Causas, Mecanismos y Control de la Degradación de Aglomerados

Latin.American Joumal
o/ Metallurgy
and Materials.
VoL 3, N° 2, 1983
Causas, Mecanismos y Control de la Degradación de Aglomerados de Mineral de Hierro
Durante 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 durante
la reducción en el alto horno. Se destaca la fase de ganga y su interacci6n con los óxidos de hierro y algunas de las impurezas
menores que se sabe son causantes de que los aglomerados de mineral de hierro pierdan su estructura coherente y se degraden.
Se propone el control de la ganga yasea por medio de aditivos para estabilizar su composición química y/ o cambiando las condiciones de cocción, como parámetro importante para mejorar el comportamiento a la reducción de los aglomerados, especialmente a niveles de temperatura relativamente más altos en el alto horno.
Causes, Mechanisms and Control in the Degradatíon
Reduction in the Blast Furnace
ofIron Mineral Agglomerates
During the
The factors and the different mechanisms of degradation of iron ore agglomerates during reduction in the blast furnace are
presented and discussed. Emphasis ísgiven to the gangue phase and its interaction with the ironoxides and some of the minor
impuriries wich are known to cause the iron ore agglomerates to loose their coherent strucrure and degradate. Controlling the
gangue either by additives to stabilize its chemistry andlor changing the firing conditions ís proposed as an important pararneter in improving the agglomerates behavior during reductíon specially at relatively higher temperature levels in the blast
furnace.
L INTRODUCCION
mecanismos y cómo controlar el comportamiento de
los aglomerados de mineral de hierro durante la
reducción. Los objetivos principales son: comprendEr los factores que afectan la estabilidad de los aglomerados durante la reducción, en las diferentes zonas
del alto horno, y explorar los mecanismos de la degradación. Una vez logrado eso, se propondrán algunas sugerencias para mejorar la calidad de los aglomerados de mineral de hierro, con el fin de lograr un
proceso más eficiente en el alto horno.
La eficiencia del alto horno para arrabio se relaciona directamente con el comportamiento del
horno como reactor químico de lecho compacto en
contra corriente. Para una eficiencia máxima, debe
haber un contacto apropiado entre el óxido de hierro
de los aglomerados de mineral de hierro y el gas
reductor. Esto implica una dístribución óptima dé la
carga, desde el punto de vista macroscópico y además, microscópicamente, una mayor estabilidad y
mayor resistencia a los cambios estructurales durantela reducción de las partículas individuales de
aglomerados de mineral de hierro. Cada uno de estos
conceptos es válido y ambos se interrelacionan.
La distribución de los materiales de carga dentro
del alto horno fue objeto de numerosas investigaciones [1, 2]. En este trabajo, se examinarán las causas!
n. EL PROCESO EN EL ALTO HORNO Y LA
ESTABILIDAD DE LOS AGLOMERADOS
Los cambios fisicoquímicos asociados con los
dos procesos de calentamiento y.elímínacíón del oxígeno son la causa principal de que los aglomerados de
mineral de hierro pierdan su estructura coherente y
que por ende, se degraden durante la reducción. Las
dos tasas de calentamiento y de reducción de los óxidos de hierro pueden considerarse como los factores
principales. Sin embargo, la interacción de la fase de
ganga con la wustita (FeOx) formada durante la
reducción y las impurezas de menor importancia
generadas dentro del horno en forma de gases (K, Na,
* Trabajo presentado al II Congreso lLAFA-ALTOS Hornos
en inglés. Organizado por el Instituto Latinoamericano del
Fierro y el Acero - ILAFA con la colaboración del Instituto
Brasileiro de Siderurgia - lBS Yla Asssocíacáo Brasileira de
Metáis - ABM. 12 al15 de mayo de 1982, Río de ]aneiro,
Brasil.
106
I
Revista Latinoamericana
I
de Metalurgia y Materiales, Vol. 3, N° 2, 1983
t' Zn, S), pueden
gas reductor, y las impurezas que pueden producir
degradación. Los tres factores pueden atribuirse a las
condiciones de reducción del alto horno.
contribuir en forma significativa a los
i;cambíos que provocan la degradación.
.
