ES2285456T3 - Procedimiento para la fabricacion de una fundicion metalica aleada. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para la fabricación de una fundición metálica aleada a base de hierro, que contiene preferentemente Cr o Cr y Ni, en varias etapas sucesivas y coordinadas entre sí. Dicho procedimiento está caracterizado porque ¿ en una primera etapa del procedimiento, a una fundición base se incorporan portadores de agentes de aleación y se agrega un agente de reducción, escoria recirculada y / o formadores de escoria y un portador de energía, por acción de soplado superior y en la parte inferior del horno, con un agente oxidante, esos agentes portadores de aleación se funden y se reducen en gran medida, produciéndose una primera fundición prealeada, ¿ en una segunda etapa del procedimiento, se incorporan a la primera fundición prealeada, un portador de agentes de aleación, preferentemente un portador de Cr y, si se requiere, una fundición base, y se agrega un agente de reducción, un formador de escoria y un portador de energía fósil por acción de soplado superior y en la parte inferior del horno con un agente oxidante, el portador de agentes de aleación, preferentemente el portador de Cr, se funde y se reduce, produciéndose una segunda fundición prealeada, ¿ en una tercera etapa del procedimiento, se agregan agentes de aleación a la segunda fundición prealeada, especialmente ferroaleaciones y, si es el caso, una fundición base, se agregan formadores de escoria y por acción de soplado superior y en la parte inferior del horno con un agente oxidante se realiza un proceso de descarburación y una fundición aleada se regula a la temperatura y el análisis químico predefinidos.
Description
Procedimiento para la fabricación de una
fundición metálica aleada.
La invención se refiere a un procedimiento en
varias etapas sucesivas y coordinadas, para la fabricación de una
fundición metálica aleada a base de hierro, que contiene
preferentemente Cr o Ni y Cr.
La invención se refiere particularmente a un
procedimiento de varias etapas, especialmente económico y compatible
con el medio ambiente debido a la posibilidad de reciclar polvos y
escoria, para la fabricación de fundiciones metálicas aleadas con
Cr o Cr y Ni, especialmente fundiciones de acero, para la producción
de aceros férricos o austeníticos de diferentes tipos u otras
fundiciones metálicas, como ferroaleaciones (FeCr, FeMn, FeNi).
En la fabricación de fundiciones metálicas con
contenido de Cr o Cr y Ni, pueden emplearse como recurso de materia
prima para Cr y Ni tanto sus minerales como sustancias de aleación
comercialmente disponibles, por ejemplo, ferrocromo, ferroníquel,
óxido de Ni, hidróxido de níquel, polvos y escorias, así como otras
sustancias de desecho. La producción convencional de acero
inoxidable comprende la fundición de chatarra no aleada y aleada y
especialmente de costosas ferroaleaciones en un horno eléctrico de
arco y el refinamiento así como la aleación completa y la reducción
en un convertidor (US-A 5,514,331). Los costes de
fabricación de desbastes de acero austenítico inoxidables
producidos más comúnmente, de calidad SUS 304, consisten en más del
75% de costes de las sustancias de aleación Cr y Ni y radican
actualmente en unos 630,- - EUR / t de desbaste. El valor de
Cr y de Ni está sujeto en las bolsas de materias primas a muchos
altibajos de precios y por ello tiene gran influencia en los costes
de producción en la fabricación del acero inoxidable
fundamentalmente.
Es lógico por tanto, realizar proyectos que
sirvan para reducir cuanto sea posible el uso de ferroaleaciones y
de níquel metálico de muy alto costo. Esto es posible, cuando la
fabricación independiente de ferroaleaciones líquidas,
solidificadas, fragmentadas a partir de minerales metálicos de Cr y
Ni o hidróxido de Ni se evita en gran medida y estos portadores de
Cr y Ni se reducen directamente en la producción del acero y, por
tanto, se utilizan para la aleación de fundiciones con ahorro de
costes.
Complementariamente a la sustitución de
ferroaleaciones con sus óxidos e hidróxidos, es objeto en la
fabricación de acero líquido aleado con Cr o Cr y Ni, restituir
sustancias de desecho como polvos y/o escorias con contenido de Cr
o Cr y Ni, así como otras sustancias residuales al proceso de
producción de acero, regenerándolas, por consiguiente, sin
perjudicar el medio ambiente y con bajos costes de operación.
La utilización directa de mineral de Cr y Ni y
el proceso necesario para ello de reducción del mineral alarga
mucho el proceso de producción y requiere un mayor consumo de
energía, pero disminuye los costes totales de la producción de una
fundición metálica aleada en forma global.
Es conocida la fabricación de una fundición
metálica con contenido de cromo o de cromo y níquel, en
procedimientos de varias etapas, en recipientes metalúrgicos en
sucesión en el transcurso de la producción. Estos recipientes
metalúrgicos pueden estar formados por grupos de equipos de
fundición, como por ejemplo, hornos eléctricos con dispositivos
complementario para el tratamiento de fundición, o por recipientes
convertidores con mecanismos de soplado superior y mecanismos de
soplado inferior o incluso por agrupaciones mixtas de diferentes
recipientes meta-
lúrgicos.
lúrgicos.
Por el documento EP-A 384 397 se
conoce ya un procedimiento de varias etapas para la fabricación de
una fundición metálica con contenido de Cr y Ni, especialmente una
fundición de acero para aceros inoxidables, en el que, en una
primera etapa se funde el mineral de Ni en una fundición a base de
acero y reduce, y en una segunda etapa, el mineral de Cr se carga
en la fundición metálica con Ni producida en la primera etapa, se
funde y se reduce. El proceso de fundición y reducción se realiza
en un horno de fundición y reducción, conformado según el tipo de
un convertidor de soplado y provisto de toberas de soplado superior
de oxígeno para inyectar oxígeno para la descarburación y
postcombustión, y con limpiadores de sedimentos en la parte inferior
para la entrada de fluido de barrido (gas inerte) en cada una de
las etapas del procedimiento. Este procedimiento comprende también
un proceso de desfosforación y un proceso de desulfuración y, por
último, un proceso de descarburación. Este procedimiento que
utiliza mineral barato como materia prima básica, puede solucionar
el inconveniente que resulta de la baja proporción de Ni en el
mineral de níquel y la gran producción de escoria y demanda de
energía que forzosamente esto trae aparejadas, únicamente a través
de un proceso preliminar de reducción de la fundición del mineral
de níquel. El alto porcentaje de mineral y la alta demanda de carbón
exigen una etapa adicional de desfosforación. Además, se presenta
el problema agravante de una mayor oxidación de cromo y, por
consiguiente, la escorificación de cromo durante el proceso de
descarburación de la fundición metálica con Cr y Ni, ya que el
movimiento del baño mediante soplado en la parte inferior del horno,
de cantidades normales de gas inerte en la fundición sin oxígeno es
muy leve, para lograr bajos contenidos de C con baja escorificación
de cromo. En caso de cantidades de gas inerte extremadamente altas
para la producción del movimiento necesario del baño, se descargan
muchas salpicaduras de metal y escoria fuera del convertidor, ya que
el gas inerte no se disuelve al igual que el oxígeno en la
fundición sino que solamente se expande a la temperatura de
fundición y, concentrado en un espacio reducido, se fuga a través de
los elementos de conducción desde la fundición y la escoria hacia
la cámara de expansión del convertidor y la chimenea del
convertidor, arrastrando consigo partículas de metal y de
escoria.
Las grandes cantidades de escoria que se
originan en la fundición y reducción de mineral de Ni con solo 1,5
a 2,5% de Ni, exigen a menudo un desescoriado adicional de la
fundición con la consiguiente pérdida de material y,
principalmente, la suspensión del soplado, lo que provoca una
considerable disminución de la producción.
Por el documento AT-B 403 293 se
conoce un procedimiento en dos etapas para la fabricación de una
fundición metálica aleada, preferentemente para la fabricación de
aceros inoxidables, en dos hornos eléctricos de arco. En una
primera etapa de este procedimiento, se funden en un primer horno
eléctrico de arco, portadores de hierro especialmente chatarra,
mediante suministro de energía eléctrica, y se realiza una
desfosforación, y en una segunda etapa de fabricación, luego de
transvasar la fundición semiacabada del primero a un segundo horno
eléctrico de arco, tiene lugar en éste el ajuste de la aleación. Sin
embargo existen razones económicas que van en contra de este
procedimiento, ya que la chatarra aleada correspondiente de la
aleación lograda no se encuentra disponible en la cantidad y
continuidad suficientes, las cantidades de óxido de níquel y de
mineral de cromo a reducir, así como la productividad, son bajas y
la energía eléctrica es muy cara en la mayoría de los casos.
Además, en este caso también el movimiento del baño y, por
consiguiente, la mezcla de fundición y escoria conteniendo C no son
suficientemente intensos como para permitir una baja oxidación de
Cr para cantidades pequeñas de C en la fundición.
Estos procedimientos conocidos para la
fabricación de una fundición metálica aleada toman en consideración
por cierto las condiciones metalúrgicas para la gestión del proceso,
pero no dan importancia a las limitaciones que surgen a partir del
desarrollo continuo de la producción desde la generación del acero
hasta el producto semiacabado de colada continua, así como por
motivos medioambientales a través del ataque de polvo y escoria con
óxido de cromo, así como otras sustancias de desecho. No se toma en
cuenta una coordinación temporal entre la frecuencia de ciclos en
la fabricación de una carga de una fundición metálica aleada lista
para colada y la frecuencia de ciclos en la colada secuencial en
una unidad de colada continua y, por tanto, un procedimiento de
fabricación de la fundición de acero acompasado a la necesidad de
suministro temporal y cuantitativa de la unidad de colada
continua.
La necesidad mundial de acero inoxidable aumenta
enormemente y por motivos económicos y debido a la demanda, las
unidades de producción se vuelven progresivamente más grandes, de
modo que una gran productividad con tiempos de ciclo muy bien
coordinados resulta de suma importancia con respecto a la
rentabilidad y a la solución de la problemática del medio
ambiente.
Por el documento EP-B 877 823 se
conoce un procedimiento doble para producir aceros inoxidables, con
el que se considera un tiempo de carga predeterminado de 40 a 60
min en una unidad de colada continua, dado que luego de 80 a 120
min en cada caso a partir de un recipiente respectivo de producción,
se prepara una carga de fundición de acero lista para colada. La
fabricación de la fundición de acero se realiza en esta ocasión en
dos recipientes metalúrgicos, instalados uno junto al otro, si es
el caso, se producen calidades idénticas de acero y sus electrodos
para el suministro de energía eléctrica y las lanzas de soplado para
el suministro de oxígeno en las estaciones giratorias se coordinan
de tal modo, que ambos recipientes metalúrgicos pueden ser operados
por turno. Para la refundición de la chatarra y de otros portadores
de hierro se utiliza el recipiente metalúrgico como horno de arco.
Tras alcanzar la temperatura de fusión de 1 500 a 1 600ºC se rotan
los electrodos y se reorientan las lanzas de soplado y a
continuación el recipiente metalúrgico se opera como convertidor de
soplado. El cambio de modo de operación se realiza
sincronizadamente con la secuencia de colada en la unidad de colada
continua. No se aconseja en este caso, sin embargo, una solución
económica de acuerdo con la técnica del procedimiento para la
incorporación y la reducción de óxido de cromo y/u óxido de níquel o
hidróxido de níquel en el movimiento correspondiente del baño y
menor escorificación de Cr. Además, la mezcla de fundición y escoria
no resulta óptima en este caso.
