ES2632501T3

ES2632501T3 - Producción de ferroaleaciones

Info

Publication number: ES2632501T3
Application number: ES06744338.2T
Authority: ES
Inventors: Andrew Miller Cameron
Original assignee: BOC Group Ltd
Current assignee: BOC Group Ltd
Priority date: 2005-06-10
Filing date: 2006-06-01
Publication date: 2017-09-13
Anticipated expiration: 2026-06-01
Also published as: WO2006131764A1; CN101194031A; US20090173187A1; GB0511883D0; EP1888793B1; KR101418125B1; KR20080015100A; EP1888793A1; ZA200708932B

Abstract

Un método de fabricación de acero inoxidable, que comprende los pasos de: a) fundir una carga de acero en un horno de arco eléctrico; b) afinar en un convertidor el acero fundido resultante al menos en parte por soplado de oxígeno molecular en el acero fundido desde una lanza situada por encima de la superficie del acero fundido; y c) durante el paso de afino, introducir desde la lanza en el acero fundido al menos un primer material particulado metalúrgicamente aceptable seleccionado de cromo metálico, aleaciones que contienen cromo y minerales de cromo; en donde el acero se funde en condiciones de escoria espumosa, y en donde no se añade cantidad alguna de cromo metálico, aleación que contiene cromo o mineral de cromo a la carga de acero que se funde en dicho paso (a).

Description

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DESCRIPCION

Produccion de ferroaleaciones.

Esta invencion se refiere a la fabricacion de aleaciones ferreas ("ferroaleaciones") a partir de chatarra de acero, y particularmente a la fabricacion de acero inoxidable.

El acero inoxidable es una aleacion ferrea con bajo contenido de carbono que incluye tfpicamente cromo y mquel como elementos de aleacion. Una composicion tfpica contiene 18% en peso de cromo, 8% en peso de mquel y menos de 0,1% en peso de carbono, siendo el resto hierro y cualesquiera otros elementos de aleacion (con exclusion de impurezas incidentales). El acero inoxidable se produce tipicamente por fusion de una carga de chatarra de acero dulce y ferroaleaciones ricas en carbono en un horno de arco electrico para formar una aleacion bruta que contiene hasta 0,5% en peso de cromo mas del deseado en el producto y que tiene un contenido de carbono en el intervalo de 0,25% a 2,5% en peso y un contenido de silicio en el intervalo de 0,2% a 1,5% en peso. Los niveles particulares de carbono y silicio dependen de la especificacion del producto, la practica de fabricacion del acero y el tamano de la vasija. La aleacion bruta se transfiere en estado fundido a un convertidor en donde la aleacion fundida se sopla por debajo de la superficie del metal fundido con oxfgeno para oxidar el contenido de carbono del acero inoxidable resultante hasta menos de 0,1% en peso. En muchos casos, el soplado sumergido se complementa con La utilizacion de una lanza superior para suministrar oxfgeno adicional durante parte del ciclo de afino.

A medida que el nivel de carbono disminuye progresivamente durante el soplado, se registra cierta tendencia del oxfgeno a reaccionar con el cromo para formar oxido de cromo. Asimismo, se registra una tendencia asociada al establecimiento de una temperatura excesiva en el convertidor debido a la naturaleza exotermica de las reacciones de oxidacion. En la practica, esta tendencia puede contrarrestarse por la adopcion de la practica de Descarburacion al Argon-Oxfgeno (AOD), mediante la cual el oxfgeno se diluye progresivamente, o por pasos, con argon a fin de reducir la presion parcial de monoxido de carbono y promover asf la oxidacion del carbono con preferencia a la oxidacion del cromo. de este modo, la mayor parte del cromo se retiene en el metal fundido. La evitacion de la oxidacion del cromo ayuda a mantener las temperaturas en un nivel aceptable, por ejemplo, a una temperatura no superior a 1750°C. A veces, se hacen adiciones de chatarra no particulada para facilitar adicionalmente el control de la temperatura. En un ejemplo tfpico, el soplado se inicia con una ratio de oxfgeno a nitrogeno (en volumen) de 3:1. Esta ratio se cambia en una serie de pasos, empleandose argon en sustitucion de nitrogeno en un paso dado, hasta una en la cual el oxfgeno, en lugar del argon, es el componente menor de la mezcla gaseosa. La serie exacta de mezclas de gas y otros detalles del proceso dependen del grado de acero que se produzca. Despues del soplado, puede anadirse algo de ferrosilicio para reducir el oxido de cromo en la escoria y puede introducirse cal como agente de desulfuracion.

