ES2215632T3 - Procedimiento para el tratamiento de escorias de acero. - Google Patents

Abstract

Procedimiento para el tratamiento de escorias de acero y, en su caso, de portadores de hierro, tales como por ejemplo, escorias de estufas eléctricas y de convertidores, polvos de la producción de acero, escorias de laminación o residuos metalúrgicos secundarios, caracterizado porque las escorias de acero líquidas o los portadores de hierro se mezclan con menas de cromo o polvos que contienen cromo y/o níquel para ajustar la basicidad de las escorias a un valor comprendido entre 1, 2 y 1, 6, en el que la temperatura del baño se mantiene por encima de 1600ºC, en particular entre 1.650C y 1.800C, y se proporciona o se forma un baño de hierro carbonado, y porque la escoria y la aleación de ferrocromo formada se sangran por separado.

Description

Procedimiento para el tratamiento de escorias de acero.

La invención se refiere a un procedimiento para el tratamiento de escorias de acero y, en su caso, de portadores de hierro, tales como por ejemplo, escorias de estufas eléctricas y de convertidores, polvos de la producción de acero, escorias de laminación o residuos metalúrgicos secundarios.

Un procedimiento del tipo mencionado al principio se ha descrito por ejemplo en el documento WO 99/14381. En dicho procedimiento conocido, se reducen escorias de acero junto con portadores de hierro y, en particular, junto con mineral fino, por encima de un baño de hierro, para formar escorias compatibles con el medio ambiente. A tal fin, también se adicionó, entre otros, SiO_{2} para ajustar la basicidad a un valor ventajoso de la escoria, o Al_{2}O_{3}, aunque la adición de portadores de hierro, tales como por ejemplo, minerales finos, servía principalmente para utilizar de forma razonable materias primas difíciles de tratar y de reducir mediante los procedimientos convencionales, con el fin de mejorar así la rentabilidad del procedimiento. Debido a la conductividad térmica relativamente baja de las escorias, y a la capacidad térmica de 1,5 a 2 veces más alta que la del hierro, la transmisión de calor o el grado de postcombustión que se puede alcanzar es de importancia esencial para la rentabilidad de un procedimiento de estas características. En cualquier caso, para un tratamiento de escorias de acero de este tipo, con el fin de obtener escorias compatibles con el medio ambiente, deberá contarse con un gasto energético relativamente alto.

Por consiguiente, la invención tiene por objetivo mejorar un procedimiento del tipo mencionado al principio de tal manera que simultáneamente con el tratamiento de escorias se obtengan materias primas de valor que garanticen la rentabilidad del procedimiento a pesar del elevado gasto energético. Para alcanzar dicho objetivo, el procedimiento según la invención consiste principalmente en mezclar las escorias de acero líquidas o los portadores de hierro con menas de cromo o con polvos que contienen cromo y/o níquel para ajustar la basicidad de las escorias a un valor comprendido entre 1,2 y 1,6, manteniéndose la temperatura del baño por encima de 1600ºC, en particular entre 1.650ºC y 1.800ºC, y en que se introduce o forma un baño de hierro que contiene carbono, y en que la escoria y la aleación de ferrocromo formada se sangran por separado. Es cierto que el hecho de que se utilicen menas de cromo o polvos que contienen cromo y/o níquel implica en principio el riesgo de un contenido demasiado alto en óxido de cromo en la escoria que podría poner seriamente en duda la compatibilidad medioambiental de las escorias así tratadas. Sin embargo, debido a que se trabaja a temperaturas del baño superiores a 1.600ºC, se consiguen sorprendentemente contenidos finales de cromo en las escorias muy inferiores a 500 ppm y simultáneamente se consigue transferir cromo a partir de las menas de cromo de este tipo casi cuantitativamente al baño de hierro utilizado para la reducción. La actividad del cromo en el baño de hierro se reduce decisivamente mediante la formación de carburo de cromo, para lo cual debe introducirse o formarse un baño de hierro con el contenido adecuado en carbono. El contenido en carbono del baño de hierro debe mantenerse generalmente por encima de un 3% en peso de C para garantizar la formación de carburo de cromo deseada y para asegurar que no tiene lugar escorificación regresiva ninguna del óxido de cromo reducido. Las concentraciones finales de cromo en un baño de hierro carbonado introducido de esta manera pueden alcanzar hasta un 60% en peso de cromo, con lo cual se obtiene un metal solidificado de alta calidad en forma de los denominados carburos de ferrocromo, en los cuales la proporción de carbono puede alcanzar hasta un 9% en peso. A pesar del elevado nivel de temperatura requerido, la rentabilidad de un procedimiento de este tipo queda garantizada gracias a la alta calidad del metal solidificado, ya que la aleación madre así formada, que puede utilizarse en una acería para acero fino, cubre todos los costes energéticos y los gastos de producción de las escorias convertidas en material más compatible con el medio ambiente.