Es por tanto objeto de la presente invención,
evitar los inconvenientes del estado de la técnica y proponer un
procedimiento para la fabricación de una fundición metálica aleada,
en el que, por un lado se minimicen los costes de producción de una
fundición metálica de alta calidad y, por otro lado, se coordine el
tiempo de producción para una carga al tiempo del ciclo de una
unidad subordinada de colada continua. Un segundo objeto de la
invención radica en que los desechos, como polvos y escorias con
contenido de Cr o de Cr y Ni, se reciclan durante el proceso de
producción en sustancias compatibles con el medio ambiente, y se
recuperan el cromo o el cromo y níquel de valor, a partir de estos
desechos, sin reducir la productividad del procedimiento.
Otra ventaja de la invención consiste en que
hace posible una alta productividad a partir de motivos de coste
con pequeños pesos de carga en lo posible (fundición metálica en t /
etapa del procedimiento).
Este objeto se resuelve en un procedimiento
consistente en varias etapas sucesivas y coordinadas entre sí, de
modo que:
- en una primera etapa del procedimiento, se
incorporan portadores de agentes de aleación a una fundición base
y se agrega un agente de reducción, escoria recirculada y/o
formadores de escoria y un portador de energía, los portadores de
agentes de aleación se funden y se reducen en gran medida, por la
acción de soplado superior y soplado en la parte inferior del
horno, mediante al menos un agente oxidante, obteniéndose una
primera fundición pre-
aleada;
aleada;
- en una segunda etapa del procedimiento, se
incorporan a la primera fundición prealeada, portadores de agentes
de aleación, preferentemente un portador de Cr, y si es necesario,
una fundición base, y agregando también un agente de reducción, un
formador de escoria y un portador de energía fósil, mediante acción
de soplado superior y soplado en la parte inferior del horno con
un agente oxidante, el portador de aleación, preferentemente el
portador de Cr, se funde y se reducen en gran medida produciéndose
una segunda fundición prealeada, y
- en una tercera etapa del procedimiento, se
agregan a la segunda fundición prealeada, agentes de aleación,
especialmente ferroaleaciones, y si es el caso, una fundición base,
se agregan formadores de escoria, y por acción de soplado superior
y soplado en la parte inferior del horno con un agente oxidante, se
realiza un procedimiento de descarburación y se ajusta una
fundición aleada a un análisis químico y temperatura
predeterminados
La aplicación de portadores de agentes de
aleación, agentes reductores, formadores de escoria, portadores de
energía, agentes oxidantes, portadores de Cr, portadores de metal,
debe entenderse siempre de tal modo, que estos portadores o agentes
empleados estén formados al menos por una de las sustancias
previstas aquí de acuerdo a su definición. Son miscibles en
relaciones arbitrarias y pueden complementarse o agregarse a los
portadores o agentes apropiados a la respectiva finalidad de
utilización, no enumerados explícitamente en este registro.
El análisis químico y la temperatura reguladas
de la fundición aleada puede coordinarse óptimamente a un
tratamiento ulterior de la fundición en un equipo VOD (sistema de
descarburización al vacío) o también presentar aquellos análisis
químico y temperatura que corresponden al de un acero líquido listo
apto para ser colado en una unidad de colado continuo.
Naturalmente, una fundición de este tipo también puede ajustarse al
análisis químico y temperatura deseados, antes del colado en una
unidad de colado continuo en una situación de tratamiento de
cuchara.
Cada una de las tres etapas del procedimiento
propuesto de acuerdo con la invención, tiene lugar en un recipiente
de reacción separado, transvasándose la primera y segunda
fundiciones después de estar terminadas al siguiente recipiente de
reacción. La carga, en lo referente a cantidad, de materias primas
(por ejemplo, fundición base, portadores de agentes de aleación,
como portadores de Cr y Ni) para la obtención de la fundición
prealeada y aleada en cada una de las etapas del procedimiento, se
realiza coordinadamente a un tiempo de producción de igual
extensión en cada una de las etapas del procedimiento y
coordinadamente con el tiempo de colada en la colada secuencial. La
carga, en lo referente a cantidad, de agentes de reducción,
formadores de escoria y portadores de energía, se realiza
coordinadamente a las condiciones de producción metalúrgicas de la
fundición prealeada y aleada.
En la primera etapa del procedimiento, se
incorpora como fundición base una fundición metálica desulfurada y
ampliamente desfosforada a base de hierro, en el recipiente de
reacción y se forma un baño metálico, lo que resulta en condiciones
iniciales favorables para una máxima transferencia de energía a la
fundición y sustancias empleadas, con ayuda de las toberas en la
parte inferior del horno que soplan gas conteniendo oxígeno y de la
lanza de soplado superior, agregando energía fósil (principalmente
coque o coque y carbón o solamente carbón).
Como agente portador de aleación se consideran
para la primera etapa del procedimiento, mineral de cromo, polvo
conteniendo Cr, escoria (preferentemente a partir de la tercera
etapa del procedimiento), chatarra aleada y calamina, así como
agentes de aleación que contienen óxido y/o hidróxido, mineral de
níquel, óxido de níquel, sinterizado de níquel, hidróxido de
níquel, desechos con Cr y Ni y otros desechos, con lo que la
rentabilidad de la primera etapa preferente del procedimiento se
incrementa, además cenizas volantes de centrales de carbón, cenizas
de instalaciones de incineración de residuos, sustancias residuales
de trituradoras, sedimento de decapante secado, etc.
En la primera y segunda etapas se carga Cr en
forma de portador de Cr que contiene óxido, especialmente mineral
de cromo barato con, por ejemplo, 45% en peso Cr_{2}O_{3}. En
forma adicional o alternativa pueden utilizarse sustancias
recirculadas que contengan Cr, como polvos o escorias en forma
sólida, líquida o caliente, así como otras sustancias residuales y
de desecho con una proporción de cromo.
El agregado de Ni en la fabricación de aceros
aleados con Cr y Ni se realiza principalmente recién en la tercera
etapa del procedimiento, ya que de ese modo las pérdidas por el
polvo y pérdidas de metal en el soplado y transvasado de la
fundición pueden mantenerse a bajo nivel.
Especialmente en la primera y segunda etapas del
procedimiento, se incorporan portadores de carbono como agentes de
reducción y portadores de energía, que pueden formarse a partir de
uno o varios de los siguientes materiales: antracita, hulla,
carbones comunes, coque, coque de lignito, coque de petróleo,
grafito, en cada caso, fragmentados, pulverizados o prensados,
hidrocarburos líquidos o gaseosos, como petróleo crudo, fuelóleo,
alquitrán bruto, residuos de refinería, fuelóleo pesado, gas
natural, propano, butano, etc.; desechos con C, por ejemplo, de la
obtención de FeNi, biomasa y plásticos, por ejemplo, en forma de
comprimidos de una fracción ligera orgánica.
Como portadores de energía se consideran en la
primera etapa del procedimiento tanto portadores de energía fósiles
como también energía eléctrica. Por tanto, un recipiente de reacción
previsto para la ejecución de la primera etapa del procedimiento,
puede estar conformado tanto por un convertidor como también por un
horno de arco con mecanismo de soplado. En la segunda etapa del
procedimiento, se recurre preferente y exclusivamente a portadores
de energía fósiles para el suministro necesario de energía y la
tercera etapa del procedimiento es preferentemente autotérmica, o
con bajo aporte de energía. Los portadores de energía fósiles pueden
agregarse a los polvos para obtener una mejor fluidificación.
Como agente oxidante se utiliza O_{2} o aire
caliente y en caso necesario, ambos.
Como formadores de escoria se agregan
principalmente cal, dolomita, espato flúor, arena de cuarzo, arena
de fundición, marga, vidrio usado, cenizas, desechos, desperdicios
de la industria, bauxita, etc., calcinados. Los formadores de
escoria de grano fino pueden agregarse también, entre otros, a los
polvos o combustibles fósiles para lograr una mejor fluidificación.
El respectivo gas portador debe cumplir en este caso las exigencias
metalúrgicas y de seguridad técnica.
Tales formadores de escoria sirven para la
formación de escoria pero también pueden utilizarse para modificar
la misma, por lo que pueden ser utilizados para otros fines (por
ejemplo, en la industria del cemento, en la construcción de
caminos, etc.) en forma óptima.
Según la disponibilidad, se añade chatarra en
una o varias etapas del procedimiento, especialmente con Cr o
chatarra de acero aleada con Cr y Ni, y en caso necesario,
portadores de metal comunes, en cantidades predeterminadas. Existe
una correlación entre la cantidad de chatarra cargada y la cantidad
cargada de mineral de cromo y agente de reducción, efectuándose
aquí constantemente una equiparación cuantitativa entre las
cantidades cargadas en cada una de las etapas del procedimiento,
para asegurar aproximadamente los mismos tiempos de producción en
cada una de las etapas del procedimiento.
Los portadores de metales comunes pueden
constar, por ejemplo, de partículas de acero, arrabio sólido, pero
también ferroaleaciones y Ni puro.
Para realizar un suministro de energía lo más
eficiente posible en el proceso de producción, es conveniente que
al menos en la primera y segunda etapas del procedimiento tenga
lugar una postcombustión de CO + H_{2} mediante soplado superior
con oxígeno o un gas con O_{2} (por ejemplo, con aire caliente
enriquecido con oxígeno) y en la tercera etapa del procedimiento se
realice una postcombustión de CO + H_{2,} preferentemente
únicamente con oxígeno. En la primera y segunda etapas se funden
grandes cantidades de polvo, escoria y mineral de Cr, así como
chatarra por incorporación de portadores de carbono y oxígeno, y el
mineral de Cr se somete a un proceso de reducción. En este caso, se
producen en gran volumen gases residuales con CO + H_{2} quemados
en forma incompleta. Éstos se someten en esta etapa del
procedimiento a una postcombustión, preferentemente mediante
inyección de un chorro de aire caliente sobre la capa de escoria. La
transferencia de energía a la escoria y a la fundición metálica se
intensifica notoriamente mediante un intensivo movimiento del baño,
obteniéndose este movimiento del baño mediante soplado simultáneo
en la zona inferior del horno, preferentemente soplado inferior, el
que se realiza preferentemente utilizando toberas permanentes
protegidas con hidrocarburos gaseosos (toberas
KMS-S:
Kunstoff-Metall-Schubert-Strahlleitstufe-Düsen:
toberas plástico - metálicas Schubert con nivel de conducción a
chorro ). Utilizando toberas de aire caliente para el soplado
superior y toberas especiales para la parte inferior del baño/fondo
del horno, se logra un porcentaje de postcombustión de aprox. 60% y
una transferencia de calor a la fundición y a la escoria de aprox.
90%. Mediante el uso de, por ejemplo, oxígeno para la
postcombustión, existe la posibilidad de obtener un gas residual
utilizable como gas combustible, el que tras su depuración
decantando los polvos, se suministra a un depósito de gas. Un gas
residual significativamente reutilizable como gas combustible y,
por tanto, un correspondiente alto abono de gas residual se obtiene
sin embargo solamente cuando el porcentaje de postcombustión según
la fórmula permanece claramente por debajo del 60%
\vskip1.000000\baselineskip
\frac{(CO_{2}
+ H_{2} O). 100}{CO + CO_{2} + H_{2} + H_{2}
O}
\vskip1.000000\baselineskip
Para realizar la postcombustión de CO + H_{2},
en tanto el gas residual deba seguir utilizándose, se emplean
lanzas de postcombustión de oxígeno o, al menos, una lanza, que
sople(n) continuamente o en forma pulsativa chorros de
oxígeno por encima del baño de escoria, dirigida(s) vertical
o diagonalmente al baño de escoria, en los gases ascendentes, los
aspire y los transforme mediante postcombustión parcial en CO_{2}
y H_{2}O. El porcentaje de postcombustión está entonces entre 10%
y aprox. 35%. Al soplar continuada o pulsadamente aire caliente, el
porcentaje de postcombustión se encuentra convenientemente entre 30%
y 70%.