El proceso Creusot-Loire-Uddeholm (CLU) puede utilizarse como alternativa al proceso AOD a fin de fabricar el acero inoxidable. El proceso CLU es analogo al proceso AOD, pero utiliza tfpicamente vapor en lugar de argon para diluir el oxfgeno que se sopla en la masa fundida por debajo de su superficie.

Durante la fusion de la chatarra de acero y los materiales de aleacion en el horno de arco electrico, pueden anadirse algunos atomos de oxfgeno en forma qmmicamente combinada como parte de las materias primas, por ejemplo, si la chatarra se encuentra en estado oxidado, o si se utiliza un agente fundente que contiene oxfgeno, tal como cal o piedra caliza. Adicionalmente, algo de oxfgeno y posiblemente algo de humedad de los alrededores reacciona con el metal fundido. Como resultado, se oxida cierta proporcion de los elementos de aleacion, particularmente el cromo, y como consecuencia el cromo se pierde en la capa de escoria que se forma sobre el metal fundido durante la fusion de la chatarra de acero en el horno de arco electrico.

La perdida de oxido de cromo en la capa de escoria no solo es desventajosa porque, como consecuencia, es preciso anadir una cantidad innecesariamente grande de cromo a la chatarra de acero en el horno de arco electrico, sino que ello es desventajoso tambien porque tiene un efecto adverso sobre las propiedades de la capa de escoria. Durante la operacion convencional de un horno de arco electrico para producir acero dulce, en lugar de un acero aleado, se anaden a la escoria materiales que contienen carbono para crear burbujas de monoxido de carbono por reaccion entre el carbono y los oxidos reducibles contenidos en la escoria. La formacion de las burbujas de monoxido de carbono da lugar a una escoria espumosa. Se reconoce que la operacion del horno de arco electrico con una escoria espumosa aporta varias ventajas con respecto a la operacion con una escoria quieta. En particular, el consumo de energfa es menor en el primer caso y el consumo de electrodos y del revestimiento refractario de las paredes del horno es tambien menor en la operacion con escoria espumosa que en la operacion con escoria quieta. Sin embargo, la presencia de una proporcion considerable de un oxido anfotero tal como oxido de cromo aumenta la viscosidad de la escoria y reduce la cantidad de oxfgeno disponible para la formacion de oxidos reducibles tales como oxido ferroso. Para fines practicos, no es posible operar el horno de arco electrico con una escoria espumosa en la fabricacion del acero inoxidable.

El documento WO-A-00/34532 describe que el acero fundido puede transferirse desde el horno de arco electrico al convertidor por medio de una cuchara, y que puede anadirse ferrosilicio particulado fino a la escoria en el horno de

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arco electrico antes del sangrado del acero fundido y la escoria del horno. Como resultado, el ferrosilicio reacciona con el oxido de cromo contenido en la escoria y se forma cromo metalico fundido resultante que desciende en el metal fundido. No obstante, este procedimiento es diffcil de controlar satisfactoriamente. La cantidad exacta de oxfgeno que entra en la masa fundida en el horno de arco no puede conocerse con exactitud. Si se anade una cantidad de silicio excesivamente pequena, el contenido de oxido de cromo de la escoria seguira siendo demasiado alto; si se anade demasiado silicio, el contenido de silicio resultante en el acero que se lleva al convertidor sera demasiado alto, aumentando con ello el tiempo de afino y aumentando la cantidad de escoria que se forma en el convertidor. El documento WO-A-03/104508 describe un metodo de afino de una ferroaleacion, tal como acero inoxidable, que incluye el paso de soplado de oxfgeno molecular o una mezcla de gases que incluye oxfgeno molecular en una masa fundida de la ferroaleacion, en donde un material particulado metalurgicamente aceptable, tal como un ferrocromo o cromita, se introduce desde arriba en la masa fundida, siendo transportado el material particulado al interior de la masa fundida en un primer chorro supersonico de gas que se desplaza a la masa fundida envuelto por un segundo chorro de gas. Sin embargo, el documento WO-A-03/104508 no aborda los problemas en la fusion inicial del acero en el horno de arco electrico.

Segun la presente invencion, se proporciona un metodo segun la reivindicacion 1.

