MATERIALES REFRACTARIOS EN LOS CONVERTIDORES LD EN ESPAÑA.

JOSE MIGUEL SANTAMARÍA. PROCERSA

RESUMEN

Tras una breve descripción de la historia y evolución de los convertidores LD, se citan las produc­ciones de acero españolas y el número de convertidores y se describe con detalle la esencia de un con­vertidor y su sistema de trabajo. Posteriormente se hace un amplio estudio de los diferentes materiales refractarios que se pueden utilizar.

SUMMARY

After a brief description of the history and development of topblown converters, a list of Spanish steel mills, their productions and the number of converters used in them is given. The essential compo­nents and the working system of a converter are described in length. It folows a detailed discussion of the different refractory materials which can be used in converters of this type.

ZUSSAMMENFASSUNG

Auf eine kurze Beschreibung der Geschichte und Entwicklung der LD Konverter folgen Angaben über die spanishcen Stahlwerke, ihre Produktion und die Anzahl der in Betrieb befindlichen Konver­ter. Die wichtigsten technischen Einrichtungen eines Konverters und seine Arbeitsweise werden ausfür-üch beschrieben. Anschliessend folgt eine eingehende Untersuchung über die verschiedenen feuerfesten Materialien, die in Konverter eingebaut werden können.

RESUME

Après une courte description de l'histoire et l'évolution de convertisseurs LD, on cite les produc­tions espagnoles d'acier et le numéro de convertisseurs et on décrit en détañ l'essence d'un convertis­seur et son système de travaü: a Continuation on fait une ample étude des différents matériaux réfrac-taires que l'on peut utiliser.

1. INTRODUCCIÓN. El proceso LD (para fabricar acero se basa en soplar O2

puro a través de una lanza refrigerada sobre un baño que se encuentra en el interior de un recipiente, el cual está re­vestido con material refractario.

Los primeros ensayos se realizaron utilizando como reci­piente tina cuchara de acero de 15 Ton. Con ciertas modifi­caciones. Después de estas pruebas y en 1952 se decidió es­tudiar çl proceso a mayor escala, para lo cual se montó en Linz (Austria) una planta, la cual tenía una capacidad de producción de acero de 7.000 Ton/semana. A la vista de los resultados obtenidos se montó a continuación otra planta el mismo año en Donawitz.

El proceso alcanzó rápidamente un gran éxito y se empe­zaron a instalar acerías al oxígeno en todo el mundo. En 1977, cuando el proceso llevaba 25 años de vida, más de la mitad del acero fabricado en el mundo fué hecho por el sis­tema de soplado con oxígeno, sobre el baño.

Este proceso empezó a desplazar a los anteriormente existentes, como el Siemens, en las plantas siderúrgicas. Es­to fué debido a dos factores fundamentales:

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1. Mayor capacidad de producción horaria, lo que suponía también la reducción a la mitad de los costes de transfor­mación comparado con el Siemens. Hasta 1952 la pro­ducción horaria de acero era de 35 Ton., pudiéndose ob­tener hoy día con convertidores de 300 Ton., una pro­ducción de 500 Ton/hora.

2. El capital necesario para montar una siderurgia con el proceso LD es la mitad que el que utiliza el Siemens.

Este proceso tiene también la ventaja de que permite tra­bajar con ima adición de chatarra que puede llegar al 30^/o, valor que normahnente está dentro del rango de la chatarra que se produce dentro de la acería.

2. ACERÍAS LD EXISTENTES EN ESPAÑA. Las tres plantas siderúrgicas integrales que hay en España

tienen convertidores LD. El tamaño y capacidad teórica de producción de acero es el siguiente:

1175

Convert Ton.

Convert.

Acería LD-1 3 X 70 1.400.000 Ton

ENSIDESA: Acería LD-2 2 X 100 1.000.000 Ton

Acería LD-V 3 X

TOTAL

120 2.400.000 Ton

4.800.000 Ton

A.H V. 3 X 70 1.400.000 Ton

A.H.M. 3 X

TOTALES .

45 900.000 Ton

7.100.000 Ton

En 1977 la producción de acero por el proceso LD fué de 5.943.000 Ton., y en 1978 de 5.900.000 Ton. Esto nos indica una utilización de las instalaciones del 85^/o.

3. DESCRIPCIÓN DE UN CONVERTIDOR LD Y SISTEMA DE TRABAJO. En el recipiente del convertidor podemos distinguir cin­

co zonas, las cuales son:

— Solera. — Barril. — Muñones. — Cono. — Boca de carga.

El volumen del convertidor es muy elevado con relación al volumen que ocupa el baño fundido, que es solamente 1/5 del volumen total. El volumen interior es un factor im­portante, ya que de él depende que existan pérdidas o no de acero y escoria por la boca, debido a las características del proceso.

La operación de funcionamiento del convertidor comien­za con el recipiente caliente de la colada anterior, se inclina unos 45^ y se carga la chatarra.

A continuación se suele colocar en posición vertical para que se reparta la chatarra bien por el fondo y luego se añade el arrabio que viene del mezclador y se coloca el converti­dor vertical.

A partir de este momento se baja la lanza y se empieza a insuflar O2 puro a la vez que se realizan las adiciones de fundentes y materiales para la formación de la escoria. Es­tas adiciones se realizan mediante rampas existentes en la parte superior del convertidor.

Se sopla durante 15-20 minutos y se vuelca el converti­dor hacia la zona opuesta a la de la colada para tomar mues­tra y temperatura. Si los datos son correctos, se vuelca hacia el otro lado y se procede a colar. Si el acero está fuera de es­pecificaciones se vuelve a bajar la lanza y se empieza a so­plar de nuevo añadiendo, si lo requiere el proceso, nuevos fundentes.

