Tecnologas de fusin del hierro

UNEXPO UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITCNICAANTONIO JOS DE SUCREVICE-RECTORADO PUERTO ORDAZDEPARTAMENTO DE INGENIERA METALRGICACTEDRA: SIDERURGIA INTEGRANTES: Guzman, Sthefany 24039598 Lanz, Katherine 24560276 Palomo, Omairys 23872663

RESUMEN.Mientras la produccin de arrabio lquido por la va alto horno mantiene su vigencia como la ruta ms utilizada para la obtencin de acero, los procesos alternativos de produccin de arrabio comienzan a ocupar un espacio all donde se dan condiciones especiales que favorecen su desarrollo. En la actualidad se dispone de una gran cantidad de procesos alternativos al horno alto que permiten obtener hierro. En general, en estos procesos, la reduccin en estado slido se efecta en un reactor y la fusin-reduccin en otro y se emplea carbn no coquizable. El alto horno es y seguir siendo por aos la tecnologa dominante para la produccin de acero a partir de mineral de hierro. Ha tendido a aumentar en tamao y capacidad de produccin, hacer campaas largas, disminuir en nmero y disminuir la polucin en sus auxiliares las coqueras y las plantas de snter. En la actualidad estn en marcha investigaciones en Japn y Europa para disminuir su generacin de . A continuacin se discuten en detalle los procesos que estn operando actualmente en escala industrial para la produccin de arrabio a partir de materias primas.

PALABRAS CLAVES: Fusin reductora. Homo alto.

INTRODUCCIONLos procesos de fusin reductora representan alternativas al horno alto para producir hierro lquido. Este trmino indica que la reduccin del xido de hierro se efecta, aun parcialmente, en estado lquido. En general, en estos procesos, la reduccin en estado slido se efecta en un reactor y la fusin-reduccin en otro y se emplea carbn no coquizable. En estos procesos se realizan las mismas reacciones que en el horno alto, pero de una manera ms controlada y acelerada. El mineral de hierro se reduce parcialmente, generalmente a FeO, en el reactor de reduccin y se transfiere por gravedad al reactor de fusin, donde el xido de hierro entra en contacto con la escoria, siendo reducido por partculas de carbn o por carbono disuelto en el metal.

En una seccin intermedia entre ambos reactores se efectan las reacciones de gasificacin del carbono. Las reacciones (4) y (5) representan las reacciones de reduccin del xido de hierro en estado lquido mediante finos de carbn y el carbono disuelto en el metal, respectivamente y, las reacciones (6) y (7), las reacciones de gasificacin:

A diferencia del horno alto, en los procesos de fusin reductora se generan grandes temperaturas en la superficie del metal lquido debido a la postcombustin del CO:

Cuando se emplea aire para la reaccin de postcombustin, la temperatura se incrementa debido a que el nitrgeno diluye la influencia del H2O y CO2 en reacciones inversas. El aumento de temperatura del bao metlico se ve limitado por la accin enfriante de la reaccin de Boudouard y la transferencia de calor a travs de una alta columna de escoria espumosa. Adems de la baja transferencia de calor al bao metlico, el alto valor del calor sensible del gas de salida tambin contribuye a proporcionar una baja eficiencia trmica a los procesos de fusin reductora. Los primeros trabajos sobre fusin reductora los condujeron Wiberg (1938) y Engell (1939). Sin embargo, no atrajeron mucha atencin debido al gran inters que despertaron los procesos de reduccin directa a fines de los aos cincuenta.

