Obtención de acero a partir de arrabio con convertidor al oxígeno LD

Vídeo "Aceria convertidores al oxigeno"

Objetivos:

• Descarburizar el arrabio.
• Que los elementos perjudiciales se oxiden y pasen a la escoria.
• Calmar el acero (desoxidar con aluminio).
• Ajustar temperatura y composición para obtener un acero de buena calidad (especialmente útil para la fabricación de productos planos).

Materias primas cargadas al convertidor:

• Arrabio líquido: Llega transportado en cucharas, normalmente compuesto de un 4,5% de C, y bajos contenidos de Mn, Si, P, S y su temperatura es del orden de 1380ºC.
• Carga metálica adicional: Puede ser chatarra o mineral que va a tener un efecto refrigerante.
• Adiciones y fundentes: Necesarios para obtener una adecuada composición y tipo de escoria.
• Oxígeno de gran pureza inyectado a gran velocidad por la parte superior, mediante una lanza refrigerada por agua.

Proceso:

• Se carga la chatarra en el convertidor.
• Se carga el arrabio.
• Soplado del oxígeno por la boca del convertidor.
• Incorporación de adiciones.
• Soplado final para el ajuste de las características del acero.
• Se voltea el convertidor para la colada del acero y la escoria, evitando que se contaminen mutuamente.

La reacción más importante es la descarburación, se producen grandes cantidades de CO y CO2, aporta mucha energía. El CO pasará a CO2 en una reacción de postcombustión.

En el periodo final del soplado, aumenta el oxígeno disuelto, deberá ser eliminado para que el acero no se deteriore. Será necesario adicionar elementos con gran afinidad con el O como el Al para que se produzca la desoxidación o calmado.

Es importante que el arrabio contenga bajos niveles de azufre ya que el proceso del convertidos es oxidante y no desulfurante.

Aunque aquí se utiliza el LD, el mejor método y más utilizado es el soplado LBE, que consiste en un soplado combinado de oxígeno por la boca del convertidor y gases inertes por el fondo, así se reduce la sobreoxidación y optimiza las reacciones por la agitación adicional.

Instalaciones:

Partes fundamentales de la acería

• Nave de materias auxiliares y refractarias.
• Parque de chatarra.
• Convertidores y mezcladores.
• Naves de colada.

Control del proceso:

Este control va a influir en la calidad y coste del acero a obtener. 

Es necesario evaluar y mejorar tanto el balance de materiales como el térmico.

Se puede introducir una sonda en el baño para conocer la temperatura, contenido en C del acero y extraer una muestra para analizar su composición química.

Métodos de obtención del acero

El acero se obtiene a partir de dos materias primas fundamentales, el arrabio y la chatarra de acero.

• Para fabricar acero a partir de arrabio y algo de chatarra, se utiliza el convertidor al oxígeno LD (esta operación se hizo por primera vez a principios de los 50 en Linz y Donawitz, Austria).
• Para fabricar acero a partir de chatarra se utiliza el horno eléctrico de arco (HEA).

Introduccion metalurgia secundaria

INTRODUCCION METALURGIA SECUNDARIA

En los procesos de fabricado de acero, en la etapa liquida, normalmente es necesario complementar las operaciones de afino, para aumentar la productividad de las acerías y así obtener ventajas económicas, además de cumplir con los requerimientos que los usuarios del acero exigen, esto se denomina metalurgia secundaria.

Podemos destacar entre otras operaciones metalúrgicas:

·           Ajuste preciso de los elementos

·           Eliminación de carburos, sulfuros, óxidos, fósforos, nitrógeno, hidrógeno

·           Esferoidización de las inclusiones

·           Mejora de la limpieza del acero

En esta metalurgia secundaria tiene unas operaciones básicas para su funcionamiento:

·           Prevenir el paso de escoria proveniente de operaciones anteriores

·           Homogenización de baño

·           Calentamiento

·           Vacío

·           Creación de atmósferas inertes en los chorros de colada

Anteriormente hemos dicho que nos veremos obligados a cumplir una serie de especificaciones, estos objetivos serán: ­­­

·            Un control de los gases, desgasificación, con el vacío.

