15_Apunte HornosIndustriales.pdf HORNO ROTATORIO

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  • 72.02 Industrias I Hornos Industriales

    Industrias I 72.02

    HORNOS INDUSTRIALES

  • 72.02 Industrias I Hornos Industriales

    10 HORNOS INDUSTRIALES...........................................................................................................................................4 10.1 HORNO ROTATIVO ..............................................................................................................................................4

    10.1.1 Descripcin del Horno Rotativo....................................................................................................................4 10.1.2 Dimensiones de los Hornos Rotativos Industriales .....................................................................................4 10.1.3 Perfil de temperaturas del Horno Rotativo ..................................................................................................5 10.1.4 Dimensionamiento del Horno........................................................................................................................5 10.1.5 Balance Trmico del Horno Rotativo ...........................................................................................................7 10.1.6 Equipos Complementarios del Horno Rotativo............................................................................................9 10.1.7 Precalentadores............................................................................................................................................10 13.1.1 Enfriadores de aire.......................................................................................................................................10 10.1.8 Evolucin de los hornos de fabricacin de cemento..................................................................................10

    10.2 ALTO HORNO ..........................................................................................................................................................21 10.2.1 Generalidades...............................................................................................................................................21 10.2.2 Descripcin...................................................................................................................................................22 10.2.3 Soplantes.......................................................................................................................................................25 10.2.4 Materias Primas...........................................................................................................................................25 10.2.5 Reacciones Principales en el Alto Horno...................................................................................................30 10.2.6 Consumos Especficos, Controles de Operacin y Produccin ................................................................31

    10.3 CONVERSIN AL OXIGENO .....................................................................................................................................33 10.3.1 Evolucion del Proceso de Conversin para Fabricar Acero ....................................................................33 10.3.2 Fabricacin de acero mediante proceso LD ..............................................................................................37 10.3.3 Descripcin de un convertidor LD..............................................................................................................39 10.3.4 Forma de operar un convertidor LD ..........................................................................................................41 10.3.5 Caractersticas metalrgicas de la conversin de oxgeno puro.............................................................43 10.3.6 Revestimiento refractario para el convertidor LD.....................................................................................48 10.3.7 Lanza de oxgeno..........................................................................................................................................56 10.3.8 Sistemas de captacin y depuracin de gases............................................................................................58 10.3.9 Elementos de control en el convertidor LD................................................................................................62 10.3.10 Usos de gases inertes ...................................................................................................................................64 10.3.11 Procesos de conversin por soplo combinado...........................................................................................64 10.3.12 Posibles desarrollos futuros en la conversin al oxgeno .........................................................................66

    10.4 HORNOS ELCTRICOS .............................................................................................................................................68 10.4.1 1. Clasificacin de los Hornos Elctricos ..................................................................................................68 10.4.2 Hornos elctricos de resistencia .................................................................................................................68 10.4.3 Hornos Elctricos de Arco...........................................................................................................................73 10.4.4 Caractersticas Generales ...........................................................................................................................73 10.4.5 Principales Componentes de la Instalacin ...............................................................................................78 10.4.6 Fabricacin del Acero en Horno Bsico ....................................................................................................82 10.4.7 Hornos Elctricos de Ultra Alta Potencia (UHP) .....................................................................................84 10.4.8 Innovaciones en el Proceso de Aceracin Elctrica..................................................................................87 10.4.9 Ventajas en la Utilizacin de Hornos Elctricos de Arco .........................................................................90

    10.5 REDUCCION DIRECTA......................................................................................................................................92 10.5.1 Introduccin..................................................................................................................................................92 10.5.2 Hierro Directamente Reducido o Hierro Esponja .....................................................................................92 10.5.3 Grado de Metalizacin.................................................................................................................................92 10.5.4 Grado de Reduccin.....................................................................................................................................93 10.5.5 Principios de la Reduccin de los Materiales de Hierro...........................................................................93 10.5.6 Cintica de las Reacciones de Reduccin...................................................................................................95 10.5.7 Reducibilidad de Minerales de Hierro ......................................................................................................95 10.5.8 Caractersticas del Mineral de Hierro para Reduccin Directa ..............................................................98 10.5.9 Generacin de Gases Reductores..............................................................................................................100 10.5.10 Combustibles Gaseosos y Lquidos...........................................................................................................100 10.5.11 Combustibles Slidos .................................................................................................................................102 10.5.12 Procesos de Reduccin Directa.................................................................................................................102 10.5.13 Proceso Midrex ..........................................................................................................................................103

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    10.5.14 Procesos de Lechos Fluidizados ...............................................................................................................109 10.5.15 Procesos de Horno Rotatorio ....................................................................................................................109 10.5.16 Utilizacin del hierro esponja ...................................................................................................................110 10.5.17 El Desarrollo de la Reduccin Directa ....................................................................................................114 10.5.18 Plantas de Reduccin Directa en la Repblica Argentina ......................................................................118

    10.6 COLADA DEL ACERO.............................................................................................................................................121 10.6.1 Introduccin................................................................................................................................................121 10.6.2 La Cuchara de Colada...............................................................................................................................121 10.6.3 Tratamiento Metalrgico del Acero en Cuchara .....................................................................................122 10.6.4 El Lingote de Acero....................................................................................................................................123 10.6.5 La Colada Continua...................................................................................................................................129

    10.7 HORNO ESPECIALES ..............................................................................................................................................145 10.7.1 Horno Tnel................................................................................................................................................145 10.7.2 Convertidor Flash ......................................................................................................................................147 10.7.3 Proceso Flash.............................................................................................................................................147 10.7.4 Horno Hoffmann.........................................................................................................................................151 10.7.5 Horno de Bandejas.....................................................................................................................................154 10.7.6 Horno de Cadas ........................................................................................................................................155

    10.8 BIBLIOGRAFA .......................................................................................................................................................156

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    10 HORNOS INDUSTRIALES

    10.1 HORNO ROTATIVO El horno rotativo es un horno continuo, a calentamiento externo y llama libre, cuyo uso principal es en la fabricacin del cemento Portland. Tambin se utiliza en la fabricacin de cal, aluminio, hierro esponja, etc. 10.1.1 Descripcin del Horno Rotativo Consiste en un cilindro de acero, recubierto en su interior por ladrillos refractarios, que se encuentran ligeramente inclinado respecto a la horizontal (menos de 10 grados) y que gira lentamente, a velocidades inferiores a 5 r.p.m. El cilindro cuenta con llantas de acero que se apoyan sobre rodillos. Los rodillos soportan el peso del horno y su carga. Absorben dicho peso segn dos componentes, la de mayor importancia perpendicular al eje del horno y la otra, de mucho menor valor, paralela al eje del horno. La componente perpendicular es absorbida en cada llanta mediante un par de rodillos, con ejes paralelos al horno, denominados de apoyo. La componente axial es soportada por un nico rodillo, de eje perpendicular al del horno, denominado de empuje. La cantidad de llantas y los consiguientes apoyos depende de la longitud del horno, En general, se puede sealar que las llantas se encuentran distanciadas entre s cada 25 o 30 metros. El movimiento rotativo del horno es impulsado por un pin acoplado a una corona (rgidamente vinculada al cilindro de acero). Generalmente el motor que produce la rotacin es elctrico, del tipo asincrnico o de corriente continua y, a travs de un reductor de velocidad, moviliza al pin. El calentamiento del horno se efecta con gases calientes que se producen por combustin, en un quemador, de gas, fuel-oil, u otros combustibles. Habitualmente el quemador se ubica en el extremo mas bajo. En la punta opuesta del horno se ubica la chimenea por donde se evacuan los gases del mismo. Esto significa que el extremo inferior del horno, donde se ubica el quemador, es la zona ms caliente. Los gases producidos van recorriendo el horno y entregando su calor, saliendo por el extremo opuesto. El material a procesar es alimentado por el extremo superior del horno (lado de la chimenea), mediante dispositivos apropiados tales como roscas transportadoras, rampas, etc. A consecuencia de la inclinacin y rotacin del horno, el material se desplaza a lo largo del mismo hasta el extremo inferior (lado del quemador), donde sale a travs de la boca de descarga. El material circula a contracorriente con respecto al calor. En los extremos el horno cuenta con cabezales no rgidamente vinculados al cilindro de acero. A efectos de evitar perdidas de gases y material (en polvo), entre los extremos del cilindro y los cabezales, se colocan cierres hermticos en forma de laberintos o friccionantes. 10.1.2 Dimensiones de los Hornos Rotativos Industriales En los hornos rotativos industriales que trabajan en las fabricas de cemento portland nacionales, se encuentran distintos tamaos de dimetros y largos. Como dato ilustrativo daremos como ejemplo el ms pequeo, ubicado en una planta en Mendoza que tiene un dimetro de 2,10 m y una longitud de