La introduccion de cromo particulado y, en caso deseado, otros constituyentes de aleacion (o sus precursores) durante el paso de afino facilita la practica de la escoria espumosa en el horno de arco electrico eliminando, minimizando o manteniendo baja la entrada en la escoria de especies tales como oxido de cromo que son deletereas para sus caractensticas de espumacion, pudiendo minimizarse o eliminarse la cantidad de cromo empleada en el paso de fusion. Por tanto, se forma una escoria de viscosidad suficientemente baja, que contiene una proporcion adecuada de oxidos reducibles y por ello no presenta dificultad alguna para la espumacion de la escoria por un metodo convencional, por ejemplo, por la inyeccion en la escoria de carbono particulado desde una lanza. De hecho, los inventores creen que es posible operar el metodo segun la invencion sin anadir cantidad alguna de cromo metalico, aleacion que contenga cromo o mineral de cromo a la carga de acero que se funde en dicho paso (a) (aunque el acero que se funde puede contener inevitablemente algo de chatarra de una clase que incluye cromo como componente de aleacion).

Preferiblemente, el oxfgeno molecular es expulsado desde la lanza a una velocidad supersonica. La utilizacion de tal velocidad supersonica facilita la penetracion del oxfgeno molecular en el acero fundido y, por tanto, puede facilitar a su vez la reaccion rapida entre el oxfgeno y el carbono en el acero fundido. Preferiblemente, el oxfgeno molecular es expulsado desde la lanza a una velocidad en el intervalo de Mach 1,5 a Mach 4, mas preferiblemente a una velocidad en el intervalo de Mach 2 a Mach 3.

Tfpicamente, el primer material particulado metalurgicamente aceptable es transportado hasta la lanza en un gas portador. El gas portador puede ser oxfgeno puro, pero a fin de minimizar el riesgo de incendio, es preferiblemente aire, nitrogeno o un gas noble. El primer material particulado metalurgicamente aceptable puede ser transportado como fase diluida o como fase densa.

La lanza puede comprender simplemente un dispositivo de dos tubos, teniendo por finalidad el primer tubo la expulsion del oxfgeno molecular y el segundo tubo la expulsion del primer material particulado metalurgicamente aceptable. Son posibles varias configuraciones diferentes de los tubos. Por ejemplo, los tubos primero y segundo pueden ser coaxiales, rodeando el primer tubo al segundo tubo. Una ventaja de tal configuracion es que el primer material particulado metalurgicamente aceptable puede introducirse en el flujo de oxfgeno molecular expulsado desde la lanza y transportado con el al acero fundido. Como consecuencia, generalmente no es necesario emplear un chorro de gas de envolvimiento, particularmente en forma de una llama, como se describe en WO-A-03/104508. Asf, no es necesario utilizar las formas mas complejas de lanza descritas en dicho documento, aunque tales formas pueden ser ventajosas si la energfa adicional impartida por la llama puede utilizarse para favorecer la disolucion o compensar reacciones endotermicas.

Una de las ventajas ofrecidas por el metodo segun la presente invencion es que, si el primer material particulado metalurgicamente aceptable contiene una especie reactiva, es posible facilitar la reaccion de dicha especie utilizando el oxfgeno molecular para crear una region localizada, fuertemente sobrecalentada en el acero fundido en la cual puede introducirse el primer material particulado metalurgicamente aceptable. La mayor temperatura de dicha region con respecto a la temperatura media del acero fundido ayuda a promover una disolucion mas rapida del primer material particulado y reacciones qmmicas mas rapidas, contribuyendo asf a acortar la duracion total del paso de afino en comparacion con la que sena precisa en caso contrario. Adicionalmente, el aumento de la temperatura favorece la oxidacion del carbono con respecto al cromo. Al estar localizada la region de alta temperatura, se mantiene bajo el riesgo de una tasa significativamente mayor de desgaste de los materiales refractarios que protegen las paredes de la vasija.

El primer material particulado metalurgicamente aceptable es ventajosamente ferrocromo. El ferrocromo es una aleacion de hierro y cromo que contiene tfpicamente de 5 a 10% en peso de carbono. Por tanto, es deseable introducir todo el ferrocromo en el acero fundido durante una primera parte del paso de afino y reducir luego el nivel de carbono a un valor aceptable en una segunda parte del paso de afino en la cual no se introduce cantidad alguna

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de ferrocromo en el metal fundido. Preferiblemente, la primera parte del paso de afino no consume mas del 60% de la duracion total del paso de afino. Sorprendentemente, las simulaciones realizadas por los autores de la invencion predicen que, a pesar del alto contenido de carbono del ferrocromo, su utilizacion como primer material particulado hace posible un acortamiento de la duracion del paso de afino en comparacion con un metodo convencional comparable en el cual no se hace adicion alguna de aleacion durante el paso de afino y en el cual todo el gas introducido en el acero fundido se suministra desde toberas (que terminan por debajo de la superficie del acero fundido). Un factor que contribuye a este resultado puede ser el efecto de enfriamiento que produce el ferrocromo particulado. Este efecto de enfriamiento ayuda a limitar o controlar el aumento de temperatura resultante de la reaccion exotermica entre el carbono y el oxfgeno para formar monoxido de carbono. Hay dos contribuciones principales al efecto de enfriamiento. La primera procede del enfriamiento sensible proporcionado por el ferrocromo. La segunda se debe a su entalpfa de fusion.

