Tema4.FabricacionAcero.MetalurgiaSecundaria

7/24/2019 Tema4.FabricacionAcero.MetalurgiaSecundaria

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El acero lquido obtenido en el convertidor LD o en el horno elctrico de arco (HEA) no es todava el producto final. Lametalurgia secundaria, tambin conocida con el nombre de metalurgia en cuchara, es el CONJUNTO DE PROCESOS YOPERACIONES QUE TIENEN POR OBJETO TRANSFORMAR EL HIERRO LQUIDO DEL CONVERTIDOR O DEL HORNOELCTRICO, SIN NINGN TIPO DE AJUSTE TRMICO NI DE COMPOSICIN, EN UN LQUIDO CALIBRADO PREPARADOPARA PASAR A LA ETAPA DE SOLIDIFICACIN.Su aplicacin da como resultado un acero que cumple las especificaciones ms estrictas exigidas hoy por la tcnica.

Los objetivos de la metalurgia secundaria (se aaden algunos elementos y es necesario extraer otros) son:1.-ENCAJE PRECISO DE LA COMPOSICION DEL ACERO.Realizar un ajuste de los elementos de aleacin: C, Mn, Nb, Ti, etc.

2.- EL CONTROL DE GASES: DESGASIFICACINReduccin de la concentracin de oxgeno, hidrgeno y nitrgeno disueltas en el hierro lquido a la propia de la calidaddel acero que se quiere obtener. These elements occupy interstitial sites in the iron lattice and hence, are known asINTERSTITIALS. The principal effect of these impurities in steel is:

LOSS OF DUCTILITY, LOWER IMPACT STRENGTH and POORER CORROSION RESISTANCE.

3.-ALCANZAR BAJOS CONTENIDOS DE AZUFRE Normalmente menores de 0.010 % y a veces menores de 0.002 %.

Ajustar las especificaciones de las impurezas no metlicas (fsforo y azufre) disueltas en el hierro lquido a las propiasde la calidad del acero que se quiere obtener.

4.- CONSEGUIR ACEROS MS LIMPIOSEliminacin de inclusiones no metlicas, fundamentalmente xidos (Al2O3, ).

5.- EL CONTROL DE LA MORFOLOGA DE LAS INCLUSIONESDado que no es posible eliminar totalmente los xidos indeseables en el acero, este proceso permite a los aceristascambiar la composicin y/o la forma de las inclusiones indeseables, residuales en el acero, de manera que seancompatibles con las propiedades mecnicas del acero final.

6.- Calibrar la temperatura, de cuyo nivel depende la estructura de solidificacin y las propiedades del acero.

Objetivos de la Metalurgia secundaria


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Figure 20.1 shows the trattained so far as well a

future in Japanese steel

Carbon is also present as an interstitial in the iron latticeas well as in the form of Cementite (Fe3C). Unlike the otherinterstitials, some carbon is always required in steel andhence, the content of carbon forms a part of steelspecifications.

However, in recent times, in some special sophisticated

grades like Interstitial Free (IF) steels, carbon is consideredas an impurity and has to be removed to very low levels(Ultra low Carbon steels).

With the passage of time, customers are demanding higher qualitysteels, which requires:

Lower impurity contents

Better cleanliness (i.e. lower inclusion contents)Stringent quality control (i.e. less variation from heat-to-heat)Microalloying to impart superior propertiesBetter surface quality and homogeneity in the cast product.

Gracias a la metalurgia secundaria se pueden obtener las altas calidades de acero que exigen actualmelimitan los contenidos finales de azufre, oxgeno, hidrgeno e inclusiones no metlicas. Existen diferen

metalurgia secundaria, y el que un acero sea sometido a unos o a otros depender de las especificacio


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Table 20.1 presents a list of various secondary steelmaking units and their capabilities (Ghosh Ahindra 2001). Degassnitrogen and hydrogen from liquid steel. In common terminology, the abbreviations used and their full forms are:

VD-vacuum degassingVOD-vacuum-oxygen decarburisationIGP-inert gas purging in a ladle through bottom porous and slit plugs or by lance immersed from the top, i.e. OveIM-injection metallurgy, where sorne solid agents are injected into liquid steel in a ladle or, nowadays also by wir


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METALURGIA SECUNDARIA

Los procesos de metalurgia secundaria se pueden clasificar de acuerdo con el objetivo que tratande conseguir. En lneas generales se pueden clasificar en:

Desulfuracin.

Decarburacin.

Defosforacin.

Homogeneizacin de la temperatura y de la composicin qumica del acero.

Ajuste preciso de los elementos de aleacin.

Desgasificacin (reduccin de la concentracin de oxgeno, hidrgeno y nitrgeno).

Control de la morfologa de las inclusiones[globulizacin de las inclusiones (que tomen formade pequeos glbulos autnomos sin implicarse en la estructura propia del acero, siendocapaces de deformarse. De esta forma las propiedades mecnicas del material no se ven tanafectadas.)].

Mejora de la limpieza del acero (eliminacin de inclusiones no metlicas).


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Como ejemplos se pueden citar: Tcnicas de inyeccin de polvo (escorias sintticas, elementos de aleacin, metales de las

tierras raras, etc. que actuando mediante agentes desoxidantes y desulfurantes seencuentran especialmente dirigidas hacia la modificacin de las inclusiones y al ajuste del

azufre y oxgeno disueltos en el hierro lquido. Tecnologas de vaco especialmente diseadas para la desgasificacin y decarburacin del

hierro lquido (procesos RH y DH y colada en vaco). Tcnicas de calentamiento del metal en la cuchara (horno cuchara) especializadas en el

ajuste de la composicin, temperatura y grado de oxidacin del lquido. Procesos de adicin de ferroaleaciones al lquido afinado procedente del BOF o del horno

elctrico, como el CAS (Composition Adjustement System), que proporcionan un ptimorendimiento metalrgico durante la adicin de los elementos de aleacin y desoxidantes.

Debe tenerse en cuenta que un mismo equipo de tratamiento puede utilizar varias de las tcnicas arriba reseadas y que incluso, depe

acero que se pretende conseguir, un mismo proceso debe realizarse en diferentes tipos de unidades de tratamiento. Por ejemplo, el ajtemperatura de colada pueden realizarse simultneamente con la desgasificacin o tambin durante las operaciones de desulfuracin

Durante los ltimos aos se han desarrollado numerosas tecnologas de metalurgia secundaria. En cada una de ellas, dispositivos, reactivos e instrumental ms apropiado para alcanzar los objetivos anteriormente citados. Se utilizan varotros equipos para esta finalidad (cucharas, convertidores, hornos-cuchara con calentamiento elctrico e instalacioneellos tiene su papel especifico y se selecciona en funcin de las necesidades particulares del tipo de acero que se esta

En general la metalurgia secundaria utiliza tcnicas variadas:

A presin atmosfrica.Bajo vaco.Sin calentamiento.Con calentamiento.Con agitacin por gas inerte.Con la ayuda de oxgeno o gases reactivos (procesos de refino especiales).