La reacción entre el O2 y el baño es función de la pre­sión del chorro y de la distancia de la lanza al baño. En la fig. 1 tenemos un esquema sobre la distribución de la pre­sión del chorro y su incidencia sobre el baño.

La forma como se sopla un convertidor es de suma im­portancia en la velocidad de formación de escoria y por lo tanto de la eficacia del proceso.

El soplado se inicia desde una posición elevada para de esta forma no proceder a un afino directo del baño, lo cual nos originaría un consumo total del O2 en la descarbura­

ción del arrabio, con lo que la velocidad de formación de escoria sería muy lenta y perjudicaría al proceso.

En el proceso LD se trata de lograr en las primeras etapas una escorificación del arrabio, es decir, pasar parte de él a forma de FeO con lo que la CaO que se añade pasará más rápida a formar parte de la escoria, dándole a esta fluidez y reactividad.

LANZA

PISTRMUCION DE PRESIONES EN EL CHORRO DE 0 2

CAMelO DE DIRECCIÓN

ARRABIO PULVERIZADA

Fig. 1.— Efectos producidos por la incidencia del chorro de O 2 so­bre el baño.

En etapas posteriores del soplado, la incidencia del cho­rro de O2 crea una huella más profunda en el baño al bajar la lanza o al aumentar el caudal de oxígeno, según sea la marcha de la acería. Esto origina una pulverización del baño, el cual queda suspendido en la escoria como gotitas si es que las características de la escoria favorecen el que las gotas de arrabio se queden en suspensión.

Entre las gotas de arrabio y la es<;oria, se produce una reacción de descarburación y oxidación de los no metales del arrabio por aporte de O2 de los componentes oxidados de la escoria al baño. Durante esta reacción se producen en el seno de la escoria gases como CO, el cual queda retenido en su interior y crea una espumación de la escoria. Si esta espumación no es controlada ó el volumen interior del con­vertidor es insuficiente, por la boca se producen proyeccio­nes que originan pérdidas de material.

Observando las fig. 2 y 3 presentadas por K.K. Kappme-yer y D.H. Jubble, se puede ver que el contenido en FeO aumenta rápidamente en los primeros momentos de soplado así como la CaO que se incorpora a la escoria.

Por lo tanto en el interior del convertidor en funciona­miento la escoria ocupa todo el volumen, por lo que no tenemos en él definida una línea de escorias que sea estáti­ca, sino que todo el revestimiento está sujeto a su acción.

4. REFRACTARIOS UTILIZADOS EN LOS CONVERTIDORES LD.

176

+1600

+1425

200

TIEMPO SOPLADO MIN.

Fig. 2 . - Según K.K. Kappmeyer y D.H. Hubble.

70

10 +

CaO AÑADIDA

4 8 12 IC TIEMPO SOPLADO, MIN.

20

Fig. 3 . - Según K.K. Kappmeyer y D.H. Hubble.

El proceso de afino de arrabio mediante el procedimien­to LD es básico, por lo que los refractarios en el recipiente que utiHza el baño son básicos.

Los primeros refractarios utilizados fueron de dolomía aglomerada con alquitrán y aún se siguen utilizando en mu­chas acerías. Como dato curioso diremos que en las prime­ras acerías de Linz y Donawitz, no se utilizó dolomía solo, sino que los refractarios fueron de magnesita ó magnesia-dolomía.

Básicamente los refractarios utilizados en todo el mundo son de magnesita, dolomía y mangesio-dolomía. Un factor que es normal a todos los refractarios es la presencia de al­quitrán o brea.

En los primeros refractarios que fueron de dolomía, el alquitrán se utilizó simplemente como sistema aglomerante y para proteger a la dolomía de la humedad ambiental. Es­tudios que se realizaron a posteriori, dieron como resultado que el alquitrán ó brea juega un papel muy importante en el refractario retardando el ataque químico. Si realizamos un ensayo de ataque de escorias de LD a dos refractarios de magnesita cocidos, uno impregnado en alquitrán y el otro no, el resultado que se observa es que la escoria en el prime­ro penetra unos 10 mms., en cambio en el que no tiene al­quitrán, la penetración puede llegar a 60 - 70 mms.

Entre los refractarios que se utiHzan en España en los convertidores, tenemos:

— Dolomía aglomerada con alquitrán. — Dolomía aglomerada con alquitrán y temperizada. — Magnesia-dolomía aglomerada con alquitrán y tempe

rizada. — Magnesita cocida e impregnada en alquitrán. — Magnesita direct-bonded impregnada en alquitrán.

Ha bajado mucho el consumo de dolomía en convertido­res en los últimos años, ya que el margen de temperatura en el que es relativamente resistente'al ataque por escorias de convertidor es muy estrecho, y según las condiciones de los convertidores han ido siendo más severas su consumo ha disminuido.

La dolomía es muy poco resistente en presencia de Fe 2 O3 y menos aún si la temperatura es elevada, y como se ha visto en la fig. 2 el contenido en Fe203 aumenta en los últi­mos momentos de soplado.

La dolomía entre los inconvenientes que tiene uno es el del almacenamiento, el cual es muy corto, debido a que la CaO que tiene libre se liidrata, desintegrando el material. Existen en el mercado dolomías semiestabilizadás o estabili­zadas, en las cuales se ha hecho reaccionar la CaO con una serie de compuestos que la combinan durante el proceso de sinterización de los pellets.

La dolomía que se está utilizando en los convertidores LD en España es de tres tipos como ya se ha dicho:

— Dolomía aglomerada con alquitrán. — Dolomía aglomerada con alquitrán y temperizada. — Magnesia-dolomía aglomerada con alquitrán y temperiza­

da.