Es especialmente importante para la rentabilidad
del procedimiento sin embargo, no solo el porcentaje de
postcombustión sino también la transferencia de calor a la
fundición. Debido al soplado en la parte inferior del horno con
O_{2}, que hace posible un intenso movimiento del baño con CO como
"motor", se transfiere hasta el 90% de la energía liberada a
través de la postcombustión, a la fundición y a la escoria. Esto es
válido tanto para la postcombustión mediante soplado superior con
O_{2} como para el soplado de aire caliente con alto porcentaje de
post-
combustión.
combustión.
Ha probado ser también conveniente en este
procedimiento de producción de acero de acuerdo con la invención,
el uso de una lanza multifuncional como lanza de soplado, como la
que se describe en el documento WO 00/12767. Esta lanza
multifuncional hace posible el uso a través de su estructura
múltiple de canal circular, en varias etapas del procedimiento del
proceso de producción.
En la tercera etapa del procedimiento, que se
realiza preferentemente en un convertidor de descarburación
combinado soplante (convertidor
K-OBM-S: inoxidable mediante el
proceso de aceración combinada tipo Maxhütte con soplado inferior
de oxígeno), tiene lugar esencialmente la aleación final y una
descarburación de la fundición en un extenso proceso
autotérmico.
Si están disponibles portadores de níquel
baratos, por ejemplo, hidróxido de níquel con aprox. 40% de Ni,
sinterizado de níquel, óxido de níquel, etc., entonces éstos se
inyectan preferentemente en la parte inferior del baño en la
tercera etapa del procedimiento, o se agregan fragmentados (pelets,
briquetas, etc.) en contenidos aún altos de carbono de la
fundición, desde arriba mediante gravedad o soplado. De este modo,
la productividad no se restringe y las pérdidas de níquel por
vaciado de polvo, salpicadura, goteado de metal en la fundición y
pérdida por desmoldeo se reducen al mínimo. Una incorporación de la
cantidad total de níquel en la primera y segunda etapas del
procedimiento tendría como consecuencia adicional e inevitable la
pérdida de níquel.
La tercera etapa del procedimiento lleva un
tiempo considerablemente menor que la primera y la segunda etapas
del procedimiento, en las que se elabora un máximo de óxido de Cr,
escoria, polvo y chatarra. Por eso, el tiempo de producción en la
tercera etapa corresponde aproximadamente al tiempo de producción de
la primera y segunda etapas y para rebajar los costes de inversión,
la segunda fundición prealeada obtenida en la segunda etapa del
procedimiento puede subdividirse al menos en dos partes y cada una
de ellas puede ser completada respectivamente en una tercera etapa
del procedimiento con una fundición base. Se agregan agentes de
aleación que contienen Cr o Cr y Ni según la calidad de acero a
obtener. Se añaden formadores de escoria y por acción de soplado
superior y soplado en la parte inferior del horno con un agente
oxidante se realiza un proceso de descarburación y se ajusta una
fundición aleada al análisis químico y temperatura
predeterminados.
Para el desarrollo del proceso de fundición, del
proceso de reducción, del suministro de energía y del proceso de
descarburación, se realiza un proceso de soplado superior con un
agente oxidante en todas las etapas del procedimiento. En este
caso, el soplado superior se realiza solamente con oxígeno en la
primera y segunda etapas, o con una mezcla de oxígeno y nitrógeno
en una relación de mezcla especial, o con aire caliente, o con aire
caliente enriquecido con oxígeno. En la tercera etapa del
procedimiento el soplado superior se realiza con oxígeno o una
mezcla de oxígeno y un gas inerte, que también puede contener gases
de combustión como CO_{2} y H_{2}O.
En la producción de una fundición metálica con
alto contenido de Cr y/o alto contenido de Ni o Mn, como se
presenta en las ferroaleaciones (contenido de Cr > 30% en peso,
contenido de Ni > 13% en peso, contenido de Mn > 30% en
peso), es conveniente realizar el soplado superior en la tercera
etapa del procedimiento, al menos parcialmente, con aire caliente.
En la primera y segunda etapas del procedimiento, el soplado
superior se realiza en la fabricación de ferroaleaciones,
preferentemente con aire caliente o con aire caliente enriquecido
con oxígeno.
Si el gas residual va a ser reciclado, entonces
se considera el uso de oxígeno preferentemente como medio de
soplado para el soplado superior en todas las etapas del
procedimiento, el que se aplica a través de una lanza de soplado
refrigerada con agua. Para la realización de una reducción
importante, preferentemente a más de la mitad, del consumo de
carbón, debería utilizarse al menos en la primera o en la primera y
la segunda etapas del procedimiento, preferentemente aire caliente
o aire caliente enriquecido con oxígeno.
Esto es especialmente importante, cuando se
aplican en la primera etapa del procedimiento, excepcionalmente
como variante, por ejemplo, mineral de níquel o desechos con níquel
en cantidades mayores y, por tanto, se funden cantidades grandes de
escoria con una mayor demanda de energía. También una desfosforación
de la fundición a continuación, semejante a una de las de la
primera etapa del procedimiento (sin aleación de cromo o reducción
de mineral de cromo) requiere un aporte adicional de energía en la
producción de la primera fundición prealeada, ya que esta
desfosforación implica una pérdida importante de temperatura de la
fundición.
Cuando el gas residual originado en la segunda
etapa del procedimiento no lleva a un abono de gas correspondiente
o, también por motivos metalúrgicos, entonces puede aplicársele
soplado superior con aire caliente o con aire caliente enriquecido
con oxígeno.
En la tercera etapa del procedimiento se aplica
soplado superior preferentemente con oxígeno y para contenidos
bajos de C en la fundición, con oxígeno y gas inerte, para disminuir
más la escorificación de cromo a pesar del buen movimiento intenso
del baño mediante inyección de oxígeno o una mezcla de oxígeno y gas
inerte.
Se logra un incremento y estabilización de la
proporción de postcombustión cuando el soplado superior en la
primera y/o la segunda etapas del procedimiento se realiza con
O_{2} pulsante, con O_{2} y gas inerte o aire caliente o con
aire caliente enriquecido con .O_{2}.
La homogeneización de escoria y fundición con
contenido de carbono se mejora en la tercera etapa del procedimiento
al disminuir el contenido de C de la fundición por adición de
oxígeno y rebajar la escorificación de cromo en comparación con la
descarburación. Esto puede lograrse también utilizando una lanza
multifuncional. El chorro principal de oxígeno proveniente de
la(s) tobera(s) será rodeado de este modo por un gas
caliente generado en un quemador, que se difunde rápidamente en el
mecanismo de soplado inferior de oxígeno. Esta clase de chorro de
gas adquiere su alta velocidad de difusión a través de una distancia
mayor en comparación con un chorro de O_{2} de la tobera de Laval
normal, y la escoria se mezcla más intensamente con la fundición.
Esto lleva asimismo a una escorificación de Cr menor en comparación
con la del soplado superior con un chorro normal de O2 de la tobera
de Laval (por ejemplo, con número de Mach 2,2).
En consecuencia, se consideran para el soplado
superior una serie de variantes en total, que dependen de diferentes
condiciones del entorno, como la disponibilidad de sistemas de
producción existentes, el tamaño de las instalaciones para
extracción de polvos, reciclado de gas quemado, y de los materiales
empleados. Las posibles variantes aparecen enumeradas en la Tabla I
a continuación y pueden ser modificadas para el caso particular en
el marco de la protección otorgada por la patente del procedimiento
acorde con la invención. Para el soplado superior, las variantes
del procedimiento expuestas son estratégicas, representando en la
Tabla cada anillo "O" en negrita la variante básica en cada
una de las etapas del procedimiento.
Si en vez de oxígeno se utiliza aire caliente
para el soplado superior, entonces el porcentaje de soplado es de
alrededor de 1,5 a 5 veces superior que al utilizar oxígeno.
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
El soplado en la zona inferior del horno
comprende como forma de ejecución especialmente preferida el soplado
inferior mediante toberas inferiores en el fondo del recipiente de
reacción utilizado en cada caso.
Para coordinar el soplado en la parte inferior
del horno a los requisitos de la fabricación de la fundición
metálica en cada una de las etapas del procedimiento, es conveniente
que el soplado en la parte inferior del horno comprenda en la
primera etapa del procedimiento y, si es el caso, también en la
segunda, una o varias de las siguientes
medidas:
medidas:
a) un soplado en la parte inferior del horno
para formar CO, transferencia de calor en la postcombustión,
suministro de energía y especialmente movimiento del baño, mezcla de
la fusión y la escoria, así como en caso necesario, el corte de la
chatarra y del portador de metal con:
- \bullet
- O_{2} o una mezcla de O_{2} y un gas inerte, que puede ser preferentemente N_{2}, u
- \bullet
- O_{2} y una mezcla de O_{2} y un gas inerte en las etapas sucesivas o
- \bullet
- una mezcla de oxígeno y vapor de agua o
- \bullet
- una mezcla de oxígeno y CO_{2};
b) el suministro de un portador de energía y un
agente de reducción a través de toberas en la parte inferior del
horno
c) la inyección de polvos, como materiales de
circulación de fundición, polvos convertidores y de horno de arco,
polvos de la producción de ferroaleaciones, cenizas, ferroaleaciones
de grano fino o Al;
d) la inyección de polvos conteniendo Fe, Cr y
Ni para descontaminación y como portadores de agentes de
alea-
ción;
ción;
e) la inyección de formadores de escoria, como
cal, SiO_{2}, espato flúor, bauxita, arena, respectivamente con
oxígeno como gas portador, en tanto el contenido de Cr de la
fundición sea aprox. menor a 10% en peso, o con gas inerte;
f) la inyección de al menos una de estas
sustancias como portadores de agentes de aleación y/o formadores
de escoria: mineral de Cr, mineral de Mn, mineral de Ni, óxido de
Ni, hidróxido de níquel, polvos, cenizas, calamina, polvos de
pulido, arena, residuos contaminados de construcción, desechos
domésticos o industriales, sustancias de desecho.
En la inyección de portadores de agentes de
aleación (mineral de Cr, mineral de Mn, mineral de Ni, óxido de Ni,
sinterizado de Ni, hidróxido de níquel) se debe tomar en cuenta la
disminución local de la temperatura de la fundición frente a las
toberas.
El suministro de uno o varios portadores de
energía para la fundición de los materiales empleados, el
recalentamiento de la fundición y la introducción de un agente de
reducción para el desarrollo de las óxido reducciones puede hacerse
desde arriba, en fragmentos, al interior del recipiente de reacción,
en forma adicional o alternativa al soplado inferior. De la misma
manera, también el suministro de formadores de escoria y sustancias
de aleación puede realizarse en forma adicional o alternativa al
soplado en la parte inferior del horno, desde arriba o en la
fundición en el recipiente de reacción. Para ello, la incorporación
se realiza en forma de polvo o de granos finos con lanza de soplado
o en forma fragmentada mediante carga o adición dosificada desde un
tanque elevado.
Además, los polvos y otras sustancias de grano
fino, como material de circulación de fundición, polvos
convertidores y de horno de arco, polvos de la producción de
ferroaleaciones, cenizas, ferroaleaciones de grano fino o Al, así
como polvos conteniendo Fe, Cr y Ni pueden fragmentarse y
suministrarse a la fundición y escoria en esta forma. El
fragmentado se realiza en esta caso preferentemente mediante
briqueteado o peletización.
