Latin.American Joumal o/ Metallurgy and Materials. VoL 3, N° 2, 1983

Causas, Mecanismos y Control de la Degradación de Aglomerados de Mineral de HierroDurante la Reducción en el Alto Horno* .

Tayrnour Elkasabgy

Pontíficia Universidad Católica de Río de ]aneiro. Rua Marques de Sáo Vicente, 225-CEP 22453, Río de]aneiro, Brasil.

Se presentan y examinan los factores y diferentes mecanismos de degradación de los aglomerados de mineral de hierro durantela reducción en el alto horno. Se destaca la fase de ganga y su interacci6n con los óxidos de hierro y algunas de las impurezasmenores que se sabe son causantes de que los aglomerados de mineral de hierro pierdan su estructura coherente y se degraden.Sepropone el control de laganga yasea por medio de aditivos para estabilizar su composición química y/ o cambiando las con-diciones de cocción, como parámetro importante para mejorar el comportamiento a la reducción de los aglomerados, espe-cialmente a niveles de temperatura relativamente más altos en el alto horno.

Causes, Mechanisms and Control in the Degradatíon ofIron Mineral Agglomerates During theReduction in the Blast Furnace

The factors and the different mechanisms of degradation of iron ore agglomerates during reduction in the blast furnace arepresented and discussed. Emphasis ísgiven to the gangue phase and its interaction with the ironoxides and some of the minorimpuriries wich are known to cause the iron ore agglomerates to loose their coherent strucrure and degradate. Controlling thegangue either by additives to stabilize its chemistry andlor changing the firing conditions ísproposed as an important pararne-ter in improving the agglomerates behavior during reductíon specially at relatively higher temperature levels in the blastfurnace.

L INTRODUCCION

La eficiencia del alto horno para arrabio se rela-ciona directamente con el comportamiento delhorno como reactor químico de lecho compacto encontra corriente. Para una eficiencia máxima, debehaber un contacto apropiado entre el óxido de hierrode los aglomerados de mineral de hierro y el gasreductor. Esto implica una dístribución óptima dé lacarga, desde el punto de vista macroscópico y ade-más, microscópicamente, una mayor estabilidad ymayor resistencia a los cambios estructurales du-rantela reducción de las partículas individuales deaglomerados de mineral de hierro. Cada uno de estosconceptos es válido y ambos se interrelacionan.

La distribución de los materiales de carga dentrodel alto horno fue objeto de numerosas investigacio-nes [1, 2]. En este trabajo, se examinarán las causas!

* Trabajo presentado al II Congreso lLAFA-ALTOS Hornosen inglés. Organizado por el Instituto Latinoamericano delFierro y el Acero - ILAFA con la colaboración del InstitutoBrasileiro de Siderurgia - lBS Yla Asssocíacáo Brasileira deMetáis - ABM. 12 al15 de mayo de 1982, Río de ]aneiro,Brasil.

mecanismos y cómo controlar el comportamiento delos aglomerados de mineral de hierro durante lareducción. Los objetivos principales son: compren-dEr los factores que afectan la estabilidad de los aglo-merados durante la reducción, en las diferentes zonasdel alto horno, y explorar los mecanismos de la de-gradación. Una vez logrado eso, se propondrán algu-nas sugerencias para mejorar la calidad de los aglo-merados de mineral de hierro, con el fin de lograr unproceso más eficiente en el alto horno.

n. EL PROCESO EN EL ALTO HORNO Y LAESTABILIDAD DE LOS AGLOMERADOS

Los cambios fisicoquímicos asociados con losdos procesos de calentamiento y.elímínacíón del oxí-geno son la causa principal de que los aglomerados demineral de hierro pierdan su estructura coherente yque por ende, se degraden durante la reducción. Lasdos tasas de calentamiento y de reducción de los óxi-dos de hierro pueden considerarse como los factoresprincipales. Sin embargo, la interacción de la fase deganga con la wustita (FeOx) formada durante lareducción y las impurezas de menor importanciageneradas dentro del horno en forma de gases (K, Na,

106

I

It' Zn, S), pueden contribuir en forma significativa a losi;cambíos que provocan la degradación. .~ Todos los factores anteriormente mencionados

lepuedencombinarse en un solo criterio para cubrirtodas las adversidades que afectan la estabilidad de,los aglomerados de mineral de hierro. Generalmente.se le atribuye el término "degradación durante la'>reducdón" o simplemente, una sola palabra: "degra-

J{ dadón". Obviamente, la interpretación de degrada-feión puede significar diferentes cosas, ya que hay másf de una razón para que los aglomerados pierdan su es-~tructura coherente. Por lo tanto, la causa y mecanis-¡mos de la degradación: deben relacionarse con las~etapas de reducción de las diferentes zonas del alto[horno.,.

