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Disminución del consumo de coque en los hornos cubilote de
Paraná Metal
Alejandro Martín, Jorge Madías – IASG. García Díaz, E. Tognetti, J. Cenóz – Paraná Metal
1a Jornada CIFRA – IAS. San Nicolás – Argentina – Noviembre de 2005
Paraná MetalEmpresa productora de piezas y partes fundidas para la industria automotriz Dos líneas de moldeo Kunkel Wagner y Disamatic5 máquinas Sutter de caja caliente, 14 Shalco Shell y 2 máquinas B&P de caja fría2 hornos Lindberg 10 ton, 3 hornos Lindberg 15 ton y 2 hornos cubilote Línea 1: block de cilindros, línea 2: piezas chicasy 3 hornos Lee Wilson de tratamiento térmico
Centro de investigación de la siderurgia Argentina 50 personas 3 áreas: Procesos, servicios e institucionales6 laboratorios: Minerales, químico, refractarios, modelo de agua, metalográfico y ensayos físicos
Instituto Argentino de Siderurgia
ObjetivoDisminuir el consumo de coque de los hornos de cubilote
MetodologíaSeguimientos en planta
Balance de cargas, balance de escorias y evaluación de la desulfuración
Análisis químicos y ensayos sobre coque y escorias
Medición de gases de combustión de los hornos
Evolución de consumo de coque en Paraná metal
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
220
Meses
Kg/T
n
Objetivo
Situación inicial Consumo excesivo de coque en la operación de los cubilotes
Mermas en el contenido de carbono obtenido en baño
Valores de azufre altos, en límite superior de norma
Situación inicialAnálisis inmediato y humedad del Coque
0,7 máx3 - 53,0 máx92,0 mín3 máxNorma
0,692,82,294,93,17Promedio
Azufre(%)
Cenizas(%)
Volátiles(%)
C fijo(%)
Humedad(%)
Análisis
Análisis químico de las cenizas del Coque
0,90,40,0486,86,55,4Promedio
CaO(%)
MgO(%)
MnO(%)
SiO2
(%)FeO(%)
Al2O3
(%)
Coque
Situación inicialEnsayo de resistencia Half Micum según norma ISO Nº556
M10=6,7 %
M80= 30 %Determina una muy pobre resistencia a la
fisuración
Indica una muy buena resistencia
a la abrasión
Coque
Determina la degradación del coque, sufrida por fisuración y abrasión, en las etapas previas a la carga y durante el descenso en el cubilote
Situación inicialEnsayo de reactividad según ASTM D-5341
Determina la degradación del coque en el cubilote, por reacción con CO2 a elevada temperatura, de acuerdo a la reacción C(s) + CO2(g) = CO(g)
Por encima del límite superior recomendado, esto indica en presencia de CO2, el coque se degradará, perdiendo resistencia y generando finos que disminuyen su rendimiento
REACTIVIDAD Muestra Reactividad CRI (%)
A 27,5 B 25,9
Promedio 27 CRI recomendado: 25 % max.
Coque
Situación inicial
Ensayo de Granulometría
Granulometría promedio aproximadamente un 25 % menos de lo solicitado en especificación, para un tamaño mayor a 102 mm
Muestra Retenido en malla 102x102 (%)
1 70 2 65 3 65 4 65
Promedio 66 Especificación 90 mínimo
Coque
Situación inicialResumen de propiedades del coque baja carburación en situación de alto consumo
Variable Valor real Promedio
Valor objetivo Cumple
Carbono fijo (%) 94,9 92 mín. Cenizas (%) 2,8 3 a 5 Volátiles (%) 2,2 3 máx. Humedad (%) 3,1 3 máx. Azufre (%) 0,59 0,70 máx. Granulometría (102x102mm) (%) 66 90 mín. R. Fisuración (%) 30 65 a 80 R. Abrasión (%) 6,7 8 a 8,5 SiO2 en cenizas (%) 86 50 Reactividad (%) 27 25 máx.