·            Alcanzar bajos contenidos de azufre.

·            Conseguir aceros más limpios.

·            Controlar la morfología de las inclusiones.

·            Encaje preciso de la composición del acero

Destacamos las técnicas de esta metalurgia secundaria utiliza:

·           Proceso a presión atmosférica

·           En vacío

·           Sin calentamiento

·           Con calentamiento

·           Con agitación por gas inerte

·           Con la ayuda de oxigeno o gases reactivos (refino especial)

Tratamientos posibles. Instalaciones metalurgia secundaria

TRATAMIENTOS POSIBLES. INSTALACIONES METALURGIA SECUNDARIA

                

Un mismo equipo puede utilizar varias técnicas e incluso en un mismo proceso puede realizarse en diferentes unidades de tratamiento. Como indicamos antes, este tipo de metalurgia tiene una serie de objetivos que veremos a continuación,

·            Desoxidación

·            Desulfuración

·            Descarburización. (RH-OB)

·            Desfosforación

·            Control de nitrógeno

·            Reducción de hidrógeno

·            Eliminación de elementos residuales

 

           Desgasificación al vacío RH-OB

            

 Expondremos los equipos con lo que se obtienen los aceros libres de gases. En el primero sometemos al acero a un tratamiento de vacío. Este procedimiento se puede agrupar en tres técnicas:

·         Desgasificación del chorro de colada.

·         Desgasificación del acero en la cuchara, mediante el método VAD.

·         Desgasificación por recirculación.

       

 

Calentamiento al vacío VAD

El inconveniente son los tiempos largos de proceso y caída de temperatura, a continuación el horno de cuchara, permitirá disponer de un método de calentamiento que compense la caída de temperatura.

         Esquema horno-cuchara

Es una instalación dotada de una bóveda y de tres electrodos en la parte superior de la cuchara. Este tiene los siguientes elementos de funcionamiento:

·         Equipo de calentamiento por medio de arco trifásico con tres electrodos.

·         inyección de argón por medio de tapón poroso instalado en el fondo de la cuchara

·         Creación de una atmósfera no oxidante

Permitiéndonos efectuar operaciones como:

·         Calentamiento del acero y homogeneización de la temperatura del baño.

·         Desoxidación.

·         Desulfuración.

·         Adición y encaje de elementos de aleación. Homogenización de la composición en el baño.

·         Decantación y separación de inclusiones.

La diferencia entre el horno eléctrico y el de cuchara es que la cuba ha sido sustituida por una cuchara y que los transformadores de potencia son más pequeños.

·         Están conectados con sistemas de análisis químicos permitiendo ajustes de composición.

·         Excelente homogenización y control de la composición además de la temperatura.

·         Producción de aceros con bajos niveles de azufre y gases, desoxidados y libres de inclusiones.

·         Ahorro en consumo de ferroaleaciones y evitando afino reductor en el horno eléctrico, aumentando la productividad.

·         Mejoras en la colada continua.

Otro tratamiento es el del acero CAS-OB, consiste en la agitación del baño líquido mediante una bobina, semejante al horno-cuchara. Tiene dos estaciones, la primera por vacío y otra un calentamiento con tres electrones de grafito.

Tratamiento del acero por CAS-OB

Una de las instalaciones de la metalurgia secundaria sin equipo específico de calentamiento es el sistema de tratamiento en cuchara CAS. Con un equipo de inyección de gas inerte argón que forma una zona sin escoria permitiendo la adición de aleantes. No usa electrodos ni vacío. Permite la desoxidación del acero, ajuste estricto de su composición y temperatura, y desgasificación al vacío, crea aceros de muy alta pureza.

Para afinar aceros inoxidables, tendremos, la carburización por oxigeno en vacío (VOD) y la descarburización por inyección de oxigeno-argón (AOD).Se basan en la reducción de la presión parcial del monóxido de carbono formado durante la oxidación del carbono.