Las zonas en las que suelen ir colocadas estas calidades de refractarios en algunas acerías son:

— Solera: dolomía aglomerada con alquitrán. — Cono: magnesio-dolomía aglomerada con alquitrán y

temperizada. — Barril: (excepto muñones y zona de carga): dolomía

aglomerada con alquitrán y temperizada.

La magnesio^-dolomía se fabrica cribando la fracción fi­na de la dolomía y sustituyéndola por magnesita; de esta foma se consigue una mayor duración de almacenamiento, ya que eliminamos la parte más fácilmente hidratable de la dolomía, la fracción fina.

La magnesita fué utilizada, y lo es aún, en América en los convertidores LD, mucho más que en Europa. Esto es debido a que la diferencia en precio entre la dolomía y la magnesita en materiales aglomerados con alquitrán y tempe-rizados no es tran grande en America como en Europa.

Los refractarios de magnesita que se utilizan en los LD de España, son de tres tipos:

1. Magnesita aglomerada con alquitrán y temperizada. 2. Magnesita cocida e impregnada de alquitrán. 3. Magnesita direct-bonded impregnada en alquitrán.

Las magnesitas empleadas en la fabricación de los mate­riales 1 y 3 son magnesitas de muy bajo contenido en impu­rezas con relación CaO/SiO > 2 , siendo su procedencia de agua de mar. Con esta relación de CaO/SiO, la fase silicato . que se tiene en la magnesita es muy refractaria y su compo­sición es la del silicato dicálcico (C2S). El grado de enlaces directos en las zonas entre los cristales de magnesitas fun*-

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ción directa de la temperatura de calcinación, del contenido en impurezas y de la relación C/S.

Es muy importante que el grado de enlaces directos en­tre los cristales de magnesita sea el mayor posible, ya que al no existir entre ellos una fase silicato, la penetración de los componentes de la escoria se ve muy dificultada. En este ti­po de magnesitas la fase silicato se muestra formando bolsas aisladas entre cristales de magnesita.

Si la magnesita es de muy bajo contenido en fai e silicato, es decir que el valor de la SÍO2 es pequeño, la relación CaO/ SÍO2 que debe tener la materia prima será algo superior a 2, ya que la CaO se disuelve en el MgO a alta temperatura.

Esto nos lleva a que el material a alta temperatura pre­sente en su fase silicato CMS y C3MS2 el cual tiene un pun­to eutéctico a los 1492^C ó bien C3MS2 C2S el cual lo tie­ne a1575^C.

NOTA: CMS: Monticellita (CaO.MgO.SiO2).

C3MS2 : Merwinita (3CaO.Mg0.2Si02). C2S: Silicato dicálcico (2CaO.Si02).

En la fabricación de un refractario de magnesita direct-bonded con una magnesita como la anteriormente expuesta, es muy importante el grado de prensado del material y la temperatura de cocciones muy importante el grado de pren­sado, ya que al no tener casi impurezas la sinterización del material en la cocción no se produce por aparición de fases líquidas, sino que es un proceso de difusión y coalescencia entre los cristales, los cuales se unen entre sí sin aparición de prácticamente ninguna fase líquida. Esto hace que el contacto entre las partículas debe de ser el máximo posible.

El material n^ 2 el de magnesita cocida e impregnada en alquitrán, utiliza una magnesita con mayor contenido en impurezas, las cuales permiten cocer el material a más baja temperatura. El direct bonded en este material es muy pe­queño debido a las características y cantidad de la fase sili­cato.

Las características de estos tipos de refractarios utilizados' en España, son a grandes rasgos:

MgO CaO SÍO2 Fe203 D R(Kg/cm2) C. Res. Cont.Alq.

Magnesita cocida e impreg. alquitrán... , 93,7 2,7 1,4 1,3 2,88 600

Magnesita agí. alqui. y temp. 9 6 - 1,5/2 0,7/1 0,5 3/3,1 350/500

Magnesita D-B. Impreg. alqui. 9 6 , - 1,5/2 0,7/1 0,5 3/3,1 500

2/2,5

5/6

El porcentaje de los diferentes tipos de refractario, en ^/o de revestimientos, según las acerías es el siguiente:

Dolomía aglomerada con alquitrán

Dolomía aglomerada con alquitrán y tem-perizada

Mag-dolomía aglomerada con alquitráh y temperizada

Magnesita aglomerada con alquitrán y temperizada ó Magnesita cocida e impregnada en brea . .

Magnesita cocida D-B. impregnada en alquitrán

Acería Acería Acería Acería Acería

A B C D E

9,5 14 - - 6

12,5 - - - -

18,- - - - -

35 , - 64 80 50 60

25 , - 22 20 50 34

178

Como se ha dicho antes, una de las materias primas utili­zadas en la fabricación de los refiractarios y común en todos ellos es el alquitrán. El papel que tiene el alquitrán es muy importante, desde el punto de vista de retardar el ataque por las escorias.

Primero, habrá que decir que el alquitrán presente en el refractario cuando está en servicio va modificando su es­tructura por efecto de la temperatura, produciéndose una serie de destilaciones y descomposiciones pirolíticas que dan como producto resultante un depósito de carbón, sien­do éste el que parece ser juega el principal papel en el re­fractario. Por lo tanto el tipo de alquitrán tiene una gran importancia, ya que dependiendo de su composición y ca­racterísticas el residuo carbonoso será diferente. Por otra parte, hay que tener en cuenta que existen dos utilizaciones del alquitrán, una de ellas para aglomerar la magnesita ó do­lomía y otra para impregnar los refractarios cocidos. Estas dos aplicaciones tan diferentes hacen que el alquitrán que se utilice en cada uno de los dos casos, deba ser estudiado y elegido según las características que más nos interesen.

Antes vamos a ver como se puede definir un alquitrán. El alquitrán bruto obtenido en la destilación de la hulla no es utilizable como componente del refractario, ya que tiene una serie de compuestos muy volátiles, los cuales al poner en temperatura al refractario se vaporizan sin dejar rastro, lo cual nos crea una porosidad en el material.