El tamano medio de partfcula del primer material particulado metalurgicamente aceptable es preferiblemente menor que 5 mm. Particularmente, se prefiere utilizar un material particulado fino. Un material particulado fino es aquel que, si se alimentara simplemente por gravedad a un convertidor, en el cual se lleva a cabo tfpicamente el paso de afino del metodo segun la invencion, no atravesana la superficie del metal fundido y, por tanto, tendna como maximo solo un efecto insignificante.

El primer material metalurgicamente aceptable desde el punto de vista metalurgico puede ser como alternativa, pero todavfa ventajosamente, un mineral de cromo, preferiblemente un mineral de la clase de los oxidos. Un mineral de este tipo es la cromita, que es un oxido mixto de hierro y cromo. La utilizacion de tal mineral altera significativamente la metalurgia del paso de afino. En este caso, es necesario reducir el mineral a fin de liberar cromo metalico. Asf, el mineral de cromo se disuelve en el acero fundido y reacciona on un agente reductor adecuado. Ademas, dado que la reduccion del oxido de cromo es endotermica, es deseable anadir combustible adicional, tfpicamente en forma de carbono particulado. De acuerdo con ello, se prefiere introducir desde la lanza en el acero fundido un segundo material particulado que comprende una mezcla de carbono y al menos un agente desoxidante. Agentes desoxidantes adecuados, cuando son metalurgicamente aceptables, incluyen ferrosilicio, ferromanganeso, aluminio y ferroaluminio.

Dado que el acero inoxidable contiene tfpicamente otros elementos de aleacion adicionalmente del manganeso, es necesario asegurarse de que el producto del metodo segun la invencion incluya cualquiera de tales elementos de aleacion adicionales deseados. Si se desea, dichos elementos de aleacion pueden anadirse al acero fundido durante el paso de afino. Segun ello, un tercer material particulado metalurgicamente aceptable seleccionado de fuentes de tales elementos de aleacion se introduce preferiblemente en el acero fundido durante el paso de afino. El tercer material particulado metalurgicamente aceptable puede comprender, por ejemplo, al menos uno de mquel metalico, aleaciones de mquel (por ejemplo, ferromquel), minerales de mquel, molibdeno metalico, aleaciones de molibdeno (por ejemplo, ferromolibdeno) y minerales de molibdeno.

Tfpicamente, en el paso de afino, la lanza no es la unica fuente de oxfgeno molecular. Se sopla tambien tfpicamente oxfgeno molecular en el acero fundido durante el paso de afino desde al menos una tobera que termina por debajo del nivel del acero fundido. Analogamente a los metodos convencionales de afino del acero inoxidable, se puede introducir en el acero fundido al menos un gas distinto del oxfgeno durante el paso de afino para aumentar la propension de las condiciones de afino a favorecer la oxidacion del carbono sobre la oxidacion del cromo. El otro gas puede ser al menos uno seleccionado de argon, nitrogeno y vapor y puede introducirse al menos en parte por la misma tobera del oxfgeno o por una tobera diferente. Tambien es posible mezclar con otro gas el oxfgeno molecular que se introduce desde la lanza en el acero fundido. La utilizacion de la lanza en el metodo segun la invencion puede emplearse por tanto para ayudar a controlar sus variables termodinamicas.

El metodo segun la presente invencion ofrece varias ventajas generales. El mismo puede mejorar el funcionamiento de la operacion de fusion del acero por realizacion de la operacion bajo una escoria espumosa. Esto hace posibles tiempos de afino mas cortos, por lo que conduce a aumentos de productividad. Adicionalmente, puede hacerse uso de materiales particulados finos que en caso contrario podnan ser materiales de desecho.

A continuacion, se describira el metodo segun la presente invencion a modo de ejemplo, con referencia a los dibujos adjuntos, en los cuales:

La Figura 1 es un diagrama esquematico de un convertidor que puede utilizarse para realizar el paso de afino, y Las Figuras 2 a 4 son graficos que representan parametros operativos simulados para la operacion del convertidor representado en la Figura 1.

