Embed Size (px)
Citation preview
Fundamentos de escoria espumante y su aplicación
práctica en la fabricación de acero con el horno eléctrico
BAKERREFRACTORIES
SIDEBOYACÁ
Octubre 03, Y2K1, Tuta, Colombia
Outline
• Parámetros de la escoria que afectan la formación de espuma
• Diagramas de estabilidad isotérmicos
• El efecto del FeO y de la temperatura en la formación de espuma en la escoria
• Aplicación de estos fundamentos y del modelo de escoria espumante a las prácticas de fabricación de acero
Principios de formación de espuma en la escoria
Dos grandes requerimientos:
• Reacciones que generen burbujas de gas
• La escoria “correcta” que pueda mantener las burbujas y hacer que la escoria espume
Reacciones que generan burbujas de gas:
C + ½ O2 (g) = CO (g)
FeO + C = Fe + CO (g)
Pequeñas cantidades de CO2 que se originan de la calcinación de carbonatos residuales en la cal o en la dolomita
La escoria “correcta”Óptima viscosidad
El factor más importante que afecta a la viscosidad de la escoria es la presencia de partículas de segunda fase (MW & C2S) suspendidas en la escoria
Contenido de FeO
Se requiere FeO suficiente para reaccionar con el C y generar burbujas de gas CO
Contenido de MgO
Se requiere MgO suficiente para minimizar el desgaste del refractario y prolongar la formación de espuma
Índice de formación de espuma vs viscosidad efectiva
Viscosidad efectiva ()
Líquida "Cremosa" a ”esponjosa" ”Esponjosa" a ”pétrea"
Frontera de Liquidus(Precipitación de partículas
de segunda fase)
Escoriaóptima
Sobre-saturadaMuchaspartículas deSegunda fase
Índ
ice
esp
um
ante
()
Variables de la escoria y su impacto en la viscosidad
Contenido de FeO (componente fluidificante)
El incremento del FeO disminuye la viscosidad de la escoria
Contenido de MgO (componente refractario)
El incremento del MgO incrementa la viscosidad de la escoria
Temperatura
El incremento de la temperatura disminuye la viscosidad
Basicidad de la escoria
Controla el momento y la duración de la formación de espuma
El impacto de la basicidad de la escoria
• Mientras más baja sea la basicidad de la escoria mayor será el requerimiento de MgO para la protección del refractario
• Durante la colada, la basicidad de la escoria es normalmente determinada por la cantidad de cal (y dolomita) añadida y los niveles de Si y Al en la chatarra
• Mientras mayor sea la basicidad de la escoria más tarde formará espuma
Mientras más baja sea la basicidad de la escoria mayor será el requerimiento de MgO
para la protección del refractario
% MgO vs basicidad para saturación doble
Dual Saturation:Di-Calcium Silicate Ca2SiO4 [C2S]Magnesio-Wustite (Fe,Mg)Oss [MW]
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
1 1.5 2 2.5 3 3.5
BASICITY
% M
gO
Durante la colada, la basicidad de la escoria es normalmente
determinada por la cantidad de cal (y dolomita) añadida y los
niveles de Si y Al en la chatarra
Relaciones de fase @ basicidad y temperatura constantes
Cuatro variables:
Contenido de MgO Contenido de FeO
Temperatura Basicidad
Fijando la basicidad y la temperatura se pueden determinar las relaciones de fase como una función del contenido de MgO y FeO (ISD's)
Dual Saturation
Diagrama de Estabilidad Isotérmico (ISD)
5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
% FeO
2
4
6
8
10
12
14
16
% M
gO
L
C2S+
MW+L
MW + L
C2S+L
Basicity = 1.61600°C (2912°F)
Dual SaturationMgO SaturationCaO Saturation
Mientras mayor sea la basicidad de la escoria más tarde formará
espuma
El efecto de la basicidad en la formación de espuma
L
+
C2S+
MW+L
MW + L
C2S
L
5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
% FeO
2
4
6
8
10
12
14
16
% M
gO
Basicity = 1.5
Basicity = 2.0
El efecto de la basicidad en la formación de espuma
5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
% FeO
2
4
6
8
10
12
14
16
% M
gO
3.0
3.0
2.5
2.5
2.0
2.0
Basicity =
1.5
1.5
Qué significa todo esto en términos prácticos?
Formación de escoria en el horno de arco eléctrico
Cal y dolomita (o cal mezclada) se añaden normalmente con la chatarra al inicio de la colada
Refractory Oxides
Fluxing Oxides
The initial slag is crusty and stiff in the EAF
Formación de escoria en el horno de arco eléctrico
• El Si y Al en la chatarra se oxidan primero para formar SiO2 y Al2O3 (óxidos fundentes).
