Disminución del consumo de coque en los hornos cubilote de

Disminución del consumo de
coque en los hornos cubilote de
Paraná Metal
Alejandro Martín, Jorge Madías – IAS
G. García Díaz, E. Tognetti, J. Cenóz – Paraná Metal
1a Jornada CIFRA – IAS. San Nicolás – Argentina – Noviembre de 2005
Paraná Metal
‰ Empresa productora de piezas y partes fundidas
para la industria automotriz
‰ Dos líneas de moldeo Kunkel Wagner y
Disamatic
‰ 5 máquinas Sutter de caja caliente, 14 Shalco
Shell y 2 máquinas B&P de caja fría
‰ 2 hornos Lindberg 10 ton, 3 hornos Lindberg 15
ton y 2 hornos cubilote
‰ Línea 1: block de cilindros, línea 2: piezas chicas
y 3 hornos Lee Wilson de tratamiento térmico
Instituto Argentino de Siderurgia
‰ Centro de investigación de la siderurgia
Argentina
‰ 50 personas
‰ 3 áreas: Procesos, servicios e institucionales
‰ 6
laboratorios:
Minerales,
químico,
refractarios, modelo de agua, metalográfico y
ensayos físicos
Objetivo
Disminuir el consumo de coque de los hornos de cubilote
Metodología
9Seguimientos en planta
9Balance de cargas, balance de
escorias y evaluación de la
desulfuración
9Análisis químicos y
sobre coque y escorias
ensayos
9Medición
de
gases
combustión de los hornos
de
Situación inicial
Consumo excesivo de coque en la operación de los cubilotes
Mermas en el contenido de carbono obtenido en baño
Valores de azufre altos, en límite superior de norma
220
Evolución de consumo de coque en Paraná metal
200
180
160
Kg/Tn
140
120
100
80
60
40
20
0
Meses
Objetivo
Situación inicial
Coque
Análisis inmediato y humedad del Coque
Análisis
Humedad
(%)
C fijo
(%)
Volátiles
(%)
Cenizas
(%)
Azufre
(%)
Promedio
3,17
94,9
2,2
2,8
0,69
Norma
3 máx
92,0 mín
3,0 máx
3-5
0,7 máx
Análisis químico de las cenizas del Coque
Promedio
Al2O3
(%)
FeO
(%)
SiO2
(%)
MnO
(%)
MgO
(%)
CaO
(%)
5,4
6,5
86,8
0,04
0,4
0,9
Situación inicial
Coque
Ensayo de resistencia Half Micum según norma ISO Nº556
Determina la degradación del coque,
sufrida por fisuración y abrasión, en las
etapas previas a la carga y durante el
descenso en el cubilote
M10=6,7 %
Indica una muy
buena resistencia
a la abrasión
M80= 30 %
Determina una muy
pobre resistencia a la
fisuración
Situación inicial
Coque
Ensayo de reactividad según ASTM D-5341
Determina la degradación del coque en el cubilote, por reacción
con CO2 a elevada temperatura, de acuerdo a la reacción C(s) +
CO2(g) = CO(g)
REACTIVIDAD
Muestra
Reactividad CRI (%)
A
27,5
B
25,9
Promedio
27
CRI recomendado: 25 % max.
Por encima del límite superior recomendado, esto indica en
presencia de CO2, el coque se degradará, perdiendo
resistencia y generando finos que disminuyen su rendimiento
Situación inicial
Coque
Ensayo de Granulometría
Muestra
1
2
3
4
Promedio
Especificación
Retenido en malla 102x102
(%)
70
65
65
65
66
90 mínimo
Granulometría promedio aproximadamente un 25 % menos
de lo solicitado en especificación, para un tamaño mayor a
102 mm
Situación inicial
Coque
Resumen de propiedades del coque baja carburación en
situación de alto consumo
Variable
Carbono fijo (%)
Cenizas (%)
Volátiles (%)
Humedad (%)
Azufre (%)
Granulometría (102x102mm) (%)
R. Fisuración (%)
R. Abrasión (%)
SiO2 en cenizas (%)
Reactividad (%)
Valor real
Promedio
94,9
2,8
2,2
3,1
0,69
0,59
66
30
6,7
86
27
Valor objetivo
92 mín.
3a5
3 máx.
3 máx.
0,70 máx.
90 mín.
65 a 80
8 a 8,5
50
25 máx.