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    69,0 m. El de mayor tamao se encuentra en una planta localizada en Barker (Pcia. de Bs. As.), tiene un dimetro de 5,65 m y una longitud de 180 m; su capacidad de produccin alcanza a 2000 ton/da de clinker de cemento. Actualmente el horno de mayor capacidad de produccin es el N 7 de la empresa Loma Negra, ubicado a en Olavarra, que produce 2600 ton/da de clinker. La elevada produccin se consigue como consecuencia de que el horno cuenta, a la salida de los gases, con torres de precalentamiento del material que ingresa y eleva su temperatura de entrada a 800C. 10.1.3 Perfil de temperaturas del Horno Rotativo En la Figura N 2 se representan las temperaturas del horno en funcin de la longitud del mismo. El caso presentado en el grfico es para la calcinacin de piedra caliza, en la produccin de cal, para un horno rotativo simple que no cuenta con precalentadores del material entrante. Del grfico se infiere que la temperatura del horno es del orden de los 1000C en la zona ms caliente y decrece a 400 o 500C en la zona de salida de los gases por la chimenea. 10.1.4 Dimensionamiento del Horno Con el objeto de dimensionar el horno rotativo es necesario determinar, en funcin de las condiciones operativas, la velocidad de alimentacin del material; la velocidad de desplazamiento del material en el horno; el volumen del horno ocupado por el material; la velocidad de rotacin del horno y la pendiente del horno. La velocidad de alimentacin del material esta dada por la masa de material horario entrado al horno y se designar: G (kg/hora). La velocidad de desplazamiento del material dentro del horno, es la que desarrolla el material desde que ingresa hasta que sale del mismo y se designa con V(m/hr). A mayor velocidad de desplazamiento, menor tiempo de permanencia de las partculas en el horno. El horno funciona con un volumen de material muy inferior al volumen del horno, entre 3% y 12% del mismo. A los efectos del dimensionamiento se define un parmetro denominado Retencin: R=Volumen de Piedras/Volumen del Horno. El valor ms usual es R=0,10 (10%). La velocidad de rotacin del horno se mide en revoluciones por minuto, se designa N (r.p.m.). La pendiente del Horno se mide como la relacin entre la diferencia de alturas entre los extremos del horno y la longitud del horno, se designa S (m/m). En la Figura N 3 se ubican los elementos citados, es decir: G, V, N, S y M (kg) que es la masa del material que se encuentra dentro del horno. Tambin se seala t (min), que es el tiempo de permanencia del material dentro de horno y que se denomina tiempo de paso. A continuacin, se vincularn los elementos citados para llegar a expresiones que permitan dimensionar un horno rotativo. El Manual Tcnico del Fabricante de Hornos Allis Chalmers da una expresin emprica para el calculo del tiempo de paso t, la que se detalla seguidamente:

    t(min.) = 1,77 x q x L(pies) x f

    N(r.p.m.) x D(pies) x S() Donde:

    q: Angulo de reposo del material L: Longitud del horno

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    f: Factor de forma del horno (para hornos cilndricos f=1) D: Dimetro interno del horno S: Pendiente del horno

    En el Manual del Ingeniero Qumico de Perry, aparece una frmula similar donde se han hecho las reducciones de unidades correspondientes del sistema ingls al mtrico. Adems adopta un valor fijo del ngulo de reposo, teniendo en cuenta que los materiales que se tratan en el horno rotativo tienen ngulos de reposo comprendidos entre 35 y 40. La expresin dada es la siguiente:

    t(min.) = 0,19 x L(m) N(r.p.m.) x D(m) x S(m/m)

    Por otra parte, el tiempo de paso tambin se puede obtener si se conocen la masa de material que hay en el horno y la velocidad de alimentacin al horno, por la expresin:

    t(min.) = 60 x M(kg.) (1) G(kg./hr) Si vinculamos los distintos elementos podremos obtener la velocidad de alimentacin G, en funcin de ellos de la siguiente manera: R = Vol. Piedras = Vp Vol. Horno = Vh

    Vp = M /g (2) g: Peso especfico del material de (1) y (2):

    Vp = Gxt 60xg

    R = G x t (3)

    60xgxVh

    Vh = seccin del horno x Longitud del horno = Sh x L (4) Reemplazando (4) en (3):

    R = G x t (5)

    60xgxShxL

    Por otra parte: V(m/hr) = L(m) x 60 / t(min) (6) Y reemplazando:

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    R =G / g x Sh x V

    G(kg/hr) = g(kg/m 3 ) x R x Sh(m2 ) x V(m/hr)

    10.1.5 Balance Trmico del Horno Rotativo En el balance trmico del horno rotativo, de igual forma que en cualquier otro tipo de horno, se debe establecer una igualdad de calores puestos en juego dentro del proceso. Es decir, que el calor que se entrega al horno, al quemar el combustible, debe ser igual al que se consume en el proceso y las prdidas en el horno o que se llevan los gases que salen por la chimenea. Seguidamente se plantearn las ecuaciones para el balance trmico del horno, aplicadas al caso de la calcinacin de piedra caliza para la obtencin de cal. Al horno se le entrega calor, quemando combustible en un quemador Q1. Dicho calor en parte se utiliza para el proceso en el interior del horno Q2; otra parte se escapa por la chimenea, con los gases calientes del horno Q3 y la otra parte se pierde por diversas fugas del horno y radiacin del cuerpo mismo Q4 (Figura N 4). Con stos calores se establece la siguiente expresin:

    Q1 = Q2 + Q3 + Q4

    Donde :

    Q1: calor entregado al horno. Q2: calor utilizado en el horno para el calentamiento y la reaccin qumica. Q3: calor que se llevan los gases calientes que salen por la chimenea. Q4: calor perdido por radiacin y fugas en el horno.

    Como el nico calor utilizado en el proceso es Q2, el rendimiento trmico del horno ser:

    h = Q2 x 100 Q1

    Que para los hornos rotativos alcanza valores del orden del 25% al 35%. Los nuevos hornos rotativos para cemento portland alcanzan mejores valores de rendimiento trmico, dedo que los gases que salen se usan para precalentar el material entrante. A continuacin se detallar el clculo de cada uno de los calores en juego en el horno.

    Q1 = gcomb x q x Hinf Donde: gcomb: densidad del combustible. q: caudal horario del combustible. Hinf: poder calorfico inferior del combustible.

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    Q2 = Qcaco3 + Qr + Qcao + Qco2 Donde: Qcaco3: es el calor necesario para llevar el CaCO3 (piedra caliza) desde la temperatura de entrada del material hasta 900C, temperatura a la que se produce la reaccin. Qr: calor de reaccin, es decir el calor necesario para provocar la descomposicin trmica de la caliza y producir CaO y CO2 , de a cuerdo a la reaccin qumica:

    CaCO3 CaO + CO2 Qcao: calor que absorbe el CaO desde que se forma (900C) hasta que sale del horno a alrededor de 1000C, pues se forma a 2/3 de la longitud del horno y se sigue calentando hasta la salida pues atraviesa la zona de mayor temperatura. Qco2: el calor que se entrega al dixido de carbono formado en la reaccin qumica desde el momento de la reaccin hasta que sale por la chimenea. Este calor ese de signo opuesto al de los anteriores, ya que se forma a 900C sale por la chimenea a una temperatura del orden de los 400C a 450 C. Los calores citados se calculan, a excepcin del calor de reaccin mediante el producto de la masa horaria de material, el calor especfico del mismo y el salto de temperatura experimentado.

    Qcaco3 = G caco3 x C caco3 x (tr te) Qcao = Gcao x Ccao x (ts tr)

    Qco2 = G co2 x C co2 x (tch tr) Qr = Cr x G caco3

    Donde: G: masas horarias (kg/hr) C: calores especficos (kcal/C kg) Tr: temperatura de reaccin (900C) Te: temperatura de entrada del material al horno (C) Ts: temperatura de salida del CaO del horno (C) Tch: temperatura de salida del CO2 del horno, por la chimenea(C) Cr: calor de reaccin (kcal/kg)

    Q3 = gcomb x q x Hsup x Qch/100 Qch : porcentaje del poder calorfico superior (Hsup) que se llevan los gases que salen por la chimenea. Surge del de la Tabla de Perdidas por los Gases de la Chimenea (Ver Tablas y Abacos) en funcin del % CO2 de los gases que salen por la chimenea y de la temperatura de dichos gases.

    Q4 = Q1 (Q2 + Q3) Tambin se puede calcular como el calor radiado por toda la superficie del horno:

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    Q4 = K x Superficie horno x (tint text) Donde K es el coeficiente de radiacin del horno:

    1 = 1 + dr + dc + 1 K a1 lr lc a2

    a1: coeficiente de conexin de los gases en el interior del horno. a2: coeficiente de conveccin de los gases. lr: coeficiente de transmisin del material refractario. lc: coeficiente de transmisin del acero (del cilindro). dr: espesor del refractario del horno. dc: espesor del cilindro de acero. tint: temperatura interior del horno. text: temperatura exterior del horno. text = t ambiente

    tint = tint (min) + tint (max) 2

    10.1.6 Equipos Complementarios del Horno Rotativo Los modernos hornos rotativos de cemento Portland cuentan con precalentadores del material entrante; los que aprovechan los gases calientes que salen del mismo para efectuar el intercambio de calor con el material que ingresa al horno. Por otra parte, a la salida del material, ste que sale caliente, es enfriado en equipos denominados enfriadores. En la Figura N 5 se esquematiza una instalacin completa de un horno rotativo de una fabrica de cemento con su correspondiente precalentador y enfriador. Asimismo se dan las dimensiones de dichas instalaciones, segn las distintas capacidades de produccin.

