Desafíos para la industria latinoamericana de las

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Las ferroaleaciones son aleaciones de hierro y elementos metálicos como el manganeso, silicio, cromo,
titanio, molibdeno y vanadio, entre otros, que cumplen la función de transferir las distintas propiedades
de cada uno de estos metales al acero. Constituyen la forma más económica de introducir un elemento
aleante en el acero líquido.
INSUMOS
Desafíos para la industria
latinoamericana de las
ferroaleaciones de manganeso
Por Oscar Maldonado Charles, Director General Autlán
CLASES Y CARACTERÍSTICAS DE LAS FERROALEACIONES DE MANGANESO
A nivel global, las ferroaleaciones de manganeso son las más consumidas pues se requieren para
la fabricación de cualquier tipo de acero. Inicialmente empleado como un agente desoxidante
y desulfurante, hoy el manganeso es usado para mejorar las propiedades claves del acero, tales
como resistencia, rigidez, tenacidad, dureza, además de que mejora su laminación y forjado. Sin el
manganeso, el acero no podría producirse con las exigentes especificaciones que demandan los sectores
consumidores.
Dentro de la categoría de las ferroaleaciones de manganeso tenemos las siguientes clases:
1. Ferromanganeso de alto carbono.
2. Ferromanganeso refinado.
3.Silicomanganeso.
En el CUADRO 1 se indican sus principales usos.
CUADRO 1. Aplicaciones de las distintas clases de ferroaleaciones de manganeso
Producto
Principales aplicaciones
Ferromanganeso alto carbono
Aceros estructurales
Ferromanganeso refinado
Aceros de bajo contenido de carbono
Silicomanganeso
Aceros comerciales
DOSSIER TECNOLÓGICO
FERROALEACIONES DE MANGANESO
El manganeso es un elemento esencial para el sector siderúrgico. El manganeso está entre los doce elementos más abundantes
en la tierra y es el cuarto metal más usado en términos de tonelaje, después del hierro, aluminio y cobre. El manganeso natural
se extrae directamente de la actividad minera, para luego transformarse en ferroaleaciones para su uso en el sector acero.
Ferromanganeso alto carbono
PRODUCCIÓN LATINOAMERICANA
DE FERROALEACIONES
DE MANGANESO
En América Latina se comenzaron
a fabricar estas ferroaleaciones en
la década de 1940, siendo México
donde se iniciaron las primeras
operaciones. Actualmente la industria
de las ferroaleaciones de manganeso
(que la abreviaremos como IFM)
en Latinoamérica es sólida y
respetable, con operaciones en varios
países, destacando México, Brasil
y Venezuela, con una capacidad
de producción superior a todo el
consumo de la región.
En el CUADRO 2 se indica la
capacidad y consumo en la región.
En América Latina, la capacidad de
producción de la IFM ha presentado
un crecimiento anual compuesto del
3% a lo largo de los últimos años, el
cual ha sido apropiado para abastecer
las necesidades de la región y exportar
al resto del mundo. EE.UU. y Europa
son dos zonas geográficas que
consumen ferroaleaciones hechas en
nuestra región, con altos estándares
de calidad y competitividad.
La producción de ferroaleaciones
de manganeso en América Latina
es superior a la de los EE.UU., país
que alcanzó un total de 176 mil
toneladas en el 2014. Dicho volumen
es inclusive inferior a las cifras de
Ferromanganeso refinado
Silicomanganeso
CUADRO 2. Capacidad y consumo latinoamericano (total de aleaciones de
manganeso ‘000 t)
2011
2012
2013
2014
Capacidad
603
611
611
657
Consumo Real
554
551
553
564
Fuente: International Manganese Institute.
producción alcanzadas por Brasil
y México en ese año de manera
individual. En 2014, México y Brasil
representaron el 92% del total de
la producción latinoamericana de
ferroaleaciones de manganeso, con
una participación del 46% en cada
caso. El resto estuvo repartido entre
Venezuela y Argentina, entre otros.
En cuanto a la variedad de productos,
en la región se fabrica una amplia
gama de ferromanganesos y de
silicomanganesos.
PRODUCCIÓN
DE FERROALEACIONES
DE MANGANESO
Las ferroaleaciones de manganeso
son producidas por reducción
carbotérmica de los óxidos de los
minerales de manganeso. Tanto el
horno eléctrico como el alto horno
son utilizados en el proceso. La
combustión de coque es la fuente
primaria de energía en el alto horno,
donde el coque sirve como agente
reductor, así como fuente de energía.