Revista Latinoamericana de Metalurgia y Materiales, Vol. 3, N° 2, 1983

2.1. Las cinco zonas del alto horno

En base a informaciones obtenidas gracias a la.disección y sondaje de varios altos hornos, el proceso;de reducci6n y fusión de los aglomerados de mineralde hierro puede dividirse, desde el tope del hornohacia abajo, en cinco zonas, que son: zona de trozos,zona de ablandamiento-fusión, zona de goteo, saetíny crisol del horno. La mayor parte de la reducción del.óxido de hierro, a excepción de la pequeña propor-ción que se disuelve en la escoria primaria que sereduce por reducción directa en. la zona de goteo, seefectúa ya sea directa o indirectamente, en las zonasde trozos y de ablandamiento-fusión.

2.2. Etapas de reducción y degradación

Si excluimos el fraccionamiento físico debido achoque térmico y/o impacto mecánico que se pro-duce al cargar los aglomerados de mineral de hierroen el alto horno, éstos pueden degradarse en cual-quier etapade reducción durante el descenso en lazona de trozos 6" en la primera etapa de la zona deabandamiento y fusión. Las causas de la degradaciónpueden resumirse como sigue:

-Degradación debido a la desintegración de losgránulos durante la primera etapa de reduc-ción a magnetita;

-Degradación debido a un aumento excesivo.de volumen o hinchamiento debido a la forma-ción de "barbas" de hierro;

-:-Degradación por desintegración de la fase deaglomeración de ganga debido a cambioscristalográfícos;

- Degradación debido a la formación prematurade escoria líquida primaria.

nr. MECANISMOS DE DEGRADACION

Hay tres parámetros que respaldan nuestra afir-rnación, que son: el nivel de temperatura; el poder del

gas reductor, y las impurezas que pueden producirdegradación. Los tres factores pueden atribuirse a lascondiciones de reducción del alto horno.

3.1. Degradación a baja temperatura

Durante la reducción de cualquier tipo de aglo-merados .de mineral de hematita, éstos tienden ahincharse, por 10que su volumen aparente aumenta araíz de la transformación de la fase de hematita a la demagnetita. Este aumento de volumen es inevitable yse le define como "hinchamiento normal".

Según la composición de la fase ligante dentro delos aglomerados, a veces tienden a mostrar degrada-ción de gránulos y fractura cuando se los reduce a500°C en condiciones de reducción débiles, En laliteratura, este tipo de degradación se conoce tam-bién como fracturación a baja temperatura (LTB).

3.1.1. Cambios estructurales durante la reducción

La tensión interna que se produce debido a loscambios anisotrópicos en las dimensiones y la frac-tura de las ligas de hernatíta una vez reducidos a mag-netita, son los responsables de la degradación de losgránulos de aglomerados de alta pureza, los que con-tienen una cantidad relativamente pequeña de gan-ga. La transformación estructural involucra una re-disposición del reticulado hexagonal de hematita,para formar un reticulado cúbico de magnetita, loque necesariamente redunda en una cierta distorsiónde las ligas, las que por 10 tanto se rompen y la totali-dad de la estructura se des integra. Por otra parte,como tanto la magnetita como la wustita tienen lamisma estructura retículada (cúbica), se espera unpequeño cambio de volumen durante la segundaetapa de la reducción, de magnetita a wustita. Laetapa final de reducción dewustita a hierro, es decir lametalización, se asocia con contracción, debido a queel volumen molar del hierro es menor que el de susóxidos [3].

3.1.2. Factores que inciden sobre la degradación abaja temperatura

La aptitud de los aglomerados para soportar latensión asociada con la fase de la transformación dehematita a magnetita depende de su estructura degrano, cantidad y distribución de las gangas y propor-ción relativa de hematita a magnetita en el sínterantes de la reducción [4]. El fenómeno de la degrada-cíón a baja temperatura es independiente del medioreductor. La mayor parte de los ensayos se realizanusando mezclas de CO-C02 para simular las condi-ciones del alto horno; sin embargo, se observaron losmismos efectos [5] con mezclas de H2-H20-[5].