Resulta esencial para el procedimiento según la invención el alto nivel de temperatura superior a 1.600ºC, que sólo puede garantizarse mediante una postcombustión adecuada. Además, debe garantizarse una transferencia de masa correspondientemente rápida. Estas condiciones pueden cumplirse de forma ventajosa, insuflando las menas de cromo o polvos que contienen cromo y/o níquel en el baño a través de una lanza de viento caliente con un tamaño de partícula inferior a 4 mm, preferentemente entre 0,5 y 2 mm. Al insuflar las menas de cromo de dicha granulometría junto con un chorro a una velocidad adecuada, pueden formarse fuertes turbulencias que someten el baño a agitaciones intensas. La gran superficie relativa, provocada por la granulometría, y las altas fuerzas cortantes producidas entre las distintas fases y en particular entre la fase gaseosa, las menas de cromo, la escoria fundida y el metal fundido, provocan altas tasas de intercambio de energía y de transferencia de masa. El nivel de temperatura requerido puede garantizarse de forma sencilla utilizando viento caliente a temperaturas comprendidas entre 1.200ºC y 1.600ºC.

Para asegurar la postcombustión adecuada, se ha enriquecido, de forma ventajosa, el viento caliente con oxígeno hasta un contenido en oxígeno de un 25 a un 40% en peso, pudiéndose producir una rigidez prematura de la escoria, debido a la progresión del proceso de reducción, mezclando las escorias de acero con la mena de cromo en un recipiente mezclador propio. En un recipiente mezclador de este tipo, pueden ajustarse la basicidad y la temperatura de mezcla de escorias al valor adecuado, pudiéndose sangrar la mezcla de escorias, por ejemplo, a una temperatura de 1750ºC y trasladarse a continuación al dispositivo de reducción. A temperaturas de entrada de escorias tan elevadas en el convertidor de reducción, puede prescindirse incluso del enriquecimiento en oxígeno del chorro de aire caliente.

Ventajosamente, se procede aquí de tal manera que la escoria líquida de acero y las menas de cromo se mezclan ventajosamente en un caldero de escoria y se calientan eléctricamente utilizando, en particular, electrodos de grafito a temperaturas superiores a 1.700ºC, preferentemente superiores a 1.750ºC, y se introducen en el baño de hierro, con lo cual se carbura el baño de hierro y se insufla aire caliente. Para disminuir la velocidad de reducción inicial, es deseable que el baño de hierro se presente poco carburado o afinado mediante aire caliente, garantizando al mismo tiempo una elevada temperatura del baño. Partiendo, por ejemplo, de contenidos en carbono de un 0,8 a un 11,5% en peso de C en el baño de hierro, el contenido en carbono necesario para la separación cuantitativa de cromo se ajustará sólo más tarde a consecuencia de la carburación del baño.

Para obtener una compatibilidad medioambiental particularmente alta de la escoria tratada, se ajusta la basicidad ventajosamente a un valor comprendido entre 1,4 y 1,55.

Un mezclado del baño eficaz a este respecto, se consigue de manera particularmente sencilla dirigiendo al baño el viento caliente con la mena de cromo o el polvo que contiene cromo y/o níquel, a una velocidad del chorro superior a 500 m/s, preferentemente a 700 m/s.

Para el procedimiento según la invención se utilizan preferentemente escorias de acero fino, aunque también pueden usarse escorias de LD, OBM, de estufas eléctricas y residuos metalúrgicos secundarios. Las menas de cromo pueden sustituirse, por lo menos en parte, por polvos con alta carga de cromo y polvo con carga de níquel, aunque en cualquier caso es necesario reducir el contenido en fósforo introducido.

En conjunto, el procedimiento según la invención, que permite conseguir un contenido de carbono en el baño de hasta un 9% en peso, presenta la ventaja de que impide casi completamente la escorificación regresiva del cromo en la escoria, observándose, a una temperatura de 1650ºC, contenidos de óxido de cromo residual en la escoria inferiores a 360 ppm.