La proporción específica de soplado en la parte
inferior del horno está entre 0,25 y aprox. 3,5 Nm^{3}/t.min. Si
el soplado en la parte inferior del horno se realiza solamente con
oxígeno, entonces la proporción preferente es de aprox. 0,4 a 1,5
Nm^{3}/t.min.
Durante la segunda etapa del procedimiento se
hacen posibles mediante el soplado en la parte inferior del horno
fundamentalmente, una suficiente formación de CO, un suministro de
energía y especialmente movimiento del baño y con esto, también una
transferencia óptima de la energía liberada en la postcombustión a
la fundición, así como una mezcla de fundición y escoria. En total,
por este medio se obtienen, junto con una alta proporción de
postcombustión, una entrada de energía en lo posible mayor en el
baño metálico y un ahorro considerable de energía primaria. Para
tal fin, mediante las toberas en la parte inferior del horno, se
incorpora:
\bullet O_{2} o una mezcla de O_{2} y un
gas inerte, que puede ser N, u
\bullet O_{2} o una mezcla de O_{2} y un
gas inerte en las etapas sucesivas y proporciones de mezcla, o
\bullet una mezcla de O_{2} y vapor de agua,
o
\bullet una mezcla de O_{2} y CO_{2}
Además, es conveniente agregar en forma
adicional o como alternativa para el proceso de producción, un
agente de reducción líquido o gaseoso a través de las toberas en la
parte inferior del horno. También es conveniente para el proceso de
producción, en forma adicional o como alternativa, que el soplado en
la parte inferior del horno se realice como en la primera etapa del
procedimiento.
En la tercera etapa del procedimiento se realiza
el soplado en la parte inferior del horno para formar CO,
despresurización parcial de CO, transferencia de calor en la
postcombustión, movimiento del baño y descarburación con O_{2}, y
una mezcla de O_{2}, y un gas inerte en las etapas sucesivas con
proporciones de mezcla variables según el caso. La relación de
mezcla de O_{2}, y un gas inerte se ajusta en este caso
dependiendo del contenido de C de la fundición y, eventualmente,
también de la temperatura.
En la tercera etapa del procedimiento, se
incorporan a la fundición portadores de Ni, directamente o mezclado
con un agente reductor, con un gas portador, preferentemente un gas
inerte o una mezcla de gas inerte y un porcentaje bajo de oxígeno,
mediante soplado en la parte inferior del horno, para un contenido
de C en la fundición superior a 1,0% en peso de C. Las sustancias
sólidas se inyectan preferentemente a través del conducto central,
protegido contra la abrasión, de las toberas en la parte inferior
del horno, en caso de que no se agreguen desde la parte superior.
Como portadores de Ni se consideran por ejemplo, óxido de níquel,
sinterizado de níquel, hidróxido de níquel, desechos de la
producción de FeNi, etc. También pueden cargarse portadores de Ni
fragmentados, inclusive pelets y briquetas moldeados, sobre el baño
metálico o soplados con lanzas de soplado especialmente formadas,
en la capa de escoria o la fundición.
Para responder a esta variada descripción de
exigencias, se emplean toberas en la parte inferior del horno, que
tengan al menos una tobera central (ducto) y una abertura circular o
varios canales circulares concéntricos para conducir a través de
ellos los materiales empleados. Los materiales empleados en forma de
polvo y granos finos son conducidos con un gas portador,
preferentemente nitrógeno, oxígeno, argón, gas natural o mezclas de
gases, a través de las toberas en la parte inferior del horno.
Adicionalmente y con preferencia para su óptima
protección, se inyectan en la fundición a través de las toberas en
la parte inferior del horno, en todas las etapas del procedimiento,
hidrocarburos tales como CH_{4}, C_{3}H_{8}, C_{4}H_{10},
sus mezclas, fuelóleo, fuelóleo pesado, etc., como protección de las
toberas. Esta inyección se realiza a través de uno o varios canales
en forma de anillo que rodean el radio central de cada tobera en la
parte inferior del horno. En forma adicional a los hidrocarburos o
en su lugar, pueden inyectarse en la fundición gases inertes,
vapor, CO_{2,} CO o sus mezclas como protección de las
toberas.
Tras un ordenamiento especialmente conveniente
de la invención, se determinan en las etapas del procedimiento
durante el proceso de soplado, la temperatura y/o el análisis
químico de la fundición, preferentemente mediante una evaluación en
línea de las ondas electromagnéticas irradiadas por la fundición a
la boca de la tobera, que llegan a través de una tobera en la parte
inferior del horno a un dispositivo de evaluación, y dependiendo de
la temperatura y/o del análisis químico se establecen valores por
defecto para el soplado en la parte superior del baño y en la parte
inferior del horno y para el agregado de agentes de aleación,
portadores de energía, agentes de carburación y descarburación,
etc. en un modelo de proceso.
En particular, puede elegirse para el soplado en
la parte inferior del horno y en especial para el soplado inferior,
entre un gran número de variantes del procedimiento, que dependen de
diferentes condiciones del entorno. Para esto, deben tomarse en
cuenta los sistemas de producción existentes y para los operadores
concretos, los materiales empleados disponibles más o menos
económicos (agentes de aleación, agentes de reducción, portadores
de energía) y los gases. Las posibles variantes aparecen listadas en
la Tabla II a continuación y pueden ser modificadas para cada caso
particular en el marco de la protección de la invención. Para el
soplado en la parte inferior del horno, las posibles variantes del
procedimiento son estratégicas, representando en la Tabla II los
respectivos anillos "O" en negrita la variante básica en la
etapa del procedimiento correspondiente.
Para el soplado en la parte inferior del horno,
especialmente para el soplado inferior preferido, pero también para
un soplado lateral, se emplean toberas de poliductos, especialmente
de dos ductos, protegidas con hidrocarburos o con una mezcla de
hidrocarburo y gas inerte. Por ende, se describen en la siguiente
Tabla II los medios a soplar de la tobera de chorro central, como
asimismo los medios a soplar en la abertura circular de una tobera
de abertura circular entre una tobera central y el(los)
ducto(s) exteriores de la tobera circular, para cada etapa
del procedi-
miento.
miento.
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\vskip1.000000\baselineskip
Según la demanda, que se ajusta convenientemente
a los pesos de carga en cada una de las etapas del procedimiento, a
las cantidades disponibles de chatarra de acero aleada con Cr o con
Cr y Ni y a los formatos de colada en la unidad de colada continua,
se incorpora en cada una de las etapas del procedimiento una
fundición base consistente en un arrabio desfosforado, en el
respectivo recipiente de reacción. Esta fundición base puede
contener ya, como consecuencia de tener como base materias primas,
Cr y Ni en pequeñas cantidades y se incorpora con una temperatura
de baño de 1 220ºC a 1 650ºC en cada una de las etapas del
procedimiento, balanceando las cantidades. Una base inicial
apropiada para el proceso de producción acorde a la invención, forma
una fundición base con la siguiente composición:
- 2,0 - 4,7% en peso de C,
- 1,0% en peso de Mn,
- 0,025% en peso de P,
- 0,03% en peso de S,
resto de Fe e impurezas resultantes del
procedimiento.
El arrabio para la fundición base utilizado
puede proceder tanto de un alto horno convencional como de una
instalación HI Smelt o de otra fuente cualquiera de arrabio.
En forma alternativa a la ruta de producción
"producción de arrabio", existe la posibilidad de producir la
fundición base por acción de energía eléctrica, especialmente en un
horno eléctrico de arco. Para esto y dependiendo de los materiales
a usar que se seleccionen, puede fundirse tanto una fundición base
no aleada como una especialmente prealeada.
Existe asimismo la posibilidad de que la
fundición base se conforme en forma alternativa al arrabio
desfosforado o proporcionalmente al mismo, a partir de desechos de
la producción de ferroníquel mediante reducción de fundición. El
porcentaje de fundición base a partir de desechos de la producción
de ferroníquel puede ser de hasta 50%. Los desechos disponibles en
mayor cantidad, situados en la escombrera a partir de la producción
de ferroníquel contienen un porcentaje de Ni de aprox. 2% en peso
en forma de óxido de níquel, el resto consiste en carbón y escoria.
Estos desechos pueden someterse en una etapa del procedimiento
preliminar a las tres etapas del procedimiento de acuerdo con la
invención, a una reducción de fundición, incluyendo esta etapa
preliminar al mismo tiempo la fundición base, por ejemplo, mediante
agregado de arrabio desfosforado. También existe la posibilidad de
incorporar los desechos de la producción de ferroníquel
preferentemente en la primera etapa del procedimiento, en
porcentajes menores también en la segunda o tercera etapa, y dejar
entonces que se desarrolle el proceso de reducción de
fundición.
Aquí hay que considerar especialmente la
economía de escoria debido al aumento de producción de escoria.
Para optimizar la economía, la escoria con
Cr_{2}O_{3} no reducida, se restituye de la tercera etapa a la
primera, preferentemente mediante soplado superior con aire
caliente, y allí se reduce con un agente de reducción con C.
Mediante la economía de ciclo de la escoria con Cr, las pérdidas de
Cr en el proceso total se reducen y especialmente el consumo de
FeSi disminuye notoriamente. Evitando una escoria de reducción
agresiva (adición de CaO, CaF_{2} y FeSi) al final de la tercera
etapa, se aumentan la durabilidad del revestimiento refractario del
recipiente de reacción utilizado y la productividad. Asimismo,
disminuye la cantidad total de escoria y se ahorran total o
parcialmente formadores de escoria, como cal, etc. en la primera
etapa. Igualmente, se puede elaborar una cantidad de escoria
también en la segunda etapa. Por otra parte, la cantidad de cromo
disminuye mientras no se aumente el periodo de carga.
Si la primera etapa del procedimiento se realiza
con soplado superior de oxígeno y recuperación de gas, se desiste
de la recuperación de escoria y principalmente recircula el polvo.
En la variante de soplado superior con oxígeno en vez de aire
caliente en la primera etapa del procedimiento, se reduce menos
óxido de cromo a cromo, es decir, debe cargarse más HCFeCr para la
misma productividad. En este caso especialmente, la adición de
HCFeCr, que contiene 2,0 a 4,5% en peso de Si, es conveniente en los
últimos minutos de soplado, especialmente en los últimos 5 a 10
minutos de soplado de la segunda etapa del procedimiento, ya que el
Si del HCFeCr fomenta la reducción de la escoria en la segunda
etapa. La tercera etapa del procedimiento se reduce teniendo en
cuenta la cantidad de escoria.
Especialmente para el uso de la escoria en la
industria del cemento, es aconsejable que en los últimos minutos
del soplado, especialmente en los últimos 5 a 10 min. del soplado de
la primera y/o de la segunda etapa del procedimiento, la basicidad
de la escoria (CaO/SiO_{2}) se reduzca de 2,0 a 2,5 a aprox. 1,4
por medio de la adición de un portador de SiO_{2}, y el análisis
de la escoria de los portadores de óxido de hierro y
Al_{2}O_{3} se ajuste a valores como los que se exigen en la
industria del cemento para las escorias que se utilizan como
sustituto de clinker o aditivo de trituración en la producción de
cemento.
Por otra parte, dependiendo del uso subsiguiente
de la escoria, es conveniente si las escorias de la primera y/o
segunda etapa del procedimiento se acondicionan al análisis y la
temperatura deseados después del vaciado de la fundición
metálica.
