con 4 lanzas coherentes, operando el Transformador hasta con 50MVA y el proceso a Puerta Cerrada deben dar un aumento de la productividad de un 25%, es decir pasa de 59t/h a 74t/h con un horno de 42 t/col de Acero Líquido.

8

RESTRICCIONES:

Dificultad para fundir materiales de alto fosforo debido a la reversión del fosforo.. Rebases por el delta. Sobrecarga del transformador y grietas en la punta de los electrodos. Dificultad para medir la altura real de espuma. Escoria conductora: levantamiento de electrodos. Riesgo de daño a los paneles de la boveda y

delta. Probabilidad de reacción cuando el contenido de FeO de la escoria está fuera de control.

CONCLUSIONES

El Proceso a Puerta Cerrada nos ha permitido usar potencias sobre 1 MVA/t de carga durante el período de baño plano sin daños significativos a los paneles y puntos calientes.

La capacidad de nuestra planta se ha incrementado de 330,000 a 400,000 t/año (20% adicional) utilizando 40-50% de chatarra fragmentada.

El ratio específico de alimentación de DRI o HBI ha sido incrementado de 28-32Kg/min-MW a 40-50Kg/min-MW.

El rendimiento metálico calculado sobre la carga total, varía entre 88-91%. Esto depende del tipo de carga utilizada:alto o bajo fósforo.

Operando con arcos largos, el consumo de electrodos y la productividad han sido optimizados. El proceso se vuelve mas eficiente si la espuma absorbe mas energia. La escoria espumosa se

enfría mas si se producen reacciones de reducción en su interior de tal manera que mayor calor será transferido de los gases calientes.

La post-combustión se vuelve eficiente porque la escoria espumosa almacena el calor generado y lo entrega a las reacciones endotérmicas, de otra manera la escoria se sobrecalentaría y el intercambio de calor con los gases calientes disminuiría.

La alimentación continua de chatarra fragmentada en combinación con el proceso a Puerta Cerrada se está desarrollando en La Corporación Aceros Arequipa S.A. y los resultados deben consolidarse a fines del año 2006.

REFERENCIAS

1) D.R.GASKELL - D.SKUPIEN, The Surface Tensions and Foaming Behavior of Melts in the System CaO- FeO-SiO2, I&SM (March 2001), p.41-44.

2) D.L.SCHROEDER, The Advantages of Foaming Slag Control in EAF Operations, Steel Times (October 2000), p.368-369.

3) J.UYEN, EAF “ Closed Door Process” at Corporación Aceros Arequipa S.A.,7th European Electric Steelmaking Conference, Venice –Italy ( May 2002).

9