~
Todos los factores anteriormente mencionados
epuedencombinarse en un solo criterio para cubrir
todas 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: "degraJ{ dadón". Obviamente, la interpretación de degradafeión puede significar diferentes cosas, ya que hay más
f 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.
,.
l
2.1.
3.1.
Durante la reducción de cualquier tipo de aglomerados .de mineral de hematita, éstos tienden a
hincharse, por 10 que su volumen aparente aumenta a
raíz de la transformación de la fase de hematita a la de
magnetita. Este aumento de volumen es inevitable y
se le define como "hinchamiento normal".
Según la composición de la fase ligante dentro de
los aglomerados, a veces tienden a mostrar degradación de gránulos y fractura cuando se los reduce a
500°C en condiciones de reducción débiles, En la
literatura, este tipo de degradación se conoce también como fracturación a baja temperatura (LTB).
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 mineral
de hierro puede dividirse, desde el tope del horno
hacia abajo, en cinco zonas, que son: zona de trozos,
zona de ablandamiento-fusión, zona de goteo, saetín
y crisol del horno. La mayor parte de la reducción del
.óxido de hierro, a excepción de la pequeña proporción que se disuelve en la escoria primaria que se
reduce por reducción directa en. la zona de goteo, se
efectúa ya sea directa o indirectamente, en las zonas
de trozos y de ablandamiento-fusión.
2.2.
3.1.1.
Cambios estructurales durante la reducción
La tensión interna que se produce debido a los
cambios anisotrópicos en las dimensiones y la fractura de las ligas de hernatíta una vez reducidos a magnetita, son los responsables de la degradación de los
gránulos de aglomerados de alta pureza, los que contienen una cantidad relativamente pequeña de ganga. La transformación estructural involucra una redisposición del reticulado hexagonal de hematita,
para formar un reticulado cúbico de magnetita, lo
que necesariamente redunda en una cierta distorsión
de las ligas, las que por 10 tanto se rompen y la totalidad de la estructura se des integra. Por otra parte,
como tanto la magnetita como la wustita tienen la
misma estructura retículada (cúbica), se espera un
pequeño cambio de volumen durante la segunda
etapa de la reducción, de magnetita a wustita. La
etapa final de reducción dewustita a hierro, es decir la
metalización, se asocia con contracción, debido a que
el volumen molar del hierro es menor que el de sus
óxidos [3].
Etapas de reducción y degradación
Si excluimos el fraccionamiento físico debido a
choque térmico y/o impacto mecánico que se produce al cargar los aglomerados de mineral de hierro
en el alto horno, éstos pueden degradarse en cualquier etapade reducción durante el descenso en la
zona de trozos 6" en la primera etapa de la zona de
abandamiento y fusión. Las causas de la degradación
pueden resumirse como sigue:
-Degradación debido a la desintegración de los
gránulos durante la primera etapa de reducción a magnetita;
-Degradación
debido a un aumento excesivo
.de volumen o hinchamiento debido a la formación de "barbas" de hierro;
-:-Degradación por desintegración de la fase de
aglomeración de ganga debido a cambios
cristalográfícos;
- Degradación debido a la formación prematura
de escoria líquida primaria.
nr.
Degradación a baja temperatura
3.1.2.
Factores que inciden sobre la degradación a
baja temperatura
La aptitud de los aglomerados para soportar la
tensión asociada con la fase de la transformación de
hematita a magnetita depende de su estructura de
grano, cantidad y distribución de las gangas y proporción relativa de hematita a magnetita en el sínter
antes de la reducción [4]. El fenómeno de la degradacíón a baja temperatura es independiente del medio
reductor. La mayor parte de los ensayos se realizan
usando mezclas de CO-C02 para simular las condiciones del alto horno; sin embargo, se observaron los
mismos efectos [5] con mezclas de H2-H20-[5].
Podría pensarse que la deposición de carbono es
uno de los factores que pueden provocar degrada-
MECANISMOS DE DEGRADACION
Hay tres parámetros que respaldan nuestra afirrnación, que son: el nivel de temperatura; el poder del
107
Latin/unerican
journol o/ Metallurgy and Materials, Vol 3, N° 2, 1983
ción. La deposición de carbono es estimulada por la
alta presión de tope del horno. Sus efectos sobre los
, refractarios del horno son bien conocidos pero su influencia sobre la degradación a baja temperatura
puede descartarse, ya que el tiempo de permanencia
en esos lugares en que la temperatura y el gas son termodinámicamente adecuados para este proceso
puede resultar insuficiente para la precipitación d~
una gran cantidad de carbono provoque problemas.
