ES2319756T3 - Escoria metalurgica. - Google Patents
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Abstract
Material para fabricar una escoria de acero fundido para ser introducida dentro de un horno o una vasija que contiene acero fundido, comprendiendo dicho material cenizas derivadas de la combustión de pulpa o de fango de desecho de papel mezcladas con materiales que contienen cal viva y/o magnesia que presentan una relación de basicidad apropiada para el acero que se va fabricar y/o para el proceso de fabricación de acero que se va a utilizar, en el que la relación de basicidad (V) es %CaO/%SIO2
Description
Escoria metalúrgica.
La presente invención se refiere a escoria,
especialmente a la utilizada en la industria de la fabricación de
acero.
La escoria está presente en la parte superior de
la colada en un horno o una vasija metalúrgica. La principal
función de la escoria es combinarse con las impurezas no deseadas de
la colada de modo que se puedan separar de la colada. También
tiende a evitar que la colada recoja los gases de la atmósfera del
horno.
Es conocido que la denominada relación de
basicidad de la escoria es importante en la fabricación de acero.
La relación de la basicidad se define como la relación de óxidos
básicos con respecto a los óxidos ácidos.
Una medida de la relación de basicidad (B) se
define de este modo:
B = \frac{%CaO
+ %MgO}{%SiO_{2} +
%Al_{2}O_{3}}
Se han propuesto otras medidas, algunas veces
más útiles, de la relación de basicidad (véase "The Fundamentals
of Steelmaking" de Turkdogan E.T. The Institute of materials
(1996)). Dichas medidas se pueden expresar de este modo:
B_{LF} =
\frac{%CaO + 1.4%MgO}{%SiO_{2} +
0.6%Al_{2}O_{3}}
o
bien
V =
\frac{%CaO}{%SiO_{2}}
Las composiciones de escoria virgen son
composiciones de escoria que han sido llevadas a entrar en contacto
con la colada al comienzo del proceso de la fabricación de acero.
Los valores para las relaciones de basicidad, como se han definido
anteriormente en la presente memoria, típicamente están por encima
de 2 para las denominadas composiciones de escoria
"virgen".
Se debe tener cuidado cuando se utiliza y se
hace referencia a la relación de basicidad ya que existen muchos
modos de definir la basicidad (véase, por ejemplo, Sommerville, I.D.
y Yindong Yang; "The AusIMM Proceedings", página 71, volumen 36
nº 1; 2001).
Los hornos utilizados en la industria del acero,
por ejemplo los hornos básicos de oxígeno (BOF), los hornos de arco
eléctrico (EAF) y los hornos de cucharón (LF) son vasijas de metal
que presentan un recubrimiento refractario para mantener el metal
fundido. Los materiales refractarios se escogen para soportar las
temperaturas extremas a las que están sometidos. Por razones de
economía y de rendimiento es importante que el daño de los
materiales refractarios sea mínimo. El daño de los materiales
refractarios de este tipo se controla, entre otras cosas, por los
niveles de basicidad y de saturación de MgO.
El documento EP 0 055 953 expone una escoria
aislante para el acero que está compuesta por la mezcla de cenizas
de cascarilla de arroz con CaO o MgO para ajustar la basicidad.
Muchas industrias buscan obtener beneficios
extras de los procesos de fabricación mediante la regeneración de
los materiales de desecho. Una regeneración de este tipo puede
adoptar la forma del reciclado de materiales no utilizados o
parcialmente utilizados o en la regeneración de energía, por
ejemplo, en forma de calor mediante la combustión de materiales de
desecho. Una industria de este tipo es la industria de la
fabricación de papel en la que los subproductos, la pulpa o el
fango de desecho de papel, a menudo se quema. El producto de los
desechos de la combustión es conocido como las cenizas de
combustión. Según el documento WO 96/07054, este producto se
convierte en una escoria que se introduce en un horno de
turbulencia.
Las cenizas de la combustión a partir de la
industria de la fabricación de papel típicamente es un polvo fino
sustancialmente compuesto por óxido de calcio, dióxido de silicio,
óxido de aluminio, óxido de magnesio y óxido de hierro.
Generalmente también están presentes pequeñas cantidades de otros
óxidos y cloruros metálicos. Debido a la composición física y al
estado de las cenizas de la combustión, éstas tienen por lo tanto
una utilización económica limitada y típicamente se vierten en la
tierra. En muchas partes de Europa, por lo menos, se carga un
impuesto por la disposición y, también, el vertido en la tierra del
desecho industrial.