A continuación de la tercera etapa del
procedimiento, la fundición aleada se somete, si es el caso y
preferentemente después del procedimiento VOD, a un tratamiento
definitivo con una cuchara metalúrgica, que comprende una o varias
de las medidas de descarburación fina, aleación fina,
desnitrificación, reducción, desulfuración, así como regulación de
la temperatura y un tratamiento de lavado de la fundición. El
procedimiento VOD presenta la ventaja de que en un tratamiento de
vacío de una fundición aleada con Cr, una descarburación con oxígeno
de gran alance, se realiza antes de una oxidación de cromo y con
ello la pérdida de cromo y el consumo de FeSi, también para bajos
contenidos de C de la fundición, pueden mantenerse muy reducidos en
pequeñas cantidades de escorias. A la etapa de descarburación le
sigue una reducción de escorias con una mezcla de FeSi, aluminio,
cal, y CaF_{2} para la recuperación del óxido de cromo de la
escoria, reduciendo simultáneamente el contenido de oxígeno de la
fundición se reduce a un mínimo. Durante esta etapa del tratamiento
ocurren la aleación fina y una última desulfuración de la
fundición. La combinación de la tercera etapa del procedimiento
(proceso K-OBM-S) con el
tratamiento VOD tiene la ventaja de que puede prescindirse
totalmente del uso del argón en el recipiente de reacción en las
tres etapas del procedimiento y, en particular, en la tercera,
especialmente en el convertidor
K-OBM-S. Sin duda, la fundición
también en la tercera etapa del procedimiento puede refinarse a los
contenidos de C bajos requeridos, cuando no se realiza ningún
tratamiento en la unidad VOD. Entonces, para bajos contenidos de C
de la fundición, se refina en los conductos centrales de las toberas
inferiores con mezclas de oxígeno y argón, dependiendo del
contenido de C de la fundición.
Las cantidades de los materiales utilizados en
cada una de las etapas del procedimiento, en especial de fundición
base, si es el caso, chatarra, mineral de Cr y otros agentes de
aleación, se establecen de tal forma que, en cada una de las etapas
del procedimiento, se alcanzan los periodos sucesivos de sangría,
que corresponden al tiempo del ciclo necesario para el colado
continuo sucesivo de las cargas. Del mismo modo, pueden acompasarse
los periodos sucesivos de sangría a los tiempos del ciclo de otros
tratamientos ulteriores y etapas de elaboración posteriores (por
ejemplo, otros procedimientos de fundición). Las velocidades de
fundido específicas para el producto en la unidad de colada
continua, y los formatos de fundido previstos, repercuten
específicamente sobre la cantidad de acero a colar por unidad de
tiempo, de forma de adaptar las cantidades empleadas en el proceso
de producción de acero preliminar. Por tanto, es conveniente que, en
especial en el plano directriz del proceso, el modelo de proceso de
control de proceso del procedimiento de fabricación de acero incluya
medidas directrices para el proceso de fundido, tales como la
velocidad de fundido y el formato de fundido, o los tiempos del
ciclo para el fundido de ferroaleaciones, para la estipulación de
las cantidades de los materiales utilizados en cada una de las
etapas individuales del procedimiento. Para la producción de acero,
la cantidad de mineral de cromo introducida, de la que depende
decisivamente por otra parte la cantidad introducida de oxígeno o
de aire caliente y carbón, es el parámetro a establecer para la
cantidad de acero a producir por unidad de tiempo. De ahí surgen
efectos, como la antigüedad del recipiente de reacción y de las
lanzas, de la temperatura de la fundición base, del uso de polvo,
escoria y chatarra, etc., que deben tenerse en cuenta en los
modelos del proceso.
La unidad de producción de acero para la
fabricación de una fundición metálica aleada, que contiene
preferentemente Cr o Cr y Ni, se compone de varios recipientes de
reacción dispuestos en forma continua dentro de una línea de
producción, en la que cada recipiente de reacción en su
acondicionamiento general puede considerarse un recipiente
metalúrgico cualquiera, siempre y cuando se tomen en cuenta, entre
otros, los modos de operación citados en las Tablas I y II. El
volumen de la capacidad de los recipientes de reacción individuales
colocados en forma sucesiva se establece uno a uno de tal modo, que
las fundiciones metálicas aleadas listas para colada generadas en
un ciclo de producción corresponden a la capacidad de fundido de una
unidad de colada continua. Las cantidades de materiales empleados
utilizados en los recipientes individuales de reacción se ajustan
teniendo en cuenta las circunstancias metalúrgicas y en lo posible,
los tiempos de producción convenientes, en cada uno de los
recipientes de reacción. En consecuencia, la unidad de generación de
acero de acuerdo con la invención, comprende los siguientes
recipientes de reacción e instalaciones metalúrgicas dispuestas en
forma continua dentro de una línea de producción:
\bullet al menos un mecanismo de carga de
metal líquido para el transporte de una fundición base a uno de los
recipientes de reacción, como mínimo.
\bullet un primer recipiente de reacción con
al menos un mecanismo de soplado en la parte inferior del horno y
un mecanismo de soplado en la parte superior del baño,
\bullet un primer mecanismo de transvase para
la transferencia inmediata de una primera fundición prealeada de un
primer recipiente de reacción a un segundo recipiente de
reacción,
\bullet un segundo recipiente de reacción con
al menos un mecanismo de soplado en la parte inferior del horno y
un mecanismo de soplado superior,
\bullet una segunda unidad de transvase para
la transferencia de al menos una parte de una segunda fundición
prealeada de un segundo recipiente de reacción a un tercer
recipiente de reacción,
\bullet un tercer recipiente de reacción con
un mecanismo de soplado en la parte inferior del horno y un
mecanismo de soplado superior.
El mecanismo de soplado superior se compone de
una lanza para el soplado superior de O_{2} o una lanza de aire
caliente o una lanza multifuncional con varios canales de flujo
ordenados en forma concéntrica por tobera para diferentes
materiales empleados. En general, otras lanzas de soplado superior,
además de una lanza convencional para el soplado de oxígeno, hacen
posible la introducción de diversos materiales que usualmente se
requieren, con consistencia de polvo o de grano fino.
Preferentemente, el primer y el segundo
recipientes de reacción están provistos de una lanza propia para la
entrada de portadores de agentes de aleación de grano fino,
especialmente mineral de cromo, y si es el caso, para la entrada de
polvos gruesos. Además de los mecanismos para la inyección de
sustancias sólidas, los mecanismos correspondientes de alimentación
periférica, tales como dispositivos para tanques elevados y
estaciones reguladoras de gas, están subordinados a cada uno de los
recipientes de reacción.
El mecanismo de soplado en la parte inferior del
horno se compone de toberas con aberturas circulares, en especial
toberas de dos conductos, y hacen posible la utilización de
diferentes medios y materiales en forma de grano fino.
Preferentemente, el mecanismo de soplado en la parte inferior del
horno está formado como mecanismo de soplado inferior.
El mecanismo de soplado en la parte inferior del
horno comprende convenientemente, un distribuidor de sólidos,
colocado preferentemente en el recipiente de reacción
correspondiente. Desde el distribuidor de sólidos se suministran
los sólidos, preferentemente polvo, carbón y cal en forma de grano
fino, a las toberas en la parte inferior del horno con un gas
portador y se inyectan en la fundición.
Mediante el mecanismo de soplado en la parte
inferior del horno, puede controlarse en forma eficiente la
temperatura y/o el análisis químico de la fundición, cuando se
coordina un dispositivo de medición con el mecanismo de soplado de
la parte inferior del horno para la medición en línea de la
temperatura y/o del análisis químico de la fundición. En esta forma
de ejecución del proceso, que se aplica preferentemente en todas las
etapas del procedimiento, es especialmente conveniente que la
medición sea independiente de la cantidad de escoria y
especialmente de la consistencia de la misma. Un mecanismo
correspondiente para la medición continua de la temperatura y del
análisis químico de la fundición, se describe en las
patentes/registros de patente: EP-B 1 016 858,
EP-B 868 656, WO 02/48661 y WO 02/27301 de la
titular. A través de la tobera en la parte inferior del horno,
equipara para controlar la temperatura y el análisis químico, no se
inyectan sustancias sólidas.
Según una forma apropiada de ejecución, se
subordina un equipo VOD al tercer recipiente de reacción, para el
refinamiento de la fundición que pasa por el tercer recipiente de
reacción.
Es conveniente que una unidad de elaboración de
acero, formada al menos por una unidad de colada continua dentro de
una línea de producción, esté subordinada al tercer recipiente de
reacción o a la unidad VOD. Preferentemente, la unidad de colada
continua subordinada esté provista de una coquilla oscilante para
moldeado de piezas fundidas de acero con secciones de desbastes o
de desbastes delgados. Sin embargo, pueden utilizarse también
unidades de colada continua de cualquier tipo de construcción para
cualquier formato de sección o, en caso de que se requiera, también
puede usarse colada en lingotera.
\global\parskip0.900000\baselineskip
Una elección especialmente adecuada de
recipientes de reacción, para la transformación del proceso de
producción de acero, está dada, si el primer recipiente de reacción
está formado por un recipiente convertidor, preferentemente un
convertidor de reciclaje operado alotérmicamente, o un horno
eléctrico modificado; el segundo recipiente de reacción por un
recipiente convertidor, preferentemente un convertidor alotérmico
(convertidor KMS-S) y el tercer recipiente de
reacción por un convertidor, preferentemente un convertidor
autotérmico (convertidor
K-OBM-S).
Se entiende por horno eléctrico modificado, un
horno eléctrico con mecanismos adicionales para la carga del
mineral, con mecanismos para las diversas acciones de soplado, por
ejemplo, con lanzas de oxígeno, lanzas para toberas de aire
caliente, toberas para la parte inferior del horno y similares. La
abreviatura "KMS-S" significa "Kombiniertes
Maxhütte Stahlerzeugungsverfahren - stainless" [procedimiento de
producción de acero tipo Maxhütte combinado -
inoxidable]; la abreviatura "K-OBM-S" significa "Kombiniertes Maxhütte Stahlerzeugungsverfahren - stainless" [Procedimiento de producción de acero tipo Maxhütte combinado - inoxidable].
inoxidable]; la abreviatura "K-OBM-S" significa "Kombiniertes Maxhütte Stahlerzeugungsverfahren - stainless" [Procedimiento de producción de acero tipo Maxhütte combinado - inoxidable].
Para la producción de una fundición base
orientada a un cierto propósito, se coloca delante del primer
recipiente de reacción otro recipiente de reacción, conformado para
producción de una fundición base de arrabio desfosforado como
mecanismo de desfosforación. Para la producción de una fundición
base a partir de, entre otros, desechos de la producción de
ferroníquel, este otro recipiente de reacción está conformado como
el reactor para la reducción de la fundición. Para la realización
del proceso de reducción de la fundición se prevén agentes
materiales para un elevado suministro de energía, debido a la baja
proporción de níquel en los desechos de la producción de
ferroníquel, ciertamente esta ruta del procedimiento hace posible el
aprovechamiento económico de los desechos hasta ahora apenas
utilizados y a recuperar por razones de protección del medio
ambiente.
En las tareas de carga y los procesos de soplado
se manifiesta en alto grado una emisión de polvos perjudicial para
el ambiente, de tal forma que, se localizan preferentemente
dispositivos para eliminación de polvo (electrofiltros) de
operación en seco en los recipientes individuales de reacción.
Además de evitar ampliamente un perjuicio ambiental, se recuperan
sustancias potencialmente reciclables que se suministran nuevamente
al proceso de producción.
La interacción entre el mecanismo de producción
de acero y el mecanismo de tratamiento de acero subordinado se
facilita enormemente, si se antepone a los mecanismos de producción
de acero y de tratamiento de acero un sistema de gestión global,
que comprenda como mínimo los recipientes de reacción utilizados y
la unidad de colada continua, con un ordenador para procesos
individual coordinado con el mecanismo de producción de acero y el
mecanismo de tratamiento de acero, y contenga un modelo de proceso
que regule el mecanismo de producción de acero o medidas
directrices que regulen modelos de proceso parcial de los mecanismos
de tratamiento de acero subordinados, por ejemplo, la velocidad de
colada y el formato de colada sobre la unidad de colada continua,
para calcular las cantidades de los materiales utilizados en cada
una de las etapas del procedimiento, enviadas por el sistema de
gestión y conforme a las cantidades calculadas tiene lugar el
suministro de los materiales utilizados en los recipientes de
reacción.
