ES2222971T3 - Composicion para reducir la formacion de oxidos de hierro en la escoria de acero en fusion y procedimiento para obtener una escoria con bajo contenido de oxidos de hierro. - Google Patents
Composicion para reducir la formacion de oxidos de hierro en la escoria de acero en fusion y procedimiento para obtener una escoria con bajo contenido de oxidos de hierro.Info
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Abstract
Composición que comprende sustancialmente del 50 al 60% en peso de C, del 7 al 10% en peso de Al, del 15 al 20% en peso de Al2O3, del 7 al 10% en peso de CaO y del 2 al 5% en peso de MgO.
Description
Composición para reducir la formación de óxidos
de hierro en la escoria de acero en fusión y procedimiento para
obtener una escoria con bajo contenido de óxidos de hierro.
La presente invención se refiere a una
composición apta para dificultar y reducir la formación de óxidos
de hierro en la escoria de fundición de acero, así como a un
procedimiento para obtener una escoria que presente un nivel bajo
de óxidos de hierro.
Más particularmente, la invención se refiere a
una composición capaz de dificultar y reducir la formación de
óxidos de hierro en la escoria que se forma en la producción de
acero a partir de chatarra de hierro en un horno eléctrico, y a un
proceso de fundición que conlleva el uso de tal composición.
Los hornos de arco eléctrico, tales como, por
ejemplo, los del tipo de colada de fondo excéntrico (EBT) se
utilizan ampliamente en la actualidad para la fabricación de acero
a partir de chatarra de hierro. Estos hornos disponen en el fondo
de un orificio de colada para verter el acero fundido a una cuchara
de colada, o bien disponen de un orificio de colada en el lateral.
Estos hornos emplean la energía liberada por conducción, convección
y radiación a partir de un arco eléctrico, que se forma entre
electrodos de grafito (introducidos desde la cubierta del horno) y
el material cargado en el interior del horno.
Generalmente, estos hornos disponen de una
estructura bien conocida de crisol cilíndrica con un eje vertical
(horno vertical) y una solera cóncava realizada con placas
laminadas.
El fondo se encuentra revestido por bloques
refractarios de unos 30 cm y por un material de crisol refractario
y conductor de unos 60 cm. Las paredes laterales están recubiertas
con material refractario de unos 70 cm, de las cuales una parte de
aproximadamente 30 cm constituye la zona de viraje de la escoria, y
la otra parte de aproximadamente 30 cm está representada por el
borde de seguridad.
La cubierta del horno está realizada en un
material metálico y se enfría con agua.
La carga del horno consiste generalmente en
aproximadamente el 90% en peso de chatarra de hierro y
aproximadamente el 10% en peso de arrabio y/o carbón. A continuación
se añaden aditivos tales como cal y piedra caliza, durante el
proceso de fundición para formar una escoria, y al mismo tiempo se
introduce un polvo fino de carbón con el fin de proteger de la
radiación el recubrimiento de las paredes laterales y la
cubierta.
Antes de ser cargados en el horno, la chatarra de
hierro y el arrabio se clasifican en base a los parámetros usuales,
tales como tamaño y composición química.
A continuación, se introduce la carga en el horno
desde la parte superior, utilizando recipientes adecuados, que
preferentemente se calientan con quemadores de fuel para facilitar
la operación de fundición.
La capacidad de producción del horno es
generalmente de 60 a 120 toneladas.
Cuando ha finalizado el proceso de carga, el
horno se cierra bajando su cubierta. Esta última está provista
generalmente de tres electrodos, que se encuentran dispuestos en
los vértices de un triángulo equilátero, para equilibrar de modo
correcto el circuito de tres fases de potencia.
Durante el proceso de fundición, se inyecta una
corriente de oxigeno al baño de metal en fusión a través de unas
boquillas refractarias situadas en el fondo o bien en el lateral
del horno. Normalmente, la cantidad de oxígeno que se introduce
está comprendida entre alrededor de 35 y 42 Nm^{3}por tonelada de
material de carga. Ello corresponde a un nivel de flujo de
4200-5040 Nm^{3} a la hora para fundir 100
toneladas de chatarra de hierro, siendo el tiempo total de 50
minutos.
