UNIVERSIDAD NACIONAL JOSÉ FAUSTINO SÁNCHEZ CARRIÓN.FACULTAD INGENIERÍA QUÍMICA Y METALURGIA E.A.P. INGENIERÍA METALÚRGICA 2017 II SEPARATA N° 02 FABRICACIÓN DEL ACERO DE APOYO CURSO SIDERURGIA II Índice de contenido Basic Oxigen Steelmaking (BOS). History of Steelmaking. Disposición general del proceso de fabricación de acero. Bof Operation. Los objetivos del proceso de afino. Proceso LD. Cálculo de adiciones. Desarrollo Actualmente hay dos métodos de fabricación del acero: 1.-Ruta convencional de la siderurgia integral (horno alto + acería LD) 2.-Ruta del horno eléctrico de arco (HEA) + Reducción directa (DRI) Las aleaciones de acero generalmente se fabrican en EAF y hornos de inducción. La fabricación de acero en la acería LD representa en la actualidad el 71.2 % de la producción mundial, siendo gran parte de esta producción dedicada a la fabricación de productos planos de alta calidad, con especificaciones muy estrictas en contenidos de elementos residuales y nitrógeno. La fabricación de acero basada en la fusión de chatarra y en ocasiones de prereducidos de hierro en horno eléctrico de arco, ha experimentado un crecimiento muy importante en las últimas décadas y supone el 28.2 % de la producción mundial. Resto: 0.6 % Martin Siemens En España, el acero fabricado en acería LD supone un 33 %, mientras que el 67 % restante procede del horno eléctrico de arco (HEA). Basic Oxigen Steelmaking (BOS) La finalidad de la fabricación básica de acero al oxígeno (BOS) es refinar el metal caliente producido en el alto horno en acero líquido bruto, que puede refinarse posteriormente en la metalurgia secundaria de fabricación de acero Mg. ING°. METALURGISTA CIP N° 144416 NICANOR MANUEL VEGA PEREDA 1 Mg. ING°. ya que una gran proporción de la alimentación metálica se presenta en forma de chatarra de acero que contiene bajos niveles de impurezas. UNIVERSIDAD NACIONAL JOSÉ FAUSTINO SÁNCHEZ CARRIÓN. fósforo y manganeso. fósforo y manganeso. silicio. METALURGISTA CIP N° 144416 NICANOR MANUEL VEGA PEREDA 2 . JUNTO CON OXIDO DE HIERRO (AÑADIDO COMO MINERAL DE HIERRO). silicio. El grado de refinación en los procesos de fabricación de acero al oxígeno es sustancial ya que la principal alimentación metálica es el metal caliente de alto horno que contiene altos porcentajes de carbono. generalmente en productos de sección constante. el grado de refinación es mucho menor.A. FACULTAD INGENIERÍA QUÍMICA Y METALURGIA E.P. INGENIERÍA METALÚRGICA La acería es la instalación donde el arrabio que llega del horno alto se transforma en acero. El proceso de refinación en el proceso de fabricación de óxidos de oxígeno constituye la principal fuente metálica que contiene altos niveles de carbono. La posibilidad de emplear oxígeno prácticamente puro determinó el desarrollo del proceso LD. En la fabricación de acero en un EAF. EL AGENTE OXIDANTE PRINCIPAL ES EL OXÍGENO GASEOSO. se ajusta su composición y por último se solidifica. pasa a las instalaciones de metalurgia secundaria. blooms o palanquillas en función de que la sección sea rectangular o cuadrada. Este acero. es decir. para obtener acero. Liquid steel is processed into continuous lengths of solid steel of various cross sections. ING°. INGENIERÍA METALÚRGICA Las principales instalaciones de una acería perteneciente al proceso siderúrgico integral son: •Convertidor BOF •Metalurgia secundaria •Colada continua En el convertidor se elimina C del arrabio para obtener un porcentaje por debajo del 2 % (y generalmente inferior al 0. aun líquido. UNIVERSIDAD NACIONAL JOSÉ FAUSTINO SÁNCHEZ CARRIÓN. en la colada continua se solidifica el acero en productos largos de sección constante.P. Mg. FACULTAD INGENIERÍA QUÍMICA Y METALURGIA E.6 %).A. METALURGISTA CIP N° 144416 NICANOR MANUEL VEGA PEREDA 3 . Por último. donde se ajustara su composición mediante la adición de ferroaleaciones o desgasificación. que por lo general serán slabs. En esta etapa también se homogeneiza la temperatura y la composición del baño metálico. y del tamaño de esta sección. METALURGISTA CIP N° 144416 NICANOR MANUEL VEGA PEREDA 4 . INGENIERÍA METALÚRGICA El acero líquido se procesa en longitudes continuas de acero sólido de varias secciones transversales continuous casting = fundiciones continuas Mg.A.P. ING°. UNIVERSIDAD NACIONAL JOSÉ FAUSTINO SÁNCHEZ CARRIÓN. FACULTAD INGENIERÍA QUÍMICA