Adicionalmente, el mecanismo de producción está
equipado con una automatización de niveles 1 y de nivel 2, con
mecanismos de eliminación de polvo y de almacenamiento de gas, con
mecanismos para transporte de escoria y tanques, etc.
En la mayoría de los intervalos prefijados se
realizan trabajos de reparación en las instalaciones. En los
recipientes de reacción deben restaurarse los revestimientos
refractarios o reacondicionarlos. A este fin, debe separarse el
recipiente de reacción de la línea de producción por unas horas y en
la medida de lo posible, el funcionamiento sigue con un recipiente
de reemplazo (recipiente convertidor de intercambio). Si no existe
esta posibilidad, (recipientes de reacción estacionarios), se
aconseja dividir las tres etapas del procedimiento durante el
periodo de trabajos de renovación en los dos recipientes de reacción
restantes. Puesto que para todas las etapas del procedimiento están
previstos recipientes de reacción, que cuentan principalmente con
mecanismos de soplado superior y de soplado en la parte inferior del
horno, no existen impedimentos en principio para trasladar etapas
del proceso parcialmente al recipiente de reacción respectivamente
subsiguiente o anterior. En total, el tiempo de producción aumenta
para un peso de carga que permanece igual, reduciéndose la
utilización de la unidad de colada continua y la productividad. Sin
embargo, es posible mantener el proceso de fabricación.
Cuando el primer recipiente de reacción se
compone, por ejemplo, de un convertidor de reciclaje estacionario y
debido a la renovación de los revestimientos refractarios (por
ejemplo, durante 4 días) no puede producir, el segundo recipiente
de reacción asume una parte de la producción del primer recipiente.
Si fallara el segundo recipiente de reacción, entonces el
convertidor de reciclaje asume una parte de esta producción, Ambos
convertidores funcionan alotérmicamente, de tal forma que esta
flexibilidad es posible.
Si falla el tercer recipiente de reacción debido
a la renovación del revestimiento refractario, el convertidor de
reciclaje asume una parte de la producción del primer recipiente que
trabaja principalmente en forma autotérmica y en el segundo
recipiente de reacción se realiza una parte de la producción del
convertidor de reciclaje.
Otras ventajas y características de la presente
invención derivan de los ejemplos de ejecución no restrictivos de
la siguiente descripción, en los que se hará referencia a las
figuras que ahí se encuentran y que muestran lo siguiente:
Fig.1: un convertidor de reciclaje con
representación esquemática de sus posibilidades de aplicación de
acuerdo con invención y según la primera etapa del
procedimiento,
Fig. 2: un convertidor KMS-S con
representación esquemática de sus posibilidades de aplicación de
acuerdo con la invención y según la segunda etapa del
procedimiento,
Fig. 3: un convertidor
K-OBM-S con representación
esquemática de sus posibilidades de aplicación de acuerdo con la
invención y según la tercera etapa del procedimiento,
Fig. 4: una recopilación del primer ejemplo de
ejecución para la fabricación de un acero aleado con Cr y Ni de
calidad SUS 304,
Fig. 5: líneas de desarrollo para el contenido
de cromo y el peso de la fundición en el procedimiento de la
invención según el ejemplo de ejecución 1.
Las representaciones en las figuras 1 a 5 se
refieren en su totalidad a la variante principal de la presente
invención y a los datos concretos de cantidades a utilizar de
diferentes materias primas, composiciones de aleaciones,
temperaturas de fundición, etc., se refieren al ejemplo 1
ampliamente explicado.
En la Fig. 4 se muestra un resumen esquemático
del procedimiento para la fabricación de una fundición metálica
aleada con sus etapas principales y los recipientes de reacción
utilizados para el proceso de transformación. Este esquema
comprende un mezclador de arrabio para la preparación de una
fundición base, que se mezcla en cantidades prefijadas en las tres
etapas del procedimiento. La primera etapa del procedimiento se
realiza en un convertidor de reciclaje, en el que se produce la
primera fundición prealeada. La segunda etapa del procedimiento se
realiza en un convertidor KMS-S, en el que sobre la
base de la primera fundición prealeada se produce una segunda
fundición prealeada. La tercera etapa del procedimiento tiene lugar
en el convertidor K-OBM-S, en el
que se continúa el tratamiento de la segunda fundición prealeada
dividida en dos cargas en etapas consecutivas. La fundición
producida, ajustada a una determinada composición química y
temperatura, concluye en una unidad VOD y se introduce en un
proceso de fundición y colada para formar desbastes. Los valores
indicados en la Fig. 4 para cada una de las etapas y niveles del
procedimiento se refieren a un acero austenítico con cromo de
calidad SUS 304 con un peso de carga de 2 x 160 t, que en la colada
secuencial se vierte sobre una unidad de colada continua.
En la Fig. 1 se representa esquemáticamente la
primera etapa del procedimiento con los diferentes materiales
utilizados y las diferentes posibilidades para su incorporación. De
forma análoga la Fig. 2 muestra la segunda etapa del procedimiento
y la Fig. 3 la tercera etapa del procedimiento con los materiales
utilizados en cada una de las etapas correspondientes del proceso y
las posibilidades para su incorporación.
En la Fig. 5 se representa la distribución de la
fundición base (187,8 t) en las tres etapas del procedimiento del
ejemplo de ejecución 1 y la variante con el soplado superior con
aire caliente descrita en la primera etapa del procedimiento de
acuerdo con el ejemplo de ejecución 1. De la Fig. 5 se infiere
además que el contenido de cromo ya en la primera etapa del
procedimiento se lleva de cero hasta el nivel deseado por reducción
de los óxidos de cromo y su significativo aumento y, por tanto,
también el aumento de las pérdidas de cromo se evitan mediante
adición de la fundición base. Esta adición graduada de la fundición
base, así como la división de la carga al final de la segunda etapa
del procedimiento, hacen posible lograr una muy elevada
productividad con unidades relativamente pequeñas, muy bien
coordinadas en la secuencia y que posibilitan costes de inversión
relativamente bajos.
Para la producción de fundiciones metálicas que
presentan ferroaleaciones, como FeCr, puede desistirse de la
dilución del contenido de Cr o de otros elementos de aleación, como
Mn, Ni, etc., por medio de una fundición base no aleada en la
segunda y tercera etapas del procedimiento, para que el contenido
del agente de aleación alcance el contenido deseado. En la
producción de FeNi el enriquecimiento de Ni aumenta al final de la
tercera etapa del procedimiento por medio de un periodo de
escorificación de una parte del hierro en la fundición metálica, de
modo que el contenido final de Ni al que se quiere llegar, puede
regularse en forma sencilla y segura. Las aleaciones de Cr o
también las de Mn pueden descarburizarse considerablemente en la
tercera etapa del procedimiento, duplicándose así el valor de
mercado de estas aleaciones.
Ejemplo de ejecución
1
Para la fabricación de 2 cargas, cada una con
160 t de acero líquido listo para colada de calidad SUS 304 se
procede de la siguiente manera:
De acuerdo con la ruta del alto horno se
producen 187,8 t de arrabio y en el acondicionamiento del arrabio
se desulfura y desfosfora. El arrabio desfosforado forma una
fundición base para, respectivamente, la obtención de una fundición
prealeada en la primera y la segunda etapas del procedimiento y la
formación de una fundición aleada de la composición meta
predeterminada en la tercera etapa del procedimiento. La fundición
base contiene 4,0% en peso de C, 0,1% en peso de Cr, 0,1% en peso
de Ni, <0,01% en peso de P y el resto es hierro y otras
impurezas resultantes del procedimiento. La temperatura empleada de
la fundición asciende a 1 280ºC.
\global\parskip1.000000\baselineskip
En la primera etapa del procedimiento se carga
en el primer recipiente de reacción, que es un convertidor de
reciclaje, en caliente, la chatarra aleada disponible, originada en
la planta de producción (21 t de calidad SUS 304) y posteriormente
64,6 t de la fundición base preparada. Mediante soplado de carbón,
soplado inferior con oxígeno y soplado superior de aire caliente se
eleva la temperatura del baño a 1 550ºC y el contenido de C de la
fundición a 5% en peso. Se agregan a la fundición base en forma
dosificada 12 t de escoria K-OBM-S
no reducida recirculada, proveniente de la tercera etapa del
procedimiento con un porcentaje de 45% de Cr_{2}O_{3} y CaO;
etc. Posteriormente tiene lugar la inyección de polvo fino que
contiene óxido de Cr y de Ni y la adición dosificada de otras 12 t
de escoria K-OBM-S no reducida, así
como de mineral de cromo a través de una lanza separada enfriada
con agua, que entra al convertidor de reciclaje a través de la
abertura del convertidor. Esto se realiza manteniendo el soplado
inferior de oxígeno y carbón a través de grupos de toberas y
conductos de alimentación separados, sistemas de dosificación y de
reserva. Desde el inicio del soplado, se realiza soplado superior
con un aire caliente precalentado a aproximadamente 1 200ºC a través
de una lanza de aire caliente con un grado de postcombustión de
60%. Para disminuir la cantidad del gas residual, podría
incrementarse el contenido de O_{2} del aire caliente agregando
O_{2}. Como portadores baratos de agentes de aleación se elaboran
33,4 t de mineral de cromo con una proporción de 45% en peso de
Cr_{2}O_{3}, 24 t de escoria con una proporción de 45% en peso
de Cr_{2}O_{3} y 38 t de polvo fino con 14,3% en peso de
Cr_{2}O_{3} + cal + carbón. En total se inyectan dentro del
convertidor 31,1 t de antracita, 19,280 Nm^{3} de O_{2} y
145,000 Nm^{3} de aire caliente en la primera etapa del
procedimiento.
Después de un tiempo de carga de aproximadamente
160 min hay 120 t de una primera fundición prealeada, carburada y a
una temperatura de 1 560ºC con la siguiente composición: 5,0% en
peso de C, 20,3% en peso de Cr_{,} 2,0% en peso de Ni, restos de
hierro y otras impurezas resultantes del proceso. La escoria no fue
acondicionada en el soplado para una elaboración posterior con
Al_{2}O_{3}, SiO_{2,} etc. El contenido de Cr_{2}O_{3} de
esta escoria está por debajo del 1,0% en peso y es reciclable.
En la segunda etapa del procedimiento se vacían
en forma conjunta 120 t de la primera fundición prealeada con 20 t
de la fundición base con un mecanismo de transvase y se cargan en el
segundo recipiente de reacción, formado por un convertidor
KMS-S. La temperatura de la mezcla de fundición se
eleva a 1 560ºC mediante soplado inferior y soplado superior con
O_{2} y agregado de hulla gruesa proveniente del tanque elevado.
Posteriormente se aplican y reducen el mineral de cromo y el polvo
grueso recirculado a través de una lanza separada sobre la escoria
y la fundición con soplado combinado con O_{2}, adición de
antracita y cal. La basicidad de la escoria (CaO/SiO_{2}) se
ajusta a 2,5. En ninguna de las tres etapas del procedimiento es
necesaria ni se emplea una costosa reducción de escorias con FeSi,
es decir, la escoria se reduce con carbón en la primera y segunda
etapas del procedimiento. La escoria proveniente de la tercera etapa
del procedimiento se recircula en el primer recipiente de reacción
y allí se reduce igualmente con carbón. El gas residual no se quema
como en la primera etapa del procedimiento, sino que se almacena en
un depósito de gas después de su depuración y posteriormente se
recicla (abono de gas). Esto es posible, ya que se sopla con O_{2}
a un grado considerablemente menor de postcombustión de los gases
del proceso (CO y H_{2}).