Este alquitrán en bruto se destila en unas columnas, ob­teniéndose a diferentes alturas toda una gama de aceites, se­gún la composición del alquitrán. Como residuo queda una brea.

El alquitrán que se utiliza para aglomerar los refractarios de magnesita ó dolomía, se reconstituye mezclando la brea residual con un aceite de los obtenidos en la columna. El aceite utilizado normalmente es un aceite de antraceno. Se­gún la proporción en que se mezclen el aceite antraceno con la brea, las características del alquitrán serán muy diferen­tes, variando fundamentalmente el punto de ablandamiento del alquitrán, éste puede ser líquido a temperatura ambien­te ó sólido.

En el proceso de fabricación de dolomía ó magnesita aglomerada con alquitrán, los dos componentes se calien­tan para poder se mezclados correctamente. La temperatura de calentamiento de los granos y del alquitrán es función di­recta del punto de ablandamiento de éste.

Se considera una buena temperatura de calentamiento del alquitrán, aquella en la que su viscosidad es de 2 stocks. La temperatura de los granos para ser mezclados debe ser tal, que permita al alquitrán un buen recubrimiento de to­dos los granos e introducirse fácilmente en sus poros.

Una temperatura de los granos superior en 30^ al E.V.T. (equi viscous temperatura) del alquitrán parece ser la co­rrecta. La clasificación E.V.T. es la normal de alquitranes. Esta clasificación se realiza calculando en el alquitrán cuál es la temperatura a la cual su viscosidad es de 250 poises. Así cuanto mayor sea el E.V.T. mayor será la viscosidad del alquitrán.

Las características en las que nos debemos fijar al elegir un alquitrán para la aglomeración de magnesita son:

— Carbón residual. Dado por el índice de Conradson. Este debe de ser alto.

— Alto valor en resinas a y j3. El valor de las resinas anos lo da el ensayo de insolubles en quinoleína, y nos indica el contenido en carbón libre que tiene el alquitrán. Las resi­nas ß nos lo da el insoluble en benceno. Las resinas ß son

las sustancias bituminosas, es decir, capaces de descom­ponerse pirolíticamente para dar un depósito carbonoso.

— En su curva de destilación es conveniente que no destile nada por debajo de 270^C.

— No debe de contener agua en su composición.

El alquitrán para impregnar los refractarios de magnesita, una vez cocidos, tiene unas características diferentes al de aglomeración.

Al principio el material que se utilizaba era realmente un alquitrán y la impregnación se realizaba calentando los la­drillos y el alquitrán y dejándolos resposar hasta que la im­pregnación se terminara. Debido a las características del proceso, se pudo ir aumentando el punto de ablandamiento del alquitrán utilizado sin más que aumentar la temperatura de impregnación.

Hoy en día, existen plantas mode mas en las cuales se ha dejado de utilizar alquitrán para utilizar breas de alto punto de ablandamiento, y se realiza la impregnación a vacío. El sistema es el siguiente: Se calientan los refractarios a una temperatura suficientemente elevada y se introducen en una cámara hermética. Se reaHza el vacío a niveles de 4-6 Thor. A continuación se introduce en la cámara la brea caliente y se le aplica al sistema una presión de 10 atmósferas, forzan­do de esta forma la entrada de la brea en los poros del re­fractario.

Esta brea debe de tener poco contenido en partículas só­lidas, como puede ser resinas a, y el contenido en resinas ß tampoco debe de ser muy elevado. Esto es debido a que el tamaño de estas partículas es superior al de la red de poros, y estos crean una especie de tamizado de la brea al ser im­pregnados bajo vacío. Debido a este efecto de tamiz se for­ma sobre la superficie del ladrillo una capa de más ó menos espesor, la cual crea luego problemas de medida en el ladri­llo, obHgando a rectificar su superficie para eliminar esta ca­pa.

El valor de las resinas a y jSestá muy condicionado por el tipo de alquitrán en bmto, y depende del tratamiento tér­mico al que haya estado sometido.

Un largo almacenamiento de la brea a temperatura eleva­da puede ir haciendo aumentar el contenido de resinas a y ß, por lo que hay que evitarlo.

Los refractarios de dolomía ó magnesita aigl0merados con alquitrán se utilizan sin ningún tratamiento posterior al de moldeado. Esto originaba una serie de problemas desde el punto de vista de puesta en marcha del revestimiento nuevo, produciéndose algunas veces durante el calentamien­to del convertidor el dermmbe del revestimiento. Hoy al re­fractario aglomerado con alquitrán se le da un tratamiento térmico posterior denominado temperizado, el cual tiene como único fin el distribuir uniformemente el alquitrán dentro de la estructura del refractario, y eliminar parte de los compuestos volátiles existentes en el ladrillo. La tempe­ratura del tratamiento suele ser de 300 a 350^C, dependien­do del E.V.T. del alquitrán utilizado. Este temperizado au­menta las características mecánicas del material, como pue­de ser su resistencia a la compresión.

Las características de alquitranes y breas utilizados son:

Para Aglomerar Para Impregnar

— Punto Fusión . . . . 51 K.S. 70 K.S. - Insol. Tolueno . . . 15 % 15-16 % — Insol. Quinoleína . 5 > 5 > — índice Conradson . 43 > 50 O/o - D.(gr/cc)20^C . . 1,26 1 1,28

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Destaadón (Curvas)

0° - 200° C 200°-270° C 270°-300° C 300° - 360° C 360° - 400° C

Viscosidades (stock)

80° C 100°C 130° C 200° C

0 °;o - % 1 °/o 0,5 °/o 1,5 °/o l,-°/o 6,~ 0/0 3 - >

detenninado 12

200 15 1000 0.5 25

0,2

Como ya hemos dicho, el alquitrán ó la brea tienen una gran importancia como elementos a retardar el desgaste del refractario. Se han dado muchas explicaciones al papel que juega el alquitrán en el refractario, todas ellas con funda­mentos, llegándose casi hoy en día a la conclusión de que su efecto puede ser la suma de todas estas explicaciones. Entre las explicaciones que se han dado podemos distinguir:

1. El alquitrán, más bien el residuo carbonoso producto de la descomposición pirolítica cierra los poros en el inte­rior del refractario, reduciendo su permeabilidad.