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TEMPERATURE


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TEMPERATUREIn order that the ladle arrives at the caster at the correct temperature, it is important to be able to calcudifferent processes on the ladle temperature.1.- Tapping: the steel temperature will decrease by around 60 C during the tapping process. (Note thathe simulation to save time.)2.- Under normal conditions, such as ladle hold and transport times, the steel cools at around 0.5 C/m3.- For most alloy additions, each tonne (1000 kg) added results in an additional temperature drop of a

4.- Aluminum deoxidation is highly exothermic. For every 100 kg of aluminum that reacts (Note howevaluminum added will react with oxygen you must include the aluminum recovery rate in any calculatexpect a 12 C temperature increase. Aluminum can also be added with injected oxygen in the recirculOB to achieve chemical reheating. Again, expect a 12 C temperature increase for every 100 kg of alumoxygen.5.- The ladle steel can also be electrically reheated in the ladle arc furnace. At full power, the reheating6.- Stirring the ladle by Ar bubbling increases the cooling rate to around 1.5 C/min.

By carefully calculating the overall time from BOF to caster, the temperature loss due to alloy additions, CALCULATION OF LIQUIDUS TEMPERATURE

It is imperative to prevent the steel bathtemperature falling below the liquidustemperatura (i.e. the temperature at which thesteel starts to solidify). The liquidus temperature,Tliq, is very dependent on composition and can becalculated from the following equations:

For C < 0.5 %

For obtaining the desired cast structure as well as for elimination of


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For obtaining the desired cast structure as well as for elimination ofsome casting defects, the temperature of liquid steel should becontrolled within a desired range before it is teemed into themould. Continuous casting demands more stringent temperaturecontrol than ingot casting.

In secondary steelmaking, the temperature may drop by as much as100 C from the furnace to the mould. Therefore, some secondarysteelmaking units, such as LF, VAD and RH have provisions forheating the melt. Pre-heating of the lining of empty ladle is alsostandard practice so that the interior hot face lining temperature isabove 800 C. These measures eliminate the need for tapping attoo high a temperature. Moreover, much better and more flexibletemperature control of steel is then possible.

More alloy additions also can be made. Are heating is mostcommon, followed by chemical heating, plasma are or inductionheating for reducing the temperature loss during secondarytreatment. Chemical heating requires aluminium addition as well assome oxygen lancing, as is the case in RH-OB. Exotherrnic oxidationof aluminium provides the heat.

The overall temperature change of liquid steel from the furnace to the mould is a sum total of the following:

Temperature loss from the tapping and teeming stream by radiation and convectionTemperature loss during holding or purging in the ladle because of conduction to the ladle wall and radiation froTemperature loss owing to endotherrnic dissolution of deoxidants and alloying elements added at room temperaturTemperature gain following exotherrnic deoxidation reactions (also, atrnospheric re oxidation)Temperature gain on account of heating.

CALCULATING ALLOY ADDITIONS


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CALCULATING ALLOY ADDITIONS

Additives are added to the ladle for a variety of reasons:

To adjust the final steel composition To deoxidize the steel by reacting with oxygen and forming oxides that will be absorbed into the slag To modify inclusions present in the Steel To adjust the slag composition to achieve a slag which is more effective for desulfurization or dephos

Elemental additions

In the simplest case where a pure element is added to the ladle, the amount of additive required, maddit

%(9.1)

100 %

ladle

aditivo

X mm

(%X) = Aumento requerido en wt-% X (es decir, % Xaim - % Xcumladle = Masa del acero

2475 kg

Master alloy additions


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Master alloy additions

In many cases, it is more practical/economical to make additions through master alloys than by pure elements. (M2 or more components). In such cases the amount of the desired element in the master alloy must be taken into acco

The recovery rate i.e. the amount of the element that actually increases the liquid Steel composition rather than also needs to be included in the calculation.

100 %(9.2)

(X % in master alloy)x(recovery rate of X)

ladle

aditivo

x X mm

Pickup of Other ElementsWhen adding master alloys it is also important to be awareof, and if necessary calculate, the effect of othercomponents on the overall steel composition. The amountof pickup (i.e. increase) of a given element is given byrearranging equation 9-2 to give:

x(X % in master alloy)x(recovery rate of X)

% (9.3)100

aditivo

ladle

mX

m

4403 kg


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DESOXIDACIN


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Etapa imprescindible en la produccin de aceros: ELIMINACIN DEL OXGENO RESIDUAL.DESOXIDACIN

Esta operacin se realiza fundamentalmente despus de la coladadel convertidor o del HEA. Para ello se aaden agentes ycomponentes que reaccionan combinndose con el oxgeno,como por ejemplo el FERROSILICIO Y EL ALUMINIO.

Los productos de estas reacciones (Al2O3,..) permanecencompleta o parcialmente en el acero lquido y alguno de los

procesos de metalurgia en cuchara ayudan a separar estasINCLUSIONES que seran perjudiciales para los productos deacero de alta calidad.

Los procesos de desoxidacin se acompaan con otros procesosde metalurgia secundaria, como la desulfuracin, realizada en loshornos cuchara, juntamente con agitacin del lquido medianteun gas inerte, que suele ser generalmente argn, y con

tratamientos de vaco, de forma que no se obtengan productos dedesoxidacin.

The turndown oxygen level in BOF steelmaking typically ranges between 600 and 1000 ppm

Solubility of oxygen in solid steel is negligibly small. Therefore, during solidification of liquid steel, the excess oxysolidifying metal. This excess oxygen causes defects by reacting with C, Mn, Si, etc. resulting in the formation of blowoxide inclusions (FeO-MnO, SiO2, Al2O3, etc.). Evolution of CO has a significant influence on the structure and homogewell. Therefore, dissolved oxygen levels in molten steel have to be lowered by the addition of strong oxide formers, sferromanganese, ferrosilicon, silico-manganese, aluminium, calcium silicide) in the ladle.

DESOXIDACIN


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El equilibrio carbono-oxgeno-monxido de carbono, que se estudi en elafino del arrabio, vuelve a tener importancia en todas aquellas operacionesque se efectan durante la metalurgia secundaria del acero.

C (dis; arrabio) + O (dis; arrabio) = CO (g)

En la figura 2.12 se ilustra la influencia de la temperatura y la presin sobrela solubilidad del carbono y del oxgeno en el hierro lquido.

La variacin con la temperatura de la energa libre estndar de oxidacin

del carbono disuelto en el hierro lquido conduce a la siguiente constantedel equilibrio: Figura 2.12.- Efecto de la tem

solubilidad del carbono y del o

Un aumento de la temperatura del sistema favorece una disminucin del valor de la constante de equilibrio y, por ta

cantidad de oxgeno y carbono disueltos en el hierro lquido. Por el contrario, la disminucin de la temperatura, carasolidificacin de metales y aleaciones, lleva, en este caso, al desprendimiento de monxido de carbono.