En el horno de arco sumergido, el
requerimiento de calor se suministra
vía energía eléctrica y el coque es a la
vez un agente reductor y elemento de
resistencia eléctrica.
El horno eléctrico ofrece varias
ventajas, tales como una mayor
recuperación de manganeso de los
minerales, menor consumo de carbón
y gran flexibilidad para producir
diferentes grados de aleaciones. La
producción mundial de aleaciones de
manganeso en alto horno ha venido
decreciendo, aunque todavía se utiliza
en algunos países como China, Japón,
Rusia y Ucrania.
Diagrama general del proceso
de producción de manganeso
La FIGURA 1 muestra un diagrama
general de la fabricación de
ferroaleaciones desde la extracción en
las minas de manganeso, los procesos
de trituración, separación y beneficio
para posteriormente transportarse a
las plantas de ferroaleaciones.
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FIGURA 1. Proceso de producción de manganeso
Método de producción de aleaciones de manganeso “Cradle to gate”
Transporte
Extracción
Procesamiento
de minerales
Mineral rechazado
y colas
Mineral
Transporte
Producción de sínter*
O2
Metal
Horno
Refinación*
Escoria
Quebrado
Aleación
de Mn
A producción
de acero
Escoria
* Solo en algunos sitios.
Fuente: The environmental profile of manganese alloys. International Manganese Institute.
Los hornos de arco eléctrico producen
silicomanganeso y/o ferromanganeso
alto carbono, el cual en estado líquido
puede ser enviado para su posterior
refinación usando un convertidor
al oxígeno para remover el carbón
presente en el metal y obtener el
ferromanganeso refinado. El metal es
vaciado en moldes, enfriado, triturado
y cribado según los requerimientos de
los productores de acero.
La producción por horno eléctrico
de arco sumergido puede realizarse
en hornos abiertos, semicerrados o
cerrados.
En el horno cerrado, generalmente
de capacidad superior a 20 MVA,
los sistemas de limpieza de gases
son del tipo venturi húmedo y los
gases se utilizan en sistemas de
recuperación de energía. La materia
prima utilizada es muy controlada en
tamaño y humedad para mantener
una operación segura y estable. Los
hornos de tipo abierto o semicerrados
son en general de menor capacidad,
utilizan colectores de polvos secos
con filtros de bolsas y permiten
el uso de materia prima con
características físicas en rangos más
amplios.
SUSTENTABILIDAD
DE LA INDUSTRIA
DE LAS FERROALEACIONES
DE MANGANESO
Esquema de horno cerrado
Una industria de ferroaleaciones más
competitiva posibilita una superior
posición estratégica de la industria del
acero de la región. Una de las formas
de lograrlo es mediante un mejor
rendimiento en el uso de materiales
En la FIGURA 2 se muestra la
distribución de los principales
elementos de un horno eléctrico de
arco sumergido cerrado.
La industria del acero necesita
proveedores confiables, sustentables
en el tiempo tanto en los aspectos
económicos como medioambientales.
Analizaremos a continuación cómo la
IFM responde a estos desafíos.
Sustentabilidad económica
DOSSIER TECNOLÓGICO
FIGURA 2. Distribución de un horno eléctrico de arco sumergido
Mezcla de materias primas
Adición pasta electródica
d
a
f
e
b
Energía eléctrica
CO gas
c
Escoria
h
y energía en juego en los procesos.
Veamos cómo se apunta a este
objetivo:
i
g
Ferroaleación
a.
b.
c.
d.
e.
f.
g.
h.
i.
Tolvas de mezclas de materia prima
Conductores de carga
Electrodos
Sistema de deslizamiento de electrodos
Sistema de transmisión de corriente a electrodos
Transformador del horno
Crisol del horno
Escoria
Boca de vaciado de ferroaleación
CUADRO 3 Rendimientos y energías en juego en las distintas tecnologías
de producción de ferroaleaciones de manganeso
Concepto
Unidad
Alto horno
Horno de arco sumergido
Por adopción de tecnologías
Consumo coque
kg/t
1.500-2.200
350-450
El ferromanganeso se produce ya sea
en alto horno o en horno eléctrico de
arco. El proceso en horno eléctrico
es, sin embargo, mucho más flexible
que en el alto horno en el cual los
períodos de producción son muy
largos, y el consumo unitario de
coque metalúrgico y la generación
de CO2 es mayor. En el horno
eléctrico se elaboran diferentes
grados de aleaciones de manganeso
y las escorias se pueden procesar
a silicomanganeso. La elección del
proceso también depende del precio
relativo de la electricidad y el coque.