2. El carbón tiene conio característica la de no ser mojado por los silicatos, lo cual impide que las escorias penetren hacia el interior del refractario.

3. El carbón aumenta la conductividad térmica del refracta­rio, aumentando su resistencia a los choques térmicos.

4. Durante su descomposición en servicio, crean una Hgera presión en el interior de los poros, lo cual impide la pe­netración de las escorias.

5. La reducción del MgO del refractario por el carbono a temperatura superior a los 1500^ C y su posterior oxi­dación en zona de alta presión de O2, crean un lecho de MgO puro, el cual es muy resistente a las escorias del convertidos (escorias básicas). Este último efecto es el que hoy en día tiene más puntos

de controversia. Existen autores que consideran que esta re­ducción no se realiza de forma importante más que a poca distancia de la cara de trabajo, debido al gradiente térmico en el interior del refractario. Otros achacan a esta reducción del MgO un rápido desgaste del revestimiento, ya que crea en el revestüniento una porosidad adicional, la cual favore­ce el desgaste.

Estudios realizados han encontrado que a partir de los ISOO^C esta reducción fes posible siendo en mayor exten­sión al aumentar la temperatura del sistema.

En el proceso LD, en el cual la atmósfera es altamente reductora, parece poco probable que exista en las zonas calientes del refractario altos potenciales de oxígeno como para poder producir la deposición del MgO. Ultimos estu­dios realizados dan como portador de este oxígeno a las es­corias del convertidor que poseen un algo potencial de oxí­geno por el elevado contenido en FeO. Eniayos comparati­vos en refractarios de magnesita y alquitrán con escorias de convertidor (con alto potencial de oxígeno) y de A.O.D. (con bajo potencial de oxígeno), han demostrado que en las primeras sí se forma este lecho de MgO, pero que en las se­gundas no existe. Esta es la explicación que se ha dado al hecho de que el alquil rán en los refractarios de magnesita en los convertidores A.OD. no ha mejorado sus rendimien­tos

A nivel de experiencia personal, se ha visto que al reca­lentar por encima de Í700^C un refractario de magnesita con alquitrán, presenta un aspecto como el de la fig. 4. Se puede ver el refractario abierto por la mitad con la zona in­terior sin descarbonizar y con eflorescencias exteriores, las cuales al analizar han dado MgO casi puro con alguna impu­reza de CaO.

^^ß' 4 . - Aspecto de un retiactario de magnesita con 2^/o de caí bón, después de una cocción a 1.750 ^C en atmósfera oxidante.

Rodeando el hueco interior, se puede ver una zona que separa la parte.descarbonizada (exterior) de la carbonizada (interior). Esta zona intermedia es el campo de MgO forma­do. Este hueco que se ha producido en el interior del refrac­tario parece ser achacable a las altas presiones internas que se han producido en la reducción del MgO por el carbono y el impedimento al salir fuera de estos gases en el momento en el que el lecho de MgO se ha formado.

5. CAUSAS DE DESGASTE EN LOS REFRACTARIOS. Existen dos causas de muy diferente signo que originan

el desgaste en los refractarios para convertidores: una de ti­po físico y otra de tipo químico.

1. DESGASTE DE TIPO FÍSICO.

Existen dos causas muy diferentes que lo originan, una debido a los choques térmicos, y la otra a efectos mecáni­cos.

Se ha encontrado desgaste por choque térmico en el ca­lentamiento inicial del convertidor en la zona del barril, y principalinente en los muñones. Este choque es debido a un rápido calentamiento del revestimiento, que debido al gra­diente térmico crean unas fuertes diferencias de dilatación entre capas. Esto crea unas tensiones internas, que si el ma­terial no es capaz de absorber se producen fisuras en su in­terior, que debilitan al refractario pudiéndolo hacer caer en capas. Se ha detectado este fenómeno en la zona de muño­nes, debido a que el refractario utilizado aquí tiene poca ca­pacidad de deformación (al ser cocido a alta temperatura), para absorber estas tensiones. También esta caída del mate­rial en esta zona puede no ser debido sólo al choque térmi­co, sino que puede ser causado por una construcción de los anillos muy rígida y el refractario al calentarse crea tensio­nes contra la coraza y a la vez contra los refractarios que le rodean, si es que no existen entre el revestimiento y la cora­za algún sistema que permita absorber esta dilatación. Por esta razón, es práctica común colocar entre el revestimiento de trabajo y el de seguridad un pisé. En algunas acerías, en la zopa de muñones quizá se le pueda dar algo más de espe-

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sor a esta capa de pisé, ya que es la zona donde el material tiene menos capacidad de absorber las tensiones. Aunque como veremos más adelante, este pisé creará un efecto de aislamiento perjudicial desde el punto de vista de penetra­ción de las escorias.

2. DESGASTE DE TIPO QUÍMICO. Este es el originado por las escorias, las cuales van dege­

nerando el refractario desgastándolo. Observando un refrac­tario de magnesita impregnado en alquitrán, después de su utilización en el convertidor LD, y dándole un corte longi­tudinal podemos ver en él 3 zonas perfectamente definidas:

1^. Zona de trabajo. De color negro con brillo metálico, con un espesor entre 2 y 10 mms., completamente alte­rada su estructura.