Y METALURGIA E. FACULTAD INGENIERÍA QUÍMICA Y METALURGIA E. ING°.UNIVERSIDAD NACIONAL JOSÉ FAUSTINO SÁNCHEZ CARRIÓN.P. INGENIERÍA METALÚRGICA Mg.A. METALURGISTA CIP N° 144416 NICANOR MANUEL VEGA PEREDA 5 . FACULTAD INGENIERÍA QUÍMICA Y METALURGIA E.UNIVERSIDAD NACIONAL JOSÉ FAUSTINO SÁNCHEZ CARRIÓN. INGENIERÍA METALÚRGICA Mg. METALURGISTA CIP N° 144416 NICANOR MANUEL VEGA PEREDA 6 .A.P. ING°. METALURGISTA CIP N° 144416 NICANOR MANUEL VEGA PEREDA 7 . FACULTAD INGENIERÍA QUÍMICA Y METALURGIA E. manganeso. INGENIERÍA METALÚRGICA LOS OBJETIVOS DEL PROCESO DE AFINO SON: Descarburación del arrabio (reducción de su contenido en carbono por oxidación) Oxidación de los elementos perjudiciales que pasarán a la escoria (reducción del contenido en silicio.A. fósforo. UNIVERSIDAD NACIONAL JOSÉ FAUSTINO SÁNCHEZ CARRIÓN.) Desoxidación (reducción del contenido de oxígeno por efecto del ferrosilicio y/o aluminio.P. es decir el calmado del acero) Mg. ING°. ING°. Por otro lado. INGENIERÍA METALÚRGICA Ajuste de composición y temperatura a los niveles requeridos. para que cualquier otro tratamiento previo a la colada pueda realizarse con el mínimo recalentamiento o enfriamiento del acero.) para formar escorias fundidas básicas. lo que ayuda en el refinado. Mn. Cuadro 2. P2O5 (y TiO2).-Características más importantes de los procesos de conversión actuales BOF Las reacciones de oxidación son exotérmicas y constituyen la fuente de calor en los procesos BOF y BOS. ilmenita. Estos óxidos se combinan con los fundentes añadidos (principalmente cal. dando lugar a un aumento de la temperatura del baño a 1600 . FACULTAD INGENIERÍA QUÍMICA Y METALURGIA E. La oxidación de Si. METALURGISTA CIP N° 144416 NICANOR MANUEL VEGA PEREDA 8 . El carbono se oxida en forma de monóxido de carbón gaseoso PROCESO LD Mg. a veces junto con espato flúor.1.A. P (y a veces pequeñas cantidades de Ti) conduce a la formación de SiO2. UNIVERSIDAD NACIONAL JOSÉ FAUSTINO SÁNCHEZ CARRIÓN. FeO. a partir de una temperatura inicial de 1250 . Optimización de la temperatura del acero.1300 °C. dolomita. la principal fuente de calor es la energía eléctrica. MnO.P. en la fabricación de acero de EAF.1650 °C al final del refinado. Fe. etc. INGENIERÍA METALÚRGICA El convertidor es un recipiente de acero revestido interiormente de refractario de carácter básico (magnesia o dolomía). UNIVERSIDAD NACIONAL JOSÉ FAUSTINO SÁNCHEZ CARRIÓN. Mg. Puede girar para el vaciado del acero y de las escorias producidas.A. En el procedimiento LD se realiza el afino del arrabio mediante la inyección de un chorro de oxígeno puro a gran velocidad (a una presión de 12 atm. METALURGISTA CIP N° 144416 NICANOR MANUEL VEGA PEREDA 9 .P. cuyo eje es accionado por un sistema basculante o de volcado. que se introduce por la boca del convertidor. FACULTAD INGENIERÍA QUÍMICA Y METALURGIA E.) mediante una lanza refrigerada. sostenido por un robusto anillo de acero equipado con muñones. ING°. El hidrocarburo frío no se quema cuando entra en contacto con el chorro de oxígeno. el oxígeno circula por el conducto central. lo que mejora la disolución de la cal y. Más tarde el C y el H liberados se oxidarán. METALURGISTA CIP N° 144416 NICANOR MANUEL VEGA PEREDA 10 . propano.P.5 m3 por minuto por tonelada de acero. FACULTAD INGENIERÍA QUÍMICA Y METALURGIA E. INGENIERÍA METALÚRGICA Diseño de la tobera para convertidores con soplado por el fondo: el oxígeno es inyectado a través del fondo del convertidor mediante una serie de 14 a 22 toberas. En ocasiones se añade un hidrocarburo líquido (gas natural. la formación de escoria durante el soplado. Generalmente. fuel-oil). mezclado con el oxígeno puro en la punta de la tobera para lograr un efecto de enfriamiento y de ese modo proteger la tobera.A. y un hidrocarburo líquido que se usa como refrigerante circula por el espacio anular comprendido entre ambas tuberías. Se inyecta por lo general en el baño cal pulverizada mezclada con el oxígeno. UNIVERSIDAD NACIONAL JOSÉ FAUSTINO SÁNCHEZ CARRIÓN. por tanto. el caudal de oxígeno inyectado es de 4 a 4. Mg. ING°. Las toberas están formadas por dos tuberías concéntricas. sino que se descompone a través de reacciones muy endotérmicas. pero bien lejos de la zona sensible. METALURGISTA CIP N° 144416 NICANOR MANUEL VEGA PEREDA 11 . no da lugar a un aumento desmesurado de la temperatura del