El primer paso del metodo segun la invencion implica la fusion de un lote de chatarra de acero dulce en un horno de arco electrico. La fusion del acero en un horno de arco es convencional. Tfpicamente, se anade un agente fundente tal como cal para promover la formacion de una escoria basica. Algunos elementos de aleacion tales como mquel y molibdeno pueden incluirse tambien en la carga inicial, aunque ambos se pueden anadir en un paso posterior del metodo segun la invencion.

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El cebado de un arco en el horno hara que la chatarra de acero funda. El oxido de calcio reacciona con las impurezas en el acero para formar una escoria basica en la superficie del acero fundido. La escoria incluye tipicamente un componente de oxido de hierro. Con objeto de hacer espumosa la escoria y obtener con ello las ventajas arriba mencionadas en terminos de la operacion del horno de arco electrico, se emplea una lanza para introducir desde arriba un material carbonoso particulado en la escoria. El material carbonoso particulado es transportado a la lanza en un gas portador y es expulsado de ella a una velocidad suficiente para penetrar en la capa de escoria. El carbono particulado reduce el oxido de hierro en la escoria formando monoxido de carbono. Con ello se forman burbujas de dioxido de carbono. Como resultado, la escoria se hace espumosa.

Si se desea, pueden utilizarse uno o mas quemadores oxfgeno-combustible para aportar calor a la carga a fin de reducir el tiempo necesario para la fusion del acero. En general, el operador del horno tiene mas libertad en la utilizacion de los quemadores oxfgeno-combustible que, en un procedimiento convencional, dado que la ausencia relativa de cromo en la carga hace posible evitar en gran parte la formacion incrementada de oxidos tales como el oxido de cromo que son diffciles de reducir de nuevo al metal.

Una consecuencia adicional del empleo de una carga sin cromo o solo con un contenido bajo de cromo, es que la adicion a ella, sea antes, durante o despues de la fusion, de ferrosilicio u otro agente desoxidante para reducir de nuevo el oxido de cromo a cromo, puede ser menor o eliminarse por completo.

Una vez que la chatarra de acero se ha fundido, la misma se transfiere tfpicamente a una cuchara, desde la cual se transfiere a un convertidor de la clase representada en la Figura 1. La transferencia del acero fundido desde un horno de arco electrico por medio de una cuchara a un convertidor es una operacion estandar en la fabricacion del acero inoxidable y no precisa ser descrita aqu con mas detalle.

Con referencia a la Figura 1 de los dibujos, un convertidor 2 tiene la forma de una vasija 4 que tiene paredes 6 provistas de un revestimiento refractario interno 8. La vasija esta abierta por su parte superior y esta provista de una lanza axial 10 que termina en su interior. Durante la operacion, la vasija 4 se carga con acero fundido que se transfiere desde la cuchara mencionada anteriormente. La vasija 4 se carga hasta un nivel tal que, durante la operacion, una pluralidad de toberas 12 tienen salidas sumergidas en un volumen 16 de acero fundido. La lanza 10 comprende dos tubos coaxiales 22 y 24. El tubo interior 22 esta adaptado para ponerse en comunicacion con una fuente (no representada) de gas portador en el cual puede alimentarse un material particulado. El tubo exterior 24 esta en comunicacion con una fuente (no representada) de oxfgeno comercialmente puro. El tubo exterior 24 termina tfpicamente en una boquilla Laval 25 y el oxfgeno se suministra a una presion tal que el mismo es expulsado desde la boquilla Laval 25 a una velocidad supersonica. Durante la operacion, el material particulado que sale del tubo 22 es arrastrado en el chorro de oxfgeno que sale de la boquilla 25 Laval y es transportado al acero fundido tfpicamente desde una capa de escoria 28 que se forma sobre el acero fundido.

El oxfgeno que se introduce en el acero fundido desde la lanza 10 reacciona exotermicamente con los componentes oxidables o impurezas en el acero fundido y proporciona con ello calor para mantener el acero en su estado de fusion. Se suministra oxfgeno adicional al acero fundido desde las toberas 12. El oxfgeno que se suministra a las toberas 12 puede mezclarse selectivamente con uno o ambos de argon y nitrogeno. Por consiguiente, la presion parcial del oxfgeno suministrado al acero fundido puede ajustarse por ajuste de la fraccion molar de argon y nitrogeno que se mezclan con el oxfgeno.