En total se generan en esta segunda etapa del
procedimiento 76,9 t de mineral de Cr y 19,0 t de polvos aleados,
84,6 t de antracita fragmentada, 2,2 t de Al_{2}O_{3}, 9 t de
cal, 68,700 Nm^{3} de O_{2}, 20 t de fundición base y 120 t de
la primera fundición prealeada para producir 2 x 89 t de la segunda
fundición prealeada con el siguiente análisis: 5,7% en peso de C,
0,05% en peso de Mn, 25,9% en peso de Cr, 1,38% en peso de Ni,
resto de hierro e impurezas resultantes del procedimiento. La
temperatura de esta segunda fundición prealeada en el soplador
alcanza los 1 500ºC. El periodo de sangría alcanza 180 min.
Dentro de este periodo de sangría puede
realizarse dos veces la tercera etapa del procedimiento, de tal modo
que las 178 t de una segunda fundición prealeada se dividen en 2 x
89 t la tercera etapa del procedimiento realizada dos veces. Esto
tiene lugar mediante la sangría en dos cucharas.
En ambas terceras etapas del procedimiento, que
se realizan sucesivamente en un recipiente de reacción del tipo de
un convertidor K-OBM-S, se adecua el
balance de las cantidades mediante la carga respectivamente de 51,6
t de fundición base para un peso de sangría de, en cada caso, 158,6
t.
El análisis de la escoria al final de la segunda
etapa de procedimiento puede adaptarse por medio del soplado
inferior con gas inerte o mediante la adición de portadores de
SiO_{2}, Al_{2}O_{3}, Fe_{2}O_{3} o también de FeSi, Al,
etc., en unos pocos minutos al análisis deseado, que corresponda a
la finalidad de aplicación deseada. Esto también es aplicable
igualmente a la primera etapa del procedimiento, de modo que en
conjunto se garantiza un aprovechamiento óptimo de escorias, polvos,
diversos materiales de desecho, etc., por ejemplo, en la industria
del cemento.
El contenido de Cr de la prefundición se reduce
también en la tercera etapa del procedimiento por medio de la
adición de la fundición base, de tal modo que en ésta se suministran
19,6 t de HCFeCr por carga para alcanzar un contenido de Cr de
18,14% en peso de Cr en la sangría de la fundición.
Como portador de Ni se inyecta de forma
autotérmica en la fundición "Mixed Hydroxid Product", un
hidróxido de Ni con 40% de Ni para un contenido de C todavía alto
en la fundición, en una cantidad de 6,4 t a través de las toberas
inferiores. El resto del níquel necesario se carga en el convertidor
en una cantidad de 9,18 t, de modo que en la sangría exista un
contenido de Ni de 8,06% en peso. Para regular el contenido deseado
de Mn se cargan 2 t de FeMn en el soplado.
\newpage
La fundición se refina mediante soplado
combinado con O_{2} a 0,17% en peso de C. A partir de un contenido
de C de 1,5% en peso se mezcla nitrógeno, en lugar de Ar, en el
soplado inferior de O_{2}, para reducir la presión parcial del CO
y con ello mejorar la descarburación. En la unidad VOD se
desnitrifica a continuación la fundición a 450 ppm.
Los periodos de sangría para ambas cargas
alcanzan 2 x 90 min. Se obtienen 2 x 160 t de fundición aleada con
el siguiente análisis: 0,17% en peso de C, 0,8% en peso de Mn,
18,14% en peso de Cr, 8,06% en peso de Ni, resto de hierro e
impurezas resultantes del procedimiento. La temperatura de fundición
alcanza 1 680ºC.
La altura y el curso de la temperatura de
fundición y del porcentaje cuantitativo de los elementos más
importantes de la fundición se miden en cada una de las tres etapas
del procedimiento con la medición en línea de la temperatura y el
análisis químico, mediante una tobera inferior, en cada caso, varias
veces por carga, de modo tal que las etapas del procedimiento
pueden ser muy bien controladas tanto desde el punto de vista
metalúrgico como del tiempo.
La sangría del convertidor se realiza en la
tercera etapa del procedimiento a través de un agujero de sangría.
Para ello, se separan la escoria y el acero al final de la sangría
con un detenedor de escoria que trabaja en forma neumática. El
flujo de la escoria con el acero se advierte con ayuda de una cámara
infrarroja y el software correspondiente (sistema Iris) y la
finalización de la sangría de la fundición se activa a través del
detenedor de escoria a una señal de este sistema Iris.
En las cucharas de 160 t se encuentran antes del
tratamiento VOD, en forma reproducible solo aprox. 3 kg de escoria
/ t de acero, por lo que la escorificación del cromo puede
restringirse y el consumo de FeSi puede mantenerse bajo. El
desescoriado de la cuchara no es necesario.
En la unidad VOD la fundición se refina, se
desnitrifica, se alea en fino, se desoxida, se desulfura y se lava.
Para estas medidas, se incorporan en total 0,34 t de Ni, 1,5 t de
FeSi, 2,4 t de cal, 0,5 t de CaF_{2}, 0,3 t de LCMn y 0,6 t
FeCrLC y se aplican 1 100 Nm^{3} de O_{2} como gas fresco. Con
esto se logra el siguiente ajuste final de la aleación: 0,035% en
peso de C, 0,5% en peso de Si, 1,0% en peso de Mn, 18,25% en peso de
Cr, 8,2% en peso de Ni. La temperatura de fundición alcanza 1
515ºC.
Cada carga (2 x 160 t) de esta fundición lista
para colada, se vierte en secciones de desbaste y velocidades de
colada coordinadas, sobre un mecanismo de colada continua de
desbastes en aprox. 90 min de un procedimiento de colada secuencial
(Fig. 4). La ventaja de costes operativos de esta etapa del
procedimiento está en al menos 230,- EUR / t
de acero líquido austenítico, en comparación con las rutas convencionales del procedimiento a través de hornos eléctricos de arco y convertidores AOD, la situación de tratamiento de cuchara y la unidad de colada continua.
de acero líquido austenítico, en comparación con las rutas convencionales del procedimiento a través de hornos eléctricos de arco y convertidores AOD, la situación de tratamiento de cuchara y la unidad de colada continua.
Ejemplo de ejecución
2
Este ejemplo de ejecución, como el primero, se
refiere igualmente a la fabricación de 2 cargas con 160 t cada una
de acero líquido listo para colada, de calidad SUS 304, efectuándose
la primera y tercera etapas del procedimiento como en el primer
ejemplo de ejecución.
Si el gas residual resultante de la segunda
etapa del procedimiento no deba utilizarse nuevamente (ningún abono
de gas) y/o deba perseguirse el objetivo de reducir drásticamente el
consumo de carbón y oxígeno, puede realizarse también el soplado en
la segunda etapa del procedimiento desde arriba con aire caliente (1
200ºC, 21% O_{2}), para refinamiento de la fundición y amplia
postcombustión de CO y H_{2} (grado de postcombustión por
ejemplo: 60%).
Para un suministro de 120 t de una primera
fundición prealeada proveniente de la primera etapa del
procedimiento y 20 t de fundición base, así como 79,6 t de mineral
de Cr, 19 t de polvo grueso con una proporción considerable de C y
9 t de cal, se necesitan por cada 178 t de carga, en vez de 68 700
Nm^{3} de O_{2}, solamente 20 300 Nm^{3} de O_{2} y en vez
de 84,6 t de antracita, solamente 44,5 t de antracita. Además, para
la generación de 167 000 Nm^{3} de aire caliente se requieren 8
500 Nm^{3} de gas natural.
El análisis químico de las 178 t de una segunda
fundición prealeada al final de la segunda etapa del procedimiento
aplicando soplado superior de aire caliente y la temperatura de esta
fundición corresponden a aquella con soplado superior de oxígeno en
esta etapa del procedimiento (ver el primer ejemplo de
ejecución).
Los pesos de las cargas en las tres etapas del
procedimiento se eligen de tal modo en los ejemplos de ejecución 1
y 2 con 120 t en la primera etapa del procedimiento, con 178 t en la
segunda etapa del procedimiento y con 2 x 160 t en la tercera etapa
del procedimiento, que para una elevada productividad superior a las
800 000 toneladas anuales de acero inoxidable, deben calcularse en
el tercer recipiente de reacción y en los mecanismos situados a
continuación (grúas portacucharas, cucharas, hornos cuchara,
unidades VOD, torretas de carga de la(s) unidad(es)
de colada continua, bases de anclaje) solo con 160 t de acero
líquido por carga. Esto es posible por la coordinación de los
tiempos del ciclo, pero especialmente por las tres etapas del
procedimiento y la división de cargas después de la segunda etapa
del procedimiento y por la configuración del peso de la fundición
en las etapas del procedimiento. Para ello debe tomarse en cuenta,
que en un ciclo de 180 minutos se funden y se reducen un total de
57 t de polvo, 24 t de escoria y especialmente 113 t de mineral de
Cr, produciéndose un total de 320 t de acero líquido.
Claims (32)
1. Procedimiento para la fabricación de una
fundición metálica aleada a base de hierro, que contiene
preferentemente Cr o Cr y Ni, en varias etapas sucesivas y
coordinadas entre sí. Dicho procedimiento está caracterizado
porque
\bullet en una primera etapa del
procedimiento, a una fundición base se incorporan portadores de
agentes de aleación y se agrega un agente de reducción, escoria
recirculada y/o formadores de escoria y un portador de energía, por
acción de soplado superior y en la parte inferior del horno, con un
agente oxidante, esos agentes portadores de aleación se funden y se
reducen en gran medida, produciéndose una primera fundición
prealeada,
\bullet en una segunda etapa del
procedimiento, se incorporan a la primera fundición prealeada, un
portador de agentes de aleación, preferentemente un portador de Cr
y, si se requiere, una fundición base, y se agrega un agente de
reducción, un formador de escoria y un portador de energía fósil por
acción de soplado superior y en la parte inferior del horno con un
agente oxidante, el portador de agentes de aleación, preferentemente
el portador de Cr, se funde y se reduce, produciéndose una segunda
fundición prealeada,
\bullet en una tercera etapa del
procedimiento, se agregan agentes de aleación a la segunda fundición
prealeada, especialmente ferroaleaciones y, si es el caso, una
fundición base, se agregan formadores de escoria y por acción de
soplado superior y en la parte inferior del horno con un agente
oxidante se realiza un proceso de descarburación y una fundición
aleada se regula a la temperatura y el análisis químico
predefinidos.
2. Procedimiento según la Reivindicación 1,
caracterizado porque, en una o varias etapas del
procedimiento, se agrega chatarra, especialmente chatarra de acero
aleada con Cr o Cr y Ni, y si es el caso, otros portadores de
metal, en cantidad predeterminada.
3 Procedimiento según la Reivindicación 1 o la
2, caracterizado porque, al menos en la primera y segunda
etapas del procedimiento, ocurre una postcombustión de CO + H_{2}
por soplado superior de oxígeno o de un gas conteniendo oxígeno,
preferentemente con aire caliente.
4. Procedimiento según una de las
Reivindicaciones precedentes, caracterizado porque, en la
tercera etapa del procedimiento ocurre una postcombustión de CO +
H_{2} con oxígeno.
