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Ing. Jorge Nicolini Ing. Jorge Nicolini
Proceso de fabricación del acero
Procesos de Reducción
Reducción Directa
Tecnologías Reducción - Fusión
72.02 INDUSTRIAS I
VÍAS DE FABRICACIÓN DEL ACERO
COQUE MINERAL Y/O AGLOMERADO
GAS NATURAL CARBON
ALTOHORNO
REDUCCIÓNDIRECTA
ARRABIOFUNDIDO - ESCORIA
HIERRO ESPONJAPELLET METALICO
ACERIA ALOXIGENO
ACERIAELECTRICA
ACERO LÍQUIDO
CARBÓN
FUSIÓNREDUCCION
MINERAL Y/OAGLOMERADO
HIERRO
ACERO
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FUTURO DE LAS TECNOLOGÍAS SIDERÚRGICAS
Reducción directa:Uso de carbón y mineral de hierro en forma directa eliminará la necesidad de uso de coques y procesos de aglomeración, reduciendo así el capital requerido y contribuyendo a los fines ecológicos descriptos.
Procesos de reciclado de óxidos:Estos procesos reducirán el impacto ambiental, pudiendo realizarse directamente en el horno o tratado en dispositivos separados.
Procesos de fusión avanzados:Combinando energía eléctrica y de combustibles fósiles, precalentamiento de chatarra y combustión posterior, lo cual permitiráreducir el consumo de energía y aumentar la productividad.
Procesos de colada avanzadosReducirán costos de capital, costos operativos y tiempos de proceso
REDUCCIÓN DE MINERALES DE HIERRO
REDUCCIÓN:
2FeO + C = 2Fe +CO2
Minerales:
Hematita (óxido férrico) Fe2O3
Magnetita (óxido ferroso – férrico) Fe3O4
Wustita (óxido ferroso) FeO
REDUCCIÓN INDIRECTA:
Reacciones principales en el Alto Horno:
A) FeO + C = Fe + CO Endotérmica (RD)
B) Fe2O3 + 3CO = 2Fe + 3CO2 Exotérmica (RI)
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REDUCCIÓN DIRECTA
Entrada: Mineral de hierro calibrado – Pellets
Salida: HDR (hierro esponja) -Pellets metalizados
Grado de Metalización (%) =H.metálico/H. total=
54.5/64 = 85%Agentes Reductores: C - H2 - CO
CLASIFICACIÓN DE PROCESOS:
74.2100
1.50Carbono
02Agua
66Ganga
2.728Oxígeno
(54.5)0H. Metálico
6464H. Total
Pelletsmetál. - kgs
Pellets de óxido - kgs
FiorFluidizado
HL I - IIRetorta
Midrex - HLIIICuba
Gaseoso
SL/RNRotativoSólido
ClaseHornoReductor
REDUCCIÓN DIRECTA
Reacciones de Reducción por el H2
3Fe2O3 + H2 ======= 2Fe3O4 + H2O
Fe3O4 + H2 ======= 3FeO + H2O
FeO + H2 ======= Fe+ H2O
Reacciones de Reducción por el CO
3Fe2O3 + CO ======= 2Fe3O4 + CO2
Fe3O4 + CO ======= 3FeO + CO2
FeO + CO ======= Fe+ CO2
CO2 + C ======= 2CO
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REDUCCIÓN DIRECTA
Fe2O3
Fe3O4
FeOFeO
Feº
H2
H2O
REDUCCIÓN DIRECTA
Reacciones químicas
Reacción de Boudouard: C + CO2 === 2CO
Diagrama de equilibrio de composición de los gases y temperatura para el sistema Fe – C - O
Hierro
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MIDREX
•Opción para alto carbono (~4%)
•No requiere calentar gas reductor
•Reforma con CO2
•Baja presión (<1bar)
•Metalización ~94%
HL III - Energiron •Reforma con H2O
•Alta presión (~5bar)
•Metalización ~94%
•Requiere calentar gas reductor (925°)
•Reformación de gases reductores•CH4 + H2O CO + 3H2
•Reducción
•Carburación
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ELECCIÓN DEL MÉTODO: RD - ALTO HORNO
CAPACIDADES DE PRODUCCIÓN:AH. - CONV. PRODUCCIONES > 1000000 Tons/añoRD. - HE. PRODUCCIONES < 1000000 Tons/año
PRODUCCIÓN MODULAR DE RD.:FLEXIBILIDAD
DISPONIBILIDAD DE GAS NATURAL, MINERAL DE HIERRO Y ELECTRICIDAD A BAJO PRECIO.
DISPONIBILIDAD DE CHATARRA EN PRECIO Y CALIDAD
ºC1600
1400
1200
1000
800
600
400
200
100%Fe 90% 80% 70% 60%
Reducción parcial del mineral(y carburización)(la ganga queda incluida)
Pérdida de calor sensiblede la esponja
Afino en horno eléctricoEliminación de la ganga(Consumo energético externo.)
