ES2168801T5 - Procedimiento para la fusion en horno electrico de arco voltaico de hierro de grano fino reducido directamente. - Google Patents

Abstract

Procedimiento para la fusión de hierro de grano fino, reducido directamente (DRI), que presenta al menos el 80% en peso de un granulado como máximo de 3 mm, en un horno eléctrico de arco voltaico, que contiene un baño de hierro líquido y sobre éste una capa de escoria espumosa, en el cual el DRI es conducido durante el funcionamiento del horno a través de al menos una lanza, que atraviesa la tapa del horno, desde arriba, por la boca de la lanza a la capa de escoria espumosa y sobre el hierro líquido, en el cual el DRI, sólo por la fuerza de la gravedad y sin la utilización de un gas de transporte, a través de la lanza, o de las lanzas, cae sobre el baño de hierro, caracterizándose porque cada boca de lanza se encuentra en la capa de escoria espumosa, y porque la fracción del DRI suministrado a través de la lanza, o de las lanzas, al baño de hierro respecto a la cantidad total de alimentación de material de hierro asciende al 85% al 100% en peso.

Description

Procedimiento para la fusión en horno eléctrico de arco voltaico de hierro de grano fino reducido directamente.

La invención se refiere a un procedimiento para la fusión de hierro de grano fino, reducido directamente (DRI) en un horno eléctrico de arco voltaico, que contiene un baño de hierro líquido y, en el hierro líquido, una capa de escoria espumosa, en el cual el DRI es conducido, durante el funcionamiento del horno, a través de al menos una lanza, que atraviesa la tapa del horno, desde arriba, por la boca de la lanza a la capa de escoria espumosa y sobre el hierro líquido, estando configurada cada lanza verticalmente regulable. El hierro reducido directamente se designa en el mundo especializado también como hierro poroso, o bien, DRI (direct reduced iron).

Un procedimiento semejante se describe en el documento DE 196 08 530 A1, en el cual al DRI se inyecta con un gas de transporte, constituido principalmente por CO_{2}, a través de la lanza, en el baño de hierro. Se evita así la constitución, que aparece al utilizar aire como gas de transporte, de FeO, y la generación insuficiente consiguiente de escoria espumosa, así como la disminución de la calidad del acero, producida por el insuflado de nitrógeno en la masa fundida de acero.

En el documento de patente US 5 433 767 se describe la reducción directa de mineral de hierro de grano fino en al menos dos lechos fluidizados, en el cual se utiliza gas caliente de reducción también como gas de fluidización. Se genera hierro poroso de grano fino, que es licuado a continuación en un reactor de fusión a temperaturas de 1500ºC a 1700ºC y reducido posteriormente. La generación de hierro de grano fino está descrita también en el documento de patente US 5 603 748.

El documento DE-A-1508222 describe el suministro continuo, sin presión, de hierro poroso, en trozos pequeños, en una cantidad de hasta el 80% de toda la masa fundida de horno durante la fabricación de acero en un horno eléctrico de arco voltaico. Se deja caer al hierro poroso reducido previamente en la capa de escoria mediante tubos de carga 48, 50, 52 fijados rígidamente a agujeros en la tapa del horno eléctrico de arco voltaico. Un estado de espuma de la escoria y un espesor de la capa de escoria de espuma de 30 cm son mencionados en el ejemplo 6.

El documento DE-A-33 26 505 describe un dispositivo de carga para hornos metalúrgicos, en particular hornos eléctricos de arco voltaico, con un tubo de bajada de altura regulable, que desciende a través de una abertura en la tapa del horno, penetrando hasta acercarse a la superficie del caldo metálico existente en el horno, y a través del cual puede caer material fino de lecho de fusión sin el uso de un gas de transporte sobre el caldo metálico.