3.1.3.
del aumento de volumen debido a la reducción de la '
hernatita a magnetita. La curva superior muestra el '
hinchamiento anormal asociado con la reducción de
cierto tipo de aglomerados, principalmente pelets[3,
7-10].
Medición de la degradación a baja temperatura
Según Kortmann y Burghardt [6], la medición de
la degradación a baja temperatura puede llevarse a
cabo por medio de ensayos estáticos o dinámicos, en
que las muestras examinadas son hechas girar du- •
rante la reducción. La reducción se efectúa isotérmicarnente, a una temperatura de 500 oe, con una
mezcla de gas reductor de N2, CO y COl:>con una relación de CO: COz de 1,0. La tendencia a la degradación
se determina por cribado de las probetas reducidas.
3.2.
Degradacióndebida al hinchamiento
La figura 1 muestra el comportamiento de dos
clases de aglomerados de mineral de hierro, sometidos a reducción a aproximadamente 1.000 oC, en una
mezcla de gas capaz de metalizar los óxidos de hierro.
La curva de más abajo representa el hinchamiento de
esos aglomerados (sínter o pelets), a consecuencia
El hinchamiento anormal se caracteriza por la
formación de una red de finos filamentos, conocidos
también como "barbas" de hierro, ilustrados en la
figura 2. Su formación es el resultado de una metalización no topoquímica y tiene relación con las dos
etapas de la nucleación y expansión del hierro. la
erección de hierro sobre Ia'superficie de la wustita se
produce cuando se forman muy pocos núcleos en la
etapa inicial de la metalízación y luego un rápido
flujo de hierro hacia sus lugares para producir la
expansión externa.
'
Los estudios experimentales realizados por el
autor de este trabajo confirmaron que la modalidad
de la metalización y la formación de "barbas" de hierro, dependen del grado de, heterogeneidad de la
superficie de wustita antes de la reducción. Puede Ser
una heterogeneidad química, debida a distribución'
no uniforme del CaO dentro de la estructura reticulada de la wustita, o física, derivada de una ignición o
sintetización 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
caso de los peletsde mineral de hierro que contienen
una cantidad de ganga relativamente 'reducida y
expuestos a la influencia de los álcalis durante la
reducción, la formación de "barbas" de hierro puede
ser la causa de su degradación.
"
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1
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1'3
,j
j
~
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Fig, 1.
RELACION HlNCHAMIENTO-REDUCCION
TIPlCn
DE LOS AGLOMERADOS DE MINERAL DE HIERRO.
~".
J
1
1
100
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Hinchamiento
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anormal
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10
Hinchamiento
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20
normal
:c
25
50
Reducción
108
75
en %
-100
Revista Latinoamericana
.Fig.
2.,
de Metalurgia y Materiales, Vol. 3, N° 2,1983
ASPECTOS DE LAS "BARBAS" DE HIERRO QUE PROVOCAN HINCHAMIENTO ANORMAL.
Tratado con 0.58 en peso de óxido de álcalís,
Tratado con 2% en peso de óxido de calcio.
Antes de la reducción:
Granos de óxidos de Hierro
compuestos 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.
109
LatinAmerican journal o/ Metallurgy and Materials, Vol. 3, N° 2, 1983
Fig_ 3-
PRESENTACION
ESQUEMATlCA DE LA FORMACION DE "BARBAS" DE HIERRO DURANTE LA
REDUCCION DE OXIDOS DE HIERRO HETEROGENEOS
M.zclo d. gas reductor
f••••
••
B
w
M
A. Antes de la reduccion
la magnetita.
A
M
w
B
8
w
w
w
M
B
A
A
B
B. FormaciBn de fina capa
dewustita.
B
w
Distancio dude la .uptrl~
C. Gradiente de con~entat;on
en la
wustita en la regiones A y B.
Borbos de hierro
NúCI'O d. hi.rro
e
""
",'
e
e _-_.