Podría pensarse que la deposición de carbono esuno de los factores que pueden provocar degrada-

107

Latin/unerican journol o/ Metallurgy and Materials, Vol 3, N° 2, 1983

ción. La deposición de carbono es estimulada por laalta presión de tope del horno. Sus efectos sobre los

, refractarios del horno son bien conocidos pero su in-fluencia sobre la degradación a baja temperaturapuede descartarse, ya que el tiempo de permanenciaen esos lugares en que la temperatura y el gas son ter-modinámicamente adecuados para este procesopuede resultar insuficiente para la precipitación d~una gran cantidad de carbono provoque problemas.

3.1.3. Medición de la degradacióna baja tempe-ratura

Según Kortmann y Burghardt [6], la medición dela degradación a baja temperatura puede llevarse acabo por medio de ensayos estáticos o dinámicos, enque las muestras examinadas son hechas girar du- •rante la reducción. La reducción se efectúa isotérmi-carnente, a una temperatura de 500 oe, con unamezcla de gas reductor de N2, CO y COl:>con una rela-ción de CO:COz de 1,0. La tendencia a la degradaciónse determina por cribado de las probetas reducidas.

3.2. Degradacióndebidaal hinchamiento

La figura 1 muestra el comportamiento de dosclases de aglomerados de mineral de hierro, someti-dos a reducción a aproximadamente 1.000 oC,en unamezcla de gas capaz de metalizar los óxidos de hierro.La curva de más abajo representa el hinchamiento deesos aglomerados (sínter o pelets), a consecuencia

100

s:: SOQ)

,,..E10

..cue 20

,,...:c

25

del aumento de volumen debido a la reducción de la 'hernatita a magnetita. La curva superior muestra el 'hinchamiento anormal asociado con la reducción decierto tipo de aglomerados, principalmente pelets[3,7-10].

El hinchamiento anormal se caracteriza por laformación de una red de finos filamentos, conocidostambién como "barbas" de hierro, ilustrados en lafigura 2. Su formación es el resultado de una metali-zación no topoquímica y tiene relación con las dosetapas de la nucleación y expansión del hierro. laerección de hierro sobre Ia'superficie de la wustita seproduce cuando se forman muy pocos núcleos en laetapa inicial de la metalízación y luego un rápidoflujo de hierro hacia sus lugares para producir laexpansión externa. '

Los estudios experimentales realizados por elautor de este trabajo confirmaron que la modalidadde la metalización y la formación de "barbas" de hie-rro, dependen del grado de, heterogeneidad de lasuperficie de wustita antes de la reducción. Puede Ser "una heterogeneidad química, debida a distribución'no uniforme del CaO dentro de la estructura reticu-lada de la wustita, o física, derivada de una ignición osintetización insuficiente [7, 11], El mecanismo se ;¿ilustra en forma esquemática en la figura 3. \!

~Se afirmó quelos óxidos básicos (Na, K, Ca) eran ',~la causa dela formación de "barbas" de hierro. En el 1caso de los peletsde mineral de hierro que contienen ;una cantidad de ganga relativamente 'reducida y 1expuestos a la influencia de los álcalis durante la '3reducción, la formación de "barbas" de hierro puede ,j

ser la causa de su degradación. j~,~

Fig, 1. RELACION HlNCHAMIENTO-REDUCCION TIPlCn ~".DE LOS AGLOMERADOS DE MINERAL DE HIERRO. J

11~'],~

1~j"

Hinchamiento~ anormal

Hinchamientonormal

50 -10075

Reducción en %

108

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.Fig. 2., ASPECTOS DE LAS"BARBAS" DE HIERRO QUE PROVOCAN HINCHAMIENTO ANORMAL.

Tratado con 2% en peso de óxido de calcio. Tratado con 0.58 en peso de óxido de álcalís,

Antes de la reducción:Granos de óxidos de Hierrocompuestos de mezcla de:• Magnetita: Fase clara.• Wustita: Fase oscura.

Después de la reducción:• Hierro de la fase clara.

• Wustita de la fase oscura.

Efectos de heterogeneidad de la superficie de wustita.