COREX El proceso COREX es, de los procesos de fusin reductora, el nico que ha logrado alcanzar la etapa comercial empleando carbn no coquizable. Este material se carga en la parte superior del reactor de fusin, donde se gasifica. El oxgeno que se introduce para quemar el carbn (tamao, 10-40 mm) se inyecta a una velocidad tal, que logra fluidizarlo. El gas que sale del reactor de fusin, compuesto por un 95 % (H2 + CO), con un alto poder reductor, se combina con una porcin del gas reciclado proveniente del reactor de reduccin, con lo cual se enfra a una temperatura de 800-900 C y, despus de eliminar el polvo en un precipitador, se introduce al reactor de reduccin. El gas de salida se recicla, despus de eliminar el CO2 (Tabla XIII). Este gas tiene un alto poder calorfico, 7.500 kJ/Nm , equivalente al 50 % de la energa contenida en todo el carbn empleado en el proceso^ % de manera que debe aprovecharse, necesariamente, con eficacia, para que el proceso sea rentable.

El proceso COREX se considera ms verstil que el homo alto debido a que puede pararse ms fcilmente cuando no se requiere arrabio. La primera planta comercial se instal en ISCOR (Sudfrica) en 1989, con una capacidad de 0,4 mtpa y en 1995 se instal una segunda planta de mayor capacidad (0,8 mtpa) en POSCO (Corea Del Sur) y, ms recientemente, en 1999, en otras tres empresas: HANBO (Corea del Sur), JINDAL (India) e ISCOR-SALDANHA (Sudfrica).

AISI El proceso AISI es similar a COREX. Emplea dos reactores. Se sopla oxgeno por la parte superior e inferior del reactor de fusin reductora, con lo cual el grado de oxidacin final de la escoria es mayor que en el proceso COREX y, en consecuencia, resulta un metal con un bajo contenido en silicio y con mayor contenido de azufre.

FINEX FINEX est construido sobre la experiencia del proceso FIOR de reduccin directa de finos de mineral de hierro en lecho fluido, con reactores en cascada, que oper en Venezuela desde 1976 hasta mediados de los 90, cuando fue reemplazado por una instalacin FINMET, que mejor la eficiencia trmica al usar gas de tope para precalentar el mineral y al extraer el CO2 del gas reformado y del gas reciclado [2]. Mientras estos procesos producen a partir de finos prereducidos, briquetas se cargan en las aceras elctricas, en el proceso FINEX las briquetas obtenidas se cargan en caliente en una unidad de fusin y gasificacin similar a la descripta para el COREX (Figura 6) y se obtiene arrabio lquido.

Los componentes clave de la planta son los reactores de lecho fluido, la planta de briqueteado de carbn, el compactador de hierro esponja en caliente y la unidad de fusin y gasificacin. El mineral se carga con caliza o dolomita en los reactores de lecho fluido, y se calienta y reduce a medida que pasa por los cuatro reactores. El prereducido obtenido es compactado en caliente, para su carga en la unidad de fusin y gasificacin, donde se funde obteniendo arrabio y escoria. En esta unidad se carga tambin el carbn briqueteado. Por las toberas se inyecta oxgeno. El gas reductor generado por la combustin del carbn se deriva a los reactores de lecho fluido. El gas que sale de los reactores est disponible para otros usos en otras instalaciones de Pohang, excepto una parte que se recicla luego de extraerle el CO2.

HISMELT Este proceso se caracteriza por una agitacin muy intensa, debido a la inyeccin directa, al bao lquido, de finos de mineral, previamente reducidos, y de carbn. En su primera versin (1991), la planta piloto constaba de un horno horizontal. Posteriormente, en 1997, este horno se modific a horno vertical. Sus creadores sealan que, con esta modificacin se eliminaron problemas de obstruccin en las boquillas de inyeccin sumergidas por el fondo y una reduccin importante en el consumo de refractario (de 25 a 2 kg/t arrabio). En la nueva versin se inyecta, adicionalmente, un flujo de aire enriquecido con oxgeno (20-30 %), por la parte superior, el cual se emplea para la postcombustin de los gases de salida. En este esquema, la escoria resultante, (5 % FeO), es mucho ms oxidante que la del horno alto (0,5-1 % FeO), lo cual presenta ventajas para la defosforacin. Los niveles de postcombustin son altos, del orden del 60 %, Con estos niveles de postcombustin, es necesario introducir algn hidrocarburo al gas de salida del horno de fusin para incrementar su poder reductor. La inyeccin de finos de carbn, al bao metlico, asegura una mayor recuperacin de carbono y genera una gran turbulencia, con lo que aumenta la velocidad de las reacciones qumicas. Se seala, adicionalmente, que las reacciones de reduccin se efectan directamente dentro del metal, a diferencia de otros procesos de fusin reductora en los cuales se efecta en la escoria espumosa. REDSMELT Este proceso est compuesto por dos unidades: un horno de hogar rotatorio, donde se efecta la reduccin, y un horno de fusin. El mineral, en forma de pellets sin cocer (6-12 mm), se coloca en 1-2 capas dentro del horno rotatorio, a una temperatura de 1.370 C. El horno de fusin es un horno elctrico del tipo empleado en la produccin de ferroaleaciones. Este proceso es desarrollado por la empresa alemana Mannesmann-Demag. Sus creadores proponen el empleo de arrabio lquido, directamente en hornos elctricos, para producir acero.