La invención está basada en la finalidad de suministrar, al baño de hierro, la mayor cantidad posible de hierro reducido directamente (DRI) de grano fino, también caliente de forma sencilla, sin grandes pérdidas con formación de pequeñas cantidades de gas de escape durante el funcionamiento del horno. Según la invención esto se consigue con el procedimiento antes mencionado, mediante las características de la reivindicación 1. El DRI suministrado cae solamente mediante la fuerza de la gravedad y sin la utilización de un gas de transporte en una cantidad correspondiente al 85-100% de la cantidad total de alimentación en material de hierro a través de la lanza o las lanzas directamente a la escoria de espuma situada sobre el baño de hierro. Además del DRI de grano fino puede suministrarse al baño de hierro material de hierro, en grano o en trozos, diferente, como chatarra de acero, hierro en briquetas en caliente o hierro tubular.

Durante el funcionamiento del horno ascienden de la cuba gases que son evacuados por arriba, a través de la tapa del horno, como gas de escape. Por motivos de costes se desea que la cantidad de gas de escape se mantenga en unos bajos niveles. El DRI introducido llega primeramente a la capa de escoria, más o menos espumosa, en donde es fundido directamente, o bien, debido a su peso y a los movimientos del baño, que se originan debido a las corrientes eléctricas, es introducido en el baño de hierro. La capa de escoria espumosa impide que DRI de grano fino, introducido mediante la lanza, sea arrastrado con los gases ascendentes y salga del horno, lo que produciría elevadas pérdidas de hierro. Al prescindir de un gas de transporte inyectado a través de la lanza, estas pérdidas se mantienen en bajos niveles. El hierro arrastrado puede fijarse como incrustación en la zona superior del horno o en las tuberías de gas de escape y producir así interrupciones en el funcionamiento del
horno.

El horno eléctrico de arco voltaico puede estar accionado, de forma conocida, por corriente continua o por corriente alterna. Es conocido también configurar de forma desplazable verticalmente los electrodos que atraviesan la tapa del horno, y levantarlos poco a poco durante el funcionamiento del horno, de manera que permanezca aproximadamente constante su distancia a la superficie del baño durante la carga.

El DRI de grano fino es suministrado por una o varias lanzas, desde arriba, a través de la tapa del horno, al baño de hierro, pudiendo equiparse a la lanza, o a las lanzas, con refrigeración por agua, en el caso de que se requiera. Se impide convenientemente que la boca de la lanza o de las lanzas entre en contacto con el hierro líquido del baño de hierro. Cada lanza está configurada de forma regulable verticalmente, siendo mantenida su boca, durante el funcionamiento del horno, a una distancia aproximadamente constante de la superficie del baño de hierro. Una posibilidad es tirar hacia arriba tanto de la lanza, como del electrodo, dependiendo del creciente nivel del baño de hierro. La distancia de la boca de cada lanza a la superficie del baño de hierro asciende, convenientemente, a 3 a 100 cm y, la mayoría de las veces, a 5 a 50 cm. Se cuida también de que la boca de la lanza sea mantenida siempre dentro de la capa de escoria espumosa y que, por consiguiente, no sea arrastrado, de ningún modo, DRI por gases ascendentes hacia la tapa del
horno.

Mediante suministro separado de carbono y oxígeno puede cuidarse, de forma en conocida en sí, de que se forme una capa estable de escoria espumosa sobre el baño de hierro, y se mantenga allí durante el funcionamiento del horno. Esta capa representa una zona de reacción que protege al DRI de grano fino contra la reoxidación. Permite simultáneamente la inmersión del(de los) electrodo(s) para protegerlos contra la oxidación y mejorar la transmisión de calor del arco voltaico a la masa fundida.

Al baño de hierro se suministran, mediante toberas inferiores de baño, material que contiene carbono y gas que contiene O_{2}. El material que contiene carbono puede tener forma sólida, líquida o gaseosa, y como gas que contiene O_{2} se utiliza usualmente oxígeno técnicamente puro. Las toberas inferiores de baño pueden estar dispuestas de cualquier manera, por ejemplo, en el fondo del horno o en las paredes laterales. El espacio de gas sobre la escoria espumosa presenta convenientemente uno o varios inyectores para la introducción de gas que contenga O_{2}, para realizar allí parcialmente la combustión posterior de
CO.