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Fig_ 3- PRESENTACION ESQUEMATlCA DE LA FORMA-CION DE "BARBAS" DE HIERRO DURANTE LAREDUCCION DE OXIDOS DE HIERRO HETERO-GENEOS

••

wM Mw

A. Antes de la reduccionla magnetita.

B A A BB

M w w

M.zclo d. gas reductorf••••

B A 8 B

ww

B. FormaciBn de fina capadewustita.

Distancio dude la .uptrl~

C. Gradiente de con~entat;on en lawustita en la regiones A y B.

NúCI'Od. hi.rro

""e e e _-_. I

",' " ,," "~.•.._ .•.•.Zona

supersoturocion

8

GA AB

ww

~. Nucleacion del hierro.

Borbos de hierro

w w

E. Formacian de las barbasde hierro.

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Esto es aplicable a ciertos tipos de pelets comolos que se fabrican con mineral de hierro de MARCONA[9]. La adición de sílice, que actúa como un sumiderode los óxidos básicos, puede contribuir a suprimir latendencia a la degradación. Se probó sin embargo,que los álcalis pueden provocar degradación debido ala formación de escoria líquida a temperatura relati-vamente baja, con la reducción de pelets ácidos[10].

3.3. Cambios cristalográficos de las ligas de ganga

La estabilidad química y física de la fase de gangatlepende de muchos factores. Aquí se examinarán loscambios crístalográficos que tienen lugar durante elcalentamiento y la reducción antes de la formaciónde líquidos.

Durante la sinterización, puede crearse una faselíquida vidriosa rica en óxido férrico. Está expuesta arecristalización a alrededor de 950°C, cuando preci-pita Óxido férrico y fayalita [12] ~La fayalita es establehasta que se funde o reacciona con el Fef), a unatern-peratura superior a 1.000 °C, pero el óxido férrico noes estable y tiende a ser reducido.

Cuando se agrega calpara aumentar la basicidad,pueden producirse formaciones de ferrítas de calcio,silicatos de calcio y silicatos de calcio-hierro duranteel endurecimiento o la sinterización. La probabilidadde que se produzca alguno de ellos o todos dependede los aspectos termodinámicos (temperatura y po-tencial de oxígeno) y cinéticos del proceso, principal-mente tiempo y superficie de contacto entre losdiferentes componentes. La estabilidad de ellospuede resumirse de la siguiente manera:

• Silicato dicálcico: tiene una elevada estabili-dad química, pero es frágil y sufre una trans-formación de fase de a a f3 a aproximada-mente 700°C;

• Díferrita de calcio: menos estable que lahematita, donde se descompone a ferrita di-cálcica y wustita durante la reducción;

• Ferrita dicálcica: más estable que la diferritade calcio, con una estabilidad térmica relati-vamente buena;

• Silicatos de calcio- hierro de la familia de la oli-vina: son estables hasta aproximadamente1.000°C.

En casos de agregarse MgO, su participación enlos puentes de liga mejora la resistencia de los aglo-merados. La disolución del MgO en los óxidos de hie-rro durante el endurecimiento y la sinterizaciónredunda en la formación de una fase de aglomeraciónde magnesio-ferrita más resistente a la transforma-ción de fase en comparación con los puentes dehematita.

3.4. Degradación debida a la formación de escorialíqUIda

El proceso de formación prematura de escoria lí-quida es sensible al paso reducción-calentamiento delos aglomerados en el horno, lo que influye sobre el .grado de metalización y aptitud de la wustita parareaccionar con las gangas y formar escoria líquidarica en FeOx' La presencia de impurezas de menorimportancia, tales como los álcalis, disminuye elnivel de temperatura de la formación de la fase lí-quida y acelera la degradación de los aglomerados.

Para determinar la posibilidad de formación deescoria líquida, se utilizan los diagramas de fase deequilibrio entre los diferentes componentes de laganga y la wustita [13]. Por supuesto, suponemos quese alcanza un equilibrio termodinámico y por lotan-to, la cantidad calculada de líquido representa un lí-mite superior. Además, representan reacciones entrelas substancias puras y es bien sabido que puedenexistir cantidades pequeñas de impurezas, talescomo alúmina y óxidosde magnesia, cuando se usanminerales de hierro al hacer los aglomerados. Porlo tanto, la escoria líquida puede aparecer a un nivelde temperatura inferior a 10 indicado por los día-gramas.