En un ejemplo tfpico de la operacion del convertidor representado en la Figura 1 de los dibujos, el material particulado que se introduce en el acero fundido desde la lanza 10 es ferrocromo en forma de partfculas finas. El ferrocromo contiene tfpicamente de 5 a 10% en peso de carbono. Si se desea, pueden anadirse al acero fundido otros elementos de aleacion por medio de la lanza 10. Por ejemplo, puede anadirse mquel en forma de ferromquel y molibdeno en forma de ferromolibdeno. Tambien puede anadirse silicio en forma de ferrosilicio. Las cantidades que se anaden de estos elementos de aleacion dependeran en parte de la composicion deseada del acero inoxidable. Una caractenstica digna de mencion de la presente invencion es que la adicion de tales elementos de aleacion al acero fundido en el convertidor permite mantener su adicion al horno de arco electrico en un nivel que no impide la espumacion de la escoria en el mismo o que se elimine por completo.

Dado que el ferrocromo tiene un alto contenido de carbono, no solo la operacion del convertidor representado en el dibujo implica la disolucion del ferrocromo en el acero fundido, sino que implica tambien la eliminacion de sustancialmente todo el carbono por reaccion con el oxfgeno. Tanto la disolucion del ferrocromo como la reaccion de

afino se ven favorecidas por el hecho de que el chorro de oxfgeno que sale de la lanza 10 crea en la proximidad de la region en la que entra el mismo en el acero fundido un volumen localizado de metal fundido fuertemente sobrecalentado. La alta temperatura en esta region favorece particularmente la reaccion entre el carbono disuelto y el oxfgeno para formar monoxido de carbono. La lanza esta localizada tfpicamente sobre el eje vertical del convertidor 2 de tal modo que la region sobrecalentada es central y no afecta sustancialmente a la temperatura del

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acero fundido en la proximidad del revestimiento refractario 8. Por ello, la introduccion de ox^geno en el acero fundido desde la lanza 10 no aumenta sustancialmente la tasa de erosion de este revestimiento.

Analogamente al afino AOD convencional del acero inoxidable, la reaccion entre oxfgeno y carbono en el acero fundido entra en competencia con reacciones indeseables entre los elementos de aleacion (tales como el cromo) y el oxfgeno para formar oxidos. Dado que el ferrocromo tiene un contenido importante de carbono, su adicion al acero fundido introduce carbono al mismo tiempo que se esta eliminando este. A dicho respecto, el metodo segun la invencion es diferente de una operacion de AOD convencional. Segun esto, se prefiere interrumpir la adicion del ferrocromo antes del final de la operacion de afino. Tfpicamente, el ferrocromo se introduce durante un penodo que tiene una duracion no superior al 75% de la duracion total del paso de afino en el convertidor 2. Una vez que se interrumpe la introduccion del ferrocromo, los niveles de carbono en el convertidor 2 disminuiran con relativa rapidez, y en este paso es importante ajustar la relacion molar de oxfgeno a gases diluyentes tales como argon y nitrogeno que se introducen en el metal fundido a fin de reducir la presion parcial de oxfgeno. El hacerlo asf ayuda a favorecer la oxidacion del carbono con respecto a la oxidacion del cromo.

Con objeto de evaluar los parametros de operacion tfpicos para el paso de afino del metodo segun la presente invencion, la operacion del convertidor 2 ha sido modelizada por los autores de la invencion utilizando un paquete de software Metsim comercial. Los resultados de la modelizacion se presentan a continuacion. Los mismos se refieren al afino de un lote de 150 toneladas de acero. En la realizacion del trabajo de modelizacion, se observaron las restricciones siguientes.

No se permitio nunca que el caudal total desde las toberas sumergidas excediera de 6800 Nm3/h.

No se permitio que las temperaturas maximas excedieran significativamente de 1708°C.

Se supuso que la lanza era de un tamano que puede suministrar un caudal maximo de gas de 6000 Nm3/h. (Este caudal esta dentro del campo de las lanzas convencionales.)

Se modelizaron tres regfmenes operativos diferentes. Estos fueron como sigue, expresandose todos los porcentajes en peso a menos que se indique lo contrario:

Ejemplo 1: Afino de una composicion de acero inoxidable convencional (18% en peso de cromo; 8% en peso de mquel y menos de 0,1% en peso de carbono) con soplado alto de oxfgeno molecular a una tasa de 6000 Nm3/h, pero con introduccion minima de ferrocromo y entonces solo en forma de masas. En esta operacion de afino, la concentracion de carbono se reduce desde un valor inicial de 2,2% en peso al valor final inferior a 0,1% en peso.