0[2]

20900 39,76 /r

G T K

0[2]

1 2 1 2 1 2

20900 39.76 2513.720900 39.76 4.78r

TG T RTLnK LnK

RT T

T T LnK LnK K K

DESOXIDACIN

1 2 1 2 1 2

1'( tan )

' '

CO COC O

C O C Oeq eq

C O C O

p pK W W K Deoxidation Cons t

Kh h W W

K K K K W W W W

TERMODINAMICA DE LA DESOXIDACIN


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TERMODINAMICA DE LA DESOXIDACIN

'

'

; ( ) : ( , , , )

25144.78

x y

M Ox yyM x

M O eq

M

x M y O M O M deoxidiser Mn Si Al etc

aK

h h

Ln KT

'

'

1( ta

1 1

; , t

n ) (A

an

)

M Ox yy y yM x x x

M M MO O Oeq eq

yx

M MM

e

M

O

q

W W K Deoxidatio

aK

n Cons t

h h h h W W

ALog K B A B t

K

Cons s

T

A deoxidation reaction may be represented as:

Table 20.2 presents typical KM values for some common deoxidisers.

The wt. % [O] in equilibrium with 0.1 wt. % M at 1600 C (1873 K) arerespectively 0.413, 0.0145, 1.35x10-3 and 9.84x10-10 for Mn, Si, Al and Ca.According to this, calcium is the strongest and manganese the weakest

amongst the deoxidisers. Si is stronger than Mn and Al is stronger than Si.

La ecuacin (A) representa el valor de la solubilidad (producto desolubilidad) del sistema M-O en el hierro lquido.

If the deoxidation product is a pureoxide (SiO2, Al2O3, etc.), then aMxOy=1


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Uno de los metales ms utilizados enel calmado de aceros al carbono es elferrosilicio. Con el fin de evitar lapresencia de xidos metlicos(inclusiones) en el acero, que afectannegativamente a las propiedades

mecnicas del material (lmiteelstico, carga de rotura y tenacidad),se utilizan escorias captadoras deinclusiones. En el caso del xido desilicio, se trabaja con el sistema SiO2-CaO-Al2O3.

En la figura 2.13 se muestran lasactividades del xido de silicio en elsistema ternario que es precisoconsiderar para calcular el productode solubilidad del silicio y el oxgenodisuelto en el hierro lquido (ecuacinsimilar a la [A]).

FIGURA 2.13.- Actividad del SiO2 en d sistema ternariAl2O3-CaO-SiO2, a 1550 C y 1600 C

'

1( tan ) (A)

yx

M MOM

W W K Deoxidation Cons t K

Aluminum is a very powerful deoxidizing agent and controls the oxygen activity in the liquid steel by th


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u u s a e y po e u deo d g age t a d co t o s t e o yge act ty t e qu d stee by t

2 3

2 3 2 32 2 33

2 3 (9.4)

(9.5)% %

6278020.5 (9.6)

Al O Al O

Al O

OAl eqeq

Al O

Al O Al O Heat energy

a aK

Al Oh h

Ln KT

2 3 2 3 2 3 2 33 2 3 362780 62780

20.5 20.52 2

% (9.7)

% 10 % 10

Al O Al O Al O Al O

T TAl Al O

a a X

O

h KAl Al

The relationship between O a and Al a is plotted for three different temperatures in

Figure 9-1. From this, we see that deoxidation with aluminum is moreefficient at lower temperatures.

Although aluminum is one of the strongest deoxidizer, do not forget that the dissolved oxygen can be coelement. Therefore it is important to calculate the equilibrium constants for the other elements (see Sewhich element that will react with oxygen and form oxides while the oxides of the other elements will b Calculate the oxygen activity based on the thermodynamic equilibrium of the reaction:

xMe + yO MexOy for the elements Al, C, Cr, Fe and Si.

Identify which reaction that results in the lowest oxygen activity.

Lets assume a starting composition of 400 ppm oxygen and no aluminium, represented by point A on the diagram.


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100 %

(X % in master alloy)xaditivox X

m

g p pp yg p y p gAn addition of about 0.095 % aluminum is represented by point B. As this is well above the equilibrium Al-O curve, alureact to form Al2O3 [Reaccin 9.4].

Assuming stoichiometry, 2 atoms of Al (=54 mass units) react with 3 of oxygen (=48 mass units), thereby following theequilibrium composition at this temperature. The weight percentage of aluminum required for deoxidation is therefo

54

% % (9.8)48deox initial

Al O

When calculating the total aluminum addition required, this valuemust be added to the aim (or residual) Al composition of steel.

2 32 3 (9.4)Al O Al O Heat energy

DESULFURACIN


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Cuando el acero se produce a gran escala el contenido de azufre solamente se puede reducir de forma limitada. Por ehorno alto solamente se puede realizar econmicamente una desulfuracin grosera, tras la que se lleva a cabo una de

previa a la carga del arrabio en convertidor. Para obtener aceros de mnimos contenidos en azufre es necesario desulfacero lquido en la metalurgia secundaria. Lo mismo ocurre en el proceso de horno elctrico, ya que la chatarra suele importantes de azufre.La prctica normal es colar el acero lquido en el horno elctrico sin desulfurar y realizar la desulfuracin en el horn

El mtodo bsico consiste en aadir elementos que tienen gran afinidad por el azufre, normalmente cal o compuestoocasiones tambin se utilizan otras tierras alcalinas. Durante este proceso de afino en el que se trata de conseguir conorden de 0.010 % e incluso inferiores, se eliminan tambin otras impurezas del acero.

La desulfuracin se realiza actualmente casi exclusivamente usando la instalacin de horno cuchara, con calentamienttres electrodos, para lo cual la cuchara se coloca debajo de una bveda parecida a la del horno elctrico de arco, aunqdotada de tres electrodos que permiten realizar el calentamiento del bao lquido. Simultneamente se realiza la agitinyeccin a travs de un tapn poroso de gas argn que permite incrementar las reacciones qumicas entre la escoria desulfuracin tambin se puede realizar durante el vaco, y de hecho los aceristas que tienen instalaciones combinadavaco realizan la desulfuracin en el calentamiento y el proceso de desulfuracin se completa hasta valores muy bajosvaco.

La desulfuracin con calcio provoca la formacin de productos esfricos de los compuestos de azufre, que en ocasioaplicacin para ciertos tipos de aceros.

Sulphur comes into iron principally through coke ash, and is effectively removed first during ironmaking and further dtreatrnent in ladles . However, levels below 0.01 % have to be achieved by further desulphurisation during secondaryextent, by adding a synthetic slag. Desulphurisation by use of synthetic slags is also carried in IGP, ladle furnace and vadesulphurisation can only be achieved by the injection of powders like calcium silicide (Ca2Si) into the melt.

