MET 4311 - SIDERURGIA IICAPITULO XIII – PROCESOS DE PRODUCCION DE ACERO

REACCIONES FUNDAMENTALES EN LA PRODUCCION DE ACEROFUNDAMENTOS DE LA FORMACION DE ESCORIASEn la producción del acero, se forma:• A partir de los acompañantes oxidados del hierro, (SiO2, MnO, P2O5)• La fracción oxidad de mismo hierro, (FeO)• A partir de los escorificantes añadidos, (CaO en el proceso básico)• A partir de los refractarios que se funden• Por tanto, los componentes de la escoria son fundamentalmente óxidos, que enfunción de su comportamiento pueden ser denominados: básicos, ácidos oanfóteros

REACCIONES FUNDAMENTALES EN LA PRODUCCION DE ACEROFUNDAMENTOS DE LA FORMACION DE ESCORIASOxidos importantes en la escoria

En función de si los constituyentes de la escoria predominantes son básicos, ácidos;se denominan las escorias: básicas o ácidas

Carácter químico OxidoBásico CaO, MgO, MnO, FeO, CrO, (así como Na2O y K2O)Acido SiO2, TiO2, P2O5, WO3, V2O5, MoO3Anfótero Al2O3, Fe2O3, Cr2O3

REACCIONES FUNDAMENTALES EN LA PRODUCCION DE ACEROFUNDAMENTOS DE LA FORMACION DE ESCORIASPara determinar sirve el índice denominado: Basicidad o grado de basicidadEste índice no es otra cosa que la relación de los constituyentes básicos a los ácidos

Suma de constituyentes básicosB = -----------------------------------------------------------

Suma de constituyentes ácidos

REACCIONES FUNDAMENTALES EN LA PRODUCCION DE ACEROFUNDAMENTOS DE LA FORMACION DE ESCORIAS

Cuando se considera como constituyente neutro al Al2O3, entonces la basicidad es:• Menor a 1.0 en escorias ácidas• Mayor a 1.3, en escorias básicas

REACCIONES FUNDAMENTALES EN LA PRODUCCION DE ACEROFUNDAMENTOS DE LA FORMACION DE ESCORIASPara caracterizar las escorias se tienen otras expresiones, por ejemplo el grado debasicidad:

(CaO) (CaO)´B = ---------------------------- ó B = -------------------------

(SiO2) (SiO2)Donde (CaO)´ representa el CaO que no está ligado, CaO libre

REACCIONES FUNDAMENTALES EN LA PRODUCCION DE ACEROFUNDAMENTOS DE LA FORMACION DE ESCORIASEn función de la relación CaO/SiO2 se tiene:• CaO/SiO2 < 1 escoria ácida• CaO/SiO2 > 1.3 a 1.8 escoria ligeramente básica• CaO/SiO2 > 1.8 a 2.5 escoria medianamente básica• CaO/SiO2 > 2.5 a 3.0 escoria básica• CaO/SiO2 > 3.0 escoria altamente básicaLa composición de la escoria varía no sólo con la composición de la escoria.Depende también de las reacciones de la misma con el material refractario

REACCIONES FUNDAMENTALES EN LA PRODUCCION DE ACEROEL SIGNIFICADO DE LA ESCORIAEl rol de la escoria es importante para el trabajo metalúrgicoSus principales tareas en la producción del acero son:• Regular la presencia del oxígeno entre el baño de acero y la escoria• El recoger y ligar los productos de las reacciones y aditivos del baño de acero• Proteger el baño de acero de materiales dañinos procedentes de la atmósfera delhorno así como de la radiación de calor

REACCIONES FUNDAMENTALES EN LA PRODUCCION DE ACEROEL SIGNIFICADO DE LA ESCORIAA partir de estas consideraciones se concluye:

Sin la escoria no es posible la producción de aceroPor ello, se debe regular y controlar el proceso en función de las propiedades físicasy químicas de la escoriaLa escoria requiere atención permanente, para que los procesos de refinación seaceleren y que la fusión esté protegida de elementos dañinos.Así se garantiza la calidad del acero y el rendimiento de la planta

REACCIONES FUNDAMENTALES EN LA PRODUCCION DE ACEROTIPOS DE ESCORIASDel análisis precedente se desprende que la composición de la escoria varía

%FeO %SiO2 %CaO Grado de BasicidadEscoria primaria(40 min después del cargado) 41.2 20.9 12.2 0.6Escoria de fin de fusión(Fin del periodo de fusión) 14.2 18.0 33.5 1.8Escoria final(previo a la sangría) 11.2 16.5 46.5 2.8

REACCIONES FUNDAMENTALES EN LA PRODUCCION DE ACEROTIPOS DE ESCORIASSe diferencian entonces:• Escoria de fin de fusión, con la composición del final de la fusión• Escoria de afino, con composición variable durante el afino, (cuando no ocurrecambio, ésta es la escoria final)• Escoria de desoxidación, con efectos reductores. Se forma luego de retirar laescoria de afino