Consumo electricidad
kWh/t
200
2.400-2.900
Consumo mineral Mn
kg/t
2.500-3.000
2.100-2.500
Contenido fósforo
%
alto
bajo
Formación escoria
kg/t
2.500-2.700
600-1.000
Flexibilidad
n/a
rígida
buena
Un punto clave en los hornos de
ferroaleaciones de arco sumergido
es la recuperación total de los gases
de salida. En ellos el coque es
convertido en gas CO, excepto aquel
carbono que queda disuelto en la
ferroaleación.
En el caso de la IFM mexicana
la adopción de la ruta del horno
eléctrico de arco ha generado mejor
aprovechamiento de la energía en
juego y mejores rendimientos en el
uso de materiales.
Asimismo, en esa misma ruta, la
evolución hacia el horno eléctrico
cerrado mejora los rendimientos de
materiales y energéticos (CUADRO 3).
Un importante aspecto es la
recuperación del metal aleante
dentro de la ferroaleación. Hay
todavía posibilidades de mejora en el
rendimiento. Para la producción de
ferromanganeso el rendimiento oscila
entre el 90% y el 95% dependiendo
de las prácticas de escoriado y
reciclado. El rendimiento en metal
aleante depende de la química de
la escoria, siendo su basicidad un
factor central que determina la
distribución del metal entre la escoria
y la ferroaleación en estado líquido.
También es importante la viscosidad
porque una parte significativa
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de la pérdida de rendimiento se
produce al dispersarse partículas
de ferroaleaciones en la escoria. En
ambos aspectos hay todavía desafíos a
ser superados por los metalurgistas.
Las tecnologías más efectivas y
avanzadas utilizadas actualmente para
la producción de ferroaleaciones son
las siguientes:
• Utilizar el gas CO del horno
eléctrico en el proceso de
sinterización.
• Precalentamiento de las materias
primas para horno eléctrico
mediante la utilización de gas CO.
• Recuperación eficiente de gas
en horno eléctrico cerrado para
utilizarlo como combustible en la
planta o para producir energía.
• Recuperación de energía a partir
del gas CO en horno semicerrado.
• Sistema cerrado de agua con
la eliminación de partículas y
componentes dañinos.
• Reciclaje, reutilización y
aprovechamiento de los
residuos sólidos como escorias y
subproductos.
Ventajas por la utilización
de nódulos
El nódulo de manganeso es un
producto único en el mundo fabricado
exclusivamente por Autlán y es la
materia prima más adecuada para
la fabricación de ferroaleaciones de
manganeso. Los nódulos ya están
semirreducidos (MnO), por lo que es
posible ocupar menos carbono para
completar la reducción y generar
menos gases durante la operación.
Para la industria de ferroaleaciones,
este producto ofrece como ventajas:
menor consumo de electricidad,
coque y electrodos, así como una
gran estabilidad inhibiendo riesgos de
explosiones.
SUSTENTABILIDAD
MEDIOAMBIENTAL
Todas las industrias se han visto
sujetas a escrutinios respecto a sus
impactos ambientales. La IFM no ha
sido ajena a esa tendencia.
En Autlán, el enfoque de
sustentabilidad se basa en una gama
de diversas acciones a favor del medio
ambiente. Bajo este concepto, Autlán
ha dado un pleno seguimiento a los
temas ecológicos con el objetivo de
mejorar siempre el entorno.
El empleo de los combustibles fósiles
es la principal causa del efecto de
gases de invernadero, generadores
del cambio climático. Por lo tanto, la
búsqueda de suministro de energías
renovables debe ser una meta de
la industria. En ese sentido, Autlán
cuenta con la hidroeléctrica de
Atexcaco que proporciona el 25% de
la energía consumida. Las toneladas
de CO2 que se dejaron de emitir en
2014 gracias a utilizar esa planta
hidroeléctrica son equivalentes a las
emisiones de 22.818 autos durante
todo un año.
Para el tema de recursos hídricos,
durante el año 2014, Autlán realizó
–en la división minera– 314 muestreos
en 13 puntos de diferentes cuerpos
de agua para medir el impacto de
sus operaciones e implementar las
medidas necesarias para mantener
una calidad adecuada. La meta de
disminución en consumo de agua
por cada tonelada producida fue
fijada en el 5% desde el 2013 al
2014 habiéndose superado esa meta,
reduciendo no solo el indicador
intensivo (por cada tonelada
producida), sino además el indicador
global de consumo.
CONCLUSIÓN
Por todo lo expuesto, la IFM está
trabajando activamente en temas de
su propia sustentabilidad económica
y ambiental para apoyar a la industria
del acero a la que acompaña también
en su desarrollo. ••