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5/14/2018 Panorama de La Desoxidacion - slidepdf.com
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JLLS 08JLLS 08 11
1.- Introducción a la fabricación de hierro y acero : ¿Hacia donde vamos?
CAMBIO EN LAS CONCENTRACIONES DE OXIGENOEN LOS ÚLTIMOS 30 AÑOS
EL CONTENIDO DE OXIGENO EN EL ACERO FINAL ES UN INDICATIVODE LA SALUD INTERNA DEL MATERIAL
FUENTE: TOSHI EMI
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Esquema de
Horno de Cuchara
La metalurgia
secundaria cumple unpapel esencial en la
producción de acero
de alta calidad. Se
lleva a cabo en
diversos equipos,
como hornos decuchara,
convertidores e
instalaciones de
vacío.
2.2.- El Proceso de Refinamiento del Acero. La Metalurgia Secundaria, principios y equipos.
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2.2.- El Proceso de Refinamiento del Acero. La Metalurgia Secundaria, principios y equipos.
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n ¿Por qué desoxidar?
n Fuentes de oxígeno en el baño.
n Reduciendo el contenido de oxígeno.
n Reacciones de desoxidación.
n Efectividad de los desoxidantes.
n Cinética de desoxidación.n Desoxidación con Mn y Si.
n Limpieza del acero. Inclusiones.
n Origen, composición y tamaño de lasinclusiones.
n Resoluciones finales.
O2
2.2.2.- La Desoxidación
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¿Por qué desoxidar ?
En la fusión del acerose realiza una inyecciónmasiva de oxígeno al baño
A las altastemperaturas defusión parte deloxígeno puedequedar disuelto
Oxígenodisuelto en elbaño tiende aformar inclusionesy sopladuras en elsemi-elaborado
final
Es necesarioreducir elcontenido deoxígeno en el bañooriginalmente de400 a 1000 ppmhasta 25 incluso10 ppm
¡DESOXIDACIÓN!
2.2.2.- La Desoxidación
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El Oxigeno .Desoxidación del acero.Después del efectuar el proceso de afino, nos encontramos con un baño
de acero en el que ha aumentado el contenido de oxígeno hasta límitesde oxidación que harán imposible su empleo una vez solidificado.Es necesario advertir que en el baño de acero, el oxígeno está presenteen forma disuelta y en forma de óxidos precipitados.El oxígeno disueltoseñala el grado de oxidación del baño y el combinado es parte de lo quese considera como pureza.
Eliminación del Oxígeno disuelto. Grado de Oxidación del baño.Aspectos a considerar
- Adición de elementos en forma de ferroaleantes ó solos muy afines conel oxígeno como es el caso del Silicio, el Manganeso,el Aluminio,etc.- Eliminación del oxígeno disuelto por medio de un proceso de
degasificación al vacío.- Eliminación del oxígeno disuelto por medio del carbono, para producir CO2.Este mecanismo se facilita por medio de un proceso dedegasificación al vacío.
2.2.2.- La Desoxidación
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2.2.2.- La Desoxidación
La desoxidación consiste en añadir al baño
líquido un producto que tenga una mayor capacidad que el Fe para reaccionar con elOxígeno. Dependiendo de los tipos de acero, sepueden usar : Aluminio , Silicio , Manganeso ,Calcio y otros.Al reaccionar cualquiera de esos elementoscon el Oxigeno se pueden formar diversos
compuestos que dependiendo de susvelocidades de nucleación y crecimiento ,densidad y puntos de fusión serán capaces deascender en el baño líquido y formar parte de laescoria. Sin embargo , cabe destacar que notodas las partículas llegan a tener el tamañocrítico para ascender , debido a las fuerzas de
roce y alas reacciones propias de desoxidacióny quedan formando microinclusiones de oxidoen el acero.