La función principal del oxígeno consiste en
retirar mediante oxidación los elementos químicos no deseados que
están presentes en la chatarra de hierro y en el arrabio. Estos
elementos son, por ejemplo, silicio, aluminio, vanadio, titanio,
circonio, plomo, zinc, magnesio, calcio y carbón sobrante.
Sin embargo, esta fase implica asimismo la
oxidación no deseada de una cierta cantidad de hierro.
Los óxidos resultantes pasan desde el baño de
metal en fusión a la superficie, sobre la que forman una capa
flotante denominada escoria.
Otros elementos químicos no deseables, tales como
por ejemplo azufre, oxígeno y algunos otros únicamente se retiran
de modo parcial durante esta fase. Su extracción se completa
posteriormente, durante el tratamiento al que se encuentra sometido
el acero en las etapas subsecuentes denominadas "fuera del
horno", tales como, por ejemplo: primero en la cuchara de colada
y luego en el horno de cuchara.
Este proceso de fundición en un horno eléctrico
implica también la necesidad de añadir una cierta cantidad de
carbón. Ventajosamente, la primera carga de carbón es introducida
con la chatarra de hierro al inicio del proceso, típicamente en una
cantidad comprendida entre aproximadamente 10 y 12 kg por tonelada
de chatarra de hierro. La segunda carga se añade unos pocos minutos
antes de finalizar la operación de fundición; normalmente estas
cantidades de carga están comprendidas entre aproximadamente 2 y 5
kg por tonelada de chatarra de hierro.
Al final del proceso de fundición, el acero
líquido presenta aproximadamente la siguiente composición química
por peso: 0,1% de C; 0,2% de Mn, sin Si; 0,015% de P; 0,030% de S,
sin Al; y rastros de Cu, Sn, Bi, As y Sb, siendo el resto de
Fe.
El nivel de Cu, Sn, Bi, As y Sb puede regularse
únicamente mediante la elección de los materiales de carga
introducidos en el horno.
Cuando el acero fundido ha alcanzado la
composición química requerida, se cuela en la cuchara de
colada.
En general, el horno no se descarga
completamente, y la escoria flotante de acero líquido de la parte
superior se recoge de modo separado. Cuando se ha colado el acero
en la cuchara de colada, una pequeña cantidad de acero (el
"fondo" del baño) se guarda en el horno a fin de facilitar la
puesta en marcha de la fundición para la carga siguiente.
La escoria que se extrae se descarga entonces al
interior de un recipiente adecuado, en el que se enfría, se tritura,
se reduce a piezas pequeñas, y finalmente se vierte en una pila de
escoria, puesto que no se puede volver a utilizar.
Por lo tanto, esta escoria representa una pérdida
económica, debido en parte a la pérdida de hierro y de energía que
supone, y en parte debido a los costes de transporte y de vertido
de residuos adecuado.
Dependiendo del tipo de la chatarra de hierro, de
las características del horno, y de las condiciones operativas, la
cantidad de escoria formada en el proceso de fundición está
comprendida típicamente entre 10 y 14% de la masa fundida y la
composición de escoria (en peso) está comprendida entre los límites
siguientes: SiO_{2} = 8-15%; Al_{2}O_{3}=
3-7%; Fe_{2}O_{3} = 36-55%; MnO
= 4-8%; Cr_{2}O_{3} = 1-4%; CaO
= 19-25%; MgO =2-6% más las
cantidades menores de otros compuestos.
Por esta razón, resulta que en la producción de
una carga de aproximadamente 100 toneladas de acero, se forman
aproximadamente 3,5-7,7 toneladas de
Fe_{2}O_{3} - que corresponde a aproximadamente
2,5-5,5 toneladas de hierro. Ello representa una
pérdida de alrededor del 2,5-5,5% del hierro que se
ha cargado en el horno, con un aumento consiguiente en el coste.