3.4.1. Interacción de la uiustita y las gangas

Parte del sistema binario entre la wustita y la sí-lice se muestra en la figura 4, conjuntamente conalgunos valores computados del volumen relativo deescoria líquida como función de la temperatura ygrado de metalización [14]. Podemos concluir que sila reducción de los pelets ácidos se completa antes deque lleguen al nivel de temperatura de formación defayalita líquida (1.175 0C) probablernenteno se pro-duciría ablandamiento.

Los aglomerados autofundentes contienen CaOy MgO. La figura 5 muestra: parte de un sistema entreCaO y wustita, un sistema ternario entre CaO, Si02 yFeOx y parte de un complejo sistema que considera lainteraccion entre ellos y el MgO.

Debido al efecto del CaO, su presencia en formade solución sólida en la wustita no hará bajar drástica-mente su punto de fusión. El efecto real del CaO serásu influencia sobre el hinchamiento anormal debidoa la formación de "barbas" de hierro, como se men-cionó en la sección 3.2; la interacción entre el CaO, elSi02 y la wustita puede redundar en la formación deolivina líquida a L039 °C, siendo su punto de fusiónmenor que la eutéctica en la que puede aparecer fa-yalita líquida de 1.175 0c.

Del sistema temario de la figura 5, esperamosque la temperatura de ablandamiento disminuya conel aumento de la basicidad dé un índice puramenteácido a uno de 0,4 Y que luego aumente nuevamente.

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Fig. 4. FORMACION DE FAYALITA LIQUIDA COMO FUN-CION DE LA TEMPERATURA, CONTENIDO DESILICE y GRADO DE METALIZACION, EN BASE ALA REFERENCIA (14)

1400

LIQUIDJ

1200

70 80Fe()X en % en peso.

2.0% Si02 en la escoria liquida en presenciade wustita sólida.

Grado de rretalización: O.75

8.

WUSl'ITA + LIcunx:>

1175 CO

90 FeO~

Grado de lOOtalizacirn: 0.3

1.5;-< -,

TEMPEP,A'IOPA e'?1.0

0.5

8.06.0

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DIAGRAMAS DE LA FASE DE EQUILIBRIO ENTREOXIDOS BASICOS (CaO y MgO) Sílice s.o, Wustitar-o,

Wal1astoni

\\~+ + Liquido \

~,¡.....;;C;;;;;:al:;;:;~+..;.....;C:::.:.;.;.W.;..:.~'"T-__ -~cio-W$tlta

. ',(C.W.),,C.W.+CaO. \

2FeO \\\

Cal + Ca02FeO

50 60 80 90FeOX en % en peso.

cao

1400

120"0 •U

~1000'1

8

113

,II'01' .I lV1ns

\ : J /\~litita r

\ '1 1300

"~ I

\ I I\~ I

.:Il

FeOX

* 01ivise( 1039 C )

FeOx

LatinAmerican fouma! o/ Metallurgy and Materials, VoL 3, N° 2, 1983

La basicidad crítica de la temperatura de ablanda-miento mínima es función del tipo de aglomerado. Seafirmó que los pelets con diferentes contenidos deganga (hasta 10% en peso) y en el rango de basicidadde hasta 0,7, se degradaban debido a la formación deolivina líquida [15]. Por otra parte, con los sínteres sepuede obtener un mínimo más alto aumentando elgrado de oxidación y el índice de basicidad [16]; unacondición óptima puede ser una basicidad entre 1,4 Y1,B [17].

El sistema seudoternario de la figura 5 explica lainfluencia del MgO en el mejoramiento de las propie-dades a alta temperatura de los aglomerados. La olí-vina líquida, que se forma a 1.039 °C en el sistematernario, comienza a aparecer a niveles de tempera-tura más elevados, cuando el MgO reemplazó partedel FcO, en la producción de las complejas ligas desilicatos. Por supuesto, la estabilidad de las ligas y latem pera tura a la cual comienzan a ablandarse y a fun-dirse dependen de la cantidad relativa de MgO yaumentan con él.

3.4.2. Influencia de losálcalis

Se sabe que los álcalis circulan y a veces se acu-mulan en el alto horno [lB]. Se sabe que la influenciade los álcalis sobre la reducción de aglomerados demineral de hierro de alta leyes su efecto sobre la for-mación de "barbas" de hierro [3, 9].