FeSi FeMnFeCr FeV
Al Ni
Ëscoria
Adiciones
Reacción principal :
x [ M ] + y[ O ] = < MxOy >
Acero Líquido
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Velocidad de Desoxidación
n La Velocidad dedesoxidación depende de:
n Agitación con Argón en elHorno Cuchara
n Escoria básica, con mínimo
contenido de FeO, SiO2n Sin embargo, para la
efectiva desoxidación conaluminio es necesaria unaescoria con una baja
actividad de oxígeno. Laescoria producida en losprimeros procesos contieneun alto contenido deoxígeno que es necesarioreducir.
2.2.2.- La Desoxidación
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Reduciendo el Contenido de Oxígeno
Desoxidantes más utilizados:
Mn(FeMn)
Si(FeSi)Al
Más
económicos
Para algunos aceros
existe la opción dedesoxidar con Carbono(agregando coque albaño) para aprovecharla energía de lareacción:
2.2.2.- La Desoxidación
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Aceros calmados al Aluminio
Baño Metálico
Escoria
[ O ]
(< Al2O3
>)
[ Al ]
[Al]inicial + [Al] añadido = [Al]final + [Al]eliminado
[Al] añadido = [Al]inicial - [Al]final + [Al]eliminado
2.2.2.- La Desoxidación:2.2.2.1.- El Aluminio. Reacciones fundamentales.
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La alúmina tiene un punto de fusión alto (2023°C) comparado con el de lastemperaturas de proceso (1600°C), por lo que siempre estará en estado sólido.Esto puede causar peligrosos taponamientos en las busas del horno cuchara quepueden causar desde aumentos del tiempo tap to tap, formación de clusters de
alúmina en el producto final (inclusiones) hasta pérdidas de las coladas en loscasos más severos.
El tratamiento con calcioayuda a evitar taponamientos enel HC por la formación dealuminatos de calcio
Es necesario mantenerse según el diagramabinario CaO – alúmina en la zona señalada en rojo,en la cual el contenido de calcio entre un 40 – 60 %y una temperatura entre 1397 – 1700 °C promoveráuna desoxidación líquida del baño.
2.2.2.- La Desoxidación:2.2.2.1.- El Aluminio. Reacciones fundamentales.
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Modificación de Alúmina. Tratamiento con Calcio.n Como el aluminio es un desoxidante más
efectivo que el Mn o el Si, se hacenecesario reducir los óxidos de silicio y
de manganeso si están presentes en losrefractarios. Debe evitarse refractariosricos en sílica.
n Remover óxidos del acero líquido haciala escoria se hace más fácil si estos
óxidos están en fase líquida. Esto sedebe a que las partículas son menosdensas, y pueden coalescer másfácilmente para formar partículas másgrandes y estas flotarán a la superficiemás fácilmente; todo esto de acuerdo ala Ley de Stokes:
nη
ρ ν
18
2∂
=gd
donde:
2.2.2.- La Desoxidación:2.2.2.1.- El Aluminio. Reacciones fundamentales.
Para convertir alúmina sólida existe lapráctica común de agregar Calcio al baño, estodebido a la formación de una fase líquida de
aluminatos de calcio de formas CaO.Al2O3,3CaO.Al2O3, 12CaO.7Al2O3 que contribuyena la desoxidación del baño y a la limpieza delacero final.
La velocidad de Flotación de la Inclusión es directamenteproporcional al cuadrado de su
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Inyección de CalcioEl Calcio es un potente desulfurante y desoxidante que es frecuentemente utilizado para
añadirlo al baño metálico en forma de varilla que contiene una mezcla de Calcio – Metal, o Ca – Si, y en algunos casos también se utiliza el polvo de Ca – Si. El Calcio tiene un punto de
ebullición a los 1491ºC el cual es menor que el punto de fusión del acero, de hecho, a latemperatura que se maneja en el baño para la fusión del acero, el Calcio ya es vapor. Por lotanto es necesario introducir el Calcio o sus compuestos lo más profundo que sea posible en elbaño cuando es añadido al acero, de tal forma la presión ferroestática previene la vaporizacióndel mismo en la superficie del baño.
La figura muestra un esquema de uno de los métodos de
alimentación del Calcio mediante el uso de alambre de Ca.
2.2.2.- La Desoxidación:2.2.2.1.- El Aluminio. Reacciones fundamentales.