Ejemplo 2: Fabricacion de acero inoxidable segun la invencion con introduccion de oxfgeno por medio de la lanza 10 a una tasa de 6000 Nm3/h y adicion de 30 toneladas de ferrocromo de la composicion siguiente: Fe - 36%; Cr - 53%; C - 6,5%; Si - 2,7%; resto - componentes menores e impurezas. La composicion inicial del acero suministrado al convertidor se tomo como: Fe - 82%; Cr - 8,2%; Ni - 7,9%; C -1,1% y Si - 0,18%.

Ejemplo 3: Como en el Ejemplo 2, pero con la introduccion de 45 en lugar de 30 toneladas de ferrocromo. La composicion inicial del acero inoxidable se tomo como Fe - 90%; Ni - 8,8%; Cr - 0,18%; C - 0,35% y Si - 0,18%.

Mientras que en el Ejemplo 2 fue necesaria cierta adicion de cromo durante el paso de fusion del metodo segun la invencion, en el Ejemplo 3 no fue necesaria dicha adicion.

Los parametros operativos relevantes se muestran a continuacion en la Tabla 1. Estos parametros operativos se muestran tambien en las Figuras 2 a 4, que son representaciones graficas de los Ejemplos 1 a 3, respectivamente.

: Duracion de calentamiento (min) Introduccion de Oxigeno desde la lanza Introduccion de Oxigeno desde lastoberas Introduccion de Argon desde las toberas Introduccion de Nitrogeno desde las toberas Introduccion de Ferrocromo


: Tasa (Nm3/h) Hora inicial (min) Hora final (min) Tasa (Nm3/h) Hora inicial (min) Hora final (min) Tasa (Nm3/h) Hora inicial (min) Hora final (min) Tasa (Nm3/h) Hora Inicial (min) Hora Final (min) Adicion total (toneladas) Hora Inicial (min) Hora Final (min)

Ejemplo 1: 70 6000 4 19 3400 4 39 0 0 39 1700 4 19 2.3 5 5


: 0 20 70 1750 40 59 5100 41 59 3400 20 40





: 0 60 70 2500 60 70 0 41 70

Ejemplo 2: 60 6000 4 33 3400 4 27 0 0 33 3400 4 33 30 5 34


: 0 34 60 1700 28 50 5100 34 50 0 34 60





: 0 51 60 2500 51 60

Ejemplo 3: 59 6000 4 34 3400 4 10 0 0 34 3400 4 10 45 5 34


: 0 35 59 5100 11 26 5100 35 48 1700 11 26





: 1700 27 49 2500 50 59 5100 27 34





: 0 50 59 0 35 59

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Las composiciones metalurgicas finales obtenidas en cada uno de los Ejemplos 1 a 4 se resumen a continuacion en la Tabla 2.

Tabla 2

: Ejemplo 1 Ejemplo 2 Ejemplo 3

%C a los 45 mins: 0,24 0,17 0,15

Temp °C a los 45 mins: 1683 1702 1688

Temp Max: 1699 1711 1701

%C Final: 0,09 0,09 0,1

% Cr Final: 18,8 18,3 17,8

% Ni Final: 8,4 8,6 8,5

% Mn Final: 1,3 1,2 1,2

Temp °C Final: 1651 1662 1638

Tiempo de Soplado: 69 60 58

Una comparacion de los resultados obtenidos se muestra a continuacion en la Tabla 3.

Tabla 3

: Tiempo de Soplado Mins %C en el Sangrado %Cr Temp de Sangrado O2 Total desde las toberas Nm3 O2 Total desde la lanza Nm3 O2/t total N2/t Ar/t T max Productividad, toneladas por min

Ejemplo 1: 69 0,09 18,8 1651 2606 1600 27,3 10,3 13,7 1699 2,23

-Ejemplo 2: 60 0,09 18,4 1662 2011 3000 33,4 11,3 12,4 1711 2,5

Ejemplo 3: 58 0,1 17,8 1638 2380 3100 36,5 10,2 10,7 1701 2,58

Por los resultados expuestos en las Tablas se puede ver que, sorprendentemente, es posible reducir el tiempo total de soplado a medida que aumenta la cantidad de ferrocromo introducido en el acero fundido por medio de la lanza 10. Este resultado se consigue equilibrando adecuadamente el efecto endotermico del ferrocromo particulado con la reaccion exotermica entre oxfgeno y carbono. Asf, las tasas totales de adicion de ox^geno molecular son mayores cuando se anade ferrocromo que cuando no se anade este. Las tasas relativas de adicion de oxfgeno molecular, nitrogeno y argon se ajustan a fin de mantener condiciones que favorecen la oxidacion del carbono sobre la oxidacion del cromo.