El documento JP- 2002 97514 A expone la
utilización de cenizas volantes producidas a partir de estaciones
de energía térmica en aditivo con productos de desecho como por
ejemplo fango de la fabricación de papel como material para
fabricar escorias para la fabricación de acero.
Un objetivo de la presente invención es
proporcionar una fuente barata de escoria virgen, mientras se
proporciona un colector económico para las cenizas de combustión,
reduciendo de ese modo el vertido en la tierra y produciendo una
corriente de ingresos adicional. Un objetivo adicional de la
invención es proporcionar una escoria denominada "artificial"
producida por lo menos parcialmente a partir de materiales de
desecho. Todavía un objetivo adicional y más específico de la
invención es proporcionar una escoria artificial a partir de
materiales de desecho que no cause daños, o
cause un daño pequeño o no excesivo, a los materiales refractarios utilizados en los procesos de la fabricación
cause un daño pequeño o no excesivo, a los materiales refractarios utilizados en los procesos de la fabricación
\hbox{de acero.}
La invención proporciona un material para
fabricar una escoria de acero fundido para ser introducida en un
horno o una vasija que contenga acero fundido, tal como se define en
la reivindicación 1.
La invención proporciona además un procedimiento
para fabricar dicho material como se define en la reivindicación
5.
El procedimiento comprende el mezclado de
materiales que contengan suficiente cal viva y/o magnesia con
cenizas derivadas de la combustión de pulpa o de fango de desecho
de papel hasta que la composición formada de este modo tenga una
relación de basicidad (V) apropiada para la fabricación de acero e
introduciendo la composición en un horno de la fabricación de acero
o bien otra vasija que contenga acero líquido, en el que la relación
de basicidad es %CaO/%SiO_{2}.
Preferentemente la relación de material que
contiene cal viva añadida y mezclada con respecto a las cenizas
derivadas de la combustión de pulpa o de fango de desecho de papel
está comprendida entre 1:2 y 2:1, calculada como partes en
masa.
Preferentemente, la relación de material que
contiene magnesia añadida y mezclada con respecto a las cenizas
derivadas de la combustión de pulpa o de fango de desecho de papel
no es superior 1:4, calculada como partes en masa.
Preferentemente, la relación de material que
contiene magnesia añadida y mezclada con respecto a las cenizas
derivadas de la combustión de pulpa o de fango de desecho de papel
no es superior 1:5, calculada como partes en masa.
Preferentemente, el procedimiento comprende
además el mezclado de materiales que contienen suficiente cal viva
y/o magnesia de tal modo que la relación de basicidad (V) del
material formado de este modo esté comprendida entre 2,0 y 9,0
(%peso/peso).
Preferentemente, el procedimiento comprende
además el mezclado de materiales que contienen cal viva y/o magnesia
con cenizas derivadas de la combustión de pulpa o de fango de
desecho de papel en donde cada uno o ambos de los materiales que
contienen cal viva y/o magnesia están en forma de polvo o
granular.
Preferentemente, el procedimiento comprende
además el mezclado de materiales que contienen cal viva y/o magnesia
con cenizas derivadas de la combustión de pulpa o de fango de
desecho de papel en donde cada uno o ambos de los materiales que
contienen cal viva y/o magnesia tienen un diámetro nominal (tamaño
de la partícula) inferior a 10 mm.
Preferentemente, el procedimiento comprende
además el mezclado de materiales que contienen cal viva y/o magnesia
como componentes separados con las cenizas derivadas de la
combustión de pulpa o de fango de desecho de papel.
Preferentemente, el procedimiento comprende
además el mezclado de cal viva dolomítica con las cenizas derivadas
de la combustión de pulpa o de fango de desecho de papel.
Un aspecto adicional de la invención proporciona
un procedimiento de generación de escoria virgen artificial según
el procedimiento mencionado anteriormente.
Un aspecto adicional de la invención proporciona
la utilización del material según cualquiera de las reivindicaciones
1 a 4 como una escoria virgen artificial para la fabricación de
acero para extraer las impurezas indeseadas del metal fundido.
La relación de basicidad (V) del producto se
puede ajustar ventajosamente en un intervalo comprendido entre 2,0
y 9,0, dependiendo de los requisitos metalúrgicos del proceso en el
cual se pretende que sea utilizada la escoria, mediante la adición
de cantidades apropiadas de materiales que contienen cal viva y/o
magnesia.