2^. Zona intermedia. No presenta brillo metálico, y su es­tructura está ligeramente alterada. Su espesor está entre los 10 y 15 mms.

3^, Zona inalterada. De color oscuro debido al color del material. Su composición es la del refractario original.

El mecanismo del ataque químico parece ser que es el siguiente:

Durante el soplado, la atmósfera es reductora, pero entre colada y carga la atmósfera es oxidante y es en este momen­to en el que el carbono de la capa exterior del refractario se oxida dejando una zona libre de carbón. Durante el siguien­te afino, las escorias atacan esta zona descarbonizada im­pregnando su red de poros y destruyendo su estructura. El grado de ataque de esta zona depende de las características del material como son su porosidad y su composición quí­mica.

El principal agente atacante de esta zona descarbonizada es la SÍO2, que se produce en los primeros momentos del soplado por oxidación del Si del baño. Esta SÍO2 reacciona fuertemente con la magnesita produciendo modificaciones en la estructura del refractario. En los últimos momentos del soplado, otro agente que crea un desgaste químico es el Fe203. CaO, el cual junto al silicato dicálcico produce un eutéctico de bajo punto de fusión.

6. ZONAS DE MAXIMO DESGASTE. El revestimiento refractario de un convertidor LD, no se

desgasta con igual potencia en todo el recipiente, existiendo zonas de muy rápido desgaste y otras en las que el desgaste es prácticamente nulo. Las zonas del convertidor que pre­sentan un desgaste más acentuado son:

1. Zona de carga de chatarra y arrabio. 2. Zona de muñones. 3. Cono y boca de carga. 4. Piquera.

De estas cuatro zonas, las más importantes debido a que son las que Ümitan la vida del convertidor son las tres pri­meras.

En la carga del convertidor, la cnatarra golpea con fuerza el revestimiento refractario pudiendo producir en él roturas, las cuales dejan debilitada la estructura. Esta zona puede desgastarse más rápidamente que las demás, obligando a re­tirar el convertidor con el resto del revestimiento en perfec­tas condiciones.

En la zona de muñones, como ya hemos visto en anterio­res apartados, el sistema de desgaste puede ser de tipo ter-mofísico ó bien por ataque de las escorias. E§te ataque quí­

mico en esta zona es particularmente importante y de ma­yor extensión que en el resto del convertidor, ya que los muñones del recipiente son grandes bloques de acero los cuales ejercen un efecto aislante sobre el refractario dismi­nuyendo el gradiente térmico a lo largo del revestimiento, lo cual origina que la penetración de las escorias sea en ma­yor profundidad.

Es práctica común en las acerías que antes de desescóriar el convertidor se le dé un baño con la escoria haciendo un movimiento de vaivén, con lo que la escoria se queda pega­da sobre el refractario, pero fundamentalmentCi'en la zona de desescoriado y en la de carga, pero no en la de muñones por impedimento físico. Esto hace t«ambién que el desgaste de tipo químico sea más acentuado en los muñones que en el resto del barril.

En el cono el desgaste puede ser producido por efectos de la abrasión de los humos. Esta es una zona de desgaste en algunas acerías, pero no es común a todas ellas.

En la boca de carga el desgaste que se produce es de tipo mecánico, al cargar la chatarra ó al quitar el lobo que se ha formado.

7. EJEMPLOS DE REVESTIMIENTOS DE DESGASTE EQUILIBRADO. Una de las condiciones que debe cumplir un revestimien­

to refractario desde el punto de vista del acerista, es el Cos­te por Ton. de acero que sea el mínimo, por lo que no le in­teresa tirar un revestimiento con refractario casi nuevo por­que en una zona se ha desgastado.

Por esta razón, es preciso buscar un tevestimiento en el cual el desgaste sea lo más equilibrado posible en todas sus zonas. Existen tres formas de equilibrar el desgaste en un refractario, y son: 1^. Colocando diferentes calidades de refractarios por

zonas en función del desgaste que se produce. 2^. Colocando la misma calidad de refractario y variando

su espesor. 3^. Es una combinación de las dos anteriores.

En cada acería estas zonas de desgaste no coinciden exactamente una con la otra, ya que la marcha de la acería y el proceso hacen que en una planta, una zona tenga más desgaste que otra. Por esta razón es muy importante estu­diar los perfiles de desgaste de cada convertidor, para luego revestirlo de acuerdo con lo observado.

En las figuras 5, 6, 7, 8, 9, y 10 tenemos unos ejemplos de estos revestimientos equiUbrados.

«o» «0^ eoP o* eoP BO» lao» MJBJ1JIJMW1JMJ9 JIJIJJJFJÏ

aeom». y r / , / / / / \ \ \ \ \ X PTmm yvv:i « Lj mi mi m^\ ' " -ri i i I i i I i T i

Fig. 5.

BOL.SOC.ESF.CERAM.VIDR.VOL.21 - NUM.3 1181

I80P I2CP eoP

180° '20P 600 gP 60P lg3P I80P

650 mm. L_ 750 mm. L-650 mm 500mm.—'

Fig. 8

l=Z] DOLOMÍA

MAGNESITA AGLOMERADA ALQUITRANADA Y TEMPERIZADA

\////yA MAGNESITA (D-B) IMPREGNADA V////A EN ALQUITRÁN

8. FACTORES QUE INFLUYEN EN LA VIDA DEL REVESTIMIENTO Y DURACIONES MEDLVS EN LOS CONVERTIDORES EN ESPAÑA.

Los factores que influyen en la vida del revestimiento son fundamentalmente:

1. Ope racionales del proceso (variables del proceso). 2. Factores de tipo mecánico, entendiéndose por éste la

mecánica del proceso.

