Siderurgia, Coque, Reducción

72.02 – 92.02 INDUSTRIAS I
Proceso de fabricación del acero
Hornos Industriales
Combustibles
Procesos de Reducción
Coquería
Sinterización
Alto horno
Ing. Jorge Nicolini - 2016
Flujo
General de
de Procesos
Procesos y
Productos Sider
Siderúrgicos
Flujo General
y Productos
úrgicos
Siderúrgicos
El Acero:
Acero
Es una aleación de:
donde el Carbono se encuentra en una proporción menor al 1,7%.
Una aleación es un producto homogéneo de propiedades
metálicas compuesto por dos o mas elementos, uno de los
cuales, al menos, debe ser un metal.
El Carbono determina las propiedades, y por lo tanto, los
posibles usos del material.
El mineral de Hierro se encuentra en la naturaleza en forma de
oxido, por lo tanto su conversión a hierro puro o metálico para
luego fabricar acero, requiere de un proceso inverso a la
oxidación, llamado Reducción.
DRIVERS TECNOLÓGICOS
• Reducción en costo de capital:
– El proceso de fabricación de
acero requiere alto capital en
relación al valor agregado a
las materias primas.
• Escasez de materias primas:
– Se ha pronosticado la
escasez de coque y chatarra
en un futuro próximo (no así
para el mineral de hierro)
– La chatarra sería reemplazada
por hierro esponja, arrabio y
carburo de hierro.
• Cuestiones ambientales:
– Grandes presiones para la
reducción de emisiones y
reciclado de materiales
– Necesidad de desarrollar
procesos de reciclado de
polvos de hierro y de baja
emisión en comparación con
los procesos convencionales
• Demanda del cliente:
Los clientes requieren mejoras
en:
– Las propiedades del acero
– Diseño de productos
– Entrega más veloz y confiable
VÍAS DE FABRICACIÓN DEL ACERO - 1
COQUE
MINERAL Y/O
AGLOMERADO
GAS NATURAL
CARBON
ALTO
HORNO
REDUCCIÓN
DIRECTA
ARRABIO
FUNDIDO - ESCORIA
HIERRO ESPONJA
PELLET METALICO
ACERIA AL
OXIGENO
ACERIA
ELECTRICA
ACERO
LÍQUIDO
VÍAS DE FABRICACIÓN DEL ACERO - 2
COQUE
MINERAL Y/O
AGLOMERADO
GAS NATURAL
CARBON
ALTO
HORNO
REDUCCIÓN
DIRECTA
ARRABIO
FUNDIDO - ESCORIA
HIERRO ESPONJA
PELLET METALICO
ACERIA AL
OXIGENO
ACERIA
ELECTRICA
ACERO
LÍQUIDO
CARBÓN
MINERAL Y/O
AGLOMERADO
FUSIÓN
REDUCCION
Flujo General de Procesos y Productos Siderúrgicos
Flujo General del Proceso Integrado
Pellets
Mineral calibrado y fundentes
Alto Horno
Coquería
Carbón
Coque Metalúrgico
Arrabio Liquido
Coquecillo
Finos de Mineral de Hierro
Sinterización
Convertidor LD
Colada Continua
Chatarra
Horno
Cuchara
Finos de Caliza, dolomita,
polvo y laminilla
Fundentes
Caliza y Dolomita
Calcinación
Desbastes
Hornos Industriales
Chimenea
Quemador
Cámara
Descarga
Carga
Material
Piso / Solera
Hornos Industriales
Clasificación::
Clasificación
Según fuente de energía térmica: Hornos a Combustión – Hornos Eléctricos
Según principio de funcionamiento: Intermitentes – Continuos
Según la posición relativa del material respecto del combustible o de los
gases y llamas producidos:
Hornos de carga mixta
Hornos de calentamiento externo:
Hornos a llama libre
Hornos a vasos cerrados
Materias Primas: Mineral de Hierro
Producto: Arrabio Líquido
Esquema de Proceso de Reducción
Producto: Arrabio Líquido
CLASIFICACIÓN DE COMBUSTIBLES
NATURALES
GASEOSOS
ARTIFICIALES
GAS DE HORNO DE COQUE
4500 Kcal/Nm3
GAS DE GASÓGENO
1300 Kcal/Nm3
GAS DE ALTO HORNO
NATURALES
LÍQUIDOS
ARTIFICIALES
10000 Kcal/Nm3
GAS NATURAL
900 Kcal/Nm3
PETRÓLEO
10000 Kcal/Kg
ALQUITRÁN DE HULLA
8500 - 9000 Kcal/Kg
ALCOHOLES
PRODUCTOS DESTILACIÓN PETRÓLEO
10000 Kcal /Kg
NATURALES
SÓLIDOS
ARTIFICIALES
MADERA
2000 – 3000 Kcal/Kg
TURBA
3200 - 3800 Kcal/Kg
LIGNITO
5200 Kcal/Kg
BITUMINOSOS
7000 – 7500 Kcal/Kg
ANTRACITAS
7500 - 8200 Kcal/Kg
CARBÓN VEGETAL
6000 – 7000 Kcal/Kg
COQUE
7000 – 7500 Kcal/Kg
COMBUSTIBLES SÓLIDOS
CARACTERÍSTICAS :
COMBUSTIÓN MÁS DIFÍCIL DE
CONTROLAR, LENTA Y SE
REALIZA POR LA SUPERFICIE.