Afino en el convertidorUtilización del calor sensibley de las reacciones del C y Si
Alto horno – completamiento de la reducciónEliminación de la gangaDesulfuraciónIncremento en elementos termógenos (C y Si)
Alto hornoEtapa de Reducción
PORCENTAJE DE HIERRO TOTAL EN FUNCION DE LA TEMPERATURA DE EVOLUCIÓN
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EVOLUCIÓN DEL
CONTENIDODE OXÍGENO
Tecnologías: Reducción – Fusión
calibrado/pellets
gas de salida
gas reductor
Unidad Reductora Unidad Fusiónarrabio/escoria
oxigeno
carbón
REDUCCIÓN GASIFICACIÓNFUSIÓN
REDUCCION FINAL
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Tecnologías: Reducción – Fusión
Reducción – Fusión: COREX
•Reforma con H2O
•Requiere calentar gas reductor (925°)
arrabio/escoriaoxigeno
carbóncalibrado/pellets
gas de tope
gas reductor
Reactor:Fusión - gasificación
Reactor:Reducción
lavadores
polvos
Gas de enfriamiento
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Reducción – Fusión: COREX - HLIII
APLICACIONES DE PROCESOS ELECTROTÉRMICOS
PROCESOS ELECTROTERMICOS
Fusión:
•Mantenimiento
•Colada
•Aleación
Calentamiento :
• Secado
•Templado
•Recocido
Precalentamiento
•Revestimiento
•Forjado
•Laminación
Calentamiento
FusiónPrecalentamiento
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VENTAJAS DE PROCESOS ELECTROTÉRMICOS
Aplicación de calor sin llama
Mayor seguridad
Menor riesgo de contaminación ambiental
Mayor rapidez en el calentamiento
Posibilidad de calentar hacia el interior del material
Mayor flexibilidad y posibilidad de su introducción en líneas de proceso existentes.
CALENTAMIENTO POR RESISTENCIA: Directo
• Pieza a calentar pertenece al circuito eléctrico•Temperatura depende de las propiedades del material
Calentamiento directo de alambre
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CALENTAMIENTO POR RESISTENCIA: Indirecto
Horno de calentamiento a resistencia
CALENTAMIENTO POR INDUCCIÓN : Principios
Fusión y mantenimiento de metales.Calentamiento para deformación.Tratamientos térmicos como templado, etc.
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FUSIÓN POR INDUCCIÓN. Hornos
Horno de inducción
Crisol
Horno de inducción
Canal
Horno para fusión Eficiencia MedianaFrecuencias :50.... 1000 HZ
Horno para mantenimiento Eficiencia Alta Frecuencias :50 HZ, 60 HZ
CALENTAMIENTO Y FUSIÓN POR ARCO ELÉCTRICO
PRINCIPIO: HORNO ELÉCTRICO TRIFÁSICO DE ARCO
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HORNO ELÉCTRICO TRIFÁSICO DE ARCO
Horno Eléctrico de Ultra Alta Potencia (UHP)
Horno de arco directo de solera no conductora con una potencia instalada superior a los 500 KVA/Ton. La duración de la fusión no supera 1.5 hs. Y todo el proceso se realiza en tiempos inferiores de a 2 horas
Carga: 100% de chatarraProporción de 70% HDR-30% Chatarra
HORNO ELÉCTRICO TRIFÁSICO DE ARCO
CARACTERÍSTICAS:Paneles refrigerados con aguaUtilización de quemadores oxi-fuel: sustitución en parte de EE. por fuel oil o gas naturalColada por el fondoAlimentación continuaPrecalentamiento de la chatarra, utilizando los gases calientes del hornoInyección de oxígeno para acelerar la fusión de la chatarraRevestimiento de los electrodos
VENTAJAS:Menor inversión por capacidad instaladaMenores gastos en mantenimiento, refractarios y mano de obraRendimiento superior respecto de hornos Siemens MartinsMayor flexibilidad en la carga metálica, mejor afinación y posibilidad de obtener aceros aleados con menos costoMenor espacio ocupado: sin depósitos de combustión, hogares y cámaras recuperadoras
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HORNO ELÉCTRICO TRIFÁSICO DE ARCO
HORNO: CARGA METÁLICA: 1132 KGS.% HDR en carga: 60%Tons. Acero /colada: 77 T/CCHATARRA Y HDR:Elementos Oxidables:C, Mn, Si, P, Al, Fe.ENERGÍA ELÉCTRICA:Consumo: 610 Kwh / Ton acero ESCORIFICANTE:CalOPERACIÓN:1590 ºC a 1640 ºC( Temperatura de Colada)
55Total
5.7Colada del acero
5.9Afinación
17.1Fusión
5.5Carga de chatarra y HDR
TIEMPO (Min.)ETAPAS DEL PROCESO
HORNO ELÉCTRICO TRIFÁSICO DE ARCO
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Balance Térmico en EAF (100t)
1. Energía eléctrica59%
2. Reacciones baño y escoria33%
3. Combustible 4%
4. Oxidación electrodos 4%
5. Gases y humos 17%
6. Agua refrigeración 9%
7. Pérdidas térmicas 16%
8. Escoria 6%
9. Acero líquido 52%
HORNO ELÉCTRICO TRIFÁSICO DE ARCO
HORNO ELÉCTRICO DE CORRIENTE CONTINUA
Componentes:Transformador principal que reduce la tensión de entrada a la requerida en el arcoRectificador que convierte la corriente alterna en prácticamente corriente continuaCables y conductores eléctricos desde el rectificador al electrodo y desde el ánodo al rectificadorHorno propiamente dicho, con mecanismos de regulación, basculación, elevación y giro de bóveda
Ventajas:Un electrodo que simplifica el sistema de cables secundarios, columnas, brazos y bóvedaReducción del consumo de electrodosMenor consumo de energía eléctrica y refractariosMenor nivel de ruido en funcionamiento normalMenos impacto en línea de suministro
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HORNOS ELÉCTRICOS DE CORRIENTE CONTINUA