" .•.. _ .•.•. ,,"
"~
I
Zona
supersoturocion
8
G
A
w
~. Nucleacion
B
A
w
w
w
E. Formacian de las barbas
de hierro.
del hierro.
110
Revista Latinoamericana
de Metalurgia
Esto es aplicable a ciertos tipos de pelets como
los que se fabrican con mineral de hierro de MARCONA
[9]. La adición de sílice, que actúa como un sumidero
de los óxidos básicos, puede contribuir a suprimir la
tendencia a la degradación. Se probó sin embargo,
que los álcalis pueden provocar degradación debido a
la formación de escoria líquida a temperatura relativamente baja, con la reducción de pelets ácidos
[10].
3.3.
y Materiales,
3.4.
VoL 3, N° 2, 1983
Degradación debida a la formación de escoria
líqUIda
El proceso de formación prematura de escoria líquida es sensible al paso reducción-calentamiento de
los aglomerados en el horno, lo que influye sobre el .
grado de metalización y aptitud de la wustita para
reaccionar con las gangas y formar escoria líquida
rica en FeOx' La presencia de impurezas de menor
importancia, tales como los álcalis, disminuye el
nivel de temperatura de la formación de la fase líquida y acelera la degradación de los aglomerados.
Cambios cristalográficos de las ligas de ganga
La estabilidad química y física de la fase de ganga
tlepende de muchos factores. Aquí se examinarán los
cambios crístalográficos que tienen lugar durante el
calentamiento y la reducción antes de la formación
de líquidos.
Durante la sinterización, puede crearse una fase
líquida vidriosa rica en óxido férrico. Está expuesta a
re cristalización a alrededor de 950°C, cuando precipita Óxido férrico y fayalita [12] ~La fayalita es estable
hasta que se funde o reacciona con el Fef), a unaternperatura superior a 1.000 °C, pero el óxido férrico no
es estable y tiende a ser reducido.
Para determinar la posibilidad de formación de
escoria líquida, se utilizan los diagramas de fase de
equilibrio entre los diferentes componentes de la
ganga y la wustita [13]. Por supuesto, suponemos que
se alcanza un equilibrio termodinámico y por lotanto, la cantidad calculada de líquido representa un límite superior. Además, representan reacciones entre
las substancias puras y es bien sabido que pueden
existir cantidades pequeñas de impurezas, tales
como alúmina y óxidosde magnesia, cuando se usan
minerales de hierro al hacer los aglomerados. Por
lo tanto, la escoria líquida puede aparecer a un nivel
de temperatura inferior a 10 indicado por los díagramas.
Cuando se agrega cal para aumentar la basicidad,
pueden producirse formaciones de ferrítas de calcio,
silicatos de calcio y silicatos de calcio-hierro durante
el endurecimiento o la sinterización. La probabilidad
de que se produzca alguno de ellos o todos depende
de los aspectos termodinámicos (temperatura y potencial de oxígeno) y cinéticos del proceso, principalmente tiempo y superficie de contacto entre los
diferentes componentes. La estabilidad de ellos
puede resumirse de la siguiente manera:
• Silicato dicálcico: tiene una elevada estabilidad química, pero es frágil y sufre una transformación de fase de a a f3 a aproximadamente 700°C;
• Díferrita de calcio: menos estable que la
hematita, donde se descompone a ferrita dicálcica y wustita durante la reducción;
• Ferrita dicálcica: más estable que la diferrita
de calcio, con una estabilidad térmica relativamente buena;
• Silicatos de calcio- hierro de la familia de la olivina: son estables hasta aproximadamente
1.000°C.
En casos de agregarse MgO, su participación en
los puentes de liga mejora la resistencia de los aglomerados. La disolución del MgO en los óxidos de hierro durante el endurecimiento y la sinterización
redunda en la formación de una fase de aglomeración
de magnesio-ferrita más resistente a la transformación de fase en comparación con los puentes de
hematita.
3.4.1.
Interacción de la uiustita y las gangas
Parte del sistema binario entre la wustita y la sílice se muestra en la figura 4, conjuntamente con
algunos valores computados del volumen relativo de
escoria líquida como función de la temperatura y
grado de metalización [14]. Podemos concluir que si
la reducción de los pelets ácidos se completa antes de
que lleguen al nivel de temperatura de formación de
fayalita líquida (1.175 0C) probablernenteno
se produciría ablandamiento.