TERMODINMICA DE LA DESULFURACIN


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2 22

% (0)O

SS

pC en peso S en la escoria x

p

2 22 21 1

( ) ( ) (1)2 2S g O O g S

Along with basicity, another concept that is important is that of slag capacity. This has evolved over a period of time, aused. Richardson and Fincharn in 1954 first defined sulphide capacity (CS) as the potential capacity of a slag melt to hoMathematically,

where PO2/PS2 are partial pressures of O2 and S2 in the gas at equilibrium with the slag. Notingt hat the reaction is:

it can be shown that: 1 2

2

(2)OS

S

K a

C

where K1 is the equilibrium constant for the reaction in equation (1) andS2- is the activity coefficient of S2- in the slag

CS is a function of slag composition and temperature only. Therefore, its values can be tabulated or presented graphican important advantage. Subsequently, several other capacity terms have been proposed and reported in literature.

The slag-metal sulphur reaction may be written in general ionic form as: [S] + (O2-) = (S2-) + [O] (5.39)

Assuming Henrian behaviour for all species except (O2-),

39(S)2

2slag

39(S)

(% )[%O](5.40)

%

Equilibrium partition coefficient for sulphur

(% )(5.41)

% [%O]

O

S eq

O

metal eq

SK

S a

L

aSK

S

The CaO is the most powerful desulphuriser, amongstpresent in iron and steelmaking slags.

Sulphur transfer from metal to slag is better if the valuthis, from Eq. (5.41), it follows that the dissolved oxyglow as possible. This requires the addition of deoxidimelt.

TERMODINMICA DE LA DESULFURACIN


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Secondary steelmaking slags consist of CaO, Al2O3 and SiO2 as the major constituents. Amongst the common deoxidipowerful . Low oxygen levels can be achieved by deoxidation (referred to as killing, in popular terminology) using Al,aluminium killed steels.

The overall reaction may be written as: 3(CaO) + 3[S] + 2[Al] = 3(CaS) + (Al2O3) (20.16)for which the equilibrium constant is:

3 3 3

2 3 2 3 2 316 162 2 23 3 33 3 3

23

slag slag3 16

2 3

; : (20.17)

(% ) (% )

% %

CaS CaS S Al O Al O Al OS CaS

CaO S CaO S CaO S Al Al Al

CaO AlS Seq eq

metal metal eq Al O

a a a a W aK If W a Ka h h a W W a W W

S Sa WL K L

S Sa

231

316 1

3

2 3

(20.18)AlCaO

eqAl O

WK a

a

Figurepartitidissolv

Increasing wt. % of CaO increases aCaO and decreases aAl2O3, thereby increasing LS,e. Figure 20.15demonstrates this and shows that LS,e increases with increase in wt. % CaO in slag and WAl in moltensteel for CaO-Al2O3 slags at 1500 C and 1650 C (Turkdogan 1983). K16 is a function of temperature,

and is given as:

48580

16.997

16 16

48580log 16.997 10

TK K

T

Lower temperature helps desulphurisation

Suppose, the initial [WS] in steel is 0.01 % and it is to be brought down to 0.002 %. Let the mass of steel be 150 tonntonnes. It means that the amount of sulphur to be transferred to the slag would be 150x(0.01 - 0.002)x10-2 tonnes. (WS) would be:

LS,e should be larg

Plant trials have shown that it is possible to have effective desulphurisation, if LS,e is 1000 or above. Such a high valuslag is almost saturated with CaO.

2

S

150 0.008 10 0.60.6 % L 300

2 0.002S

x xW


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he value of LS is determined by a complex


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y punction of slag composition, dissolved aluminumnd oxygen content in the steel and temperature.learly, in order to minimize the amount and costf used slag additives, a high value of LS isequired. Generally, a low disolved oxygenontent is necessary as well as a temperaturebove 1600 C. To decide on the aim slag

omposition, a useful ternary slag diagram with LSalues is presented in Figure 9-4.

quation 9-16 can be re-arranged in terms of themount of slag required to achieve a specifiedulfur concentration, i.e. by setting%S]aim = [ %S]equ:

0

% %

(9.17)%

m aim

SS aim

S SWW

L S

%S]0 = Initial sulfur concentration, in wt-%

s = Weight of the slag, in kg

m = Weight of the metal, in kg

S = Sulfur distribution ratio between slag and steel


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DECARBURACIN


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La mayor parte del proceso de decarburacin se puede realizar durante la inyeccin de oxgeno tanto en el convertidodurante el proceso de oxidacin del bao en el horno elctrico. Sin embargo, en ocasiones es necesario fabricar aceroy ultrabajos de carbono.

Para estas aplicaciones resulta de especial inters el proceso de inyeccin de oxgeno durante el vaco, empleando priRH-OB. Estos tratamientos para fabricar aceros de contenido en carbono ultrabajos son relativamente largos.

The removal of dissolved carbon from the steel duringvacuum degassing arises from the following reaction:

(9.9)

(9.10 /1)% %

11682.07 (9.12)

CO COC O

C O eqeq

C O

C O CO g

p pK

C Oh h

Ln KT

1168

2.07% % (9.13)

10

CO CO

C O T

p pC O

K

Figure 9-3.- Equilibrium [C] and [O] concentrati


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where [% C]i and [% C]fare the carbon contents before and after decarburization,respectively, [% C]eq is the equilibrium carbon content, and kC is the rate constant

for decarburization.

For RH degassers the rate constant is given by


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DEFOSFORACIN


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La defosforacin se completa durante los procesos, tanto en el horno elctrico como en el convertidor acondiciones oxidantes, baja temperatura y escorias bsicas.

Tanto en la cuchara como en el horno-cuchara tericamente y sobre la base de escorias sintticas es posdefosforacin, pero este proceso es econmicamente inviable.

De hecho, el acero debe llegar a los procesos de metalurgia secundaria completamente defosforado y liproceso anterior, para impedir la refosforacin del bao a partir del fsforo de la escoria.

Tratamientos con vaco. Desgasificacin


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Uno de los problemas ms importantes en la produccin de acero de calidad es controlar los gases disu

El hidrgeno es un gas particularmente nocivo, responsable de las grietas, porosidad, fragilidad y prdproducto terminado.

El nitrgeno, si se encuentra en solucin slida en la ferrita, provoca prdidas de tenacidad a los acer

obstante, si se encuentra combinado con el aluminio, vanadio, titanio o niobio puede colaborar en el estructural del acero debido a la formacin de precipitados submicroscpicos de nitruros o carbonitru

El oxgeno, como principal responsable del afino trmico del hierro, tiene un papel determinante en lpropiedades del acero. Por otra parte, al no estar controlada la eliminacin de gases disueltos en el hmecanismos puramente fsicos (diferencia de solubilidad con la presin y temperatura), existen equilcomo el correspondiente a la oxidacin del carbono en el hierro lquido, en los que el oxgeno disuelt

Vacuum degassing processes have been traditionallyclassified into the following categories:

Ladle degassing processes (VD, VOD, VAD)Stream degassing processesCirculation degassing processes (DH and RH).

Besides degassing and decarburisation , modernused to carry out various other functions such asalloying and melt homogenisation. Injection of argfor good homogenisation , fast processing and inclover slag from steelmaking converters has to be mdeoxidisers and CaO.

