ES2204842T3 - Procedimiento de tratamiento de escorias de acererias electricas. - Google Patents
Procedimiento de tratamiento de escorias de acererias electricas.Info
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Abstract
Procedimiento de tratamiento de escoria de acerería eléctrica que comprende las siguientes etapas: (a) transferencia de la mencionada escoria a un recipiente metalúrgico; (b) desespumado de la mencionada escoria en este recipiente metalúrgico por adición de un agente desespumante; (c) seguidamente calentamiento de la mencionada escoria para hacerla fluida; y (d) enfriamiento forzado de la mencionada escoria.
Description
Procedimiento de tratamiento de escorias de
acererías eléctricas.
La presente invención se refiere a un
procedimiento de tratamiento de escorias de acererías
eléctricas.
En los hornos eléctricos, se hace actualmente
espumar fuertemente la escoria, de manera que aumenten las
prestaciones del horno, proteger sus paredes, ralentizar el
desgaste de los electrodos y disminuir el ruido. Ahora bien,
contrariamente a las escorias líquidas de los altos hornos, estas
escorias de las acererías eléctricas no pueden ser valorizadas y
son simplemente vertidas en unos escoriales. Una de las razones
principales es que el acondicionado final de una escoria espumante,
por ejemplo bajo la forma de una granulación acuosa del mismo tipo
que se ha realizado sobre las escorias de los altos hornos, plantea
problemas de ejecución. En efecto, una escoria de horno eléctrico
forma una espuma voluminosa que fluye difícilmente y que es
imposible de enfriar de forma brusca. Además, la temperatura de una
escoria de horno eléctrico es muy cercana a la temperatura de
solidificación de la misma (cerca de 1600ºC), lo que hace la
escoria viscosa y limita de forma natural también las posibilidades
de un acondicionado racional de la escoria.
Otra razón que limita las posibilidades de
valorización de la escoria de horno eléctrico es que contiene cal
libre. No es posible por lo tanto emplear esta escoria como relleno
de tierra para la ingeniería civil, puesto que la cal libre
provocaría el hinchamiento posterior del material. Con el fin de
estabilizar la escoria antes de su uso, se puede revolver y regar
regularmente el escorial, es decir neutralizar la cal libre con
agua, pero esta práctica es costosa y no es fiable.
La patente US 4.179.279 describe un
procedimiento que debería permitir producir una escoria de horno
eléctrico estabilizada. Según este procedimiento se añade "red
mud", es decir un residuo del tratamiento de la bauxita con
sosa cáustica, en forma de pequeños ladrillos o pequeñas bolas
("pellets") en una escoria fundida producida en un horno
eléctrico. El estado físico en el cual la escoria fundida se
presenta no está precisado. Como la temperatura de fusión del
"red mud" es substancialmente inferior a la temperatura de la
escoria en fusión, parece que se puede añadir hasta un 20% de
"red mud" a la escoria fundida sin suministrar una fuente de
calor externa, y que se puede incluso añadir hasta un 50% de "red
mud" a la escoria fundida, si se proporciona a la escoria una
fuente de calor externa para fundir el "red
mud". Según la patente US 4.179.279, el "red mud" parece
actuar con el CaO libre y el 2CaO\cdotSiO_{2} de la escoria y
así estabilizar de esta manera la escoria. La patente US no precisa
como se acondiciona la mezcla fundida de la escoria y del "red
mud" con vistas a su valoración posterior. De todas formas, la
patente US confirma lo que se ha dicho más arriba con respecto al
enfriado rápido de la escoria de horno eléctrico.
Sería consecuentemente ventajoso disponer de un
procedimiento que permita ensanchar las posibilidades de
valorización de la escoria de horno eléctrico. De conformidad con
la invención, este objetivo es alcanzado mediante un procedimiento
según la reivindicación 1.