Los aglomerados autofundentes contienen CaO
y MgO. La figura 5 muestra: parte de un sistema entre
CaO y wustita, un sistema ternario entre CaO, Si02 y
FeOx y parte de un complejo sistema que considera la
interaccion entre ellos y el MgO.
Debido al efecto del CaO, su presencia en forma
de solución sólida en la wustita no hará bajar drásticamente su punto de fusión. El efecto real del CaO será
su influencia sobre el hinchamiento anormal debido
a la formación de "barbas" de hierro, como se mencionó en la sección 3.2; la interacción entre el CaO, el
Si02 y la wustita puede redundar en la formación de
olivina líquida a L039 °C, siendo su punto de fusión
menor que la eutéctica en la que puede aparecer fayalita líquida de 1.175 0c.
Del sistema temario de la figura 5, esperamos
que la temperatura de ablandamiento disminuya con
el aumento de la basicidad dé un índice puramente
ácido a uno de 0,4 Y que luego aumente nuevamente.
111
LatinAmerican fournal o/ Metallurgy and Materials, VoL 3, N° 2, 1983
Fig. 4.
FORMACION DE FAYALITA LIQUIDA COMO FUNCION DE LA TEMPERATURA, CONTENIDO
DE
SILICE y GRADO DE METALIZACION, EN BASE A
LA REFERENCIA (14)
1400
LIQUIDJ
WUSl'ITA
1200
+ LIcunx:>
1175 CO
90
80
70
Fe()X
Grado de rretalización:
FeO~
en % en peso.
O. 75
Grado de lOOtalizacirn: 0.3
8.
1.5;-<
-,
TEMPEP,A'IOPA
e'?
1.0
0.5
2.0
%
Si0
2
en la escoria liquida en presencia
de wustita
sólida.
112
6.0
8.0
Revista Latinoamericana
de Metalurgia
y Materiales,
Vol. 3, N° 2, 1983
DIAGRAMAS DE LA FASE DE EQUILIBRIO ENTRE
OXIDOS BASICOS (CaO y MgO) Sílice s.o, Wustita
r-o,
,
I
I
'01' lV1ns
.
I
\
: J r/
\~litita
Wal1astoni
\
'1
~
\
I
\~
1300
I
I"
I
.:Il
FeO
X
~+ + Liquido
\
\
1400
\
120"0 •
U
~,¡.....;;C;;;;;:al:;;:;~+..;.....;C:::.:.;.;.W.;..:.~'"T__ -~cio-W$tlta
.
Cal + Ca02FeO
~
,,
',(C.W.)
C.W.+CaO.
2FeO
1000'1
\
\
8
\
\
50
60
80
FeOX en % en peso.
90
cao
113
* 01ivise
( 1039 C
)
LatinAmerican fouma! o/ Metallurgy and Materials, VoL 3, N° 2, 1983
La basicidad crítica de la temperatura de ablandamiento mínima es función del tipo de aglomerado. Se
afirmó que los pelets con diferentes contenidos de
ganga (hasta 10% en peso) y en el rango de basicidad
de hasta 0,7, se degradaban debido a la formación de
olivina líquida [15]. Por otra parte, con los sínteres se
puede obtener un mínimo más alto aumentando el
grado de oxidación y el índice de basicidad [16]; una
condición óptima puede ser una basicidad entre 1,4 Y
INFLUENCIA DEL ALCALIS y DE LA SILICE SOBRE·
LA FORMACION DE ESCORIA LIQUIDA EN BASE
AL SISTEMA DE EQUILIBRIO
Fig. 6.
K20·
Si02
y reo,
FeO
x
1,B [17].
El sistema seudoternario de la figura 5 explica la
influencia del MgO en el mejoramiento de las propiedades a alta temperatura de los aglomerados. La olívina líquida, que se forma a 1.039 °C en el sistema
ternario, comienza a aparecer a niveles de temperatura más elevados, cuando el MgO reemplazó parte
del FcO, en la producción de las complejas ligas de
silicatos. Por supuesto, la estabilidad de las ligas y la
tem pera tura a la cual comienzan a ablandarse y a fundirse dependen de la cantidad relativa de MgO y
aumentan con él.