La presin necesaria para la formacin de burbujas estables de gas disuelto en el hierro lquido es igual


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Donde:

Pescoria/gas = Presin en la superficie del fundido (intercara escoria-gas) gh =Presin metalosttica de lquido, siendo la densidad del metal, g la aceleracin de la graved

fundido por encima de la burbuja, y finalmente 2(metal/gas)/r = Contribucin de las fuerzas interfaciales metal-gas en la estabilizacin de las burbuja

energa interfacial y r el radio de la burbuja de gas.

Segn la expresin [2.48], se precisan presiones muy elevadas para lograr formar, por nucleacin homoestable de pequeo dimetro. Puede ocurrir, aunque no es frecuente, que el mecanismo controlante d

hierro lquido estuviera protagonizado por esta velocidad de nucleacin homognea de burbujas estab

/

/ 2 (2.48)

metal gasT escoria gasP P gh r

REDUCCIN DEL HIDRGENO


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El hidrgeno se minimiza mediante el tratamiento en vaco del acero,pudindose alcanzar contenidos muy bajos, particularmente en lafabricacin de aceros especiales para forja en grandes dimensiones enlos que se alcanzan contenidos de hidrgeno menores de 1 ppm.

CONTROL DEL NITRGENO


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El control del contenido de nitrgeno tiene dos aspectos fundamentales. Para gran nmero de aplicaproductos planos de aceros bajos en carbono y los aceros para estirado, el nitrgeno debe estar commnimos contenidos posibles, < 25 ppm.

Sin embargo, en el caso de los aceros especiales de grano fino para temple y revenido y particularmepara cementacin el contenido de nitrgeno debe estar ajustado en valores alrededor de 100 ppm. F

aceros que, por sus especiales caractersticas, se fabrican especficamente con contenidos en nitrgehasta 400 ppm.

La metalurgia secundaria es la clave para la fabricacin de todas estas variantes de aceros en relacinnitrgeno. El nitrgeno se introduce en el acero cuando entra aire y particularmente en el proceso dearco aumenta su contenido de nitrgeno. El tratamiento en cuchara permite, con el vaco y la agitacicontenido de nitrgeno y tambin controlarlo en valores segn las distintas especificaciones.

THERMODYNAMICS OF DEGASSING REACTIONSThe reactions are:


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The reactions are:[H] = (1/2)H2(g) (20.12)

[N] = 1/2)N2(g) (20.13)

[C] + [O] = CO(g) (20.14)

Table 20.3 presents the equilibrium relations forDegassing is effective under vacuum. Low gas pAt such low concentrations, h may be expressed(i.e. parts per million), and in weight per cent at

As noted in Table 20.3 (Ghosh Ahindra 2001), a pressure of 1torr (= 1 mm Hg) in a vacuum chamber is thermodynamicallycapable of lowering H, N and O to very low levels.

This is in contrast to steels not treated under vacuum, wherethe H and N values can be as high as 5 ppm and 50 ppmrespectively. In actual degassing operations, removal ofhydrogen is fast and it often attains equilibrium, but nitrogen

removal is more difficult because of kinetic reasons.

The [C]-[0] reaction is utilised for removal of carbon to very low levels (ultra-low carbon steels) forsuch as sheets for automobile bodies.

ELIMINACIN DE ELEMENTOS RESIDUALES


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Es muy difcil eliminar el cobre, estao, arsnico, antimonio y otros elementos, denominados elementintroducen en el acero lquido fundamentalmente a travs de la chatarra. Existen algunos mtodos sotienen aplicacin industrial en la actualidad.

En todo caso es muy importante efectuar una seleccin cuidadosa de la chatarra para impedir que el elementos en cantidades que puedan perjudicar su transformacin y sus aplicaciones.


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9.6.- Ladle stirringINERT GAS PURGING (IGP).- This consists of purging molten steel by argon introduced from the bottom through poro


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INERT GAS PURGING (IGP). This consists of purging molten steel by argon introduced from the bottom through poroat the ladle bottom. Purging by argon through a top lance, which is immersed into the melt in an open ladle, is also pobjective is to stir the bath resulting in homogenisation of temperature and composition of the melt. lt offers additideoxidation and floatation of inclusions (i.e. superior cleanliness). All secondary steelmaking ladles, nowadays, have

= stirring power, W/tonneV = gas flow rate, Nm3/minT = bath temperature, KM = bath mass, tonnesH = depth of gas injection, mP0 = gas pressure at the bath surface, atm (i.e. =1 atmwhen the steel is exposed to air)

Homogenization of bath temperature and composition by

argon bubbling is primarily caused by the dissipation ofthe buoyant energy of the injected gas. The followingequation is used to calculate the stirring power.


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Section 9.2 showed how aluminum deoxidation results in the formation of Al2O3 particles in the liquid steel. If these aSteel Cleanness


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the slag before casting, these particles are trapped in the final product as inclusions. For many applications, a certaindoes not significantly affect the properties. However, certain applications, such as linepipes for oil and gas distributioni.e. with very low levels of oxide and sulfide inclusions, since these can act as crack initiation sites.

The chemistry of oxide and sulfide formation and subsequent removal during secondary steelmaking is extremely comongoing research. However, you will be required to consider the broad effects of deoxidation on Al2O3 formation and sufficient time for Al

2O

3particles to float out. This process can be accelerated by the gentle stirring of the ladle.

During aluminum deoxidation, Al2O3 particles are formed according to equation 9-4. The mean particle diameter (andfound to be dependent on the initial dissolved oxygen content. For higher initial dissolved oxygen contents (above about 200 ppm or 0 02 %) larger Al2O3 particles are formed wh


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For higher initial dissolved oxygen contents (above about 200 ppm, or 0.02 %), larger Al2O3 particles are formed, wh(see below) float to the slag layer relatively quickly. Lower initial dissolved oxygen contents result in smaller Al2O3 particles that take considerably longer to float out.

The oxide products are lighter than liquid steel and are removed following flotation to the top of the melt. Stokes' Lawlaminar flow, is often used as a guide. Stokes law states that the terminal velocity of flotation, u, for spherical particleproportional to the square of the diameter, d, as given by:

In the simulation, you are rewarded for accurately calculating the amount of aluminum for deoxidation in one go. If ysubsequent trimming Al additions, the lower dissolved oxygen content will result in the formation of very small Al2Odifficult to remove from the steel.

PROCESO CASEl proceso CAS recibe su nombre de las iniciales de la expresin inglesa Composition Adjustment by Sealed argon bubbling, es deciburbujeo sellado de argn. En este proceso no existen equipos especiales para el calentamiento del acero, ni se realiza el vaco. El pr

i d i i d l i t ( ) l f d d l h l it i d l b i t d i


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Las funciones basicas del proceso CAS son: Homogeneizar la composicin qumica y temperatura del acero. Ajustar su composicin qumica (aadiendo ferroaleaciones) y temperatura. Mejora del rendimiento de las aleaciones, especialmente del aluminio. Mejora de la limpieza del acero (flotacion de inclusiones).