Se conoce que la adición de aluminio metálico en
forma de gránulos contrarresta la formación de óxidos de hierro y
podría mejorar los resultados del proceso de fundición.
Sin embargo, este material resulta bastante caro
y podría necesitarse en una cantidad relativamente importante. En
efecto, en base a su potencial redox (E_{0} = -1,706), la
cantidad estequiométrica de aluminio metálico en forma de gránulos
que se necesita para compensar la pérdida (es decir la oxidación) de
1 tonelada de hierro es de aproximadamente 322 kg. En otras
palabras, se necesitarían 644 kg de aluminio metálico granular para
reducir esta pérdida de aproximadamente el 4% a aproximadamente el
2%. Sin embargo, en la práctica el rendimiento de esta reacción de
redox nunca alcanza el valor teórico, y la cantidad que se necesita
de aluminio metálico en gránulos resulta más cara que el hierro que
se recupera. Puesto que este proceso no es económico, no se ha
puesto en práctica.
Si bien el óxido de hierro que está presente en
mayor proporción en la escoria se trata de óxido férrico
(Fe_{2}O_{3}), el término "óxidos de hierro" que se emplea
en esta Descripción y en las Reivindicaciones no se limita a este
compuesto, sino que también incluye todos los otros óxidos de
hierro, tales como por ejemplo Fe_{3}O_{4}, FeO y
Fe_{0,97}O.
El documento
EP-A-1 028 166 a nombre del
solicitante da a conocer y reivindica una composición y un
procedimiento para dificultar y reducir la formación de óxidos de
hierro en la escoria de fundición de acero.
Dicha composición conocida comprende de 35 a 50%
en peso de C, de 10 a 20% en peso de Al, de 25 a 40% en peso de
Al_{2}O_{3}, de 0 a 3% en peso de CaO y de 0 a 3% en peso de
MgO, siempre que, sin embargo, la cantidad combinada de CaO y MgO
esté comprendida entre 1 y 6%.
El solicitante ha descubierto de manera
sorprendente que las prestaciones que se obtienen a partir de la
composición descrita en el documento
EP-A-1 028 166 pueden mejorarse sin
renunciar a la ventaja económica de utilizar un subproducto de
otros procesos metalúrgicos tales como, por ejemplo, la escoria
formada en la producción de aluminio primario (en la que el metal se
obtiene a partir de su mineral), en la producción de aluminio
secundario (en la que el metal se obtiene a partir de chatarra de
aluminio), y en la producción de silicio.
Por consiguiente, un primer objetivo de esta
invención consiste en proporcionar una composición que comprende:
de 50 a 60% en peso de C, de 7 a 10% en peso de Al, de 15 a 20% en
peso de Al_{2}O_{3}, de 7 a 10% en peso de CaO y de 2 a 5% en
peso de MgO.
Preferentemente, esta composición contiene del 2
al 7% en peso e incluso más preferentemente del 4 a 6% en peso de
SiO_{2}
Preferentemente, la cantidad de C en dicha
composición oscila desde el 54 al 57%; la cantidad de aluminio
oscila desde el 8 al 9%; la cantidad de óxido de aluminio oscila
desde el 16 al 19%; la cantidad de óxido de calcio y de óxido de
magnesio oscila entre 9 y 12%.
En una primera forma de realización preferida, la
composición de esta invención es un polvo que presenta un tamaño de
partículas medio que oscila entre 0,1 a 5 mm, e incluso más
preferentemente, de 0,1 a 1,5 mm.
En una segunda forma de realización preferida, la
composición de la invención es una mezcla de masas aglomeradas que
presenta preferentemente un tamaño comprendido entre 20 y 120
mm.