Para casos de metalurgia especial, la dosificación de aluminio y la del calcio puede hacerse mediante un alambre hueco que contiene en su interior la mezcla exacta a proporcionar.

Si buscamos obtener lingotes de acero de gran pureza, lo hacemos por medio de una redifusión bajo vacío y con escoria electro conductora.

Por el método de refusión por arco de vacío (VAR) se consigue un acero desgasificado y limpio pero no se puede desulfurar.

Usando una redifusión bajo escoria electro conductora (ESR) se consigue una desulfuración y limpieza pero no una desgasificación, por lo que se debe eliminar previamente el nitrógeno y el hidrogeno.

La colada de acero. Lingotera y continua

LA COLADA DEL ACERO. LINGOTERA Y CONTINUA

A la salida del horno tendremos acero líquido que necesita tratamientos posteriores con objeto de conformar los productos. Los procesos a usar son:

·          Colar el acero sobre moldes con la forma de la pieza. (acero moldeado)

·          Colar el acero liquido sobre moldes (lingoteras) para su transformación posterior por deformación en caliente.

·          Colada continua, el acero se cuela en un molde abierto del que se extrae de forma continua el producto solidificado.

LA COLADA EN LINGOTERA

El acero se cuela en lingoteras, de forma troncocónica. Este llenado de lingoteras puede ser:

·          Colada directa o colada por la parte superior de la lingotera

·          Colada en sifón, o colada por el fondo. Mayor calidad superficial.

LA COLADA CONTINUA

Hasta que no se vacía la cuchara no cesa la producción de semiproducto. El acero liquido se vierte en un molde sin fondo, este tiene la forma geométrica del semiproducto. Se pueden encontrar de forma vertical, curva u horizontal.

Instalación colada continúa

INSTALACION COLADA CONTINUA

Una instalación de colada continua se compone de, —cuchara de colada, contiene el acero en posición flexible —artesa o distribuidor, recipiente intermedio, recibe el chorro de la cuchara acumulándolo hasta su distribución —lingotera o molde, esta refrigerado para la cristalización de la primera capa del acero solidificado genera la forma externa de la pieza —oscilador, permite el movimiento de la lingotera para que se desprenda la costra —sistema de refrigeración secundario para evacuar el calor —zona de enfriamiento por aire — rodillos de arrastre, producen y guían el semiproducto —mecanismos de corte que trocean el semiproducto —y los sistemas de manipulación y evacuación.

 Colada continúa

Condiciones previas para el correcto colado:

·          Control de la temperatura.

·          Desoxidación completa para evitar defectos que afecten a la solidificación. Adición sílice o aluminio.

·          Una desulfuración del acero con bajos niveles de azufre.

La operación se inicia cerrando el fondo abierto de la lingotera por medio de un cabezal metálico de igual sección. Este esta unido a una falsa barra que tapona el fondo de la lingotera y evita que el acero caiga. Se cuela el metal liquido de la cuchara a la artesa, cuando la cantidad de acero en la artesa permita una alimentación continua se abren los orificios de colada permitiendo que se llenen los moldes.

Al formarse la costra de acero en el molde, se ponen en marcha los rodillos de arrastre, que llevan al semiproducto a refrigerar para su solidificación y corte.

          Salida colada continua

 

 Destacamos una serie de ventajas, presenta buen acabado superficial, ausencia de defectos internos y ser homogéneo, supone:

·          Ahorro del proceso de laminación

·          Menos mano de obra

·          Mayor productividad

·          Eliminación de las lingoteras así como su preparación y operaciones de desmoldeo

·          Reducción de energía

·          Reducción de tiempos y producto para laminación en caliente

·          Mejor calidad superficial

·          Control de todos los parámetros

Es prácticamente el más empleado, para fabricación de productos de gran tamaño para forja, algunos aceros especiales de alta aleación y aceros moldeados.