En el fondo de la cuchara de acero existe un ladrillo poroso a travs del cual se inyecta un gas inerte,generalmente argn. De este modo se consigue romper la capa de escoria que flota sobre el acero liquido yabrir una zona en la que este acero este en contacto directo con el exterior. Sobre esta zona se desciende unacampana de inmersin (tambien denominada snorkel) que se introduce en el bao unos 200 mm. Elmovimiento ascendente y descendente de la campana se realiza por medio de un torno de cable arrastrado porun motor. La escoria del resto de la superficie del bao se adhiere a la parte exterior de la campana cuando estaesta sumergida, sellando el interior y aislandolo del contacto con el aire. El acero cubierto por la campana estalibre de escoria y en contacto con una atmosfera inerte propiciada por el argon (o nitrogeno) que se insufla.Esta atmosfera inertizada propicia que las ferroaleaciones que se aaden durante el proceso no se oxiden. Estasferroaleaciones se adicionan a traves de la campana. En la parte superior, la campana lleva un dispositivo desujecion y un tubo telescopico que une el sistema de adicion de ferros y la aspiracion de humos.

En este proceso, se consigue la homogeneizacion de la temperatura y composicin del bao mediante lainyeccion de gas inerte, y la adicion de las aleaciones a traves de la campana permite un mejor rendimiento deestas, al evitar su oxidacin y, por tanto, que pasen a la escoria, y tambien una reduccion en la formacion deinclusiones.

Existe una variante de este proceso, el sistema CAS-OB, que incorpora la funcin OB que ofrece la posibilidadde calentamiento aluminotrmico, requirindose para calentar 1 t de acero en 1 C el empleo de 22 litros de

oxgeno y 30 g de aluminio, pudindose lograr calentamientos en torno a 25 C/min.

equipo de inyeccin del gas inerte (argn,..) por el fondo de la cuchara para provocar la agitacin del bao y con un sistema de manipdosificacin de adiciones.

La principal funcin de esta instalacin es la desulfuracin del acero. El azufre esj di i l l l l d d d b j id

INYECCIN


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perjudicial para el acero, por lo que la demanda de aceros con bajos contenidos en esteelemento es cada vez mayor. Para eliminar el azufre, en esta instalacin se inyectan alacero, a travs de una lanza, productos a base de calcio.

Para que la desulfuracin sea efectiva estos productos deben mezclarse adecuadamentecon el acero. Para ello se utilizan desulfurantes en polvo y se inyectan a travs de la lanza,arrastrados por argn, agitando as el bao. Adems se inyecta gas inerte (nitrgeno oargn) por el tapn poroso del fondo de la cuchara, para mejorar la homogeneizacin dela mezcla.

Durante la desulfuracin se pueden aadir tambin las ferroaleaciones que seannecesarias. Por tanto, con el tratamiento de inyeccin se consigue:

Ajustar y homogeneizar la composicin qumica y temperatura del acero.

Desulfurar profundamente el acero.

Globulizar las inclusiones.

Las operaciones para la desulfuracin y la globulizacin reciben el nombre de tratamientoTN (procedimiento desarrollado por Thyssen en su factora de Niederrhein). Existendistintos niveles de desulfuracin que dependen del contenido de azufre inicial,pudindose alcanzar porcentajes finales inferiores al 0.002 %.

Una vez que se tienen contenidos de azufre menores de 0.005% las inclusiones seglobulizan, reducindose as su efecto perjudicial y mejorando tambin la deformabilidad

del producto en los sentidos transversal y vertical respecto a la direccin de laminacin.

El objetivo principal de los tratamientos en vaco es la DESGASIFICACIN, es decir, la eliminacin de los

TRATAMIENTOS EN VACO


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j p p , ,acero durante el proceso de fabricacin (como el hidrgeno, el oxgeno y a veces el nitrgeno), que sonpara el acero y que, por tanto, deben eliminarse.

El vaco acta como imn de las inclusiones gaseosas, atrayndolas por diferencia de presiones. Para tratamientos es necesario que la planta desgasificadora disponga de bombas capaces de generar el vac

general es una presin en torno a los 0.5 mm de mercurio.

Los tratamientos de desgasificacin se generalizaron en Alemania Occidental, en torno al ao 1951, y eentonces era la eliminacin del hidrgeno.

As se consegua reducir las manchas brillantes (hair lines) que disminuan considerablemente la tenaciproblema afectaba nicamente a las grandes piezas de forja, pero pronto se descubri que la desgasificla fabricacin de aceros de gran limpieza, libres de inclusiones.

Se comenz entonces a utilizar para reducir el contenido de oxgeno en los aceros efervescentes, ya qupresiones el carbono acta como desoxidante del acero, formando CO.

Los tratamientos en vaco se complementan hoy en da, en muchos casos, por calentamiento mediantelos hornos-cuchara.

Se puede aplicar a la colada del acero desde una cuchara a otra o de la cuchara a la lingotera Se sita e

DESGASIFICACIN DEL CHORRO DE COLADA


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Se puede aplicar a la colada del acero desde una cuchara a otra o de la cuchara a la lingotera. Se sita e(cuchara o lingotera) en una cmara de vaco y, sobre ella, se coloca la cuchara que contiene el acero. Aesta cmara, por efecto del vaco el chorro de acero se fracciona en gotas que favorecen la eliminacin

DESGASIFICACIN EN CUCHARALa cuchara se sita en una cmara o tanque de vaco, despus de habereliminado parte de la escoria que recubre el acero lquido dejando una capa


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eliminado parte de la escoria que recubre el acero lquido, dejando una capafina que no dificulte la eliminacin de gases. Una vez dentro, se sella lacmara y se hace el vaco.

Para favorecer el proceso de desgasificacin se remueve el bao inyectandopor el fondo de la cuchara una corriente de gas inerte, generalmente argn,logrando as que el desgasificado llegue a las zonas inferiores. En algunasinstalaciones se remueve el acero lquido por medio de corrientes inducidas.El escape de gases forzado por la diferencia de presiones produce unborboteo del bao que eleva su nivel, pudiendo producirse derrames. Paraque esto no ocurra se debe evitar llenar en exceso la cuchara.

El mtodo VAD de desgasificacin en cuchara est diseado para ladesulfuracin, desgasificado y ajuste de la composicin mediante la adicinde ferroaleaciones. Dispone adems de un sistema de calentamiento porelectrodos que se emplea durante el vaco.

El mtodo ASEA-SKF se lleva a cabo en dos estaciones. La primera es la devaco, es decir, la de desgasificacin del acero, pasando a continuacin a la decalentamiento con electrodos de grafito, donde alcanza la temperatura adecuadade colada. En ambas se agita el bao para homogeneizarlo bien inyectando gasinerte por el fondo de la cuchara, o por medio de corrientes inducidas.