Un procedimiento de tratamiento de la escoria de
acerería eléctrica según la invención comprende las siguientes
etapas:
(a) transferencia de la escoria a un recipiente
metalúrgico;
(b) desespumado de la escoria en este recipiente
metalúrgico por adición de un agente desespumante;
(c) seguidamente calentado de la escoria para
hacerla fluida;
(d) enfriamiento forzado de la mencionada
escoria.
Según un aspecto importante de la presente
invención, se desespuma la escoria para disminuir su porosidad y
así aumentar su conductibilidad térmica. Seguidamente, se calienta
la escoria en el recipiente metalúrgico, para hacerla más fluida. Se
dispone así de una escoria de acerería eléctrica cuya forma física-
líquida, homogénea y fluida- se aproxima mucho a la de una escoria
de alto horno, y está bien adaptada para un enfriamiento forzado.
De ello se desprende que la escoria se deja manipular más fácilmente
antes y durante el enfriamiento forzado. La escoria no corre ya el
riesgo de solidificarse en el recipiente metalúrgico, incluso en el
caso de la aparición de perturbaciones durante la etapa d). Se
procederá ventajosamente a un enfriamiento adaptado al tipo de
valorización prevista para el producto sólido. Se puede por
ejemplo jugar con la granulometría de la escoria enfriándola de una
forma más o menos vigorosa, lo que permite el ampliar las
posibilidades de valorización.
Según un primer modo de realización, el agente
desespumante comprende principalmente FeO, por ejemplo calamina de
laminado. El FeO tiene el doble efecto de desespumar la escoria y
también de bajar la temperatura de fusión e la misma. En efecto la
escoria de horno eléctrico que se compone habitualmente de un 35 -
45% de CaO, un 15 - 20% de SiO_{2} y un 25 - 35% de óxidos de
hierro, se comporta esencialmente como una mezcla ternaria CaO-
SiO_{2} -FeO. Como se puede constatar en un diagrama de fase de
esta mezcla ternaria, el aumento de la proporción de FeO (a partir
de las proporciones indicadas) de una mezcla de este tipo provoca
una disminución de su temperatura de fusión.
Según un segundo modo de realización, el agente
desespumante comprende principalmente sílice, por ejemplo arena. De
la misma forma que el FeO, la sílice permite desespumar y bajar la
temperatura de fusión de la escoria. Se añade preferentemente
suficiente sílice para bajar la temperatura de fusión de la
mencionada escoria por debajo de 1300ºC. Una parte de la sílice
añadida va, por otra parte, a combinarse con la cal libre presente
todavía en la escoria y así estabilizarla. Una escoria estabilizada
de este tipo se revela particularmente ventajosa para unas
aplicaciones en la ingeniería civil.
Ventajosamente se inyecta en la etapa b) oxígeno
en la escoria realizando así un tratamiento termoquímico de
oxidación del hierro contenido en la escoria. El hierro sirve de
combustible en este tratamiento de oxidación provocando una
elevación de la temperatura de la escoria. Además, la formación de
FeO durante este tratamiento se traduce por una bajada adicional
del punto de fusión de la escoria.
En caso necesario, se puede suministrar un aporte
térmico complementario a la etapa (b). Para ello se puede en
particular añadir al baño de escoria un metal cuya oxidación sea
muy exotérmica (por ejemplo Si o Al). El aporte térmico
complementario puede también ser suministrado por la combustión de
un combustible fósil o por unos arcos eléctricos.
Según un modo de realización preferido del
procedimiento, se prevé una etapa (c')de ajuste de la composición
de la escoria entre las etapas (c) y (d). Esta etapa permite
modificar la composición de la escoria, en particular con vistas a
su uso futuro. Se puede en particular añadir fósforo si se desea
utilizar la escoria como abono.
Preferentemente, se prevé una etapa (c'') de
homogenización de la mencionada escoria entre las etapas (c) y (d).
Al final de esta etapa la escoria es líquida, fluida y bien
homogénea. Se presta entonces correctamente a un enfriamiento
forzado, del tipo granulación acuosa.