Se recomendó aumentar el contenido de sílicecomo un medio de evitar la formación de "barbas" dehierro, ya que actúa como decantador de losálcalis.

En el caso de lospelets de mineral de hierro conun contenido de 5% de sílice (en peso) y expuestos ala reducción con mezclas de gas que contienen álca-lis, el autor demostró que ellos se degradan debido ala formación de silicatos líquidos a bajos niveles detemperatura, de 900°C [10]. La magnitud de la for-mación de escoria líquida depende del contenido deálcalis y de la cantidad de sílice presente. En base aldiagrama ternario entre K20 Si02, se calcula la canti-dad de líquido, que se muestra en la figura 6. En latigura 7, se dan algunos resultados para mostrar la in-fluencia de los álcalis sobre el hinchamiento y lareducción. Se incluyen también fotografías de probe-tas parcialmente reducidas para ilustrar la influenciade los álcalis sobre la formación de macrogrietas y laaparición microscópica de escoria líquida entre losgranos de óxido de hierro.

Se afirmó que los pelets autofundentes con dolo-mita tienen una mayor resistencia al ataque de los ál-calis [19]. En base a los diagramas de equilibrio defase [13], la presencia de MgO en las ligas de silicatoseleva la temperatura de fusión, incluso si absorbepequeñas cantidades-de álcalis. Sin embargo, la adi-ción de óxidos básicos como el CaO y el MgO aumen-

Fig. 6. INFLUENCIA DEL ALCALIS y DE LA SILICE SOBRE·LA FORMACION DE ESCORIA LIQUIDA EN BASEAL SISTEMA DE EQUILIBRIO

K20· Si02 y reo,

A:K20Fe03Si02900 eO

B: K20Fe05Si02900 eO

~.8 ..§ 'ªM\9..-I..c:Ulbo\O

lO 4.~-.-1..-1

114

.K2

0 2 ~S:"'iO-2-~---J.~7¿6-7~~=~1~4L70=-:::''::''::~Si~

1,2,3y4 = 700 CO 13~;~~

8

6

0.25

Tenpera"tura900 e'

2

o Silice en peso%

Q 2 4 6 18

Revista Latinoamericana de Metalurgia y Materiales, Vol. 3, N° 2, 1983

ALGUNOS RESUL TADOS EXPERIMENTALESPARA MOSTRAR LA INFLUENCIA DE LOS ALCALISSOBRE LA DEGRADACION DE LOS PELETS DELMINERAL DE HIERRO ACIDOS QUE CONTIENENUN PORCENTAJE DE GANGA ACIDA DE APROXI·MADAMENTE 5% EN PESO

Fig.7.

80 Con vapor de K

><:o., O-

~'O 69 e;... 'o

o o 'üa.uC; o • Reducción =>., > 'Q'E .!: , X __ -{-- 40 ~o <1) 40'6 J- ----X-- .,

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20 <9•L-__~ ~ ~ -L__~O

Precion porciol del potosio. afm.

- Reducción con mezclas de gas que contienen vaporalcalino.

2. Vista de magnificación baja.

1. Granos cerca de la superficie externa.

3. Granos internos, justo fuera de la zona de metalización más. alta.

- 1, 2 Y3: Sección del pélet parcialmente reducido impregnadocon álcalis (1,32% en peso de K20 antes de la reducción).

115

LotinAmerican foursa! o/ Metallurgy and Materiaú, Vol 3, N° 2, 1983

fase [13], la presencia de mgO en las ligas de silicatoseleva la temperatura de fusión, incluso si absorbepequeñas cantidades de álcalis. Sin embargo, la adi-ción de óxidos básicos como el CaO y el MgO aumen-tará la basicidad y puede contribuir a la gasificacionde los álcalis en las zonas de alta temperatura de loshornos, aumentando por lo tanto la intensidad de ci-claje de los álcalis [18].