Los expertos en la materia apreciarán que el
término "cal viva", tal como se utiliza en la presente memoria,
típicamente se refiere a cal quemada (CaO), sin embargo, en
situaciones especiales y raras, se puede utilizar CaCO_{3} además
de, o como una alternativa al CaO.
Con el fin de que la invención se pueda
comprender mejor se describirá ahora haciendo referencia a los
ejemplos adjuntos.
La tabla 1 siguiente proporciona detalles de una
composición típica de cenizas de combustión. El intervalo
representado es típico de cenizas de combustión aunque algunas
pueden variar fuera de los intervalos representados. Todas las
cenizas de combustión se consideran adecuadas para ser utilizadas en
la presente invención.
Como se puede apreciar, la tabla 1 muestra que
el ejemplo específico de cenizas de combustión típicas tienen unos
valores de la relación de basicidad que son demasiado bajos para ser
utilizadas como escoria virgen.
A 100 partes en masa de las cenizas de
combustión especificadas anteriormente se añadieron y se mezclaron
50 partes en masa de cal viva. Los componentes se mezclaron para
proporcionar una mezcla sustancialmente homogénea. La mezcla
resultante tenía relaciones de basicidad, B de 2,1, B_{LF} de 2,6
y V de 3,4. Se encontró que la mezcla era adecuada como material de
escoria virgen artificial en la industria de la fabricación de
acero.
100 partes en masa de las cenizas de combustión
especificadas anteriormente se añadieron y se mezclaron 200 partes
en masa de cal viva y 20 partes en masa de magnesia. Los componentes
se mezclaron para proporcionar una mezcla sustancialmente
homogénea. La mezcla resultante tenía relaciones de basicidad, B de
5,8, B_{LF} de 7,1 y una relación de basicidad por cálculo V de
8,4. Se encontró que la mezcla era adecuada como material de
escoria virgen artificial en la industria de la fabricación de
acero.
A 100 partes en masa de las cenizas de
combustión especificadas anteriormente se añadieron y se mezclaron
40 partes en masa de cal viva y 40 partes en masa de cal viva
dolomítica (25% en peso de magnesia, 75% en peso de cal viva). Los
componentes se mezclaron para proporcionar una mezcla
sustancialmente homogénea. La mezcla resultante tenía relaciones de
basicidad, B de 2,8, B_{LF} de 3,4 y una relación de basicidad V
de 4,1. Se encontró que la mezcla era adecuada como material de
escoria virgen artificial en la industria de la fabricación de
acero.
La escoria virgen artificial formada de este
modo se puede colocar en la parte superior o en el interior de la
colada por medio de un transportador o similar, extrayendo de ese
modo las impurezas de la colada. Alternativamente, y debido al
pequeño tamaño de partículas de las cenizas de combustión, la
escoria virgen artificial formada de este modo puede ser
arrastrada, por ejemplo, en una corriente de gas e inyectada,
bombeada o forzada de otro modo dentro de la colada por debajo de
su superficie, de modo que extraiga las impurezas a medida que se
filtra o pasa hacia arriba.
La escoria virgen artificial formada de este
modo es útil en EAF, BOF, y LF o en cualquier vasija que contenga
acero líquido y puede ayudar además a la extracción de fósforo y
sulfuro elementales del acero (tal como P_{2}O_{5} y CaS
respectivamente) en, por ejemplo los EAF. Además, debido a la
presencia del MgO en la escoria artificial, la tendencia del MgO a
disolverse de los materiales refractarios utilizados en los
recubrimientos de dichos hornos se reduce, haciendo mínimo el daño
de estos materiales refractarios.
Mientras los ejemplos identificados
anteriormente han indicado que las cenizas de combustión y otras
sustancias se mezclan antes de la adición a la colada, también está
dentro del ámbito de la presente invención añadir a la colada las
cenizas de combustión y la cal viva o la magnesia de forma separada.
Por lo tanto, la cal viva, por ejemplo, se puede añadir a la colada
y las cenizas de combustión se pueden añadir como un componente
distinto, formando la suma de las dos partes una escoria con una
relación de basicidad apropiada para la utilización en la
fabricación de acero. Un componente puede ser forzado dentro de la
colada por debajo de su superficie y el otro ser colocado en la
parte superior de la colada, pudiendo ambos ser colocados en la
parte superior de la colada, o pudiendo ambos ser forzados dentro
de la colada por debajo de su superficie.
