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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