Cumple
Situación inicial
Escoria
Análisis de escoria en periodo de alto consumo de coque
SiO2
CaO
Al2O3
FeO
MgO
MnO
S
53,0 %
21,0 %
16,0 %
2,5 %
4,0 %
2,6 %
0,3 %
IB
(CaO/SiO 2)
µ (poise )
0,3
14
Basicidad muy baja (IB: 0,3 a 1,0 ), viscosidad elevada y color oscuro
Discusión
Granulometría inadecuada
Baja resistencia
a la fisuración
Coque pequeño
Mayor superficie activa
Se quema rápido
Cama menos permeable
Altera el régimen de fusión
Elevado consumo de coque
Alto contenido de azufre
Discusión
Aumento de coque
Aumento de cenizas
Aumento de azufre
Mayor % de SiO2
Mayor viscosidad
Menor basicidad
Menor desulfuración
Elevado consumo de coque
Alto contenido de azufre
Desarrollo
Se realizó un programa, basado en un balance de masas, para predecir el
comportamiento aproximado de ciertas variables según variaban la
condiciones de operación
Efectos del consumo de coque
51
48
45
%
42
39
36
33
SiO2
CaO
30
90
100
110
120
130
140
150
160
170
Kg coque /Tn m e tal
180
190
200
210
220
Desarrollo
0,88
0,20
0,86
0,18
0,84
0,80
Basicidad
0,78
0,114
0,76
0,74
0,088
0,094
0,098
0,104
0,119
0,123
0,129
0,133
0,139
0,16
0,144
0,14
0,12
0,108
0,10
0,72
0,08
0,70
0,68
0,06
0,66
0,04
0,64
0,62
IB
% S metal
% S metal
0,82
0,02
% S de norma
0,60
0,00
90
100
110
120
130
140
150
160
170
180
190
200
210
220
Kg coque/Tn m etal
A medida que aumenta el consumo de coque, disminuye la
basicidad y como consecuencia aumenta el azufre final en
metal fundido
Acciones
Por problemas en
carburación y altos
niveles de azufre en
metal líquido
Coque de alta
carburación
Proveedor
Paraná Metal
Realizar correcciones de
adición de caliza en carga
Eliminar el carbón de Río
Turbio de la mezcla de
fabricación
Mejorar la granulometría
Resultados
Variable
Carbono fijo (%)
Cenizas (%)
Volátiles (%)
Humedad (%)
Azufre (%)
Granulometría (102x102mm) (%)
R. Fisurasión (%) MICUM 80
R. Abrasión (%)
SiO 2 en cenizas (%)
Reactividad (%)
Baja carb.
94,9
2,8
2,2
3,1
0,59
66
30
6,7
86
27
Alta carb.
98,1
0,9
0,8
No se midió
0,51
73
53
6,3
78
27
Se puede apreciar los cambios en carbono fijo, cenizas y volátiles
debido al cambio en la mezcla de carbones
El índice de fisuración y la granulometría mejoraron levemente, la
reactividad y la SiO2 de las cenizas permanecen practicamente
igual
Resultados
Menor cantidad de SiO2 introducida provocando basicidades
mas altas y menores viscosidades
Escoria con alto consumo de coque
IB2: 0,4
Viscosidad: 12 Poise
Escoria con bajo consumo de coque
IB2: 0,8
Viscosidad: 4 Poise
Resultados
Medición de gases de salida del cubilote
Cubilote
Puerta de
carga
Lanza
Componente Muestra Muestra Muestra Promedio
1
2
3
71.9
70.0
73.4
71,6
N2
16.7
17.8
16.6
17,0
CO 2
10.9
11.7
10,2
10,8
CO
0.5
0.5
0.6
0,5
O2
1.53
1.52
1.62
1,55
CO 2//CO
Valores de oxígeno muy bajos (0,5 %), lo que
indica que no se estaría soplando aire de mas
Los valores de CO2 son altos (17 %)
Eficiencia de 73 % (valor alto), teniendo en
cuenta que el ideal teórico sería sólo CO2 en
gases de salida (24 %)
Resultados
A partir de comenzar a operar con coque de alta carburación:
Resistencia a la fisuración
Granulometría
M80: 30 %
66 % > 102 mm
Escoria
IB: 0,3
Azufre en baño
0,012% - 0,015%
Consumo de coque
178 kg/t
M80: 53 %
73 % > 102 mm
IB: 0,8
0,008% - 0,010%
135 kg/t
Reducción costo 36 pesos/t. fundida
Resultados
E v o lu c ió n d e c o n su m o d e c o q u e e n P a ra n á m e ta l
220
200
180
160
120
100
80
60
40
M e se s
Asistencia IAS – Coque baja carburación
Asistencia IAS – Coque alta carburación
Consumo de coque objetivo
j un-04
m ay -04
a br-04
m ar-0 4
f eb-04
e ne-0 4
d ic -0 3
n ov -0 3
oc t-03
s ep-03
a go-0 3
jul-03
j un-03
m ay - 03
a br-03
m ar-0 3
f eb-0 3
e ne-03
Prom edio 20 02
0
P romed io 2001
20
Prome dio 200 0
K g /T n
140
Conclusiones
™ El elevado consumo de coque, está vinculado principalmente a la
utilización de coque de baja carburación, agravado por una baja
resistencia a la fisuración y mala granulometría, hecho que disminuía su
rendimiento, provocando mayores adiciones en la carga y/o cargas
falsas. Por otro lado genera una escoria de baja basicidad, con una
pobre capacidad de desulfuración, originando contenidos de azufre altos
en metal líquido.
™ A partir de comenzar a operar con coque de alta carburación y
eliminar de la mezcla de fabricación al carbón de Río Turbio, la
carburación mejoró notablemente, además de una leve mejora en el
resto de las propiedades, como consecuencia de esto, el consumo
disminuyó de 178 a 135 kg/t fundida.
™ Se observó también un notable descenso el contenido final azufre en
metal líquido (0,08% - 0,11%), esto se explica a partir de una escoria de
basicidad mas alta (IB: 0,8), menos viscosa y con mayor capacidad de
desulfuración.
FIN DE LA PRESENTACIÓN
Muchas gracias