Tratamiento de Calcio utilizando alambre se logra inyectandoentre 0,15 a 0,5 kg de Ca por tonelada y dependiendo delgrado de acero. El éxito de este tratamiento depende de lacantidad de inclusiones de alúmina residual que seencuentren en ese momento en el acero.
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Efecto de lamodificación de la alúmina
o adición de calcio al bañoa dos temperaturasdiferentes:
La tendencia es que alaumentar la temperatura yla cantidad de calcio
añadido la formación dealuminatos de calcio se vefavorecida, por ende laformación de inclusionesde CaS es menor y elacero es más limpio.
2.2.2.- La Desoxidación:2.2.2.1.- El Aluminio. Reacciones fundamentales.
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Desoxidación con Mn y Si
Hay gran cantidad de aceros para los cuales es muy importante laresistencia a la fatiga, por ejemplo los utilizados para fabricar rolineras opuntas de eje, y no sólo esfuerzos de tracción-compresión
Inclusiones de alúmina o de aluminatos de calcioremanentes en el acero final producen disminución de laresistencia a la fatiga
Se hace necesario buscar otrosdesoxidantes como Mn o Si
La meta aquí es …. AJUSTAR COMPOSICIONQUÍMICA Y CONTRIBUIR A LADISMINUCION DEL CONTENIDO DE
OXIGENO
2.2.2.- La Desoxidación
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Sil icio como agente desoxidante
Baño
Metálico
Escori
a
[ O ]
(FeO)
[ Si ]
(< SiO2
>)
[ Fe ]
[Si]inicial + [Si] añadido = [Si]final + [Si]eliminado
[Si] añadido = [Si]final - [Si]final + [Si]eliminado
Eficiencia en la adición de lasFerroaleaciones
Eficiencia = (P.A.).TAL(36)
Kgs F.A. xPureza F.A.
Donde :P.A. = Puntos aportados por laferroaleaciónTAL = Toneladas de acero l íquidoKgs F.A. = Kgas de ferroaleación a añadir.Pureza F.A. = Pureza de la ferroaleación
2.2.2.- La Desoxidación: 2.2.2.2.- El Silicio.Reacciones fundamentales.
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Producir inclusiones de silicatos que estén en formalíquida a las temperaturas normales manejadas en la
metalurgia secundaria:
El gráficorepresenta la
influencia de lacomposiciónquímica de laescoria a una T de1500 ªC. Seobserva que
aumentando de 0.8a 1 la fracción deSiO2/CaO sepromueve laformación desilicatos líquidos
que contribuyencon la limpieza del
2.2.2.- La Desoxidación: 2.2.2.2.- El Silicio.Reacciones fundamentales.
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JLLS 08JLLS 08 1818
Manganeso como agente desoxidante
BañoMetálico
Escori
a
[ O ]
(FeO)
[ Mn ]
(< MnO
>)
[ Fe ]
[Mn]inicial + [Mn] añadido = [Mn]final + [Mn]eliminado
[Mn] añadido = [Mn]inicial - [Mn]final + [Mn]eliminado
Eficiencia en la adición de lasFerroaleaciones
Eficiencia = (P.A.).TALKgs F.A. xPureza F.A.
Donde :
P.A. = Puntos aportados por laferroaleaciónTAL = Toneladas de acero l íquidoKgs F.A. = Kgas de ferroaleación a añadir.Pureza F.A. = Pureza de la ferroaleación
2.2.2.- La Desoxidación: 2.2.2.3.- El Manganeso.Reacciones fundamentales.
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Eliminación del Oxígeno combinado. Aspectos a considerar
El oxígeno combinado es lo que se denomina como inclusiones y suprocedencia se debe a los mecanismos de desoxidación de lasinclusiones endógenas.
Su eliminación se puede hacer:- Descomposición de óxidos; para aceros de altos requerimientos senecesitan altos vacíos.- Flotación; es el mecanismo más probable y más posible.-Transformación de los precipitados para obtener inclusiones decomposición y morfología convenientes.
La Desoxidación
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JLLS 08JLLS 08 2020
Ejemplos de inclusiones en el productofinal
La Desoxidación