5. Procedimiento según una de las
Reivindicaciones precedentes, caracterizado porque, la
segunda fundición prealeada originada en la segunda etapa del
procedimiento, se divide en dos cantidades parciales como mínimo, y
cada una de estas cantidades parciales a su vez, en una tercera
etapa del procedimiento, se completa con una fundición base;
caracterizado porque se agregan agentes de aleación que
contienen Cr o Cr y Ni; caracterizado porque se agregan
formadores de escoria, y, por acción de soplado superior y soplado
en la parte inferior del horno con un agente oxidante, se realiza
un proceso de descarburación y se regula una fundición aleada a un
análisis químico y temperatura predeterminados.
6. Procedimiento según una de las
Reivindicaciones precedentes, caracterizado porque, el
contenido de C de la fundición se incrementa a un contenido máximo
de C de 8% en peso en la primera y en la segunda etapas del
procedimiento aumentando el contenido de Cr.
7. Procedimiento según una de las
Reivindicaciones precedentes, caracterizado porque, el
soplado superior con un agente oxidante en la primera y segunda
etapas del procedimiento, se realiza con oxígeno u oxígeno y
nitrógeno o aire caliente o aire caliente enriquecido con oxígeno, y
en la tercera etapa del procedimiento, con oxígeno o una mezcla de
oxígeno y un gas inerte.
8. Procedimiento según una de las
Reivindicaciones precedentes, caracterizado porque, el
soplado superior con un agente oxidante en la tercera etapa del
procedimiento en la producción de una fundición metálica con alto
contenido de Cr o Ni o Mn (ferroaleaciones), se realiza al menos
parcialmente con aire caliente.
9. Procedimiento según una de las
Reivindicaciones precedentes, caracterizado porque, el
soplado superior en la primera y/o la segunda etapas del
procedimiento, se realiza con O_{2} pulsante, con O_{2} y gas
inerte o con aire caliente o con aire caliente enriquecido con
.O_{2}.
10. Procedimiento según una de las
Reivindicaciones precedentes, caracterizado porque, el
soplado en la parte inferior del horno en la primera etapa del
procedimiento y, si es necesario, en la segunda etapa del
procedimiento, comprende las medidas a) a f) siguientes:
a) un soplado en la parte inferior del horno
para formar CO, transferencia de calor en la postcombustión,
suministro de energía y movimiento del baño, mezcla de la fundición
y la escoria, así como en caso necesario, el corte de la chatarra
y del portador de metal con
- \bullet
- O_{2} o una mezcla de O_{2} y un gas inerte, que puede ser N_{2}, u
- \bullet
- O_{2} y una mezcla de O_{2} y un gas inerte en etapas sucesivas o
- \bullet
- una mezcla de oxígeno y vapor de agua o
- \bullet
- una mezcla de oxígeno y CO_{2};
b) el agregado de un portador de energía y de un
agente de reducción a través de toberas en la parte inferior del
horno,
c) la inyección de polvos, como materiales de
circulación de fundición, polvos convertidores y de horno de arco,
polvos de la producción de ferroaleaciones, cenizas, ferroaleaciones
de grano fino o Al,
d) la inyección de polvos conteniendo Fe, Cr y
Ni para descontaminación y como portador de agentes de
aleación,
e) la inyección de formadores de escoria, como
cal, SiO_{2}, espato flúor, bauxita, arena, en cada caso con
oxígeno como gas portador, en tanto el contenido de Cr de la
fundición sea menor a aprox. 10% en peso, o con gas inerte,
f) la inyección de al menos una de estas
sustancias: mineral de Cr, mineral de Mn, mineral de Ni, óxido de
Ni, hidróxido de níquel, polvos, cenizas, calamina, polvos de
pulido, arena, residuos contaminados de construcción, desechos
domésticos o industriales o residuos de trituración, sustancias
residuales, como portadores de agentes de aleación y/o formadores
de escoria.
11. Procedimiento según la Reivindicación 10,
caracterizado porque, la introducción en la fundición de un
portador de energía y de un agente de reducción según la
característica 10b), fragmentado, se realiza en forma adicional o
alternativa, desde arriba.
12. Procedimiento según la Reivindicación 10,
caracterizado porque, los polvos y otras sustancias de grano
fino según las características 10c) y 10d) se fragmentan y se
agregan fragmentadas a la fundición o a la escoria.
13. Procedimiento según la Reivindicación 10,
caracterizado porque la incorporación a la masa de fundición
de formadores de escoria según la característica 10e) se realiza
alternativamente desde arriba.
14. Procedimiento según la Reivindicación 10,
caracterizado porque la incorporación de sustancias de
aleación a la fundición según la característica 10f) se realiza
alternativamente desde arriba.
15. Procedimiento según una de las
Reivindicaciones precedentes, caracterizado porque, el
soplado en la parte inferior del horno en la segunda etapa del
procedimiento, comprende al menos una de las siguientes medidas:
a) el soplado en la parte inferior del horno
para formar CO, la transferencia de calor en la postcombustión, el
suministro de energía y el movimiento del baño, y la mezcla de la
fundición y la escoria,
- \bullet
- con O_{2} o una mezcla de O_{2} y un gas inerte, como preferentemente N_{2} o
- \bullet
- con O_{2} y una mezcla de O_{2} y un gas inerte en etapas y relaciones de mezcla sucesivas o
- \bullet
- con una mezcla de O_{2} y vapor de agua o
- \bullet
- con una mezcla de O_{2} y CO_{2};
b) el agregado de un portador de energía líquido
o gaseoso y de un agente de reducción líquido o gaseoso a través
de las toberas en la parte inferior del horno;
c) el soplado en la parte inferior del horno se
realiza como en la primera etapa del procedimiento.
16. Procedimiento según una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el soplado
en la parte inferior del horno para formar CO, la transferencia de
calor en la postcombustión, el movimiento del baño y la
descarburación en la tercera etapa del procedimiento con O_{2} y
una mezcla de O_{2} y un gas inerte, se realiza en forma continua
o en etapas sucesivas con relaciones de mezclas variables, si es
necesario.
17. Procedimiento según la Reivindicación 16,
caracterizado porque la relación de mezcla de O_{2} y un
gas inerte se regula dependiendo del contenido de C de la
fundición.
18. Procedimiento según una de las
Reivindicaciones precedentes, caracterizado porque, en la
tercera etapa del mismo se incorporan portadores de Ni a la
fundición, directamente o mezclados con un agente de reducción, con
un gas portador, preferentemente gas inerte, por soplado en la parte
inferior del horno, para un contenido de C de la fundición superior
a 1,0% en peso.
\newpage
19. Procedimiento según una de las
Reivindicaciones 1 a 18, caracterizado porque el portador de
Ni se carga fragmentado sobre el baño de metal.
20. Procedimiento según una de las
Reivindicaciones precedentes, caracterizado porque en las
etapas del mismo durante el proceso de soplado, la temperatura y/o
el análisis químico de la fundición se determinan preferentemente
mediante una evaluación en línea de las ondas electromagnéticas
emitidas por la fundición, las que se llegan a través de una tobera
en la parte inferior del horno a un dispositivo de evaluación, y
dependiendo de la temperatura y/o del análisis químico, los valores
por defecto para el soplado superior y soplado en la parte inferior
del horno y para el agregado de agentes de aleación, portadores de
energía, agentes de carburación y de descarburación, se determinan
en un modelo de proceso.
21. Procedimiento según una de las
Reivindicaciones precedentes, caracterizado porque, en todas
las etapas del mismo se inyectan a la fundición a través de toberas
en la parte inferior del horno, hidrocarburos, como CH_{4},
C_{3}H_{8}, C_{4}H_{10}, sus mezclas, aceite diesel, aceite
pesado, como protección de las toberas.
22. Procedimiento según la Reivindicación 21,
caracterizado porque además de los hidrocarburos o en su
lugar, se inyecta en la fundición como protección de las toberas,
un gas inerte, vapor, CO_{2}, CO o sus mezclas.
23. Procedimiento según una de las
Reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la
fundición base se compone de arrabio desfosforado y se incorpora a
una temperatura del baño de 1 220 a 1 650ºC por lo menos en la
primera etapa del procedimiento y presenta la siguiente
composición:
2,0 - 4,7% en peso de C,
- < 1,0% en peso de Mn,
- < 0,025% en peso de P,
- < 0,05% en peso de S,
si es el caso con proporciones variables de Cr y
Ni, restos de Fe e impurezas resultantes del proceso.
24. Procedimiento según una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la
fundición base se produce por acción de energía eléctrica y, si es
el caso, se carbura adicionalmente en la primera o en la segunda
etapa del procedimiento.
25. Procedimiento según una de las
Reivindicaciones 1 a 23, caracterizado porque la fundición
base se forma a partir de materiales de desecho de la producción de
ferroníquel mediante la reducción de la fundición.
26. Procedimiento según una de las
Reivindicaciones 1 a 23, caracterizado porque una fundición
base se forma proporcionalmente de arrabio desfosforado y hasta 50%
de materiales de desecho de la producción de ferroníquel.
27. Procedimiento según una de las
Reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la escoria
fría o líquida o caliente, con Cr_{2}O_{3,} no reducida,
derivada de la tercera etapa del procedimiento, se restituye a la
primera e incluso a la segunda etapa del procedimiento
preferentemente y ahí se reduce con un agente de reducción que
contiene C.
28. Procedimiento según una de las
Reivindicaciones precedentes, caracterizado porque en los
últimos minutos del soplado de la segunda etapa del procedimiento,
se agrega HCFeCr con 2,0 a 0,0% en peso de Si para reducir y
acondicionamiento parcial de la escoria y aleación de la fundición,
así como para descarga energética de la tercera etapa del
procedimiento.
29. Procedimiento según una de las
Reivindicaciones precedentes, caracterizado porque en los
últimos minutos del soplado de la primera y/o segunda etapas del
procedimiento, la basicidad de la escoria (CaO/SiO_{2}) se reduce
desde 2,0 a 2,5 a aprox. 1,4 por adición de portadores de SiO_{2},
y el análisis de la escoria de los portadores de óxido de hierro y
de Al_{2}O_{3} la escoria se ajusta a valores como los exigidos
en la industria del cemento para escorias que se utilizan como
sustitutos de clinker o aditivos de trituración en la producción de
cemento.
30. Procedimiento según una de las
Reivindicaciones precedentes, caracterizado porque las
escorias de la primera y/o la segunda etapas del procedimiento se
acondicionan al análisis y temperatura deseados después del vaciado
de la fundición metálica.
31. Procedimiento según una de las
Reivindicaciones precedentes, caracterizado porque a
continuación de la tercera etapa del procedimiento, la fundición
aleada se somete, preferentemente después del procedimiento VOD, a
un tratamiento metalúrgico con cuchara, que comprende uno o varias
de las medidas: descarburación fina, aleación fina,
desnitrificación, reducción, desulfuración, así como una regulación
de temperatura y un tratamiento de lavado de la fundición.
\newpage
32. Procedimiento según una de las
Reivindicaciones precedentes, caracterizado porque las
cantidades de materiales utilizados incorporados en cada una de las
etapas del procedimiento, especialmente mineral de Cr y otros
portadores de agentes de aleación que tienen óxido, hidróxidos o
que contienen hierro, así como fundición base y si es el caso,
chatarra, se determinan de modo tal, que en cada una de las etapas
del procedimiento se logren los periodos de sangría, que
corresponden a los tiempos del ciclo necesarios para la colada
continua subsiguiente de las cargas u otros tiempos del ciclo para
el colado de la fundición metálica.
33. Procedimiento según las Reivindicación 32,
caracterizado porque un modelo de proceso que rige el
procedimiento de fabricación de acero, incluye medidas directrices
de un proceso de colada subordinado, como la velocidad de colada y
el formato de colada, o tiempos del ciclo de la colada de
ferroaleaciones, para la determinación de las cantidades de los
materiales utilizados incorporados en cada una de las etapas del
procedimiento.
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