ROMELT El proceso ROMELT no emplea homo para prereducir el mineral de hierro, siendo uno de los procesos, en etapa de desarrollo, ms nuevos. El mineral y el resto de la carga se introducen directamente en el horno de fusin reductora, donde se introduce aire enriquecido con oxgeno, mediante toberas. Se seala que este proceso presenta la desventaja de un alto consumo de energa, debido a carecer de la etapa de prereduccin y, tambin, un alto consumo de agua de enfriamiento del horno.

DIOS El proceso DIOS (Direct Iron Ore Smelting) es un proceso desarrollado por la Federacin Japonesa del Hierro y el Acero (JISF) y, al igual que el proceso HISMELT, tambin emplea un homo de lecho fluidizado para prereducir finos de mineral de hierro y un horno de fusin (SRF). La planta piloto inici operaciones en 1993. A diferencia del proceso HISMELT, en este proceso, la lanza vertical inyecta oxgeno puro para efectuar las reacciones de combustin y postombustin y los finos de carbn y mineral se inyectan por la parte superior del homo de fusin reductora. Los finos de carbn, en su descenso, reaccionan con el oxgeno generando calor. Los finos de mineral inyectados se reducen en dos hornos, logrando niveles de prereduccin del orden de 25 %. La diferencia principal de este proceso con el proceso AISI consiste en que, en este ltimo, se emplea un reactor de reduccin vertical convencional, logrando niveles de prereduccin mayores, del orden del 30 %, mientras que el proceso DIOS emplea hornos de lecho fluidizado.

CONCLUSION.Los procesos alternativos de produccin de arrabio no amenazan actualmente el amplio predominio del alto horno; no lo sustituyen sino que lo complementan ms o menos eficientemente en condiciones particulares de calidad de materias primas, utilizacin de los gases generados.

Los procesos de fusin reductora han demostrado la importancia de separar las diferentes etapas que se suceden en el homo alto con objeto de controlar cada una de ellas de manera ms eficiente y, en general, emplean carbn no coquizable, lo que contribuye a aliviar la gran presin sobre el control ambiental en las empresas siderrgicas. Sin embargo, falta aun mucho ms trabajo de investigacin para optimizar las variables de proceso. Fruehan seala los siguientes aspectos a optimizar: La postcombustin de H2 y CO a vapor de agua y CO2, respectivamente, que debe ser mayor al 40 % para mejorar la transferencia de calor. La mejora de la prerreduccin, empleando finos de mineral en lechos fluidizados. El diseo de mtodos eficientes de desulfuracin del metal lquido. El metal de un proceso de fusin reductora tiene hasta cuatro veces ms azufre que el arrabio producido en el homo alto.

REFERENCIA.http://revistademetalurgia.revistas.csic.es/index.php/revistademetalurgia/article/viewFile/593/603

http://www.construccionenacero.com/Boletin0609/Procesos%20alternativos%20de%20producci%C3%B3n%20de%20arrabio.pdf