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    10.1.7 Precalentadores Los precalentadores se usan para calentar el material que va a entrar al horno rotativo, a efectos de lograr un mayor rendimiento trmico del proceso y economizar combustible. Existen precalentadores de distintos tipos, pero todos se basan en aprovechar los gases calientes que salen del horno e intercambiar su calor en forma directa con el material ingresante al horno en grandes torres que cuentan con conductos y ciclones. El material ingresa al horno a temperaturas del orden de los 800C. En la Figura N 6 se esquematiza un tipo de torre de precalentamiento. 13.1.1 Enfriadores de aire Los enfriadores son aparatos que constan de una caja cerrada, con una parrilla en su interior donde cae el material que sale del horno a temperaturas del orden de los 1500C y se va desplazando. Mientras pasa el material por la parrilla, se sopla con ventiladores aire desde el exterior el que pasa a travs del material y lo enfra. El material que sale del enfriador lo hace a temperaturas del orden de los 100C. A la salida del enfriador pasa a travs de un molino de martillos que reduce las partculas grandes de clinker. En la Figura N 7 se esquematiza un enfriador de aire. El aire de enfriamiento eleva su temperatura y es utilizado en precalentadores de material, molienda, quemadores, secado de materiales, etc. 10.1.8 Evolucin de los hornos de fabricacin de cemento Los hornos rotativos que se usaban hasta el ao 1970 no contaban con precalentadores del material entrante, por consiguiente tenan un bajo rendimiento del combustible utilizado y requeran una mayor cantidad de caloras por kilogramo de clinker producido en el horno. Por otra parte el aumento de la capacidad de produccin solo se lograba con el aumento del dimetro y la longitud del horno. Cuando comienzan a aplicarse los precalentadores de materiales entrantes al horno, mejora la capacidad de produccin y disminuyen las caloras necesarias para producir cada kilogramo de cemento. En los grficos de la Figura N 8 se pueden observar los perfiles de temperatura de un horno sin precalentador de materiales, uno con precalentador por suspensin (S.P.) del material y otro, ms moderno, precalentador por suspensin reforzada (R.S.P.). Del grfico se infieren las diferentes longitudes de los hornos para cada uno de los casos. Tambin se puede visualizar que en un horno sin precalentador, el material entrante debe secarse, precalentarse, calcinarse y sinterizarse. En el horno con precalentador (S.P.) el material se seca, precalienta y comienza a calcinarse (@25%) antes de ingresar al horno. En el horno con precalentador (R.S.P.) el material se seca precalienta y se calcina (85% a 90%) antes de ingresar al horno, esto explica la mayor capacidad de produccin del horno. En el grfico de velocidad (N) del horno se puede observar que la velocidad del horno con R.S.P., puede ser tres veces mayor que el que no tiene precalentador. El calor consumido por kilogramo de clinker producido es un 50% mayor para el horno sin precalentador que para el horno con R.S.P.. La capacidad de stos ltimos es 4 veces mayor que para el horno que no cuenta con precalentador.

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    En la actualidad existen precalentadores que producen una calcinacin del 90% al 95% del material antes de ingresar al horno rotativo. En estos precalentadores se utilizan tambin ciclones de baja presin que permiten reducir las prdidas de gases. Tambin se incorporan sistemas de recuperacin y retencin de polvos para evitar su escape a la atmsfera. Con estos nuevos precalentadores se reduce la emisin de gases contaminantes (ej: NOx ; Cl ; SO3). Existen nuevos diseos de quemadores que permiten su adaptacin al uso de distintos combustibles, posibilitando incluso la utilizacin de productos reciclados, como por ejemplo aceites usados. Vale la pena mencionar la utilizacin de soportes autoalineables de los hornos rotativos, sobre los que se montan los rodillos o piones, que permiten una completa superficie de contacto con la llanta o corona, aumentando la vida til de sus componentes, reduciendo el mantenimiento requerido, posibilitando una transmisin efectiva del torque y soportando una mayor carga. En los hornos rotativos modernos se utilizan sistemas que permiten automatizar el control del proceso en toda situacin operativa. Como resultado de esta operacin automtica se pueden reducir los niveles de emisin, como asi tambin el mantenimiento y el consumo de energa; y le permite al personal evitar los trabajos rutinarios. Debido a la combinacin de estos modernos sistemas el consumo de energa se ha logrado reducir a menos de 700kcal/kg de clinker. En la Figura N 9 se pueden ver las tendencias de las propiedades de consumo y capacidad de los hornos rotativos.

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    Figura N 1. Horno Rotativo

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    Figura N 2. Perfil de Temperaturas de un Horno Rotativo

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    Figura N 38. Sistema de Precalentamiento

    a D

    G

    M V

    n L t

    Figura N 3. Variables de Dimensionamiento del Horno Rotativo

    G = velocidad de alimentacin V = vel. desplazamiento del material dentro del horno M = masa de mat.que se encuentra en el horno S = pendiente del horno N = velocidad de rotacin del horno t = tiempo de permaneca R = retencin, relacin. entre vol. de mat. y el vol. del horno

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    Q1 Q4

    Q4

    Q2

    Q3

    Figura N4. Balance Trmico del Horno Rotativo

    Q1 = Q2 + Q3 + Q4

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    Figura N 5. Horno Rotativo

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    Figura N 6. Precalentadores

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    Figura N 7. Sistema de Enfriamiento

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    Figura N 8. Comparacin de Hornos Rotativos

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    T e n d e n c ia s d e c o n s u m o d e c o m b u s t ib le

    01 0 02 0 03 0 04 0 05 0 06 0 07 0 08 0 09 0 0

    1 0 0 0

    1 9 5 0 1 9 6 0 1 9 7 0 1 9 8 0 1 9 9 0 2 0 0 0 2 0 1 0

    A o

    kcal

    /kg

    Figura N 9. Tendencias Futuras

    T en den c ias de capac idad de Produ cc in

    0

    5 0 0 0

    1 0 0 0 0

    1 5 0 0 0

    2 0 0 0 0

    1 9 6 0 1 9 7 0 1 9 8 0 1 9 9 0 2 0 0 0

    Ao

    Ton/

    da

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    10.2 ALTO HORNO

    10.2.1 Generalidades Es el horno destinado dentro de la siderurgia a realizar la primera transformacin de los minerales de hierro hacia su forma de productos semielaborados de acero, que luego sern manufacturados por la industria metalmecnica para darle sus mltiples y diferentes acabados para ser utilizados por el hombre. Se trata del primer eslabn del proceso tradicional (reduccin indirecta) que elabora el acero por la va de materiales lquidos fundidos. Es un horno de cuba, a combustin y continuo, que funciona en contracorriente entre la carga slidos que desciende y el gas reductor que asciende. El horno se carga con materiales slidos:

    a) Carga metlica (aportante de hierro), que est constituida por una mezcla de minerales de hierro calibrados, sinter y pellets, en proporciones variables segn las condiciones tcnico-econmicas de la operacin en cada planta. b) Coque, que acta como combustible, generador del gas reductor (CO) y sostn de carga. c) Fundente, cuya funcin es reaccionar con la ganga para eliminarlas en forma de escoria. Usualmente es caliza ya que la ganga es de caractersticas cidas.

    Tambin por las toberas se inyecta aire caliente para producir la combustin del coque.

    Los productos obtenidos son lquidos:

    a) Arrabio o hierro de primera fusin (material con elevado tenor de carbono). b) Escoria, de menor densidad que el arrabio, que sobrenada a este ltimo.

    En la Figura N 1 uno puede verse un esquema simplificado del alto horno y sus instalaciones complementarias.

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    10.2.2 Descripcin 10.2.2.1 Cuerpo del Alto Horno (1) Construido en chapas de acero recubierto en su interior por ladrillos refractarios, esencialmente consiste en dos troncos de cono unidos por su base mayor, constituyendo la cuba, etalaje y vientre, ms un sector inferior cilndrico, el crisol, en el cual se acumula el arrabio y la escoria hasta su colado secuencial (aproximadamente cada hora). En los grandes altos hornos el colado se realiza casi continuamente pues tienen varias piqueras y pasados 10-15 minutos despus de cerrar una piquera se abre la otra.

    10.2.2.2 Playa de Colado (2) Esta es una superficie que se construye unos metros elevada por sobre el terreno, a nivel de las piqueras de colado del horno, y es la que permite el laboreo frente a las piqueras, tanto el taponamiento de las mismas como su perforado en el momento del colado; adems tiene

    Figura No 1. Alto Horno

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    premoldeados los canales por donde corre el arrabio hacia los carros torpedos durante la sangra del horno y otros por lo que corre la escoria que saliendo de las escorieras es llevado a travs de estos canales hacia una gran pileta con agua en donde se produce su granulado. Este proceso se realiza con la escoria para que luego pueda ser usado en la fabricacin del cemento, otorgando as un mayor valor a este subproducto. 10.2.2.3 Estufas Cowper (3) Son los elementos destinados a precalentar el aire que se insufla por las toberas del horno hasta una temperatura de alrededor de 1200C -1300C. Son grandes cuerpos cilndrico cerrados en forma de cpula esfrica en su parte superior, construidos de chapas de acero de hasta 30 mm de espesor. Sus medidas son de hasta 11m de dimetro por 50 a 55m de altura, para los grandes altos hornos de 5000m3 de volumen y hasta 11.000 t/da de produccin de arrabio. En su interior, una estructura de ladrillos refractarios en forma especial, ahuecados, con celdas de 45 x 45mm y paredes interceldas de 40 mm, ocupa el 80% de la superficie transversal de la estufa y su misin es acumular el calor que le ceden los gases de combustin que se queman en un quemador en la cmara de combustin que ocupa el 20% de la superficie restante. Este quemador funciona con gas de alto horno (luego se explica el origen y el circuito de este gas) que al quemarse origina gases de combustin a alta temperatura que asciende por la chimenea y luego desciende por entre la estructura de ladrillos refractarios, que a tal efecto tiene una tobera central que beneficia el movimiento descendente de esto gases calientes entregando estos su calor y saliendo finalmente por los conductos a una chimenea externa. Cuando se alcanza una temperatura estipulada se hace ingresar aire fro a travs del conducto impulsado por los soplantes (nmero 5 en la Figura N1); este aire asciende a travs de la estructura tobera caliente, toma su calor y desciende por la chimenea hasta un conducto que los dirige a las toberas de inyeccin del alto horno. Durante este ciclo se habr cerrado, desde luego el conducto (4) del quemador y los conductos (6) de salidas de gases. El calentamiento de la estufa Cowper dura dos veces ms que el calentamiento del aire. Por ello para el suministro continuo de aire al horno deben haber no menos de 3 estufas de aire. Muchas veces se instalan 4 con una en reserva o siete para dos hornos. Como a medida que el aire se va calentando, se van enfriando los refractarios de las estufas que les estn cediendo calor, lo que se hace es aprovechar el calentamiento hasta un valor superior al requerido para el normal funcionamiento del horno y luego se lo mezcla con aire fro antes de su inyeccin al horno; cuando este valor de operacin ya no es alcanzado se pasa a otra estufa que se encontraba en ciclo de calentamiento del refractario (Figura N 2)

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    10.2.2.4 Circuito de gas de Alto Horno (4) Los gases calientes que se colectan en el tope del alto horno, tienen un poder energtico remanente importante, ya que durante la reduccin y fusin del mineral de hierro no es posible, que realicen una combinacin fsico-qumica de rendimiento perfecto, como ocurre en todo proceso real. As, estos gases que arrastran un contenido de polvos y partculas deben seguir un circuito de purificacin que se esquematiza con el N4 en la Figura N 1. Estos gases luego alimentarn a diversos sectores de la planta: como antes se dijo, a las estufas Cowper y a la coquera principalmente, y los slidos irn a la planta de sinterizado.