A continuación, la invención se ilustrará con mayor detalle, haciendo referencia a una forma de realización ejemplificativa. Se mezclaron escorias de acero con la composición siguiente

Escorias de acero
Componente	Porcentaje (%)
CaO	52
SiO_{2}	31
Al_{2}O_{3}	3
FeO	4,5
Cr_{2}O_{3}	9
CaO/SiO_{2} = 1,67

con menas de cromo con la composición siguiente,

Mena de cromo (Transwaal)
Componente	Porcentaje (%)
Cr_{2}O_{3}	44,4
FeO	25,05
SiO_{2}	8,2
MgO	5,3
Al_{2}O_{3}	16,62

hasta alcanzar una basicidad deseada de aproximadamente 1,5. Generalmente, las menas de cromo son ácidas, con lo cual la adición de menas de cromo permite ajustar la basicidad al valor adecuado.

La mena de cromo se insufló en la masa fundida a través de una lanza de gas caliente, determinándose el paso determinante de la velocidad mediante el grado de avance del mineral. La reducción propiamente dicha se realizó en pocos segundos, dependiendo solamente de la cinética de disolución y, por consiguiente, de la granulometría de las menas de cromo. Se utilizó mena de cromo con una granulometría de 0,5 a 2 mm y, para obtener la basicidad deseada de aproximadamente 1,5 (CaO/SiO_{2}), se impactó 1 parte en peso de escoria de acero con 0,442 partes en peso de mena de cromo. La mezcla de escorias obtenida estaba constituida por un 69,35% en peso de escorias de acero y un 30,65% en peso de mena de cromo, con la composición siguiente

Mezcla de escorias
Componente	Porcentaje (%)
CaO	36
SiO_{2}	24
Al_{2}O_{3}	7,2
FeO	10,8
Cr_{2}O_{3}	19,85
MgO	1,63
CaO/SiO_{2} = 1,5

Esta mezcla de escorias se introdujo consecutivamente en un baño de hierro carbonado y se redujo, obteniendo como resultado una escoria con la composición siguiente

Componente	Porcentaje (%)
CaO	52,3
SiO_{2}	34,8
Al_{2}O_{3}	10,5
MgO	2,4

A partir de 1 t de la mezcla de escorias se obtuvieron 0,688 t de una escoria deseada de este tipo. Al mismo tiempo, se formó un metal solidificado de gran calidad con la composición siguiente

Fe	35%
Cr	55%
C	8%

A continuación, un carburo de ferrocromo de este tipo podía utilizarse directamente como aleación madre en la acería para acero fino.

Para mantener la temperatura de tratamiento necesaria de la escoria, superior a 1600ºC, resultaba ventajoso adicionar polvo de carbón y carbón al chorro de viento caliente. El balance energético puede mejorarse en sentido económico, mediante carbón térmico barato o la adición de aceite pesado o gas natural.

Claims (8)

1. Procedimiento para el tratamiento de escorias de acero y, en su caso, de portadores de hierro, tales como por ejemplo, escorias de estufas eléctricas y de convertidores, polvos de la producción de acero, escorias de laminación o residuos metalúrgicos secundarios, caracterizado porque las escorias de acero líquidas o los portadores de hierro se mezclan con menas de cromo o polvos que contienen cromo y/o níquel para ajustar la basicidad de las escorias a un valor comprendido entre 1,2 y 1,6, en el que la temperatura del baño se mantiene por encima de 1600ºC, en particular entre 1.650ºC y 1.800ºC, y se proporciona o se forma un baño de hierro carbonado, y porque la escoria y la aleación de ferrocromo formada se sangran por separado.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque las menas de cromo o polvos que contienen cromo y/o níquel se insuflan en el baño a través de una lanza de viento caliente con tamaños de partícula inferiores a 4 mm, preferentemente de 0,5 a 2 mm.

3. Procedimiento según la reivindicación 2, caracterizado porque se utiliza viento caliente a temperaturas entre 1.200ºC y 1.600ºC.

4. Procedimiento según la reivindicación 1, 2 ó 3, caracterizado porque el viento caliente se enriquece con oxígeno hasta alcanzar un contenido en oxígeno de un 25 a un 40% en peso.

5. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque la basicidad se ajusta a un valor comprendido entre 1,4 y 1,55.

6. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque el viento caliente, junto con las menas de cromo o polvos que contienen cromo y/o níquel, se dirige hacia el baño a una velocidad de chorro superior a 500 m/s, en particular 700 m/s.

7. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque el contenido en carbono del baño de hierro se mantiene por encima de un 3% en peso de C.

8. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque la escoria de acero líquida y las menas de cromo se mezclan en un caldero de escoria y se calientan eléctricamente, utilizando en particular electrodos de grafito, y se introducen en el baño de hierro a temperaturas superiores a 1.700ºC, preferentemente superiores a 1.750ºC, con lo cual se carbura el baño de hierro y se insufla viento caliente.