3.4.2.
A:K 0Fe03Si0
2
2
900
eO
B: K20Fe05Si0
2
900
eO
Influencia de los álcalis
En el caso de lospelets de mineral de hierro con
un contenido de 5% de sílice (en peso) y expuestos a
la reducción con mezclas de gas que contienen álcalis, el autor demostró que ellos se degradan debido a
la formación de silicatos líquidos a bajos niveles de
temperatura, de 900°C [10]. La magnitud de la formación de escoria líquida depende del contenido de
álcalis y de la cantidad de sílice presente. En base al
diagrama ternario entre K20 Si02, se calcula la cantidad de líquido, que se muestra en la figura 6. En la
tigura 7, se dan algunos resultados para mostrar la influencia de los álcalis sobre el hinchamiento y la
reducción. Se incluyen también fotografías de probetas parcialmente reducidas para ilustrar la influencia
de los álcalis sobre la formación de macrogrietas y la
aparición microscópica de escoria líquida entre los
granos de óxido de hierro.
Se afirmó que los pelets autofundentes con dolomita tienen una mayor resistencia al ataque de los álcalis [19]. En base a los diagramas de equilibrio de
fase [13], la presencia de MgO en las ligas de silicatos
eleva la temperatura de fusión, incluso si absorbe
pequeñas cantidades-de álcalis. Sin embargo, la adición de óxidos básicos como el CaO y el MgO aumen-
1
.K 0 2 ~S:"'iO-2-~---J.~7¿6-7~~=~1~4L70=-:::''::''::~S
2
Se sabe que los álcalis circulan y a veces se acumulan en el alto horno [lB]. Se sabe que la influencia
de los álcalis sobre la reducción de aglomerados de
mineral de hierro de alta leyes su efecto sobre la formación de "barbas" de hierro [3, 9].
Se recomendó aumentar el contenido de sílice
como un medio de evitar la formación de "barbas" de
hierro, ya que actúa como decantador de los
álcalis.
1,2,3y4 = 700 CO
3~
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2
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en peso%
1
Revista Latinoamericana de Metalurgia y Materiales, Vol. 3, N° 2, 1983
ALGUNOS
RESUL TADOS
EXPERIMENTALES
PARA MOSTRAR LA INFLUENCIA DE LOS ALCALIS
SOBRE LA DEGRADACION DE LOS PELETS DEL
MINERAL DE HIERRO ACIDOS QUE CONTIENEN
UN PORCENTAJE DE GANGA ACIDA DE APROXI·
MADAMENTE 5% EN PESO
Fig.7.
80
Con vapor de K
.,
><:
o
O-
'O
~
o
.,
C;
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o
'Q
20
...
o
<9
~O
-L__
Precion porciol del potosio
.
afm.
- Reducción con mezclas de gas que contienen vapor
alcalino.
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 impregnado
con álcalis (1,32% en peso de K20 antes de la reducción).
115
LotinAmerican
foursa!
o/ Metallurgy
and Materiaú,
fase [13], la presencia de mgO en las ligas de silicatos
eleva la temperatura de fusión, incluso si absorbe
pequeñas cantidades de álcalis. Sin embargo, la adición de óxidos básicos como el CaO y el MgO aumentará la basicidad y puede contribuir a la gasificacion
de los álcalis en las zonas de alta temperatura de los
hornos, aumentando por lo tanto la intensidad de ciclaje de los álcalis [18].
tículas de óxido de hierro que pueden redundar en la formación de "barbas" de
hierro.
Se espera que los aglomerados resultantes estén
libres de sílice, calcio y magnesia. Las fases de ganga,
que participan en la aglomeración, están compuestas
de: pequeñas cantidades de fases amorfas y vidrios,
fayalita, ferritas cálcicas y silicatos de calcio-hierro de
la familia de la olivina. Se espera que la mayor parte
de las ligas de ganga sean un complejo de silicatos de
hierro-calcio-magnesio con la menor caritidadposible de hierro ferroso (también pueden contener
pequeñas cantidades de impurezas tales como una
alúmina que proviene del mineral de hierro).