    Figura No 2. Estufa Cowper

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    10.2.3 Soplantes Son los encargados de impulsar el aire a travs de que las estufas. El volumen especfico requerido por un alto horno moderno alcanza a 2,4 m3 /min por cada m3 de volumen del horno. De tal manera para an al torno de 5.000 m3 de volumen se requiere suministrar 12.000 m3/min de aire. En una planta siderrgica se cuenta con una planta especial de soplantes para el alto horno. Esta est constituida por mquinas centrfugas turbosoplantes, accionadas por turbinas de gas o turbinas de vapor, y son de varias etapas, con velocidades de rotacin del orden de 3.000 rpm. Una mquina puede suministrar hasta 7.000 m3 /min con una sobrepresin de 0,45Mpa. 10.2.4 Materias Primas El alto horno se carga bsicamente con mineral de hierro y coque, a estos deben adicionrseles e los fundentes. 10.2.4.1 Fundentes Estos son materiales destinados a:

    1) Reducir la temperatura de fusin de la ganga del mineral de hierro o de los aglomerados (sinter y pelets).

    2) Reducir la temperatura de fusin de las cenizas del coque. 3) Facilitar la creacin de una escoria fusible y fluida que pueda ser evacuada fcilmente del horno.

    La composicin qumica del fundente se determina en funcin de la composicin de la ganga y de la ceniza del combustible. Si en la ganga y la ceniza hay demasiado slice, o sea, componente cido y la ceniza tiene impurezas de azufre, en el horno se introduce un fundente bsico. Si en la ganga del mineral hay xidos de calcio y magnesio, se debe agregar un fundente cido, con slice; se emplean las cuarcitas. El fundente ms utilizado para la fabricacin de arrabio en alto horno es la caliza, cuyo componente principal es el CaCO3; al calentarse se descompone generando cal y gas carbnico. El tamao de los trozos de caliza deber estar comprendido entre los 25 y los 60mm, ser resistente, no generar finos y no contener impurezas nocivas como azufre, fsforo y slice. 10.2.4.2 Coque El coque es el resultado de la destilacin, por calcinacin a alta temperatura y en ausencia de aire de una mezcla seleccionada y finalmente dividida de carbones minerales (bsicamente hullas de alto, medio y bajo voltil). Durante esta calcinacin se elimina buena parte de los voltiles y se obtiene un sinterizado, poroso, de alta resistencia mecnica principalmente a la compresin. La planta de coquizacin est ubicada dentro de la planta integrada y consiste en una batera de hasta 80 hornos unitarios, en forma de celdas de 0,5m de ancho, 5m de alto y 16m de largo (Figura N 3). En estas celdas se coloca la mezcla de carbones a coquizar y al cabo de 15 horas, se produce el deshornado del material que incandescente, es transportado sobre un vagn especial que luego es llevado debajo de una torre de enfriamiento que produce su apagado por lluvia de agua, obteniendo

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    as el coque en trozos sinterizados. Este apagado en algunas plantas modernas suele hacerse mediante nitrgeno, o sea un apagado en seco, que permite una mejor calidad del coque y acumular su calor para producir vapor y energa elctrica. Los gases que provienen de los hornos de coquizacin se colectan en su parte superior a travs del conducto (barrilete en la Figura N 3) y luego se los aprovecha para obtener de ellos en plantas auxiliares, alquitrn, nitrato de amonio y cido sulfrico. El coque obtenidos se encuentra entre tamaos: 25mm. Esta ltima fraccin es la que tiene uso metalrgico y por lo tanto antes de la entrada al alto horno se criba el coque para seleccionar este tamao adecuado. Las caractersticas ms importantes que normalmente posee el coque, son las siguientes: l) Gran resistencia a la compresin, que es necesaria para poder soportar, sin romperse, el peso de los materiales que se cargan en el alto horno. Su resistencia a la compresin a la temperatura ambiente es siempre superior a 100 Kg. /cm2. 2) Gran porosidad debida a su gran superficie por unidad de peso. EI coque se caracteriza por una gran reactividad debida a su tpica estructura celular, que permite una fcil penetracin de los gases hacia el interior del coque, 10 que favorece la rapidez de las reacciones que se deben de producir en los altos hornos. 3) Gran resistencia a la abrasin y al desgaste para poder soportar el rozamiento que debe sufrir el coque contra las paredes y contra otras materias que se introducen en el horno, sin que se rompa a se forme polvo de coque. En la parte superior de las cmaras hay unos dispositivos para la carga del carbn, y hay tambin unos conductos de salida para el escape de los gases que se producen en la destilacin. Todo el calentamiento de la masa carbonosa se realiza a travs de las paredes laterales del horno, construidas con delgados ladrillos refractarios. El calentamiento se hace en forma adecuada, para que la hulla en las cmaras de destilacin llegue a alcanzar, fuera del contacto del aire, temperaturas variables de 900 a 1.250C necesarias para su coquizacin. Para obtener esas altas temperaturas en el interior de las cmaras de destilacin, es necesario a1canzar, en las canales de calentamiento, temperaturas variables de 1.100 a 1.400C. EI calentamiento se realiza quemando en los conductos de calentamiento, dispuestos entre las paredes de las cmaras de coquizacin, un combustible gaseoso. Este puede ser el mismo que se desprende en la coquizacin o puede tambin utilizarse una mezcla de este gas de batera con otros combustibles gaseosos como el gas de alto horno, por ejemplo. La duracin de la coquizacin suele variar de 16 a 24 horas. EI tamao de los trozos de carbn que se introducen en las cmaras para fabricar el coque, suele ser menor de 3 Mm. Esto exige una cuidadosa trituracin, molido y clasificacin del carbn. Su humedad suele ser 5 % aproximadamente. Para que la superficie de calentamiento del carbn (hulla) sea suficiente y adecuada, las cmaras de destilacin deben ser muy alargadas y estrechas. EI calentamiento se hace por media de mecheros con entrada de gas y de aire, que se sitan en la parte inferior de las cmaras o canales de calentamiento, emplendose de 20 a 30 mecheros para calentar cada cmara de coquizacin.

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    Figura N 3. Estufa de Coque

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    Las bateras de coque estn constituidas principalmente por cmaras de coquizacin, que se construyen con ladrillos de slice (SiO, > 95 %), y debajo de ellas estn situadas las cmaras de regeneracin de calor, que se construyen con ladrillos slico aluminosos con Al2O3 = 43 % aproximadamente. Los regeneradores son atravesados o calentados por los humos producidos en la combustin del gas, en los conductos, canales o cmaras de calentamiento de las cmaras de coquizacin, y sirven para calentar el aire que se emplea luego en la combustin (Figura N4). Trabajan alternativamente. Durante un perodo los regeneradores estn calentndose, al ser atravesadas par los humos calientes que escapan de la combustin del gas que se quema en los canales de calentamiento y, en otro periodo, los regeneradores ceden su calor al aire utilizado en la combustin. Con el empleo de las cmaras de regeneracin de calor. Se consigue que el aire, llegue a la combustin muy caliente, As se alcanzan fcilmente temperaturas muy elevadas y se mejora el rendimiento trmico de la instalacin, aprovechando el calor de los humos que escapan a 1000 aproximadamente, y que de otra forma se perdera. EI calentamiento de las cmaras de regeneracin como se ha indicado antes, es alternativo. En un momento determinado, la mitad de las cmaras estn calentndose y la otra mitad de las cmaras calientan el aire. Luego se invierte la circulacin del aire y de los humos, y las primeras cmaras calientan el aire y en las ltimas se calienta el refractario.

    Figura N4. Circuitos de calentamiento de una batera de coque calentada con gas de coque

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    EI trabajo en los hornos es intermitente y consta de las siguientes fases: 1. Carga de la cmara can hulla de calidad y tamao adecuado. 2. Calentamiento, coquizacin y desprendimiento de gases 3. Apertura de las puertas, y expulsin y descarga del coque de los hornos al entrar en la cmara el brazo empujador. La Figura N4 muestra un esquema de una batera de coque con sus subproductos a partir de una entrada de 1000 Kg de carbn (hulla) y 750 Kg de coque como producto final.