El baño de hierro del horno está constituido usualmente por al menos el 90% en peso de hierro líquido. Se puede utilizar el horno para la producción de arrabio o de acero líquido. El metal líquido es retirado del horno con temperaturas comprendidas en el intervalo de 1100ºC a 1700ºC y, preferiblemente, con al menos 1350ºC en el caso de arrabio y al menos 1550ºC en el caso del acero.

La Fig. 1 muestra, en representación esquemática, una sección vertical según la línea I-I en la Fig. 2 de un horno eléctrico de arco voltaico accionado por corriente continua.

La Fig. 2 muestra una sección horizontal según la línea II-II en la Fig. 1.

La Fig. 3 muestra un horno eléctrico de arco voltaico accionado por corriente alterna en representación análoga a la de la Fig. 1, seccionado según la línea III-III en la Fig. 4.

La Fig. 4 muestra una sección horizontal a lo largo de la línea IV-IV en la Fig. 3.

El horno eléctrico de arco voltaico (1) de las Figs. 1 y 2 presenta una solera de mampostería (2) y una tapa retirable (3). La solera está provista de al menos un electrodo de fondo (4). A través de agujeros realizado en la tapa (3) sobresalen por arriba, en el interior del horno, un electrodo superior (5) y tres lanzas (6) huecas interiormente, de las cuales solamente se ven dos en la Fig. 1. El número de electrodos superiores (5) y de lanzas (6) puede ser escogido distinto del mostrado en el dibujo. Las lanzas (6) están provistas de una refrigeración por agua, lo que no está representado en el dibujo.

Durante el funcionamiento se encuentra en el horno (1) un baño de hierro (8) que llega hasta el nivel de baño (8a). Por encima del nivel de baño (8a) se forma, durante el funcionamiento del horno, una capa (9) de escoria espumosa, que es deseable. A través de las toberas inferiores de baño (10) y (11) se introduce material que contiene carbono y/o gas que contiene O_{2} en el baño de hierro (8). A través de una lanza doble (12) - véase la Fig. 2 - se puede insuflar oxígeno y material que contenga carbono, a través de la puerta de horno (13) abierta, en la capa de escoria (9) y aumentar, de forma conocida en sí, la formación de espuma. Con inyectores (14), dispuestos oblicuamente sobre el baño, se puede insuflar, de forma conocida, oxígeno sobre el baño. Inyectores horizontales (15) sirven, de forma también conocida, para el suministro de oxígeno para quemar CO posterior-
mente.

El electrodo superior (5) puede, lo que también es conocido, ser desplazado verticalmente, de manera que sea mantenida aproximadamente constante su distancia al nivel de baño (8a) al aumentar el nivel del baño de hierro. A través de las lanzas (6) es introducido en el horno (1) el DRI de grano fino procedente de un depósito, no representado, de suministro, de manera que sea absorbido, sin pérdidas notables, por el baño de hierro (8). Para este fin se encuentran las bocas (6a) de las lanzas (6) relativamente poco alejadas del nivel de baño (8a) en la capa de escoria espumosa (9). Al igual que los electrodos superiores (5), las lanzas (6) pueden ser también desplazadas verticalmente hacia arriba, para que sea mantenida la deseada distancia constante de las bocas (6a) de las lanzas (6) al nivel de baño (8a). Esta distancia se encuentra usualmente en el intervalo de 3 a 100 cm y, preferiblemente, de 5 a 50 cm y durante el funcionamiento del horno es mantenida, preferiblemente, constante. El DRI puede ser introducido también caliente, por ejemplo, con temperaturas de 300 a 1000ºC, procedente de una instalación de reducción, a través de las lanzas (6), en el horno.

El horno (1) es accionado en el modo de carga y se saca, al final de una fase de fusión, arrabio líquido o acero líquido a través del agujero cerrable de colada (16), véase la Fig. 2.

El horno eléctrico de arco voltaico (1a), accionado por corriente alterna, de las Figs. 3 y 4 presenta tres electrodos superiores (5) de los cuales en la Fig. 3 sólo se ve uno. Por lo demás, los números de referencia tienen el significado ya aclarado con las Figs. 1 y 2.