L Entre los factores operacionales. los que tienen más im­portancia en la vida del revestimiento son:

a) Composición del arrabio (contenido en Si fundamen­talmente.

b) Tipo de acero fabricado. c) Ritmo de producción. d) Utilización de colada continua. e) Utilización de cal dolomítica junto a la cal y su grado

de reactividad. f) Resoplados.

Existen trabajos en los cuales se consiguen sacar correla­ciones entre la duración del revestimiento y el valor de estos factores de operación del proceso. Entre éstos podemos des­tacar los que presentan D.B. Rodel y C.M. Calanog, para la acería de U.S. Steel en South Works en convertidor de 200 T., en la cual después de una serie de campañas encontraron la siguiente correlación:

N^ de coladas = 1.889 - 11 (^/o CC.) - 5 x ( % días pro­ducción < 10 coladas) + 10 x (^/o días producción >25^ coladas) - 1 x (^/o días consumo cal dolomítica < 35 lbs/ Ton) + 4 X (^/o días consumo cal dolomítica 55/65 lbs/ Ton) + 5 X (^/o días contenido Si en arrabio entre 1 y l,2^/o) - 15 X (^/o días contenido Si en el arrabio > 1,4%).

Asimismo AHprandi encuentra la siguiente correlación entre el N^ de coladas y estos factores operacionales para un convertidor de 90 Ton. en la acería de Piombino:

N^ de coladas: 712 - 682 (^/o Si en arrabio) +25 (^/o arra­bio) - 4,3 (^/o aceros sin calmar) +5,8 (coladas/días) -4,6 (^/o coladas CC.) - 8,2 (Kg. feldespato/Ton.).

Vemos que existen factores que afectan aumentando la vida del convertidor y otros reduciéndola. Vamos a ver por qué este efecto:

a) Composición del arrabio. El contenido en Si en arrabio es un factor que si aumen­

ta baja el n^ de coladas por campaña, ya que exige el traba­jar con gran canridad de escorias para anular el efecto per­judicial sobre el refractario de la SÍO2 que se forma en los primeros momentos de soplado.

Si este valor es alto, el desprendimiento de calor es muy grande en la oxidación del Si, con lo cual es necesario añadir más chatarra al convertidor para que actúe como refrigerante, con lo cual el efecto de choque mecánico sobre la zona de carga será mayor.

El Mn tiene también importancia, aunque para algu­nos aceristas su efecto es de aumentar la vida del revesti­miento, explicando éste comportamiento porque reaccio­na el MnO formado con la SÍO2 anulando el efecto negati­vo de éste último. Otros autores le achacan un efecto ad­verso para el revestimiento.

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b) Calidad de acero fabricado. Tiene importancia, ya que según sea ésta, los niveles de

oxidación de escoria y baño varían mucho, lo cual tiene un fuerte efecto de desgaste sobre el refractario. Además ocu­rre que aceros con especificaciones difíciles, pueden obligar a resoplados para ajustar la composición.

c) Ritmo de producción. Se ha comprobado que si se aumenta el número de cola­

das por convertidor, el número de coladas de la campaña aumenta notablemente. Esto es debido a que el revestimien­to no está sujeto a choques térmicos, si su ritmo de produc­ción es elevado.

d) La utilización de colada continua disminuye mucho la vi­da de ios revestimientos debido fundamentalmente a las ma­yores temperaturas finales.

e) La utilización de cal dolomítica ejra una práctica que ya se utilizaba hace años en Estados Unidos y se va implantan­do en Europa en los últimos años. Esta adición de cal dolo-mítica tiene como fin, primero saturar la escoria en MgO, para de esta forma reducir la capacidad de disolución de MgO del refractario por la escoria. Se puede considerar que un nivel de saturación de la escoria se encuentra con un 7^/0 de MgO. Estudios realizados sobre adiciones de cal do­lomítica en convertidores han llegado a la conclusión de qu si esta adición es menor que 25 kg/Ton., la cantidad de MgO encontrada en la escoria era mayor que la esperada. Pero si esta adición era superior a 25 Kg/Ton. se encontra­ban menores valores de MgO que los esperados, indicándo­nos ésto que parte del MgO se incorporaba al revestimiento.

La utilización de cal dolomítica en lugar de cal tiene el efecto sobre la escoria de aumentar su viscosidad, por lo qué en los movimientos de baño del convertidor por la es­coria, ésta queda mejor agarrada sobre el revestimiento. Co­mo se ha visto anteriormente, este baño protege el revesti­miento.

Hay que tener cuidado con la adición de cal dolomítica, ya que si nos pasamos en la cantidad añadida, los efectos que nos encontramos son perjudiciales para el revestimien­to, ya que se puede producir un crecimiento de la solera ó esta escoria se pegará en la boca del convertidor cerrándole y ori^nando que los gases a la saHda tengan una mayor ve­locidad, con lo que la abrasión sobre el refractario es muy elevada.

f) Resoplados. Estos se producen cuando el acero no está dentro de es­

pecificaciones, tanto de composición como de temperatura. Estos tienen un fuerte efecto negativo sobre el revestimien­to.

2. Entre los factores de tipo mecánico influyen fundamen­talmente:

a) La verticalidad de la lanza. Ya que si se produce una lige­ra inclinación, las reacciones se localizan en una zona deter­minada aumentando grandemente en ese lugar la temperatu­ra, produciendo un ataque localizado en el revestimiento.

b) Las rampas de adición de fundentes. Se puede compro­bar en todas las acerías, que si se tiende a añadir siempre la cal por la misma rampa, la zona de mayor desgaste en los muñones se localiza en el muñón opuesto a donde caen las adiciones.

Es muy normal encontrar que por efecto de algunas de estas variables mecánicas del proceso, en lugar de localizarse el desgaste en el centro del muñón, éste se encuentre despla­zado hacia la zona opuesta a la de carga. Esto se puede ob­servar en la fig. 10 y 11.