Los expertos en la materia comprenderán que la
suma de las adiciones de cal viva y/o magnesia serán específicas
para una aplicación particular de la fabricación de acero e incluso
para una planta particular de la fabricación de acero debido, entre
otras cosas, a la producción de óxidos durante el proceso de la
fabricación de acero que también formarán parte de la escoria. Por
lo tanto, la relación de basicidad inicial será ajustada y
seleccionada para alojar las impurezas producidas en el horno, la
calidad requerida del acero y el tipo de material refractario
utilizado para recubrir el horno.
Claims (16)
1. Material para fabricar una escoria de acero
fundido para ser introducida dentro de un horno o una vasija que
contiene acero fundido, comprendiendo dicho material cenizas
derivadas de la combustión de pulpa o de fango de desecho de papel
mezcladas con materiales que contienen cal viva y/o magnesia que
presentan una relación de basicidad apropiada para el acero que se
va fabricar y/o para el proceso de fabricación de acero que se va a
utilizar, en el que la relación de basicidad (V) es
%CaO/%SIO_{2}.
2. Material según la reivindicación 1, en el que
la relación entre el material que contiene cal viva añadida con
respecto a las cenizas derivadas de la combustión de pulpa o de
fango de desecho de papel está comprendida entre 1:2 y 2:1 calculada
como partes en masa.
3. Material según la reivindicación 1 ó 2, en el
que la relación entre el material que contiene magnesia añadida con
respecto a las cenizas derivadas de la combustión de pulpa o de
fango de desecho de papel no es superior 1:4 calculada como partes
en masa.
4. Material según cualquiera de las
reivindicaciones 1, 2 ó 3, en el que la relación de basicidad (V)
está comprendida entre 2,0 y 9,0 (%p/p).
5. Procedimiento para fabricar el material según
la reivindicación 1, que comprende el mezclado de materiales que
contienen suficiente cal viva y/o magnesia con cenizas derivadas de
la combustión de pulpa o de fango de desecho de papel hasta que la
composición formada de este modo tenga una relación de basicidad (V)
apropiada para ser utilizada en la fabricación de acero, en el que
la relación de basicidad (V) es %CaO/%SIO_{2}.
6. Procedimiento según la reivindicación 5, en
el que la relación entre el material que contiene cal viva añadida y
mezclada con respecto a las cenizas derivadas de la combustión de
pulpa o de fango de desecho de papel está comprendida entre 1:2 y
2:1 calculada como partes en masa.
7. Procedimiento según la reivindicación 5 ó 6,
en el que la relación entre el material que contiene magnesia
añadida y mezclada con respecto a las cenizas derivadas de la
combustión de pulpa o de fango de desecho de papel no es superior
1:4, calculada como partes en masa.
8. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 5, 6 ó 7, en el que la relación entre el material
que contiene magnesia añadida y mezclada con respecto a las cenizas
derivadas de la combustión de pulpa o de fango de desecho de papel
no es superior 1:5, calculada como partes en masa.
9. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 5 a 8, que comprende el mezclado de materiales que
contienen suficiente cal viva y/o magnesia de tal modo que la
relación de basicidad (V) de los materiales formados de este modo
esté comprendida entre 2,0 y 9,0 (%p/p).
10. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 5 a 9, que comprende el mezclado de materiales que
contienen cal viva y/o magnesia con cenizas derivadas de la
combustión de pulpa o de fango de desecho de papel, en el que cada
uno o ambos de los materiales que contienen cal viva y/o magnesia
están en forma de polvo o granular.
11. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 5 a 10, que comprende el mezclado de materiales que
contienen cal viva y/o magnesia con cenizas derivadas de la
combustión de pulpa o de fango de desecho de papel, en el que cada
uno o ambos de los materiales que contienen cal viva y/o magnesia
tienen un diámetro nominal (tamaño de las partículas) inferior a 10
mm.
12. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 5 a 11, que comprende el mezclado de materiales que
contienen cal viva y/o magnesia como componentes separados con las
cenizas derivadas de la combustión de pulpa o de fango de desecho de
papel.
13. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 5 a 12, que comprende el mezclado de cal viva
dolomítica con las cenizas derivadas de la combustión de pulpa o de
fango de desecho de papel.
14. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 5 a 13, en el que las cenizas y los materiales que
contienen cal viva y/o magnesia se mezclan en un horno de
fabricación de acero u otra vasija que contiene acero líquido.
15. Procedimiento de generación de escoria
virgen artificial para la fabricación de acero de acuerdo con el
procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 5 a 14.
16. Utilización del material según cualquiera de
las reivindicaciones 1 a 4 como una escoria virgen artificial para
la fabricación de acero para extraer impurezas indeseadas del acero
fundido.
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