baño Los aceros con bajo contenido de carbono (alrededor de 0.04% de carbono) normalmente son extraídos de tales convertidores a 1620-1660 ° C. otros agentes formadores de escoria. se añaden durante el soplado para formar escorias capaces de "retener" las impurezas en forma de óxidos complejos. que son todas reacciones exotérmicas.03-0. FACULTAD INGENIERÍA QUÍMICA Y METALURGIA E. A menudo. Con este proceso pueden lograrse altas productividades. ING°. de modo que la oxidación del silicio. UNIVERSIDAD NACIONAL JOSÉ FAUSTINO SÁNCHEZ CARRIÓN. INGENIERÍA METALÚRGICA El choque de los chorros de oxıgeno a velocidad supersónica sobre el baño de hierro fundido da lugar a que las gotitas de metal sean expulsadas del baño por impacto. superiores incluso a las 600 t por hora y convertidor en servicio. a veces. los tiempos típicos de tap-to-tap varían entre 40 Y 60 minutos. fósforo. Mg. aumentando así el área superficial del metal y la velocidad de oxidación de las impurezas en hierro fundido. Por lo tanto. manganeso y carbono. La cal y. Inclusive la carga y descarga de acero y escoria.A. Justo al principio de cada calor.P. la fabricación de acero con alto contenido de oxígeno se caracteriza por su alta productividad. el mineral de hierro se añade también durante el golpe. la chatarra se carga en el convertidor junto con el metal caliente para actuar como refrigerante para el calor generado por las reacciones de oxidación. muestreo para Temperatura y baño. Es también durante este período que la mayoría del P y del Mn se oxidan. Mg.A. ING°. INGENIERÍA METALÚRGICA En el proceso de afino se pueden distinguir tres etapas: • Etapa inicial (de 0 a 5 minutos).P. El remanente del oxígeno suministrado reacciona con el carbono. Período de oxidación del silicio Durante el primer tercio (aproximadamente) del soplado la mayor parte del Si se oxida (reacción muy exotérmica) junto con algo de Fe. • Etapa de decarburación creciente (entre los 5 y los 15 minutos siguientes). FACULTAD INGENIERÍA QUÍMICA Y METALURGIA E. UNIVERSIDAD NACIONAL JOSÉ FAUSTINO SÁNCHEZ CARRIÓN. METALURGISTA CIP N° 144416 NICANOR MANUEL VEGA PEREDA 12 . CÁLCULO DE ADICIONES Las adiciones de chatarra. Mg. UNIVERSIDAD NACIONAL JOSÉ FAUSTINO SÁNCHEZ CARRIÓN. ING°. Estas grandes adiciones de chatarra causarían que todo el metal fundido se solidifique en el horno. • Etapa de decarburación decreciente y oxidación del metal (desde los 15 a los 20 minutos). METALURGISTA CIP N° 144416 NICANOR MANUEL VEGA PEREDA 13 .A. una porción del oxígeno oxidará el Fe. INGENIERÍA METALÚRGICA Bajo condiciones normales. la velocidad de decarburación disminuye sustancialmente y se encuentra cada vez más limitada por la difusión del carbono en el acero. Una ecuación aproximada para la decarburación durante este período se muestra en (el oxígeno remanente oxidará el Fe): Desde los primeros momentos se produce la oxidación de los principales elementos que contiene la fundición. cuando el contenido de carbono es menor al 0. solo unos 4 minutos más tarde.8 %C. En el comienzo del soplado se añade la mitad de la cal y. Sin embargo. todo el oxígeno suministrado reacciona con el carbono. En este momento se añaden los fundentes.P. si la posición de la lanza es muy alta. Sin embargo. Por otra parte. escoria y mineral de hierro se realizan en el horno por diversos motivos: • Para ajustar la temperatura del metal líquido • Para ajustar la composición del metal líquido • Para modificar la composición de la escoria y por lo tanto sus propiedades %Xi = contenido del elemento i en wt-% mchatarra = masa de escoria en kg macero = masa de acero en kg La adición de grandes cantidades de chatarra reduce notoriamente el contenido de carbono. cuando la lanza está demasiado baja. El primer elemento que se oxida es el silicio y casi inmediatamente después lo hace el manganeso. daría lugar a una escoria fuertemente acida que dañaría el revestimiento. no es posible diluir el metal caliente al contenido de carbono requerido sólo agregando chatarra. el FeO previamente formado (y la escoria espumante) se reduce y el oxígeno liberado reacciona con el C. FACULTAD INGENIERÍA QUÍMICA Y METALURGIA E. se añade el resto. Al finalizar el soplado. La rapidez con que se elimina el silicio se debe tener muy en cuenta para echar a tiempo los aditivos. pues si no reaccionase a tiempo la cal.