Fig. 10.- Zona de desgaste en el muñón motor en un Convertidor de 45 Ton. A una distancia de 5 hiladas del cono.

Fig. 11.- Zona de desgaste en el muñón en un Convertidor de 45 Ton. A la altura media del barril.

En las acerías existentes en España, las cantidades de chatarra que se cargan en los convertidores varían de una planta a otra, y dentro de la misma planta en función de las características del arrabio. Se puede dar como valor medio entre 15 y 2Ö^/o de chatarra.

En lo que respecta al soplado, éste se puede realizar a 3 ó 4 alturas diferen'tes con caudales de oxígeno variables. Se empieza desde los dos metros y se termina entre 1 y 1,4 me­tros. El consumo de O2 varía entre 50 y 52 m^N/Ton. Las lanzas utilizadas suelen ser de tres agujeros.

Respecto a los tiempos de soplado diremos que estos es­tán localizados entre los 16 y 18 minutos.

El consumo de cal dolomítica varía entre 25 y 30 kg/ Ton. de acero.

Las duraciones de los convertidores han ido aumentando año tras año. El primer incremento fuerte en las duraciones se produjo al pasar los revestimientos de dolomía a magnesi­ta. Luego, sin prácticamente superar las calidades de la mag­nesita, se ha visto un incremento gradual de la vida de los revestimientos pudiéndose decir que en las cuatro mayores acerías, la vida media de los convertidores está por encima de las LOOO coladas.

B0LS0C.ESRCERAM.VIDR.V0L.21 - NUM.3 183

TABLA 1

VAIOABLES DE FUNCIONAMIENTO DE LAS DIFERENTES ACEIOAS LD EN ESPAÑA

Kg CaO/Ton. acero . Kg CaO/ dolomit./Ton. acero ^/o chatarra carga Consumo O2 m%/Ton . . . . Tiempo soplado

Distancias de soplado (mts.) .

^/o Resoplados ^/o FeO escoria ^/o MgO Temp, final convert, c e . . . . Consumo espec. refractario . . Consumo espec. gunitado . . . Duración convert, (vida) . . .

Acería Acería Acería Acería Acería A B C D E

62 55 70 70 70 32 25 26 25 29 22 21 — 20 15 46 53 — 52 55 15' 19' 17' 18' 19'

2,4 1,6 1,2 2 2 1,8 1,4 1,6 1,8 1,2 1,2 1,5 1,4

20 — _ _ 17 30 25 18 — 8,5 8 8 4 —

1610 1600 1600 1635 1600 2,6 2 2,6 2,36 3 2 0,9 2 0,4 1,3

1000 1250 800 750 1050

Un factor que ha influido notablemente en la vida de los convertidores ha sido el "gunitado" en caliente del converti­dor.

Existen diferentes prácticas de gunitado del convertidor, una de ellas es sistemática desde el inicio de la campaña y la otra es a partir de un momento de la vida del convertidor, cuando se ve que está algo desgastado. Se realiza un gunita­do al principio cada varias coladas, para ir la final a gunitar después de cada colada.

Los gunitados actualmente existentes en el mercado son fundamentalmente a base de silicato sódico, ó a base de fos­fatos. Los dos sistemas dan buenos resultados, pudiendo ser el segundo más difícil de gunitar debido a que es más sensi­ble el rechazo del material sobre el convertidor al variar la distancia de proyección.

Los consumos de refractario en España se pueden calcu­lar aproximadamentre 1,1 y 2,5 Kg/Ton., y el de gunitado entre 1, y 1,5, encontrándose en alguna acería consumos de 2 Kg/Ton.

En la fig. Tabla 1 tenemos esquematizadas las variables del proceso s^gún acerías.

Esto nos da un consumo anual de refractarios en los con­vertidores LD de aproximadamente:

- Magnesita: 13.000 Ton. - Dolomía: 1.800 Ton. - Gunitado: 7.500 Ton.

De las 13.000 Ton. aproximadas de magnesita alrededor del 35^/0 son de magnesita Direct-bonded impregnada en alquitrán y el 65^/o restante se reparten entre magnesita aglomerada con alquitrán y temperizada, y magnesita coci­da e impregnada en alquitrán.

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BIBLIOGRAFLV.

- High Temperature Oxide, Volume 5-1 Alper (London).

- Modern Steel Making Ind. Steel Makers. A. Jackson, George Newnes, Lid Chesters. R.J. 1958.

- Brezny & Healy & Simkouich. J.Am.Cer.Soc. 56, 611 -1973.

- Robinson. R.J. June 1966.

- W.L.yR.J.Nov. 1966.

- S.C. Camiglia. Am.Ceram.Bull., Volume 52 No. 2. 1973.

- Fulrath Ceramic. Microstructures. John Wiley & Son, London.

- Pickering and Batchelo. Am.Ceram.Bull. Volume 50, No. 7 1971.

- Stahl und Eisen Meft. 19 September 1966.

- Eicheey & Owen. R.J. August 1965.

- Perhan Iron & Steel Institute 1962.

- Eugenio Pérez-Blanco. Instituto del Hierro y del Acero. Oct.-Die. 1961.

- Artelt. P. Transactions 1975.

- Betts. Transactions 1975.

- Song - man Kim, Patrick S. Nicholson and Wei-kao-Lu. Amer. Ceram. Bull. Vol. 7 (1978) pág. 649-596.

- DJM.Aliprandi.RefracttariV (1977) 9 pág. 589-596. - D.M. Houseman. Steel Times, June 1975. pág. 555-561.

- DJVl. Houseman. Steel Times. July 1975. pág. 587-597.

- Spencer. R.J. May-June 1979.