La composición de esta invención se prepara
preferentemente triturando finamente los componentes, añadiendo un
aglomerante y granulando la pasta resultante para obtener gránulos
que presenten un tamaño medio predeterminado. Preferentemente, el
aglomerante está diluido con agua.
Resultan especialmente adecuados aquéllos
aglomerantes basados en componentes de aluminio y de silicio, y
opcionalmente otros elementos adicionales) tales como por ejemplo:
montomorilonitas, conocidas también como bentonitas.
Asimismo, un segundo objetivo de la presente
invención consiste en proporcionar un procedimiento para la
preparación de una composición granular, que comprende las
siguientes etapas:
- 1)
- mezclar conjuntamente carbón, aluminio, óxido de aluminio, óxido de calcio y óxido de magnesio,
- 2)
- amasar esta mezcla,
- 3)
- secar,
- 4)
- granular la mezcla así obtenida, y
- 5)
- opcionalmente triturar la mezcla así obtenida,
caracterizado porque
100 partes en peso de dicha mezcla comprenden de
50 a 60% en peso de C, de 7 a 10% en peso de Al, de 15 a 20% en peso
de Al_{2}O_{3}, de 7 a 10% en peso de CaO y de 2 a 5% en peso
de MgO.
Como se ha mencionado anteriormente, la etapa de
amasado se lleva a cabo preferentemente en presencia de agua y, aún
más preferentemente, con un aglomerante adecuado. En el caso
específico en que se utiliza bentonita, la cantidad de aglomerante
añadido es del orden de 3 a 15% en peso, calculado sobre la masa a
granular, y también se añade de 6 a 15% en peso de agua, siendo esta
cantidad calculada asimismo según la masa a granular.
El proceso de secado se lleva a cabo
preferentemente entre 50 y 200º C.
De modo alternativo, la composición según esta
invención se prepara mezclando simplemente los componentes entre
sí, sin llevar a cabo las etapas de amasado, secado y
granulado.
De acuerdo con un tercer objetivo, la presente
invención proporciona un procedimiento para dificultar y reducir la
formación de óxidos de hierro en la escoria durante la producción
de acero en un horno eléctrico, en el que:
- a)
- la chatarra de hierro se funde en presencia de aditivos convencionales, y
- b)
- se inyecta una corriente de oxigeno al baño de metal en fusión, caracterizado porque
- c)
- se introducen entre 3 y 12 kg de una composición por tonelada de acero fundido durante un período de por lo menos 10 minutos en el transcurso de la última fase de la operación de fundición, antes de que el acero se cuele a la cuchara de colada; en la que dicha composición comprende, por 100 partes de peso, de 50 a 60% en peso de C, de 7 a 10% en peso de Al, de 15 a 20% en peso de Al_{2}O_{3}, de 7 a 10% en peso de CaO y de 2 a 5% en peso de MgO.
Preferentemente, la cantidad de la composición
introducida en el baño de metal está comprendida entre 4 y 8 kg por
tonelada de acero fundido.
Ventajosamente, cuando la composición de la
invención está en forma de polvo, se introduce en el horno
soplándola con una lanza en la parte superior o la inferior de la
escoria utilizando aire seco como vehículo de transporte.
De modo alternativo, cuando la composición de la
invención está en forma de polvo, puede introducirse también
directamente al baño de metal en fundición inyectándola con una
lanza supersónica, situada al lado del horno, inyectándola través
de los conductos situados bajo el horno o al lado del horno, o de
cualquier otra forma que resulte adecuada, como por ejemplo
añadiéndola en bolsas durante la operación de carga del horno.
Por su parte, cuando la composición de la
presente invención está en forma de masas aglomeradas, se introduce
en el horno a través de la tapa o de la puerta del mismo.