El recipiente metalúrgico será ventajosamente
calentado con anterioridad antes de la transferencia de la escoria
en la etapa (a). El calor a aportar durante la etapa de calentado
(c) será menor y esta etapa será entonces más corta.
Otras particularidades y características
aparecerán en la descripción detallada de un modo de realización
ventajoso que se presenta seguidamente, a título de ilustración,
refiriéndose a los dibujos anexos. Estos muestran:
Figs. 1 a 6: unos esquemas de principio que
ilustran diferentes etapas de un modo de realización preferido del
procedimiento según la invención.
El procedimiento según la invención se refiere a
un procedimiento de tratamiento de la escoria de acerería eléctrica
que comprende las siguientes etapas:
(a) transferencia de la escoria en un recipiente
metalúrgico;
(b) desespumado de la escoria en este recipiente
metalúrgico añadiendo un agente desespumante;
(c) seguidamente calentado de la escoria para
hacerla fluida;
(d) enfriamiento forzado de la escoria.
La descripción de las Figs. 1 a 6 permitirá
ilustrar y comprender correctamente el procedimiento.
La Fig. 1 ilustra las etapas a) y b). Un horno
eléctrico, señalado por la referencia 10, está provisto de tres
electrodos 12. De forma convencional se hace espumar la escoria 14
que recubre la superficie del baño de metal. La presencia de una
escoria 14 espumante entre los electrodos y el baño metálico
permite aumentar las prestaciones del horno 10, proteger sus
paredes, ralentizar el desgaste de los electrodos 12 y disminuir el
ruido. Al final de la fusión de la carga de chatarra se procede al
limpiado de la escoria 14. Se retira de la superficie del baño
metálico por una puerta lateral 16 practicada en la pared del horno
10 y se transfiere de conformidad con la etapa (a), a un recipiente
metalúrgico 18, como una tinta o un caldero. Al final de esta etapa
(a), que puede durar de 10 a 15 minutos, el recipiente metalúrgico
18 contiene por lo tanto una escoria 14 espumante y viscosa. Su
composición comprende generalmente de un 35 a un 45% de CaO, de un
15 a un 20% de SiO_{2}, de un 3 a un 6% de Al_{2}O_{3}, de un
2 a un 4% de MgO, de un 25 a un 35% de óxidos de hierro (FeO y
Fe_{2}O_{3}), de un 3 a un 6% de otros óxidos (MnO,
Cr_{2}O_{3}, P_{2}O_{5},..) de un 2 a un 4% de hierro
metal. Una escoria de este tipo se solidifica parcialmente por de
bajo de 1600ºC expulsando silicatos de cal (combinaciones de
CaO\cdotSiO_{2}). Una vez alcanzado el límite de saturación de
silicato de cal disuelto, subsiste cal libre en la escoria 14. Se
entenderá por lo tanto que la escoria 14 de horno eléctrico a la
salida del horno eléctrico 10, se presente en una forma física
(espumante y viscosa) que no se presta a la granulación. Además, su
composición no está estabilizada puesto que la cal libre (CaO)
corre el riesgo de reaccionar en cualquier momento con el agua y
provocar el hinchamiento de la escoria 14.
Según un aspecto importante del presente
procedimiento, en la etapa (b) se desespuma la escoria 14 en el
recipiente metalúrgico 18 añadiéndole un agente desespumante. En la
Fig. 1 se ve un conducto de carga 20 utilizado para añadir el agente
desespumante. Este último es ventajosamente arena, que comprende
principalmente sílice. Se apreciará que el efecto desespumante de
la arena permite obtener una escoria 14 esencialmente líquida. Se
apreciará también que la adición de arena permite bajar la
temperatura de fusión de la escoria 14. En efecto, la temperatura
de fusión de la escoria depende de su composición. Ahora bien, los
tres componentes principales de la escoria son la cal CaO, la sílice
SiO_{2} y los óxidos de hierro (FeO y Fe_{2}O_{3}). Así, la
escoria se comporta esencialmente como una mezcla ternaria
CaO-SiO_{2}-FeO. Añadiendo sílice,
se aumenta la proporción de SiO_{2} en la escoria 14. Como se
puede observar en un diagrama de fase de esta mezcla ternaria, el
aumento de la proporción de SiO_{2} se traduce por una
disminución de la temperatura de fusión de la escoria 14.