IV. ALGUNOS ASPECTOS DEL CONTROL DE.LA DEGRADACION

Los análisis anteriores acerca de las causas ymecanismos de la degradación sugieren que la partede la fase de ganga que participa en la formación delos puentes de liga entre los granos de óxido de hierrodesempeña un importante papel en el mejoramientodel comportamiento de los aglomerados durante lareducción en el alto horno. La calidad de los aglome-rados puede optímízarse para una mayor reducibílí-dad y estabilidad en las diferentes etapas de la re-duccíón, por medio de la selección adecuada de losaditivos y regulando las condiciones de quemado ysínterízacíón. La piedra caliza, la dolomita, la cal vivay la dolomita calcinada son buenos fundentes y aditi-vos populares. En menor medida, la olivina natural,que es un silicato de magnesia-hierro se usa paraaumentar el contenido de MgO, sin aumentar el CaOa un nivel inaceptable. El CaO desempeña un papelimportante en el escoriado del MgO y del Si02, perono debe exceder mucho la fase líquida durante elendurecimiento o la sinterización.

Se recomiendan las siguientes condiciones paragarantizar aglomerados de mayor calidad:

l. El tamaño de grano de los aditivos.es menorque el del mineral y deben distribuirse uni-formemente en la mezcla.

2. La tasa de calor se regula para la total calcilla-ción de la piedra caliza y dolomita, antes deque se alcance la temperatura máxima.

3. El tiempo y temperatura en el máximo sonadecuados para escoriar los aditivos junto

. con las gangas originales del mineral, perono 10 suficientemente altos corno para per-judicar la porosidad y por ende, la reducí-bilídad,

4. La tasa de enfriamiento no es tan rápidacomo para provocar demasiadas tensiones ogrietas finas y lo suficiente como para oxidartoda la.magnetita, transformándola nueva-mente en hematita, para eliminarla hetero-geneidad microscópica dentro de las par-

tículas de óxido de hierro que pueden re-dundar en la formación de "barbas" dehierro.

Se espera que los aglomerados resultantes esténlibres de sílice, calcio y magnesia. Las fases de ganga,que participan en la aglomeración, están compuestasde: pequeñas cantidades de fases amorfas y vidrios,fayalita, ferritas cálcicas ysilicatos de calcio-hierro dela familia de la olivina. Se espera que la mayor partede las ligas de ganga sean un complejo de silicatos dehierro-calcio-magnesio con la menor caritidadpo-sible de hierro ferroso (también pueden contenerpequeñas cantidades de impurezas tales como unaalúmina que proviene del mineral de hierro).

Cualquier mejoramiento de las propiedades in-trínsecas de los aglomerados debe ser respaldado porcondiciones operacionales apropiadas del alto hornoy por el uso de coque de mayor calidad. La consecuen-cia es una mayor reducción y metalización en la cubadel horno y cantidades adicionales dewustita residualen las áreas sensibles, donde 10s aglomerados seencuentran con los gases reductores contaminadoscon los álcalis y vapores sulfurosos.

v. RESUMEN Y CONCLUSIONES

Hay cuatro motivos principales para que losaglomerados de mineral de hierro se degrad,en dentrodel alto horno, que son: desintegración a baja tempe-ratura de los puentes de hernatíta al pasar a magneti-ta, hinchamiento debido a la formación de barbas dehierro, desintegración de las ligas de ganga debido acambios cristalográficos y ablandamiento debido a laformación prematura de escoria líquida;

Se analizan los mecanismos de degradación delos aglomerados y se relacionan con la estabilidad delas fases de ganga; Se presentan algunos aspectos decontrol de la degradación durante la reducción en lasdiferentes zonas del horno, asociándola con las pro-piedades intrínsecas de los aglomerados y condicio-nes operacionales del horno.· Se destacan las con-diciones de quemado y sinterización, presencia de

. CaO yMgO e interacción entre los constituyentes deganga, wustita y álcalis,

Las propiedades intrínsecas de los aglomeradospueden regularse controlando las condiciones dequemado y sinterízación y por la apropiada selecciónde los aditivos. Podremos lograr un proceso de endu-recimiento o sinterízacíón óptimo, adaptado a la eli-minación de la heterogeneidad rnícroscópíca dentrode los granos de óxidos de hierro y los aditivos sonescoriados con la ganga original, sin una excesiva for-mación de fase líquida que perjudique la porosidad.

La proporción de ganga que participa en lospuentes de aglomeración debe distribuírse unifor-memente y es química y térmicamente estable a los

116

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rangos bajo y medio de temperatura y tiene mayorresistencia al ataque de la wustita y de los álcalis aniveles de temperatura relativamente altos.]3IBLIOG RAFIA

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