    Figura N5. Esquema general de una batera de coque y fabricacin de subproductos

    10.2.4.3 Mineral de Hierro-Pelets-Sinter: En captulos anteriores ya se ha tratado sobre la preparacin del mineral de hierro y la fabricacin de pelets y sinter que constituyen la carga metlica para los altos hornos. Aqu recordaremos algunas de las caractersticas principales con los valores deseables para una buena marcha del alto horno. Granulometra Ley Fe Mineral de Hierro 10 a 30 mm > 60% Pelets 9 a 16 mm > 64% Sinter 5 a 50 mm 57%

    1000 kg

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    10.2.4.4 Mineral de Manganeso Este se agrega a la carga del alto horno slo si se han decidido una marcha del horno a alta temperatura para producir la desulfuracin dentro del mismo horno, pero ello lleva aparejado un mayor consumo de coque. Entonces muchas plantas optan por desulfurar el arrabio fuera del horno, agregndole soda custica (Na2CO3). 10.2.5 Reacciones Principales en el Alto Horno Dentro del alto horno se denomina reduccin indirecta a aquella que se realiza por los gases y reduccin directa a la que ocurre por contacto "directo" con el carbono proveniente del coque. A nivel de toberas se produce la combustin del coque:

    C + O2 = CO2

    CO2 + C = 2CO

    Las ecuaciones que gobiernan la reduccin de los xidos de hierro son las siguientes: a) Por sobre los 570 C y con CO:

    3 Fe2O3 + CO = 2 Fe3O4 + CO2 (-53740 joule)

    Fe3O4 + CO = 3 FeO + CO2 (+36680 joule) FeO + CO = Fe + CO2 (-16060 joule)

    El signo menos implica desprendimientos de calor, el signo ms significa absorcin de calor. b) En el nivel del vientre del horno e incluso algo ms arriba se producen simultneamente las reacciones:

    FeO + CO = Fe + CO2 CO2 + C = 2 CO

    A una temperatura superior a 900 C todo el CO2 producido en la reaccin del FeO reacciona con el carbono slido y vuelve a convertirse en monxido de carbono. Como ambos procesos transcurren simultneamente es posible representarlos en forma de reaccin sumaria, la cual se llama reaccin de reduccin directa.

    FeO + CO = Fe + CO2 CO2 + C = 2 CO

    c) Otras reacciones que ocurren del alto horno cuando se inyecta gas natural en las toberas, para disminuir el consumo de coque son:

    3 Fe2O3 + H2 = 2 Fe3O4 + H2O (- 12890 joule) Fe3O4 + H2 = 3FeO + H2O (77540 joule)

    FeO + H2 = Fe + H2O (+24790 joule)

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    10.2.6 Consumos Especficos, Controles de Operacin y Produccin 10.2.6.1 Composicin tpica de un arrabio para acera:

    C: 4 - 4,5% Si: 0,5 - 1,2% Mn: 0,2 1,2% P: 0,15 0,2% S: 0,02 0,07% Fe: El resto.

    10.2.6.2 Consumo de Coque Actualmente el consumo de coque por tonelada de arrabio producido esta en el orden de los 400 - 450 kg.; esto es posible al insuflar 150 m3/t de gas natural y con contenidos de oxgeno en el viento del 32% (170 m3/t). 10.2.6.3 Controles de Operacin Los modernos altos hornos funcionan con un alto grado de automatizacin. Los controles son ms eficientes desde las experiencias de apagados de hornos en marcha y su posterior corte (diseccin) que permiti observar las distintas zonas de elaboracin del horno como en cmara detenida. As se ha logrado determinar para cada alto horno su sistema, que slo nombraremos, que se denomina Recta Operatoria. sta se construye con los balances trmicos y qumicos del alto horno, a travs de las distintas reacciones y el tenerla graficada permite observar en cuanto se aparta el funcionamiento del horno de su patrn ideal. 10.2.6.4 Los altos hornos en Argentina SIDERAR: el centro siderrgico de General Savio (Ramallo) ex Somisa, a travs de un plan de

    inversiones logr modernizar el equipamiento para el control del proceso, de accidentes y eliminando cuellos de botella e ineficiencias que impedan a los procesos posteriores obtener una mayor produccin. El proceso de obtencin en la plantas est formado por la planta de Sinter, la coquera, dos altos hornos y la acera al oxgeno. En la coquera, de 4 bateras con un total de 169 hornos de coquizacin, se elabora coque mediante destilacin de carbn en ausencia de aire. En los altos hornos, partiendo de mineral del hierro, coque y sinter se obtiene arrabio lquido, el cual fluye por canales de colada y se transporta en vagones termo hacia la acera, en la cual por medio de 3 convertidores que se cargan con arrabio lquido y chatarra, se obtiene el acero despus de un proceso de oxidacin. Este acero es volcado en la cuchara para luego obtener los productos requeridos. En el ao 1999 se despacharon 2.131.490 toneladas de acero. Los altos hornos a coque tienen las siguientes caractersticas:

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    Alto Horno 1: Volumen: 1572 m3 Dimetro del crisol: 8,80m Cantidad de toberas: 20 Cantidad de piqueras: 2 Cantidad de escorieros: 2 Caudal de viento: 2820m3/min (2 turbosopladores c/u de 11270 hp) Temperatura del viento: 950 c Sistema de carga: alimentacin por medio de skip. Purificacin de gas: carga de polvo (ciclones) y sistema de venturis (lavador) Capacidad de produccin: 2300 t/dia un - 840.000 t/ao Diseo: McKee Puesta en marcha: ao 1960 con el nombre de somisa Alto Horno 2: Volumen: 2247 m3 Dimetro de Crisol: 9,75m Cantidad de Toberas: 27 Cantidad de Piqueras: 2 Cantidad de Escorieros: 1 Nmero de Estufas: 3 Caudal de Viento Soplado: 3500m3/ min (2 turbosopladores) c/u 23900 HP) Temperatura del viento: 1150 C Sistema de Carga: Alimentacin por medio de Skip Purificacin de Gas: Trampa de Polvo y sistema de venturis Capacidad de Produccin: 3630 t/dia - 1.32500 t/ao Diseo McKee- Head Wrightson Puesta en Marcha: Ao 1974 con el nombre de Somisa

    Produccin Anual de aceros en desbastes (en miles de toneladas):

    Ao 94/95 95/96 96/97 97/98 98/99 Produccin (t) 1.461 1.706 1.858 1.922 2.070

    Produccin Anual de Arrabio (en miles de toneladas)

    Ao 94/95 95/96 96/97 97/98 98/99 Produccin (t) 1.513 1.639 1.897 2.057 1.987

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    10.3 CONVERSIN AL OXIGENO

    10.3.1 Evolucion del Proceso de Conversin para Fabricar Acero Con el desarrollo de los procesos de conversin al oxgeno, especialmente el del convertidor LD, se ha elevado notablemente la productividad de las aceras, constituyendo este acontecimiento un hito de capital importancia en la historia de la siderurgia. A efectos de apreciar esta aseveracin, es conveniente efectuar una breve resea histrica sobre la evolucin de este procedimiento para fabricar acero. En 1855 Henry Bessemer invent el convertidor que lleva su apellido. Es un mtodo neumtico, dnde se obtiene acero lquido a partir de un arrabio tambin lquido.

    Figura 1. Convertidor Bessemer En la figura superior, se observa que el reactor posee un fondo perforado por el que se insufla aire a presin. La corriente de aire atraviesa la masa de arrabio produciendo la oxidacin de los metaloides que el mismo contiene (C, Si, Mn). Los xidos resultantes se escorifican o escapan a la atmsfera como gases. El calor necesario para mantener el bao metlico lquido se genera solamente con las mismas reacciones exotrmicas de oxidacin y escorificacin, es decir que no necesita aporte calrico externo.

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    Por su elevada productividad, este mtodo tuvo difusin hasta el agotamiento de los yacimientos de minerales pobres en fsforo y azufre. Para afinar arrabios ricos en estos dos elementos, Thomas en 1877 reemplaza el revestimiento refractario slico aluminoso utilizado por Bessemer por uno bsico (dolomtico). De esta manera, poda adicionar cal dentro del convertidor para permitir la desfosforacin y desulfuracin. Asimismo el fsforo utilizado como elemento termgeno beneficiaba el balance trmico del reactor, lo que permita la incorporacin de pequeas cantidades de chatarra domstica, reciclando de esta manera los desperdicios de la planta. Sin embargo, debido a su carcter de procedimiento neumtico, el inconveniente segua siendo el elevado contenido de nitrgeno en el acero obtenido (vara entre 0.01 y 0.02 % de N), que le confera gran fragilidad y predisposicin al envejecimiento, afectando de esta manera la soldabilidad, aptitud al embutido profundo y deformacin en fro. Para disminuir el contenido de nitrgeno en el acero obtenido en el convertidor Thomas, entre los aos 1935 y 1945 se intentaron diversas tcnicas de inyeccin, enriqueciendo el aire soplado de oxigeno. Se lleg a trabajar con adiciones de hasta 35% de oxigeno, mejorando notablemente la calidad del acero. Sin embargo, la elevada temperatura que se produca a la salida de la tobera (hasta 2300 C) deterioraba sensiblemente el refractario de fondo. Ello, sumado al elevado precio que tena el oxigeno en aquella poca, hizo que estas tcnicas no llegaran a afianzarse definitivamente. En la medida que se fueron desarrollando procesos para obtener oxgeno a bajo costo, se estudiaron mtodos basados en la inyeccin de oxgeno puro por una lanza que se introduca por la boca del convertidor. Podemos dividir dichos procesos en dos tcnicas bsicas:

    1. Convertidor con lanza LD 2. Convertidor rotativo con lanza inclinada Kaldo o Rotor

    El proceso LD tuvo su desarrollo en Austria, cuando este pas debi reconstruir sus acera despus de la Segunda Guerra Mundial. Las primeras coladas, ya a escala industrial, se efectuaron en las aceras Linz y Donawitz en 1952, resultando las primeras letras de dichas aceras las que dieron el nombre al mtodo LD

    Figura 2. Convertidor LD

    Bao de acero

    Manga de oxigeno

    Revestimiento bsico

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    Esta primer produccin de acero LD, fue la culminacin de experiencias iniciadas por el profesor R. Durrer en el ao 1949. Como puede observarse en la figura, el mtodo consiste en inyectar oxgeno gaseoso puro (99.5 %) a alta presin, sobre un bao lquido de arrabio mediante una lanza que penetra por la boca del convertidor. Sin embargo, el valor del fsforo en el arrabio no deba ser mayor del 0.5 %, para ser afinado con la tcnica de una escoria. Para tenores de fsforo superiores, existen variantes del mtodo LD que permiten procesarlos (LD-AC y OLP) y que consisten en soplar oxgeno con una suspensin de pequeas partculas de cal. La otra tecnologa de soplado de oxgeno con lanza corresponde a los convertidores Rotativo y Kaldo. Se trata de reactores que rotan alrededor de su eje a gran velocidad. El Rotativo es un convertidor cilndrico, cuyo eje es perfectamente horizontal.