Ejemplo

Se trabaja con un horno eléctrico de arco voltaico, accionado por corriente alterna trifásica, tal como el representado en las Figs. 3 y 4. El horno tiene forma basculante. La solera (2) tiene una capacidad de 150 Tm de masa fundida de hierro, y la corriente es suministrada por un transformador de 100 MVA. Los tres electrodos (5) están formados de grafito, su distancia al baño de hierro es mantenida constantemente a 5 cm.

Antes de que, después de una larga parada, el primer DRI sea suministrado al horno, se genera primeramente, mediante fusión parcial de 40 Tm de chatarra de acero, un baño de líquido de 1560ºC. A través de tres lanzas (6) refrigeradas por agua se suministra a este baño DRI con un límite superior de granulado de 1,2 mm, que procede de una instalación de reducción directa de mineral fino y tiene una temperatura de 650ºC. El DRI contiene, además de hierro metálico, el 7% de FeO en peso, el 4% de SiO_{2} en peso, el 2% de Al_{2}O_{3} en peso, y el 1% de C en peso. Las bocas (6a) de las lanzas (6) están a una distancia de 8 cm del nivel de baño (8a), que es regulada y mantenida constante durante toda la fase de fusión. La velocidad de suministro de hierro reducido directamente asciende a 1,2 Tm/minuto por lanza.

A través de las toberas inferiores de baño (11) se introducen por minuto 5 Nm^{3} de oxígeno técnicamente puro y 25 Kg de carbono en forma de aceite combustible caliente en el horno, y se suministran adicionalmente 300 Kg de cal por minuto. Se insuflan además a través de la lanza doble (12), que está configurada, de forma conocida en sí, de modo regulable, y que se sumerge en la capa de escoria espumosa (9), pequeñas cantidades de oxígeno y carbono, para favorecer la constitución de una capa estable de escoria espumosa. Se genera una masa fundida de acero de 1630ºC, que después de un tiempo de funcionamiento de una hora es sacada del horno. Las cantidades suministradas al horno de DRI, carbono, oxígeno y cal producen, a la temperatura de 1630ºC, una cantidad de acero de 150 Tm con un contenido de C del 0,1% en peso. La escoria formada tiene una basicidad (relación en peso CaO/SiO_{2}) de 2,5. Después de la colada quedan 30 Tm de acero en el horno, y, por consiguiente, se puede iniciar inmediatamente la próxima fusión con el suministro de DRI, sin que haya que fundir chatarra de acero.

Claims (4)

1. Procedimiento para la fusión de hierro de grano fino, reducido directamente (DRI) en un horno eléctrico de arco voltaico, que contiene un baño de hierro líquido y sobre éste una capa de escoria espumosa, en el cual el DRI es conducido durante el funcionamiento del horno a través de al menos una lanza, que atraviesa la tapa del horno, desde arriba, por la boca de la(s) lanza(s) a la capa de escoria espumosa y sobre el hierro líquido, en el que cada lanza está configurada de forma verticalmente regulable, caracterizado porque el DRI cae sobre el baño de hierro sólo por la fuerza de la gravedad y sin la utilización de un gas de transporte, a través de la(s) lanza(s).

porque cada boca de lanza, durante el funcionamiento del horno, se mantiene a una distancia aproximadamente constante de 3 a 100 cm sobre la superficie del baño de hierro y se encuentra en la capa
de escoria espumosa,

porque la fracción del DRI suministrado a través de la lanza, o de las lanzas, al baño de hierro respecto a la cantidad total de alimentación de material de hierro asciende al 85% a 100% en peso, y

porque el DRI presenta al menos un 80% en peso de una granulación máxima de 3 mm.

2. Procedimiento, de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el material que contiene carbono y gas que contiene O_{2} se introducen en el horno a través de toberas.

3. Procedimiento, de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el DRI, con temperaturas en el intervalo de 300ºC a 1000ºC, es conducido al horno.

4. Procedimiento, de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el baño de hierro presenta la calidad del arrabio o del acero.