DESGASIFICACIN POR RECIRCULACIN. PROCESOS RH Y RH-OBLos procesos RH y RH-OB son procesos llamados tambin de desgasificado por recirculacin, ya que en e


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repetidas veces el acero por un recipiente que acta de cmara de vaco.

El mtodo RH es fundamentalmente un proceso de desgasificacin, que tiene como misin reducir los coxgeno, nitrgeno y otros. Tambin se consigue la evaporacin de elementos extraos, como el arsnicpueden alterar las caractersticas del acero, incluso aunque se presenten en proporciones muy pequea

ferroaleaciones se pueden aadir en la cuchara despus del desgasificado.

En el mtodo RH la cmara de vaco cuenta con dos trompas (tambin llamados

PROCESOS RH Y RH-OB


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En el mtodo RH la cmara de vaco cuenta con dos trompas (tambin llamadossnorkels o tubos de circulacin) en la parte inferior (ver figura ), que estnrevestidos de refractario tanto interior como exteriormente.

Estos tubos se introducen parcialmente en el bao de acero lquido de la cuchara(a una profundidad de al menos 200 mm). En una trompa se inyecta gas inerte,haciendo disminuir de esta manera la densidad del acero en esa zona.

Debido a esta menor densidad y a la succin del vaco de la cmara, el aceroasciende por esta trompa y desciende (cae por gravedad) por la otra,establecindose as una circulacin del acero lquido por la cmara de vaco,donde se produce el desgasificado.

En este proceso las ferroaleaciones se pueden aadir despus del desgasificado.

Para que la mezcla sea homognea se mantiene la circulacin del bao durante untiempo despus del desgasificado.

Figure 20.11.- Sketc

El principio de funcionamiento es el mismo que en el proceso RH, pero adems cuenta con un

PROCEDIMIENTO RH-OB


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p p q p , psistema de inyeccin de oxgeno. Esto le proporciona funciones adicionales, como ladescarburacin profunda de los aceros y el calentamiento de coladas que pueden haberseenfriado entre el proceso en el convertidor y la metalurgia secundaria.

La inyeccin de oxgeno en la zona inferior de la cmara de vaco se realiza mediante unas toberasque constan de dos tubos concntricos: en el interior circula el oxgeno que se inyecta y en el

exterior argn o nitrgeno con fines refrigerantes.

Generalmente existen dos toberas colocadas diametralmente opuestas, a la misma altura y algodesviadas respecto al chorro de acero; es decir, que en un corte horizontal, la lnea diametral quelas une estara girada unos 10 o 15 respecto a la perpendicular a la corriente de acero. De estamanera la penetracin del oxgeno en el acero circulante es ms efectiva.

Dado que el proceso es cerrado, se emplean cmaras para su seguimiento. As se puedecomprobar si la circulacin de acero entre las trompas es adecuada y si la adicin deferroaleaciones se realiza correctamente. Tambin sirve para controlar el estado del refractario yla formacin de lobos, restos de acero que pueden quedar en la cuchara tras la colada.

El proceso DH (Dortmund Horder, Hutten Union) tambin es llamadodesgasificacin por lotes o desgasificacin por elevacin intermitente

PROCESO DH


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desgasificacin por lotes o desgasificacin por elevacin intermitente.

Las instalaciones de vaco DH no slo permiten la desgasificacin delacero, sino que son especialmente apropiadas para la adicin deferroaleaciones por el efecto de removido consecuencia del procesoen s mismo.

En el proceso DH se hace pasar el acero lquido por una cmara devaco, en pequeas cantidades y sucesivamente (es decir, sedesgasifica por lotes). Para ello, la cmara de vaco tiene una nicatrompa de aspiracin en la parte inferior que desciende hastaintroducirse en el bao. Debido a la diferencia de presin, el aceroasciende por la trompa hasta la cmara de vaco, donde se efecta ladesgasificacin bajo una fuerte formacin de burbujas de dispersindel acero. Elevando de nuevo el tubo de aspiracion el acero liquido

desciende con cierto impulso.

Esta secuencia se repite varias veces hasta que todo el acero de lacuchara ha pasado por el recipiente de vaco y ha sido desgasificado.La propia naturaleza del proceso hace que exista una circulacion delacero liquido en la cuchara que permite homogeneizar lacomposicion.

El proceso DH es un proceso de alto rendimiento, tanto en la

desgasificacion como en la adicion de ferroaleaciones.

4.5.- Esquema de lafuncionamiento del

HORNO-CUCHARAA pesar de que con los mtodos descritos hasta ahora (mtodos de vaco) se puede lograr una composicin del aceroque permiten eliminar los gases, adicionar ferroaleaciones, homogeneizar el bao y desoxidar y desulfurar, todos pre


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comn: una gran cada de la temperatura del bao durante el proceso.

Esto condujo a la idea de realizar la metalurgia secundaria en la propia cuchara, incorporando un mtodo de calentamcompensar ese descenso de temperatura. El mtodo elegido fue el arco elctrico, por la experiencia ya adquiridaen su empleo en otras instalaciones.

Las operaciones metalrgicas que el horno-cuchara permite realizar son:

Calentamiento del acero y homogeneizacin de su temperatura. Desoxidacin y desulfuracin.

Adicin y encaje de elementos de aleacin.

Homogeneizacin de la composicin en el bao. Decantacin y separacin de inclusiones.

El horno-cuchara consta de una bveda y tres electrodos quese acoplan a la parte superior de la cuchara, lo que la convierteen un pequeo horno adecuado para calentar el acero


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en un pequeo horno adecuado para calentar el acero.

Su funcionamiento se basa en el calentamiento por medio delarco trifsico con tres electrodos, la inyeccin de argn (onitrgeno) por el fondo de la cuchara a travs de un tapnporoso y la creacin de una atmsfera no oxidante.

La instalacin de calentamiento del horno-cuchara es similar aun horno elctrico (HEA), pero al tratarse de una cuchara y node un horno, los transformadores de potencia son menores.Para un horno-cuchara de unas 100 toneladas se requiere untransformador de entre 15 y 20 MVA (megavolt-amperios),mientras que un HEA de la misma capacidad necesita untransformador de 100 MVA.

En muchos casos, los hornos-cuchara actuales eran hornoselctricos pequeos ahora reconvertidos.

La instalacin se ve completada con un sistema de tolvas deferroaleaciones y una serie de sistemas automticos para latoma de muestras y de temperaturas.

De este modo y por medio de conexiones con los sistemas deanlisis qumicos, se consiguen ajustes de composicin casi entiempo real.

Con los procesos de horno-cuchara se consigue una excelente homogeneizacin y control de la composicin y de la logra la produccin de aceros con contenidos muy bajos en azufre y en gases, muy bien desoxidados y limpios de incnecesarias se llega a controlar la morfologa de las inclusiones


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necesarias se llega a controlar la morfologa de las inclusiones.