Los siguientes ejemplos pretenden ilustrar la
presente invención, aunque sin limitarla en modo alguno.
| Preparación de la composición según la presente invención | ||
| Ingredientes | kg | % |
| Al | 60 | 8,57 |
| Al_{2}O_{3} | 130 | 18,57 |
| CaO | 60 | 8,57 |
| MgO | 20 | 2,86 |
| C | 390 | 55,71 |
| SiO_{2} | 40 | 5,71 |
Las cantidades anteriores de C, Al,
Al_{2}O_{3}, CaO, MgO y SiO_{2} fueron cuidadosamente
mezcladas y trituradas con 40 kg de bentonita y 53 litros de agua,
aglomeradas, secadas a 155ºC en un horno de aire caliente, tamizadas
y molidas para obtener partículas finas de un tamaño de 0,1 a 2,5
mm.
95,5 toneladas de chatarra de hierro, 6 toneladas
de arrabio y 300 kg de carbón en piezas se introdujeron desde la
parte superior al horno de arco eléctrico con fondo de colada
excéntrico (EBT), que dispone de una capacidad de 100 toneladas.
Estos materiales de carga se introdujeron con la ayuda de
recipientes precalentados.
A continuación, se cerró el horno bajando la
cubierta, y se calentó la carga a aproximadamente 1650ºC.
Una corriente de oxígeno de 32 Nm^{3}por
tonelada de carga se inyectó en el baño de metal en fundición
durante la operación de fundición desde el lateral del horno,
utilizando una lanza supersónica.
En una muestra tomada de la escoria unos 18
minutos antes del vaciado del acero fundido se constató la
siguiente composición porcentual en peso: 13,38% de SiO_{2};
3,73% de Al_{2}O_{3}; 46,22% de Fe_{2}O_{3}; 6,22% de MnO;
2,63% de Cr_{2}O_{3}; 20,82% de CaO; 4,35% de MgO; componentes
menores, 2,66%. La cantidad total de escoria formada fue estimada
en aproximadamente 12 toneladas.
Se introdujeron 700 kg de la composición
preparada según el Ejemplo 1 encima y debajo de la capa de escoria
con la ayuda de aire, que se sopló mediante una lanza de aire a
presión seco. Esta operación se inició inmediatamente después de
haber tomado la muestra y duró 16 minutos.
Este resultado fue de 12,2 toneladas de una
escoria que contenía un 28,75% en peso de Fe_{2}O_{3},
calculado sobre el peso total de la escoria.
Ejemplo comparativo
1
El procedimiento del Ejemplo 2 se repitió, pero
utilizando la composición A del ejemplo 1 del documento
EP-A-1 028 166, que presenta el siguiente porcentaje en peso: Al = 12,86%; Al_{2}O_{3} = 30,00%; CaO = 2,86%; MgO = 2,14%; C = 45,99%; SiO_{2} = 7,14%.
EP-A-1 028 166, que presenta el siguiente porcentaje en peso: Al = 12,86%; Al_{2}O_{3} = 30,00%; CaO = 2,86%; MgO = 2,14%; C = 45,99%; SiO_{2} = 7,14%.
La escoria final contenía 33,83% en peso de
Fe_{2}O_{3}, calculada sobre su peso total.
Por consiguiente, la reducción de acero en la
escoria que se obtiene con la composición de la presente invención
es superior en un 10% con respecto a la importante reducción que se
obtiene con la composición prevista en el documento
EP-A-1 028 166.
Claims (18)
1. Composición que comprende sustancialmente del
50 al 60% en peso de C, del 7 al 10% en peso de Al, del 15 al 20% en
peso de Al_{2}O_{3}, del 7 al 10% en peso de CaO y del 2 al 5%
en peso de MgO.
2. Composición según la reivindicación 1,
caracterizada porque contiene además entre el 2% y el 7% en
peso de SiO_{2}.
3. Composición según la reivindicación 2,
caracterizada porque contiene entre el 4% y el 6% en peso de
SiO_{2}.
4. Composición según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque la cantidad de C
oscila entre el 54% y el 57% en peso.
5. Composición según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque la cantidad de
aluminio oscila entre el 8% y el 9%.
6. Composición según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque la cantidad de
óxido de aluminio oscila entre el 16% y el 19%.