Preferentemente, se añade suficiente arena como para disminuir la
temperatura de fusión hasta los 1300ºC. Finalmente, la adición de
sílice en la escoria 14 permite también neutralizar la reactividad
de la misma. La cal libre se combina con la sílice para formar
silicatos de cal, estabilizando así la escoria 14.
En la etapa c), ilustrada con ayuda de la Fig.2,
se calienta la escoria 14 en el recipiente metalúrgico 18 para
hacerla más fluida. Se realiza este recalentamiento preferentemente
mediante un tratamiento termoquímico de oxidación del hierro
contenido en la escoria 14. Para ello, se coloca encima del
recipiente metalúrgico 18 una tapa 22 a través de la cual se
introduce una lanza de oxígeno 24 para inyectar oxígeno en la
escoria 14. Este tratamiento provoca la oxidación de al menos una
parte del hierro presente en forma oxidable en la escoria, es decir
el hierro metal (Fe) y unos óxidos FeO. El calor liberado por estas
reacciones exotérmicas permite normalmente por si solo hacer la
escoria 14 suficientemente líquida para su tratamiento posterior,
y permite retrasar la solidificación de la escoria 14. Se observará
además que la formación de FeO en la escoria 14 aumenta la parte del
FeO en la mezcla ternaria
CaO-SiO_{2}-FeO, lo que se traduce
por un descenso suplementario de la temperatura de fusión de la
escoria 14 y permite retrasar todavía más la solidificación de la
escoria 14. Ello induce en particular un intervalo de tiempo mayor
para las operaciones de tratamiento de la escoria 14.
Si el calor aportado por el tratamiento
termoquímico de oxidación no basta, se prevé ventajosamente un
aporte térmico complementario. Se puede entonces añadir al baño un
metal cuya oxidación es fuertemente exotérmica, por ejemplo Si o Al.
Se puede también proporcionar un aporte térmico suplementario
mediante una fuente de energía fósil (quemador de gas) o eléctrica
(arco).
La Fig.3 ilustra la etapa (c'), consecutiva a la
etapa c), durante la cual se procede a un ajuste de la composición
de la escoria 14. Preferentemente, se introduce mediante un
conducto de carga 26 una cantidad limitada (aproximadamente 1%) de
aditivos. Se trata aquí de adaptar la composición de la escoria 14
con vistas al tipo de valorización previsto. A título de ejemplo,
la adición de fósforo permite el empleo de la escoria solidificada
como abono.
En la siguiente etapa (c''), se procede a la
homogeneización de la mezcla. Se realiza ventajosamente la
homogeneización por agitación. Basta por ejemplo con hacer
bascular el caldero durante algunos minutos, como se ha indicado con
las flechas en la Fig.4.
En esta fase del procedimiento, la escoria
contenida en el recipiente metalúrgico se presta bien a un
enfriamiento forzado. En efecto el agente desespumante ha permitido
hacer la escoria esencialmente líquida. Además, el calentamiento a
hecho la escoria 14 más fluida. La elección de la sílice como
agente desespumante permite realizar varias acciones: un
desespumado, una bajada de la temperatura de fusión y una
estabilización.