    Figura 3. Convertidor Rotatorio de Oxgeno En el caso del Kaldo su eje forma un ngulo grande con la vertical.

    Revestimiento bsico

    Acero fundido Manga o soplador de oxigeno

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    Figura 4. Convertidor Kaldo en posicin de soplado de oxgeno En estos procesos, la parte del revestimiento refractario que se encuentra en un momento dado por encima del bao metlico resulta en un momento dado por encima del bao metlico resulta calentada por los gases de escape, este calor es cedido al bao cuando esta zona del revestimiento es cubierta por el mismo. De esta manera se beneficia el balance trmico del proceso, que llega a admitir hasta un 40 % de chatarra en la carga (contra el 30 % del LD) Asimismo, la rotacin produce una agitacin del bao con una consiguiente activacin de los intercambios del metal y escoria. Es posible as el afino de arrabios fosforosos. Sin embargo estos mtodos no han tenido gran difusin por el elevado consumo de refractarios (debido a la erosin mecnica del bao metlico), su baja productividad (comparada con el LD) y lo costoso y complicado de su instalacin. Por otra parte, las plantas siderrgicas equipadas con convertidores Thomas seguan buscando alternativas econmicamente convenientes para transformar sus instalaciones en aceras de conversin al oxgeno. Para aprovechar el mejor equilibrio entre escoria y metal que tiene el proceso de soplado por el fondo, se estudi el problema del prematuro desgaste del mismo. Para ello se utilizaron toberas que simultneamente al soplo del oxgeno, en forma paralela y adyacente, insuflan un hidrocarburo cuyo cracking produce un efecto refrigerante en la zona, o vapor de agua con el mismo propsito. Estos procesos se conocen desde 1968: convertidor OBM y convertido LWS.

    Revestimiento bsico

    Acero

    Manga de oxigeno

    Eje de inclinacin

    Eje de rotacin

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    Figura 5. Convertidor LWS

    A partir de 1978 se desarrollaron convertidores que usan soplo combinado, es decir por el tope y por abajo. Se trata con ello de aprovechar las ventajas del agitado para mejorar la cintica de las reacciones, como la posibilidad del control de oxidacin de escoria. 10.3.2 Fabricacin de acero mediante proceso LD Como ya se ha expresado, el convertidor LD es un reactor abierto que se carga con un 80 % de arrabio lquido a 1350 C y un 20 % de chatarra de acero a temperatura ambiente, que son los aportadores del metal Fe.

    Liquido de proteccin (Conducto

    Distribuidor

    Revestimiento bsico

    Ducto general de oxigeno

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    Figura 6. Perfil de dimensiones de los convertidores LD de diferentes capacidades y de uso ms corriente El arrabio lquido contiene de 6 a 7 % de elementos oxidables: ms de 4 % de carbono, aproximadamente 1 % de silicio y 1 % de manganeso y casi 0.1 % de fsforo. La combustin de estos elementos con el oxgeno es la nica fuente de calor en el proceso LD, incluyendo el calor que se necesita para aumentar la temperatura del metal lquido de 1350 C hasta 1750 C en algunos casos y tambin para fundir la chatarra. Sin embargo, si no hubiera sido por el desarrollo de las plantas para obtener grandes volmenes de oxgeno, el proceso LD no se habra podido desarrollar. El empleo de aproximadamente 57 Nm3 de oxgeno de alta pureza por tonelada de acero, que se sopla a una velocidad supersnica que excede el Mach 2, no sera posible sin grandes cantidades de oxgeno de alta pureza (99.5%) que se surte a la acera por tuberas. El LD desplaz rpidamente al horno Siemens Martin (SM) como productor de acero.

    A continuacin se enuncian algunas de las razones fundamentales:

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    1. A capacidades de produccin proporcionales, los costos de instalacin, de un LD son casi las 2/3 partes de los costos para instalar un SM.

    2. Los costos de operacin del LD resultan aproximadamente la mitad que los de un SM. El costo del oxgeno resulta inferior que el de un combustible de buena calidad.

    3. Su alta productividad; un LD puede alcanzar 550 ton/hora contra 75 ton/hora en el mejor caso para un SM. Esta alta productividad ha permitido la conexin de la colada continua al proceso, redicindose de esta manera el consumo de combustible de la planta e incrementando la productividad.

    4. El LD permite fabricar aceros de bajo carbono de tan buena calidad o mejor que un SM. 5. Insensibilidad al precio y calidad de la chatarra (ya que su precio es muy fluctuante debido a

    la disponibilidad en el mercado). La chatarra representa slo el 20-25 % de la carga y gran parte de la misma puede ser de retorno de la planta. Al emplear equipos y prcticas especiales, la carga de chatarra se puede reducir a un 12-15 % y el balance trmico (enfriamiento necesario) se ajusta con paletas de mineral de hierro, lo que resulta ms econmico.

    10.3.3 Descripcin de un convertidor LD El convertidor LD es un recipiente cuya porcin inferior es cilndrica (denominada barril) y la porcin superior es abierta en forma de cono. En uno de sus lados posee un agujero de colada o piquera, encontrndose sta arriba de la unin del barril y del cono. Sobre la boca, existe una campana de recoleccin de gases a efectos de minimizar la contaminacin del aire, pudiendo bajar sta sobre la boca del convertidor para formar un sello bastante estanco. El oxgeno se sopla desde arriba, por medio de una lanza que baja y se introduce al convertidor. El convertidor est diseado para girarse hacia delante o hacia atrs. La inclinacin hacia atrs, de casi 50, se hace para cargar y muestrar: la inclinacin hasta por debajo de la horizontal se emplea para vaciar la escoria remanente, despus de la colada. El giro hacia el frente, de 135 o ms, se emplear para vaciar el acero o sea efectuar la colada. La cuchara de acero se ubica debajo del convertidor en un carro que viaja sobre rieles y se retira desde abajo del convertidor, para que la gra pueda levantar la cuchara de acero llena. Se usan aparatos complejos para la depuracin de los gases que salen del reactor LD. Es difcil la limpieza del gran volumen de gases (humos), ya que las partculas son menores que un micrn. La prdida de polvos en un LD representa normalmente del 0.5 al 2 % de la carga. Las aceras LD estn constituidas generalmente por solamente dos convertidores; uno que est produciendo acero y el otro en reparacin de su revestimiento refractario. La instalacin de un tercer convertidor adicional permitir, en principio, aumentar al doble la capacidad productiva de la acera. Hoy en da, la capacidad de un convertidor oscila desde las 30 toneladas hasta las 300 toneladas. En la figura siguiente, se detallan las dimensiones y los perfiles ms utilizados para disear las corazas metlicas de los convertidores, en funcin del volumen requerido.

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    Figura 7. Perfil de dimensiones de los convertidores LD de diferentes capacidades y de uso ms corriente En la figura siguiente, se muestra un esquema de una Acera LD tradicional.

    Figura 8.

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    10.3.4 Forma de operar un convertidor LD Basculando el convertidor, la carga se inicia con la introduccin de la chatarra mediante una batea que un puente gra inclina frente a la boca del convertidor, permitiendo de esta manera la cada de la carga. Luego, se vierte el arrabio lquido utilizando cucharas cuya parte superior posee un diseo especial (en forma de pico), apropiado al trasvase del lquido. Estando el convertidor en posicin vertical, se baja la lanza y se comienza a soplar oxigeno. Simultneamente a ello, se efecta la carga, a partir de tolvas especiales, de los escorificantes (cal, caliza, dolomita, espato-flor, etc.) y del mineral de hierro. Una vez finalizado el soplado, se gira el convertidor en la misma direccin que la de la carga y se realiza la toma de muestras y la medicin de temperatura. Siendo correcta la composicin y temperatura del bao metlico, se bascula en convertidor en sentido contrario y se realiza la colada de acero a travs del agujero de colada (piquera), que el convertidor posee y que permite el vaciado del mismo sin que mucha escoria pase a la cuchara de colada. La cuchara de acero es transportada por un carro automotor hacia el sector de lingoteo o de colada continua.

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    Figura 9. Diversas posiciones del convertidor LD durante el trabajo. Durante la colada, en la cuchara, se realizan todas las adiciones necesarias para desoxidar y corregir la composicin. La escoria se vuelca girando el convertidor hacia el lado opuesto al de colada, cayendo la misma a un pote soportado en un carro especial que lo lleva fuera del edificio. A continuacin se detallan los tiempos insumidos en cada una de las etapas mencionadas anteriormente.

    Etapa Tiempo Insumido (min.) Carga de chatarra y arrabio 5.5 Soplado de oxgeno 17.1 Toma de muestras y temperatura 5.9 Colada de acero 5.7 Vaciado de escoria 2.2 Total 36.4

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    10.3.5 Caractersticas metalrgicas de la conversin de oxgeno puro Los fenmenos metalrgicos se desarrollan en tres zonas perfectamente diferenciadas:

    Figura 10. Principales zonas que se forman en el interior del convertidor La zona 1 es la pequea zona sometida a la accin directa del chorro de oxgeno. Corresponde a un 3 % de la superficie total del bao. Las reacciones de oxidacin se producen a temperaturas superiores a los 2500 C. una parte de los xidos se desprende en forma gaseosa (CO, CO2, SO2), mientras que la otra parte de los xidos, junto con la cal que se agrega, forma un anillo de escoria activa.