El EXCESO DE AIRE ES
MAYOR, SE GENERAN
POLVOS.
RENDIMIENTO TÉRMICO ES
MENOR Y LOS EQUIPOS SON
MÁS COSTOSOS.
IMPOSIBILIDADS DE
PRECALENTAMIENTO.
ALMACENAMIENTO Y
MANIPULEO DIFICULTOSO.
CARBÓN VEGETAL:
COMBUSTIBLE SÓLIDO.
SE OBTIENE A PARTIR DE
LA DESTILACIÓN SECA DE
LA MADERA. SE REALIZA
EN AMBIENTE SIN OXÍGENO
Y CON APORTE DE CALOR.
CALENTAMIENTO DESDE
150 - 180°C A 450 – 500°C.
RESTO SÓLIDO: CARBÓN Y
GASES Y HUMOS.
SUBPRODUCTOS.
COQUE
COMBUSTIBLE SÓLIDO.
DESTILACIÓN SECA DE HULLAS
CON UN 22 – 26% DE
MATERIALES VOLÁTILES.
CÁMARAS CERRADAS FUERA
DEL CONTACTO CON EL
AIRE.
CARBONES A 900 – 1250°C.
RESISTENCIA A LA
COMPRESIÓN.
ELEVADA POROSIDAD.
RESISTENCIA A LA
ABRASIÓN Y DESGASTE. 40 Y
60 mm.
COMBUSTIBLE Y
GENERADOR DE GAS
REDUCTOR ( CO )
COMPOSICIÓN TÍPICA:
CARBONO 85 – 90%
VOLÁTILES
2%
CENIZAS
8%
AZUFRE
1%
COMPOSICIÓN DEL GAS EN
BATERÍA DE COQUE:
HIDRÓGENO
57%
METANO
27%
CO
6%
Poder Calorífico: 4200 Kcal/m3
Hidrocarburos como etano, etileno,
amoníaco, alquitrán, etc.
REDUCCIÓN DEL CONSUMO DE COQUE
SE HA REDUCIDO DE UN VALOR DE 1000 KG/TON DE ARRABIO A UN
VALOR APROXIMADO DE 500 KG/TON DE ARRABIO.
MEJORANDO LA MEZCLA DE LA CARGA
INYECCIÓN DE HIDROCARBUROS POR TOBERAS
INYECCIÓN DE AIRE CALENTADO A ALTAS TEMPERATURAS (1000 –
1300 °C)
Coquería
Coquería
Coquería
Coquería
Peletización
Sinterización
Materias Primas utilizadas en la elaboración del Sinter
Sinterización
Alto Horno
ALTO HORNO
TIPO DE HORNO:
Horno de cuba a carga mixta
OBJETIVOS:
Reducir los óxidos de hierro y fundir el mineral de
hierro ingresante
PRODUCTIVIDAD:
Funcionamiento continuo
6 A 8 Horas para el descenso del material
Producción hasta 13000 tons. por día
Diámetro en vientre: 14/15 metros
Altura 35 metros (80 metros total)
PRODUCTOS:
ARRABIO:
.Fe.94.5%, C4.5%, Si 0.40%,Mn 0.30%, S 0.03%,
P 0.07%. Temperatura: 1480 – 1500ªC
ESCORIA:
96% del total compuesta por SiO2 36%, CaO 40%,
MgO 10%,Al2O3 10%
GAS DE TOPE:
Combustible
ALTO HORNO
ALTO HORNO
Reacciones de Reducción Directas
FeO + CO ======= Fe+ CO2
CO2 + C ===== 2CO
FeO + C ======== Fe + CO
Reacciones de Reducción Indirectas (Reducción por gas)
3Fe2O3 + CO (H2 ) ======= 2Fe3O4 + CO2 (H2O )
Fe3O4 + CO (H2 ) ======= 3FeO + CO2 (H2O )
FeO + CO (H2 ) ======= Fe+ CO2 (H2O )
C + 1/2O2 ==== CO
Alto Horno
ALTO HORNO
Alto Horno
Entradas y salidas del Alto Horno
Alto Horno
Alto Horno
CO2
Detalle de reacciones químicas
El proceso se regenera nuevamente
El CO toma oxígeno del monóxido de
hierro volviéndose a transformar en
CO2. De esta manera, se libera hierro
puro.
Al encontrarse el CO2 con el carbono
del coque, este se transforma en 2
moléculas de monóxido de carbono.
Alto Horno
Alto Horno