En lugar de ferrocromo, es posible utilizar un mineral como fuente de cromo para el acero inoxidable. Uno de estos minerales es la cromita, que es un oxido mixto de hierro y cromo. Dado que la reduccion del oxido de cromo es endotermica, las altas tasas de inyeccion que se requerinan para permitir que todo el cromo se anada al acero durante el paso de afino hacen deseable anadir combustible y reductor adicionales. El combustible adicional se encuentra preferiblemente en forma de un material solido co-inyectado con la cromita. El combustible adicional puede ser un material carbonoso particulado. Asimismo, es deseable introducir uno o mas desoxidantes tales como ferrosilicio y ferroaluminio para facilitar la reduccion del oxido de cromo a cromo metalico. La reduccion endotermica del oxido puede compensarse al menos parcialmente aumentando la tasa espedfica de suministro de oxfgeno para aumentar la tasa de generacion de calor asociada con la descarburacion. Como consecuencia, en tales metodos alternativos conforme a la invencion sigue siendo posible operar el horno de arco electrico mencionado anteriormente en condiciones que dan lugar a una escoria que se puede conformar en una espuma.

Claims

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

REIVINDICACIONES

1. Un metodo de fabricacion de acero inoxidable, que comprende los pasos de:

a) fundir una carga de acero en un horno de arco electrico;

b) afinar en un convertidor el acero fundido resultante al menos en parte por soplado de ox^geno molecular en el acero fundido desde una lanza situada por encima de la superficie del acero fundido; y

c) durante el paso de afino, introducir desde la lanza en el acero fundido al menos un primer material particulado metalurgicamente aceptable seleccionado de cromo metalico, aleaciones que contienen cromo y minerales de cromo;

en donde el acero se funde en condiciones de escoria espumosa, y en donde no se anade cantidad alguna de cromo metalico, aleacion que contiene cromo o mineral de cromo a la carga de acero que se funde en dicho paso (a).
2. Un metodo segun la reivindicacion 1, en donde el oxfgeno molecular es expulsado desde la lanza a una velocidad supersonica.
3. Un metodo segun la reivindicacion 1 o la reivindicacion 2, en donde dicho primer material particulado se transporta a la lanza en un gas portador.
4. Un metodo segun una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el cual la lanza comprende un primer tubo para expulsar el oxfgeno molecular y un segundo tubo para expulsar dicho primer material particulado.
5. Un metodo segun la reivindicacion 4, en donde los tubos primero y segundo son coaxiales, rodeando el primer tubo al segundo tubo.
6. Un metodo segun una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el oxfgeno molecular crea una region localizada fuertemente sobrecalentada en el acero fundido en la cual se introduce el primer material particulado.
7. Un metodo segun una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el cual dicho primer material particulado comprende oxido de cromo.
8. Un metodo segun la reivindicacion 7, en el cual se introduce en el acero fundido por medio de la lanza un segundo material particulado que comprende una mezcla de carbono y al menos un agente desoxidante.
9. Un metodo segun la reivindicacion 8, en el cual el agente desoxidante es ferrosilicio, ferromanganeso, aluminio o ferroaluminio.
10. Un metodo segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el cual dicho primer material particulado comprende ferrocromo.
11. Un metodo segun la reivindicacion 10, en donde el paso de afino comprende una primera parte en la cual la totalidad de dicho primer material particulado se introduce en el acero fundido, y una segunda parte en la cual no se introduce en el acero fundido cantidad alguna del primer material particulado.
12. Un metodo segun una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que incluye adicionalmente el paso de introducir en el acero fundido al menos un tercer material particulado desde la lanza, en donde dicho tercer material particulado se selecciona de mquel metalico, aleaciones que contienen mquel, minerales de mquel, molibdeno metalico, aleaciones que contienen molibdeno y minerales de molibdeno.
13. Un metodo segun una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que incluye adicionalmente el paso de soplar en el acero fundido durante el paso de afino oxfgeno molecular adicional por medio de al menos una tobera que termina por debajo del nivel del acero fundido, y al menos otro gas seleccionado de argon, nitrogeno y vapor, introduciendose al menos parte del otro gas por medio de la misma tobera o una tobera diferente del oxfgeno molecular adicional.
14. Un metodo segun una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde dicho primer material particulado esta constituido por particulado finas que tienen un tamano medio de partfcula de 1 mm o menor.
15. Un metodo segun una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde en dicho paso (b) la tasa de introduccion del primer y cualquier otro material particulado metalurgicamente aceptable esta equilibrada contra la

9

tasa total de introduccion del oxfgeno molecular a fin de mantener el acero fundido a una temperatura no superior a 1710°C.