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    El oxgeno disuelto en adyacencias de la zona 1 se difunde rpidamente a la zona 2 del bao. Es as como se produce una circulacin provocada por el aumento de densidad de la parte del bao de la zona 1, de cual se han eliminado los elementos que acompaan al hierro. Debido a que la densidad relativa de la zona 1 es aproximadamente 7.1 y 6.5 la de la zona 2, se produce un movimiento descendente del metal lquido, acompaado por un desprendimiento gaseoso provocado por la combustin del carbono. El metal afinado de la zona 1 se mezcla con la el arrabio de la zona 2 y como consecuencia de las altas temperaturas existentes, cede su exceso de oxgeno produciendo en consecuencia una desoxidacin. El desprendimiento de CO favorece el descenso del metal afinado de la zona 1, pues las burbujas de CO dentro de la zona 2 acentan la diferencia de densidades y favorecen el movimiento.

    Figura 11. Circulacin del bao metlico originada por el desprendimiento de burbujas de CO Los xidos as formados, son atrapados por la escoria de la zona 3. Dicha escoria de ferrita de calcio, puede fijar el pentxido de fsforo. El FeO y MnO formados en la zona 1 y absorbidos en la escoria provocan en la zona 3 aparte del afino, una reduccin del Mn. Una caracterstica importante del proceso LD, es la regulacin automtica del afino. Cuando al final de la conversin son menores las necesidades de oxgeno y las velocidades de las reacciones disminuyen, la circulacin del bao se frena sola. Tambin cesa la ebullicin del CO. Por lo tanto, el bao no puede seguir enriquecindose en oxgeno, porque tiende a tener una composicin ms homognea.

    CO

    CO

    CO

    O2

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    La operacin del LD dura aproximadamente 36 minutos tiempo tap-to-tap, de los cuales 18 minutos corresponden al soplado. Se consumen 57 Nm3 de oxgeno por tonelada de acero, de los cuales 36 Nm3 son necesarios para la combustin del C, 4 Nm3 para la oxidacin del Si, 8 Nm3 para la oxidacin del Mn, 4 Nm3 para la escorificacin del Fe y 2 Nm3 para la oxidacin del P y S. El resto, 3 Nm3, pasa a los humos. 10.3.5.1 Qumica del afino del proceso LD El afino del arrabio lquido por oxgeno puro est regido por las reacciones clsicas de oxidacin de las principales impurezas del arrabio: C, Si, Mn y P, acompaada por la reduccin del nivel de azufre. La composicin del arrabio cargado y del acero obtenido de una hornada tpica es la siguiente: C (%) Si (%) Mn (%) P (%) S (%) Fe (%) Arrabio 4.30 1.20 1.00 0.12 0.03 93.4 Acero 0.08 0.00 0.20 0.02 0.015 99.7 El diagrama de Ellingham, abajo indicado, expresa que a la temperatura de fabricacin del acero, el carbono, el silicio y manganeso son oxidados con preferencia al hierro. Sin embargo el fsforo y el azufre no pueden ser eliminados por oxidacin a menos que la actividad de sus xidos se reduzca, o sea en el caso del azufre que se forme sulfuro estable.

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    Temperatura (C) 0 500 1000 1500 2000

    -50

    1/2 S2 + O2

    SO2

    -100

    2/5 P2 +O2 2 Fe + O2

    2/5 P2O5 2 FeO

    -150

    2 Mn +O2 Si +O2

    2 MnO2 SiO2

    -200

    2 C+ O2

    CO2

    -250

    Figura 12. Diagrama de Ellingham La reduccin necesaria de la actividad del pentxido de fsforo se alcanza por la formacin de una forma bsica, que tambin posibilita la estabilizacin del azufre en la forma de sulfuro. 10.3.5.2 Reacciones de afino Dentro del proceso coexisten tres fases distintas: atmsfera, escoria y el bao metlico. Dentro de la nomenclatura generalmente utilizada, las concentraciones de la fase gaseosa se indican entre llaves {

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    }. Las correspondientes a la escoria se indican entre parntesis ( ), mientras que las concentraciones de bao metlico se representan con una raya debajo. El proceso en s, comienza cuando el oxgeno soplado se disuelve en el bao metlico segn la siguiente reaccin:

    { O2 } -------- O Habindose disuelto el oxgeno dentro del bao metlico, se combina con el hierro disuelto formando xido ferroso que va a la escoria:

    Fe + O ------------ (FeO) Es as como se produce la remocin del carbono, silicio y manganeso, ya sea por accin directa del oxgeno o a travs de la escoria altamente oxidada: Carbono: C + O -------------- {CO} C + (FeO) -------------- {CO} + Fe Silicio: Si + 2 O ---------------- (SiO2) Si + 2 (FeO) --------------- (SiO2) + 2 Fe Manganeso: Mn + O ------------------ (MnO) Mn + (FeO) -------------- (MnO) + Fe 10.3.5.3 Desfosforacin La oxidacin del fsforo no se desarrolla preponderantemente en la profundidad del bao metlico, sino en la interfase metal escoria de acuerdo a la siguiente reaccin:

    2 P + 5 (FeO) + 3 (CaO) ----------------- (3 CaO . P2O5) + 5 Fe Es as como el fosfato triclcico se retiene con seguridad en la escoria. En ausencia de cal, el proceso de oxidacin del fsforo es posible a temperaturas relativamente bajas (recordar el diagrama de Ellingham antes indicado), formndose fosfato de hierro 3 (FeO) . P2O5. Sin embargo, este compuesto es inestable a elevadas temperaturas y tiene lugar su descomposicin y el paso del fsforo al metal. Por eso el papel principal en el traspaso del fsforo a la escoria lo juega el CaO con la condicin de presencia del FeO en la escoria en una correlacin determinada con el CaO. 10.3.5.4 Desulfuracin As como es fsforo, el azufre es una impureza nociva en el acero ya que ste posee una solubilidad ilimitada en el hierro lquido y limitada por el slido. El acero con alto contenido de S al ser llevado

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    a la temperatura de laminacin, forma fases lquidas en los lmites intergranulares ocasionndose desgarraduras y grietas durante el proceso de laminado. La reaccin es la siguiente:

    Fe + S + (CaO) ------------------- (FeO) + (CaS) siendo sta fuertemente endotrmica, requiriendo una temperatura elevada para proceder hacia la dereha. Tambin es necesaria una buena agitacin, la cual es favorecida en el proceso LD. El gran inconveniente es que la solubilidad del CaS en la escoria es limitada, a pesar de que se tenga alta temperatura y buena agitacin, por ejemplo, si las muestras consecutivas indican: 0.035, 0.032, 0.029, 0.029 % de S; es que se ha alcanzado el lmite de saturacin de la escoria para el azufre bajo las condiciones dadas de temperatura y oxidacin. El nico remedio es hacer ms escoria para incrementar la capacidad de absorcin del azufre, lo que significa una mayor utilizacin de fundentes (cal y fluorita) lo que atenta seriamente contra los refractarios que conforman el revestimiento de trabajo del convertidor. Asimismo el FeO, resulta del lado derecho de la ecuacin anterior, es decir que al comienzo la escoria debe ser reductora para crear las condiciones para desulfurar, sin embargo pasa lo contrario ya que LD es basicamente un proceso de oxidacin y se genera mucho FEO; asi pues, una descarburacin eficiente crea condiciones menos favorables para una buena desulfuracin. Dicho de otra manera, la decarburacin, la desilicacin y la desfosforacin son incompatibles con la desulfuracin. Por otra parte, del diagrama de Ellingham surge que la eliminacin del azufre por oxidacin no es posible, dado que ningn xido de azufre existe a las temperaturas de aceracin. En conclusin: debe limitarse en lo posible el ingreso de S al LD. En la figura de la pgina siguiente se ha graficado la variacin de algunos de los elementos que se encuentran dentro del bao metlico durante el soplado de oxgeno. 10.3.6 Revestimiento refractario para el convertidor LD Durante el periodo de afino tiene lugar una gran agitacin del bao metlico, formacin de escorias lquidas y espumosas que suben hasta el borde superior del recinto del convertidor, ataque de fluoruro de calcio (Fe2Ca), produccin de altas temperaturas (aproximadamente 2600 C en los puntos de impacto de los chorros de oxgeno) y salida de gases portadores de partculas slidas a alta velocidad (1500 C a la salida por la parte superior del convertidor)

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    Figura 13. Variaciones que experimenta la composicin del bao metlico en la fabricacin del acero por el proceso LD A continuacin se indican las solicitaciones que actan sobre el revestimiento refractario.

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    Figura 14. Solicitaciones

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    En definitiva los esfuerzos a los que estn sometidos los refractarios de un convertidor se clasifican en:

    1. Mecnicos 2. Trmicos 3. Qumicos

    En el grfico siguiente se detallan cada uno de ellos:

    Qumicos Corrosin Oxidacin

    Adiciones CaF2

    Escoria Anlisis, Temperatura, Permanencia, Cantidad, Fluidez

    Atmsfera O2 CO CO2

    Figura 15. Esfuerzos a los que estn sometidos los refractarios de un convertidor

    Trmicos

    Reacciones Exotrmicas

    Soplo de Gases

    Intermitencia Operacional

    Mecnicos

    Carga Agitacin del Bao

    Montaje

    Impacto Erosin, Abrasin

    Esfuerzos de compresin y cizallamiento

    Temperatura , Nivel y Duracin

    Tensiones, Choque Trmico

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    El revestimiento refractario est formado generalmente por dos capas:

    a) Revestimiento de seguridad: conformado por ladrillos o bloques de magnesita con un espesor promedio de 150 mm, aplicado contra la corteza metlica.

    b) Revestimiento de trabajo: se aplica sobre el revestimiento de seguridad y es el que est en permanente contacto con el acero lquido.