REACCIONES FUNDAMENTALES EN LA PRODUCCION DE ACEROTIPOS DE ESCORIASEn la escoria de afino se reúnen no sólo los productos de oxidación sino también elCaS. Junto con los componentes nombrados contiene además:• Aditivos formadores de escoria, (CaF2, Al2O3)• Impurezas de la materia prima y de los aditivos• Material de desgaste del material refractario

REACCIONES FUNDAMENTALES EN LA PRODUCCION DE ACEROTIPOS DE ESCORIAS

La escoria de afino, en función de su composición, puede ser:• Escoria de silicato de calcio• Escoria de silicato y fosfato de calcio

REACCIONES FUNDAMENTALES EN LA PRODUCCION DE ACEROTIPOS DE ESCORIASLas escorias de refinación deben tener un impactoreductor y por ello deben ser libres de óxidosmetálicos pesados.La cantidad y tipo de escoria está en función de loselementos acompañantes a escorificar• Cantidad de arrabio que se introduce• Calidad de CaO• Calidad de acero deseado• Proceso empleadoEstas escorias son escorias de caliza y feldespatos Dependencia de la cantidad de escoria de la cantidad de arrabio

REACCIONES FUNDAMENTALES EN LA PRODUCCION DE ACEROPOSIBILIDADES DE INFLUIR EN LA FORMACION DE ESCORIAS• La combinación de CaO con MgO (también Cr2O3) generan siempre mezclas dealtas temperaturas de fusión• El CaO metalúrgico empleado, (90 a 95%CaO), funde a temperaturas por encimade los 2.500°C• Como en la producción de acero las temperaturas de trabajo están por lo generalen el rango entre 1.500 a 1.650°C, la adición de CaO, presupone un procesoprevio de adecuación de éste para que pueda participar efectivamente en elproceso.

REACCIONES FUNDAMENTALES EN LA PRODUCCION DE ACEROPOSIBILIDADES DE INFLUIR EN LA FORMACION DE ESCORIAS• El MgO, proveniente ya sea del CaO o del refractario, tiene un rol especial, debidoa su alto punto de fusión• El MgO disuelto en la escoria impide, que la escoria a 1.600°C, esté saturada deCaO y con ello pueda ser considerada como una escoria altamente básica• La capacidad de reacción de la escoria es afectada negativamente por lapresencia del MgO

REACCIONES FUNDAMENTALES EN LA PRODUCCION DE ACEROPOSIBILIDADES DE INFLUIR EN LA FORMACION DE ESCORIAS

• Un efecto para bajar la temperatura de fusión de la escoria se logra a través de lapresencia de óxidos tales como: FeO, Al2O3 y SiO2; que actúan como fundentes• Para ello, es importante la proporción en la cual están presentes cada uno de losconstituyentes

REACCIONES FUNDAMENTALES EN LA PRODUCCION DE ACEROPOSIBILIDADES DE INFLUIR EN LAFORMACION DE ESCORIASEl diagrama muestra que el feldespato,CaF2, en las escorias de silicato desodio, es un fundente excelenteDiagrama de estado del sistemaCaO – CaF2

REACCIONES FUNDAMENTALES EN LA PRODUCCION DE ACEROPOSIBILIDADES DE INFLUIR EN LAFORMACION DE ESCORIASSe observa que una parte del CaO secombina con el SiO2, formando compuestossólidos presentes en la escoria.Por tanto, la capacidad de reaccióndisminuye

Diagrama de Estado del Sistema CaO – SiO2 –CaF2

REACCIONES FUNDAMENTALES EN LA PRODUCCION DE ACEROPOSIBILIDADES DE INFLUIR EN LA FORMACION DE ESCORIASDe ahí se concluye:• Alto contenido de sílice en las corrientes de entrada, (arrabio, arena, entre otros),requiere grandes cantidades de CaO y con ello una gran cantidad de escoria• La adición de CaO no es suficiente, porque la escoria sería muy viscosa e inerte• Con la adición de CaO, es necesario introducir fundentes

REACCIONES FUNDAMENTALES EN LA PRODUCCION DE ACEROPOSIBILIDADES DE INFLUIR EN LA FORMACION DE ESCORIASPara el trabajo de escoria se debe tomar en cuenta:• Si hay poco CaO en los materiales de ingreso y mucha sílice, esta escoria seráácida y no adecuada para el trabajo metalúrgico, (desfosforización,desulfurización)• La adición de CaO debe ser calculada de manera que el grado de basicidad de laescoria de fusión mínimamente sea de 1.5 a 1.8• La escoria de afino debe ser ajustada con la adición de Cao para que seaconsiderada una buena escoria básica

REACCIONES FUNDAMENTALES EN LA PRODUCCION DE ACEROPOSIBILIDADES DE INFLUIR EN LA FORMACION DE ESCORIAS• La cantidad de escoria debe fundamentalmente ser pequeña• Una gran cantidad de escoria tiene un efecto negativo, porque:

• Evita la transferencia de calor• Incrementa la capacidad de disolver compuestos metálicos en la escoria.(Pérdidas de metálico)• Disminuye el rendimiento del reactor• Mayor trabajo para el cambio de escoria• Aumento de los costos