0,69
Coque
Análisis de escoria en periodo de alto consumo de coque
Basicidad muy baja (IB: 0,3 a 1,0 ), viscosidad elevada y color oscuro
SiO2 53,0 % CaO 21,0 %
Al2O3 16,0 % FeO 2,5 % MgO 4,0 % MnO 2,6 %
S 0,3 % IB
(CaO/SiO2)
0,3 µ (poise ) 14
Situación inicial Escoria
Discusión
Elevado consumo de coque
Mayor superficie activa
Granulometría inadecuadaBaja resistencia a la fisuración
Cama menos permeable
Coque pequeño
Alto contenido de azufre
Se quema rápido Altera el régimen de fusión
Discusión
Elevado consumo de coque
Mayor % de SiO2
Aumento de coque
Aumento de azufre
Menor basicidad
Aumento de cenizas
Alto contenido de azufre
Mayor viscosidad
Menor desulfuración
Efectos del consumo de coque
30
33
36
39
42
45
48
51
90 100 110 12 0 130 1 40 150 160 170 180 19 0 200 2 10 220
Kg coque/Tn metal
%
SiO2 CaO
DesarrolloSe realizó un programa, basado en un balance de masas, para predecir el comportamiento aproximado de ciertas variables según variaban la condiciones de operación
0,0880,094
0,0980,104
0,1080,114
0,1190,123
0,1290,133
0,1390,144
0,600,620,640,660,680,700,720,740,760,780,800,820,840,860,88
90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220
Kg coque/Tn metal
Basi
cidad
0,00
0,02
0,04
0,06
0,08
0,10
0,12
0,14
0,16
0,18
0,20
% S
met
al
IB % S metal % S de norma
A medida que aumenta el consumo de coque, disminuye la basicidad y como consecuencia aumenta el azufre final en metal fundido
Desarrollo
Acciones
Por problemas en carburación y altos niveles de azufre en metal líquido
Coque de alta carburación
Proveedor
Eliminar el carbón de Río Turbio de la mezcla de fabricación
Mejorar la granulometría
Paraná Metal
Realizar correcciones de adición de caliza en carga
Resultados
Variable Baja carb. Alta carb. Carbono fijo (%) 94,9 98,1 Cenizas (%) 2,8 0,9 Volátiles (%) 2,2 0,8 Humedad (%) 3,1 No se midió Azufre (%) 0,59 0,51 Granulometría (102x102mm) (%) 66 73 R. Fisurasión (%) MICUM 80 30 53 R. Abrasión (%) 6,7 6,3 SiO2 en cenizas (%) 86 78 Reactividad (%) 27 27
Se puede apreciar los cambios en carbono fijo, cenizas y volátiles debido al cambio en la mezcla de carbones
El índice de fisuración y la granulometría mejoraron levemente, la reactividad y la SiO2 de las cenizas permanecen practicamente igual
Resultados
Escoria con alto consumo de coque
IB2: 0,4
Viscosidad: 12 Poise
Escoria con bajo consumo de coque
IB2: 0,8
Viscosidad: 4 Poise
Menor cantidad de SiO2 introducida provocando basicidades mas altas y menores viscosidades
ResultadosMedición de gases de salida del cubilote
Puerta de carga
Lanza
Cubilote
Componente
Muestra
1
Muestra
2
Muestra
3
Promedio
N2 71.9 70.0 73.4 71,6 CO2 16.7 17.8 16.6 17,0 CO 10.9 11.7 10,2 10,8 O2 0.5 0.5 0.6 0,5
CO2//CO 1.53 1.52 1.62 1,55
Valores de oxígeno muy bajos (0,5 %), lo que indica que no se estaría soplando aire de mas
Los valores de CO2 son altos (17 %)
Eficiencia de 73 % (valor alto), teniendo en cuenta que el ideal teórico sería sólo CO2 en gases de salida (24 %)
ResultadosA partir de comenzar a operar con coque de alta carburación:
Resistencia a la fisuración M80: 30 % M80: 53 %
Granulometría 66 % > 102 mm 73 % > 102 mm
Escoria IB: 0,3 IB: 0,8
Azufre en baño 0,012% - 0,015% 0,008% - 0,010%
Consumo de coque 178 kg/t 135 kg/t
Reducción costo 36 pesos/t. fundida
ResultadosEvo lu c ión de c on su mo d e c oq u e en P a ran á m e ta l
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
220
Prom
edi
o 2
000
Pro
med
io 2
001
Prom
edio
20
02
ene
-03
feb-
03
mar
-03
abr
-03
may
-03
jun-
03
jul-0
3
ago
-03
sep
-03
oct-
03
nov
-03
dic
-03
ene
-04
feb-
04
mar
-04
abr
-04
may
-04
jun-
04
M e se s
Kg
/Tn
Asistencia IAS – Coque baja carburación Asistencia IAS – Coque alta carburación Consumo de coque objetivo
ConclusionesEl elevado consumo de coque, está vinculado principalmente a la
utilización de coque de baja carburación, agravado por una baja resistencia a la fisuración y mala granulometría, hecho que disminuía su rendimiento, provocando mayores adiciones en la carga y/o cargasfalsas. Por otro lado genera una escoria de baja basicidad, con una pobre capacidad de desulfuración, originando contenidos de azufre altos en metal líquido.
A partir de comenzar a operar con coque de alta carburación y eliminar de la mezcla de fabricación al carbón de Río Turbio, la carburación mejoró notablemente, además de una leve mejora en el resto de las propiedades, como consecuencia de esto, el consumo disminuyó de 178 a 135 kg/t fundida.
Se observó también un notable descenso el contenido final azufre en metal líquido (0,08% - 0,11%), esto se explica a partir de una escoria de basicidad mas alta (IB: 0,8), menos viscosa y con mayor capacidad de desulfuración.
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