7. Composición según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque la cantidad
combinada de óxido de calcio y/o óxido de magnesio oscila entre el
9% y el 12%.
8. Composición según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 7, caracterizada porque dicha
composición es un polvo que presenta un tamaño medio de partículas
de 0,1 a 5 mm.
9. Composición según la reivindicación 8,
caracterizada porque dicha composición es un polvo que
presenta un tamaño medio de partículas de 0,1 a 1,5 mm.
10. Composición según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 7, caracterizada porque la composición
es una mezcla de masas aglomeradas que presenta un tamaño
comprendido entre 20 y 120 mm.
11. Procedimiento para la preparación de una
composición granular, que comprende las siguientes etapas:
- 1)
- mezclar conjuntamente carbón, aluminio, óxido de aluminio, óxido de calcio y óxido de magnesio,
- 2)
- amasar esta mezcla,
- 3)
- secar,
- 4)
- granular la mezcla así obtenida, y
- 5)
- opcionalmente triturar la mezcla así obtenida,
caracterizado porque
100 partes en peso de dicha mezcla comprenden del
50 al 60% en peso de C, del 7 al 10% en peso de Al, del 15 al 20%
en peso de Al_{2}O_{3}, del 7 al 10% en peso de CaO y del 2 al
5% en peso de MgO.
12. Procedimiento según la reivindicación 11,
caracterizado porque la etapa 2 se realiza en presencia de
agua.
13. Procedimiento según la reivindicación 11 ó
12, caracterizado porque la etapa 2 se realiza en presencia
de un aglomerante.
14. Procedimiento según la reivindicación 13,
caracterizado porque dicho aglomerante consiste en
bentonita.
15. Procedimiento según las reivindicaciones 12 a
14, caracterizado porque la cantidad de bentonita oscila
entre el 3 y el 15% en peso, y la cantidad de agua oscila entre el
6 y el 15% en peso calculadas sobre la masa a granular.
16. Procedimiento según las reivindicaciones 12 a
15, caracterizado porque la etapa 3 se lleva a cabo a una
temperatura que oscila entre 50 y 200ºC.
17. Procedimiento para evitar y reducir la
formación de óxidos de hierro en la escoria durante la producción de
acero en un horno eléctrico, en el que:
- a)
- se funde chatarra de hierro en presencia de aditivos convencionales, y
- b)
- una corriente de oxígeno pasa a través del baño fundido,
caracterizado porque
- c)
- se introducen entre 3 y 12 kg de una composición por tonelada de acero fundido durante un período de por lo menos 10 minutos en el transcurso de la última fase de la operación de fundición, antes de que el acero se cuele a la cuchara de colada; en la que dicha composición comprende, por 100 partes de peso, del 50% al 60% en peso de C, del 7% al 10% en peso de Al, del 15% al 20% en peso de Al_{2}O_{3}, del 7% al 10% en peso de CaO y del 2% al 5% en peso de MgO.
18. Procedimiento según la reivindicación 17,
caracterizado porque la cantidad de dicha composición
introducida durante la etapa c) está comprendida entre 4 y 8 kg por
tonelada de acero fundido.
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP20010830527 EP1281776B1 (en) | 2001-08-03 | 2001-08-03 | Composition for hindering the formation of iron oxides in steel-melting slag and process for obtaining a slag with a low level of iron oxides |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2222971T3 true ES2222971T3 (es) | 2005-02-16 |
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ID=8184651
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES01830527T Expired - Lifetime ES2222971T3 (es) | 2001-08-03 | 2001-08-03 | Composicion para reducir la formacion de oxidos de hierro en la escoria de acero en fusion y procedimiento para obtener una escoria con bajo contenido de oxidos de hierro. |
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| Country | Link |
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| EP (1) | EP1281776B1 (es) |
| AT (1) | ATE270347T1 (es) |
| DE (1) | DE60104109T2 (es) |
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| PT (1) | PT1281776E (es) |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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