Cualquier mejoramiento de las propiedades intrínsecas de los aglomerados debe ser respaldado por
condiciones operacionales apropiadas del alto horno
y por el uso de coque de mayor calidad. La consecuencia es una mayor reducción y metalización en la cuba
del horno y cantidades adicionales dewustita residual
en las áreas sensibles, donde 10s aglomerados se
encuentran con los gases reductores contaminados
con los álcalis y vapores sulfurosos.
IV. ALGUNOS ASPECTOS DEL CONTROL DE.
LA DEGRADACION
Los análisis anteriores acerca de las causas y
mecanismos de la degradación sugieren que la parte
de la fase de ganga que participa en la formación de
los puentes de liga entre los granos de óxido de hierro
desempeña un importante papel en el mejoramiento
del comportamiento de los aglomerados durante la
reducción en el alto horno. La calidad de los aglomerados puede optímízarse para una mayor reducibílídad y estabilidad en las diferentes etapas de la reduccíón, por medio de la selección adecuada de los
aditivos y regulando las condiciones de quemado y
sínterízacíón. La piedra caliza, la dolomita, la cal viva
y la dolomita calcinada son buenos fundentes y aditivos populares. En menor medida, la olivina natural,
que es un silicato de magnesia-hierro se usa para
aumentar el contenido de MgO, sin aumentar el CaO
a un nivel inaceptable. El CaO desempeña un papel
importante en el escoriado del MgO y del Si02, pero
no debe exceder mucho la fase líquida durante el
endurecimiento o la sinterización.
Se recomiendan las siguientes condiciones para
garantizar aglomerados de mayor calidad:
El tamaño de grano de los aditivos. es menor
que el del mineral y deben distribuirse uniformemente en la mezcla.
2. La tasa de calor se regula para la total calcillación de la piedra caliza y dolomita, antes de
que se alcance la temperatura máxima.
3. El tiempo y temperatura en el máximo son
adecuados para escoriar los aditivos junto
. con las gangas originales del mineral, pero
no 10 suficientemente altos corno para perjudicar la porosidad y por ende, la reducíbilídad,
l.
4.
Vol 3, N° 2, 1983
v. RESUMEN Y CONCLUSIONES
Hay cuatro motivos principales para que los
aglomerados de mineral de hierro se degrad,en dentro
del alto horno, que son: desintegración a baja temperatura de los puentes de hernatíta al pasar a magnetita, hinchamiento debido a la formación de barbas de
hierro, desintegración de las ligas de ganga debido a
cambios cristalográficos y ablandamiento debido a la
formación prematura de escoria líquida;
Se analizan los mecanismos de degradación de
los aglomerados y se relacionan con la estabilidad de
las fases de ganga; Se presentan algunos aspectos de
control de la degradación durante la reducción en las
diferentes zonas del horno, asociándola con las propiedades intrínsecas de los aglomerados y condiciones operacionales del horno.· Se destacan las condiciones de quemado y sinterización, presencia de
. CaO y MgO e interacción entre los constituyentes de
ganga, wustita y álcalis,
Las propiedades intrínsecas de los aglomerados
pueden regularse controlando las condiciones de
quemado y sinterízación y por la apropiada selección
de los aditivos. Podremos lograr un proceso de endurecimiento o sinterízacíón óptimo, adaptado a la eliminación de la heterogeneidad rnícroscópíca dentro
de los granos de óxidos de hierro y los aditivos son
escoriados con la ganga original, sin una excesiva formación de fase líquida que perjudique la porosidad.
La proporción de ganga que participa en los
puentes de aglomeración debe distribuírse uniformemente y es química y térmicamente estable a los
La tasa de enfriamiento no es tan rápida
como para provocar demasiadas tensiones o
grietas finas y lo suficiente como para oxidar
toda la. magnetita, transformándola nuevamente en hematita, para eliminarla heterogeneidad microscópica dentro de las par116
Revista Latinoamericana
de Metalurgia y Materiales, Vol. 3, N° 2, 1983
rangos bajo y medio de temperatura y tiene mayor
resistencia al ataque de la wustita y de los álcalis a
niveles de temperatura relativamente altos.
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