    Sobre la calidad a utilizar en el revestimiento o camisa de trabajo existen distintas tendencias bien definidas. La europea, utilizando revestimientos de dolomita con espesores que van desde los 600 mm hasta 900 mm. Se utiliza una vez calcinada, molida, mezclada con alquitrn y prensada en bloques. El gran inconveniente de la dolomita es que es fcilmente hidratable y relativamente resistente a los cambios bruscos de temperatura. El agregado de alquitrn adems de ligante, aumenta la resistencia a la hidratacin y reduce el ataque de infiltracin de la escoria. El consumo especfico de los materiales refractarios dolomticos es menor a los 5 kg/ton de acero. La duracin de las campaas de estos revestimientos oscilan entre las 400 y 600 coladas. La tendencia americana es utilizar ladrillos de magnesita (MgO --------- periclasa) La materia prima para su fabricacin es abundante en Amrica del Norte, ya sea bajo la forma de MgCO3 o en su defecto extrayendo la periclasa directamente del agua de mar. Se utilizan bloques de magnesita fabricados segn diversos procesos: bloques ligados con alquitrn, bloques cocidos impregnados en alquitrn o ladrillos temperizados (a aproximadamente 200 C el alquitrn fluye entre la mayora de los poros y se polimeriza) El consumo de refractarios de magnesita en convertidores LD es menor a los 2.5 kg/ton de acero producido. La duracin promedio de un revestimiento de este tipo flucta entre las 800 y 1600 coladas. Muchas aceras acostumbran a utilizar revestimientos compuestos, o sea formados por diferentes calidades segn el desgaste a que est expuesta cada zona del convertidor. Se determina las solicitaciones a que est expuesto el refractario en esa zona y se elige la calidad que ms se adapta a esa solicitacin. A ste se le llama revestimiento balanceado.

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    Figura 16. Revestimiento de convertidor mixto. Doloma - Magnesia En la figura anterior puede verse la constitucin de uno de estos revestimientos mixtos. En los ltimos aos los japoneses han introducido una nueva tecnologa en materia de refractarios para convertidor: la magnesia carbono (MgO - C), que consiste en mezclar junto con la periclasa partculas muy finas y muy puras de carbono, utilizando resinas fenhlicas como ligante. Tambin se le adicionan elementos antioxidantes como aluminio o silicio a efectos de evitar la oxidacin prematura del carbono. La MgO C tienen como propiedad fundamental una excelente resistencia a la corrosin de las escorias. El consumo especfico de refractarios de magnesia carbono para LD es menor a 1.5 kg/ton de acero producido. En cuanto a campaas superan holgadamente las 2000 coladas. El desgaste durante la operacin, generalmente no es homogneo en todo el revestimiento de trabajo. Las distintas solicitaciones a las que est sometida cada zona del mismo, hace que el desgaste localizado sea mayor en unas que en otras. En caso del desgaste puntual alcance el revestimiento de seguridad implicara la salida de operacin de todo el revestimiento. Es por ello que se utiliza la tcnica de reparacin en caliente o gunitado que consiste en la proyeccin neumtica de material refractario, despus de cada colada, en aquellas zonas del revestimiento que presentan un menor espesor.

    Figura 17. Esquema de proyeccin en seco con lanza manual De este modo la recuperacin del espesor por proyeccin prolonga gradualmente la vida del convertidor. El consumo de gunning vara entre 0.5 y 1 kg/ton de acero. La utilizacin de revestimientos cada vez ms costosos y sofisticados, a efectos de obtener aceros de mejor calidad, ha hecho que uno de los principales objetivos de la acera sea disminuir el costo de refractarios por tonelada de acero producida.

    Material

    Tanque

    Manguera de material

    MD GUN

    Manguera de agua

    Convertidor LD Aire

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    Para ello es necesario hacer un exhaustivo seguimiento y control del perfil de desgaste del revestimiento, a fin de implementar las medidas correctivas necesarias, a los efectos de prolongar la vida del revestimiento y que determinen una utilizacin racional del mismo. Existe un sistema de control de espesores por rayo lser que informa con la precisin adecuada la topografa del revestimiento, determinndose obviamente las reas ms crticas.

    Figura 18. Sistema de control de espesores del refractario por rayo lser La informacin es registrada en un grfico, obtenindose el perfil de desgaste. A partir de ello, es posible programar la intensidad y frecuencia de las reparticiones con economa de tiempo y consumo proyectable. En el grfico siguiente se observa que el costo especfico del revestimiento disminuye en la medida que aumenta la vida del mismo, ya que el precio, que es fijo, se puede distribuir en un mayor nmero de coladas. Sin embargo el costo de proyeccin aumenta con el nmero de coladas.

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    Figura 19. Costos de revestimientos Si sumamos ambas curvas, obtendremos otra que determina un costo mnimo a partir del cual la prolongacin de la vida mediante gunitado deja de ser econmicamente conveniente, por lo que el revestimiento debe concluir su campaa. 10.3.7 Lanza de oxgeno La inyeccin de oxgeno al convertidor se hace a travs de una lanza refrigerada por agua, constituida por tres tubos concntricos sin costuras. La lanza en su extremo termina en una cabeza de cobre forjado o fundido. Esta cabeza es recambiable y se fija a los tubos de acero mediante una rosca o con una soldadura.

    Costo del proyectable

    Costo del revestimiento refractario

    Costo total Costo mnimo

    Nro de Coladas

    Costo por ton de acero

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    Figura 20. Tobera de una boquilla / Cabeza de la tobera de tres boquilas El oxgeno se suministra por el tubo central, mientras que los dos exteriores sirven para suministrar y evacuar el agua. Aunque en los primeros aos de desarrollo de los convertidores LD se utilizaban toberas de un solo orificio teniendo en cuenta que los mismos eran de baja capacidad., hoy en da con el aumento de las dimensiones de los convertidores y la cantidad de oxgeno suministrada se utilizan cabezas con varios orificios que permiten un soplado diseminado, aumentando as la superficie de reaccin. Las toberas ms utilizadas actualmente son las de tres orificios. Estos se disponen en forma de abanico, inclinados sus ejes en un ngulo de 6 a 15 con respecto al eje de la lanza. Se obtienen de esta manera importantes mejoras en el rendimiento metlico de la operacin, en el control de la formacin de la escoria, en la duracin del revestimiento refractario y en la homogeneidad de la composicin qumica y de la temperatura del bao. Las lanzas estn provistas de un enrgico enfriamiento por agua. Por ejemplo, la lanza de un convertidor de 200 toneladas que posee tres orificios de 52 mm de dimetro, consume 200 m3 de agua por hora. La duracin de las lanzas depende de la forma de operar de cada acera, pero se puede decir que su vida oscila entre 200 y 300 coladas. Cada convertidor generalmente posee dos lanzas conectadas permanentemente a los circuitos de agua y de oxgeno, encontrndose una en funcionamiento y la restante en reserva para el caso en que falle la primera. El caudal de oxgeno inyectado a travs de la lanza vara entre 2 y 3 m3/min/ton de acero. El caudal de soplado y la distancia entre la punta de la lanza y el bao lquido tienen una capital importancia en el desarrollo del proceso de afino. La altura de la lanza respecto del bao vara entre

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    1.2 y 2.5 metros. Se comienza soplando con la lanza alta, lo que permite la formacin de una buena escoria desoxidante y desfosforante. A medida que avanza el proceso se disminuye la altura del soplado, o sea se baja la lanza para acelerar la decarburacin. La regulacin de la altura de la lanza es un problema delicado por cuanto un soplado demasiado alto puede sobreoxidar la escoria causando su inflamacin y desborde por la boca del convertidor. Inversamente, alturas reducidas de soplado decarburan el bao rpidamente sin formar una buena escoria y en algn caso dada la alta velocidad del chorro de oxgeno (Mach 2), pueden ocurrir perforaciones del fondo del convertidor. 10.3.8 Sistemas de captacin y depuracin de gases En el proceso de fusin dentro del convertidor, especialmente en aquellos de gran capacidad, se crea una gran cantidad de gases. Los gases escapan del convertidor recogen y arrastran una cantidad importante de partculas de dispersin fina de xidos de hierro, que se forman como resultado de la oxidacin directa del hierro y que no tuvieron tiempo para asentarse en la escoria. En el caso de un convertidor cuya capacidad es de 100 ton puede generar aproximadamente 8000 m3/ colada lo cual implica una contaminacin promedio de 50-150g/m3. teniendo en cuanta que las normas sanitarias aconsejan no superar los 2g/m3 de partculas existentes en los gases arrojados a la atmsfera, se hace necesario purificarlos previamente. Las instalaciones para ello representan una alta inversin ya que el costo de instalacin de las mismas alcanza el 30% del costo de la acera propiamente dicha. Un buen sistema de captacin y depuracin debe ser capaz de aspirar, enfriar y depurar eficientemente los variables de volmenes de gases que dejan la boca del convertidor, operando en forma regular o estable y tener bajos costos de operacin. En general, todas las instalaciones incluyen una zona de captacin, una de enfriamiento (por inyeccin de agua, por caldera de recuperacin o por regeneradores refractarios), una primera separacin de las partculas ms gruesas, una segunda separacin de las partculas ms finas y finalmente la evacuacin de los gases de la chimenea o al gasmetro de almacenamiento.

    a) La captacin: Los gases que dejan el convertidor poseen un alto porcentaje de monxido de carbono (alrededor del 80%), siendo el resto casi totalmente dixido de carbono. Estos gases salen a una temperatura de aproximadamente 1500 C.

    Para su captacin se pueden plantear dos soluciones: 1- Permitir la entrada en la campana de captacin de gases, del aire necesario para la

    combustin del CO y CO2. esto conduce a volmenes elevados de gases y a la generacin de importantes cantidades de calores. Para ello se debera disponer de una instalacin de grandes dimensiones y de elevado costo operativo.

    2- Evitar toda entrada de aire exterior en la campana de captacin, permitiendo slo la aspiracin de gases provenientes del convertidor.

    D