• A medida que se sopla oxígeno en el horno, se va generando el fundente principal (FeO)
• El ”balance de la escoria" comienza ahora a moverse y se hace más líquida.
• Cuando se libera suficiente FeO en la escoria, la viscosidad efectiva es tal que las burbujas de gas CO son retenidas y la escoria comienza a espumar.
Formación de escoria en el horno de arco eléctrico
Sin embargo, si se forma mucho FeO, la escoria se vuelve muy líquida y la formación de espuma
disminuye.
Formación de escoria en el horno de arco eléctrico
Eff
ecti
ve F
oam
ines
s
Time(Amount of FeO generated)
Too Crusty
Too Liquid
Optimum Foaming
Formación de escoria en el horno de arco eléctrico
Eff
ecti
ve F
oam
ines
s
Time(Amount of FeO generated)
Bas = 1.5%MgO = 12.6
Bas = 2.0%MgO = 9.2
Bas = 2.5%MgO = 7.7
Qué sabemos hasta ahora?
Control de la formación de espuma
• El tiempo correcto de la formación de espuma puede ser controlado variando la basicidad de la escoria
• El contenido de MgO puede ser optimizado para una basicidad particular para mantener la formación de espuma, minimizando el desgaste del refractario (alcanzando la ”zona adecuada")
Control de la formación de espumaE
ffec
tive
Foa
min
ess
Time
Too High FeO content or Increasing Temperature
Too Liquid
Tap the Furnace
Too Crusty
OptimumFoaming
La dinámica del balance de FeO
El FeO se genera por inyección de oxígeno
Fe + ½ O2 (g) = FeO
El FeO se reduce por inyección de carbono
FeO + C = Fe + CO (g)
La velocidad de generación de FeO debe ser balanceada
por la inyección de carbono
Fe + ½ O2 (g) = FeO FeO + C = Fe + CO (g)
El efecto de la temperatura en la formación de espuma
5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
% FeO
2
4
6
8
10
12
14
16
% M
gO
1600°C1650°C1700°C
Puede ser superado el efecto del aumento de la temperatura o del
excesivo FeO?
Sí!!
Adiciones ”de emergencia" para mantener la formación de espuma
Donde se dispone de alimentación por la bóveda
Se pueden añadir pequeñas cantidades de óxidos refractarios calcinados (cal) o caliza para prolongar la formación de espuma
Donde NO se dispone de alimentación por la bóveda
Se pueden inyectar en la escoria pequeñas cantidades de óxidos refractarios calcinados (magnesia, dolomita) o caliza para prolongar la formación de espuma
Adiciones para mantener la formación de espumaE
ffec
tive
Foa
min
ess
Tiempo(Cantidad de FeO generado)
Mantener la capacidad espumante con la adición o inyección de óxidos refractarios o caliza / dolomita cruda
Inyección de finos de MgO
% FeO
5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
2
4
6
8
10
12
14
16
% M
gO
L
C2S+
MW+L
MW + L
C2S+L
MgO inicial muy bajo
Inyección de MgO
El modelo de escoria espumante
• Se ha desarrollado un modelo de escoria para optimizar las prácticas del horno de arco eléctrico utilizando los principios demostrados en esta presentación.
• Se usa un enfoque de balance de masa para calcular los cambios en la composición de la escoria a medida que avanza la colada.
• El programa también calcula los ISD's para cualquier composición de escoria @ cualquier temperatura.
La aplicación del modelo de escoria espumante en Nucor-Darlington
El modelo fué usado para evaluar las escorias de Nucor Darlington. Se encontró que no estaban saturadas com MgO y a punto de volverse demasiado líquidas
Cambios recomendados
-Cambiar el cálculo de basicidad de la escoria para incluir el Al2O3
-Modificar ligeramente la meta de basicidad
-Incrementar la meta de los valores de MgO en la escoria
La aplicación del modelo de escoria espumante
• El consumo del material monolitico de reparación disminuyó de 3.18 a 2.5 Kg/t.
• El consumo de material de proyección disminuyó de 1.09 a 0.32 Kg/t.
• Se duplicó la vida de los ladrillos del horno• El consumo de energía por colada disminuyó de 339
a 323 kWh/t.• La productividad se incrementó de 113 a 119.5 t/h• El consumo de cal (mezclada) se incrementó de
44.54 a 49.54 Kg/t.
Gracias por su atención!