De acuerdo con la etapa (d), se procede
seguidamente a un enfriamiento forzado de la escoria 14. Como se ve
en la Fig. 5, se realiza preferentemente una granulación acuosa de
la escoria 14. El recipiente metalúrgico 18 es inclinado y la
escoria 14 vertida en una cuba de granulación 28. La forma física
de la escoria 14, que es en lo sucesivo líquida y fluida, asegura
un buen intercambio térmico con el agua en el momento de la
granulación. Es por lo tanto posible enfriar de forma brusca y
eficaz la escoria, de ahí un buen rendimiento y una buena calidad
de granulación.
Se comprenderá que el enfriado forzado de la
escoria 14 debe estar adaptado al tipo de valorización previsto
para ella. Para modificar las características de la escoria
solidificada, se actuará sobre el tipo de enfriamiento forzado (cuba
de granulación acuosa con o sin chorro de agua, derramado sobre la
superficie enfriada con o sin riego, circulación forzada de aire o
de vapor de agua, etc.) y sobre la velocidad de enfriamiento.
Queda significar que el recipiente metalúrgico 18
es ventajosamente calentado con anterioridad antes de la etapa (a)
para reducir y limitar las pérdidas de calor de la escoria 14. Se
podrá por ejemplo trabajar con dos recipientes metalúrgicos 18 y
18'. El segundo recipiente metalúrgico es entonces calentado con
anterioridad, mediante un quemador de gas natural 30, como se ha
ilustrado en la Fig.6, mientras el otro es utilizado.
A título de ejemplo, el procedimiento descrito
más arriba es aplicado a una escoria limpiada de un horno eléctrico
que cuela 80 t de acero. La cantidad de escoria limpiada es de 10
t. Su composición es la siguiente: un 40% de CaO, un 20% de
SiO_{2}, un 30% de (FeO y Fe_{2}O_{3}) y un 2,5% de hierro
metal.
La sucesión de las diferentes etapas del
procedimiento es tomada de nuevo en la siguiente tabla. Se indican
también unos valores y unos tiempos indicativos para cada etapa,
así como la figura interesada.
Se destacará que se utilizan preferentemente dos
recipientes metalúrgicos. El segundo recipiente metalúrgico 18' es
calentado con anterioridad (Fig.6) con ayuda de un quemador de gas
natural 20, de una potencia de 1 a 2 MW durante 30 a 45 min.
Claims (12)
1. Procedimiento de tratamiento de escoria de
acerería eléctrica que comprende las siguientes etapas:
(a) transferencia de la mencionada escoria a un
recipiente metalúrgico;
(b) desespumado de la mencionada escoria en este
recipiente metalúrgico por adición de un agente desespumante;
(c) seguidamente calentamiento de la mencionada
escoria para hacerla fluida; y
(d) enfriamiento forzado de la mencionada
escoria.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque el agente desespumante comprende
principalmente FeO.
3. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque el agente desespumante comprende
principalmente sílice (SiO_{2}).
4. Procedimiento según la reivindicación 3,
caracterizado porque se añade suficiente sílice para bajar
la temperatura de fusión de la mencionada escoria por debajo de los
1300ºC.
5. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque en la
etapa b) se inyecta oxígeno en la mencionada escoria para obtener
un tratamiento termoquímico de oxidación del hierro contenido en la
mencionada escoria.
6. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque se realiza
un aporte térmico complementario en la etapa (b) suministrado por
la oxidación de otro metal distinto del hierro.
7. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque se realiza
un aporte térmico complementario en la etapa (b) suministrado por
la combustión de un combustible fósil o por una fuente de energía
eléctrica.
8. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque se prevé
una etapa (c') de ajuste de la composición de la mencionada escoria
entre las etapas (c) y (d).
9. Procedimiento según la reivindicación 8,
caracterizado porque se añade fósforo a la mencionada
escoria.
10. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque se prevé
una etapa (C'') de homogenización de la mencionada escoria entre
las etapas (c) y (d).
11. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el
mencionado enfriado forzado es una granulación acuosa.
12. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el
mencionado recipiente metalúrgico es precalentado antes de la
transferencia de la mencionada escoria en la etapa (a).
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