Adems se logra un ahorro en el consumo de ferroaleaciones y se evita la realizacin del afino reductor en el hornoello la productividad de ste. Tambin son importantes las mejoras que se derivan para la colada continua, al servir recipiente colchn entre el horno elctrico y la mquina de colada continua y poderse utilizar en ocasiones para concoladas en secuencia en la colada continua [acumulador intermedio entre el convertidor (o HEA) y la maquina de co

Por todo ello, aunque estas instalaciones se comenzaron a usar para fabricar aceros especiales, actualmente son deaceras elctricas, independientemente del tipo de aceros que fabrican.

La agitacin del bao lquido mediante una bobina de induccin, propuesta por ASEASKF, ha dado origen al mtodorealidad es muy semejante al horno-cuchara. El mtodo tiene dos estaciones entre las cuales puede moverse la cucdispone sobre la cuchara una cubierta que dispone una conduccin para el equipo de vaco. En la segunda estacin un equipo de calentamiento por medio de tres electrodos de grafito.

Debido a estas ventajas, aunque esta instalacion se comenzo a usar para fabricar aceros especiales, actualmente esttipo de acerias, especialmente las electricas, independientemente del tipo de acero fabricado.

Algunos metodos ya vistos hasta ahora, como la desgasificacion en vacio o el ASEA-SKF, pueden englobarse dentro dmetalurgia secundaria horno-cuchara.

En muchos casos interesa tener un acero de bajo contenido en carbono, por ejemplo en los aceros IF (Interstitial Fre

MTODOS DE DECARBURACIN


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procedimientos de metalurgia secundaria:

Decarburacin por oxgeno en vaco (proceso VOD) Decarburacin por oxgeno-argn (AOD).

Ambos estn basados en la reaccin qumica de oxidacin del carbono:

C + (12)O2 = CO

El procedimiento consiste en reducir la presin parcial del monxido de carbono formado durante la oxidacin. De eatmsfera por ser un gas. Por el principio de Le Chatelier, el sistema tiende entonces a restablecer la presin parcialello la reaccin anterior se desplaza hacia la derecha, consumindose ms carbono y oxgeno para formar el gas y aspresin.

La decarburacin profunda se consigue, segn este principio de restablecimiento del equilibrio, forzando la eliminac

En el proceso VOD se introduce la cuchara de acero lquido enuna cmara de vaco y se inyecta oxgeno por medio de una lanza

DESCARBURACIN POR OXGENO EN VACO (VOD)


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u a c a a de ac o y se yecta o ge o po ed o de u a a aque se introduce por la parte superior.

El oxgeno inyectado se combina con el carbono del acero,formando CO que es forzado a salir del bao metlico por efectodel vaco. De esta forma, la cmara de vaco favorece la

descarburacin del acero.

La decarburacin por medio del oxgeno tiene la ventaja adicionalde que dificulta la oxidacin metlica, pues todo el oxgenosoplado se combina con el carbono y no hay oportunidad de queformen xidos de hierro o manganeso (si existe).

Durante el soplado se inyecta tambin un gas inerte (argn onitrgeno) a travs de un tapn poroso situado en el fondo de la

cuchara para homogeneizar el bao y favorecer las reacciones.

DESCARBURACIN POR OXGENO-ARGN (PROCESO AOD)Se emplea sobre todo para la produccin de acero inoxidable. En esteproceso el acero lquido obtenido en el convertidor o en el horno


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4.7.- Esquema de la decarbuoxgeno en vaco

proceso, el acero lquido obtenido en el convertidor o en el hornoelctrico se pasa al convertidor AOD, donde se le inyecta una mezcla deoxigeno y argon a traves de unas toberas situadas en un lateral de lavasija. De esta forma se elimina carbono del acero sin que exista unaoxidacion metalica notable. Esto es debido a que la diluciondel oxigeno en el gas inerte disminuye la presion parcial del monoxido de

carbono.

Segun el principio de Le Chatelier, para restablecer el equilibrio el oxigenooxidara preferentemente al carbono, quedando protegidos los metalescomo el cromo, manganeso y el propio hierro.

El empleo del metodo AOD no se reduce a los aceros inoxidables, sino quese ha extendido a la fabricacion todo tipo de aceros.

En este proceso se recupera practicamente todo el cromo, y se puedellegar a un nivel de desulfuracion del 0,005% de azufre en el acero final.Tambien se lleva a cabo una desgasificacion importante, con contenidosfinales en hidrogeno en torno a los 2 ppm (partes por millon) y unos 500ppm de nitrogeno.

OTROS PROCESOS DE METALURGIA SECUNDARIA

Los que se van a ver a continuacin, son tratamientos que podramosconsiderar genricos y que ya


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en secciones anteriores.

HOMOGENEIZACIN POR BORBOTEO

Ya se ha descrito en diversos tratamientos

anteriores, ya que se refiere simplemente a laagitacin del bao mediante la inyeccin deun gas inerte (generalmente argon) a travesde un tapon poroso situado en el fondo de lacuchara o de una lanza introducida por laparte superior.

Se logra ademas una disminucion en lacantidad de inclusiones, ya que el gas inerte,al atravesar la masa de acero, las atrapa y lashace llegar a la superficie del bao en un granporcentaje. Alli son recogidas por la escoriaen el conjunto de oxidos que la forman.

DESULFURACIN Y DESOXIDACIN

La forma de aadir al acero lquido los productos desoxidantes y desulfurantes es pulverizando estos pr


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La forma de aadir al acero lquido los productos desoxidantes y desulfurantes es pulverizando estos prque se inyecta por medio de una lanza en la parte superior o a travs del tapn poroso del fondo de la c

La agitacin del acero debida al paso del gas proporciona al acero homogeneidad en composicin y temlos tratamientos de desoxidacin y desulfuracin, as como una mejor limpieza (menor nmero de inclu

Los productos empleados para desulfurar y para controlar las inclusiones son el silico-calcio (CaSi), el cacianamida de calcio (CaCN2) y varias escorias captadoras.

CALENTAMIENTOEn general, es conveniente que durante los procesos de metalurgia secundaria la temperatura se mantlo posible, de forma que el enfriamiento del acero no limite el tiempo de aplicacin del proceso.


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p , q p p p

El acero lquido est siempre mucho ms cerca de su temperatura de solidificacin que el arrabio, por carbono mucho menor. La temperatura liquidus es muy alta, ms cercana a la de solidificacin del hiermenos carbono tenga, por lo que el riesgo de solidificacin por enfriamiento de la masa metlica es mu

Para mantener la temperatura, o incluso calentar el acero, se suelen utilizar electrodos. Los electrodos 400 mm y los hornos de cucharas estn equipados con transformadores de 16-24 MVA de potencia no

Poseen tambin un dispositivo de toma de muestras y temperaturas para el control del proceso.

ADICIN AL ALUMINIO-CALCIO

La adicin se realiza introduciendo un alambre en el seno del bao metlico mediante un mecanismo a


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y tubo-gua o empleando proyectiles, lanzados a cierta velocidad para que alcancen el fondo de la cuch

Estos elementos metlicos se aaden con los siguientes fines:

El aluminio se emplea para la desoxidacin y control del tamao de grano. Es mejor aadirlo todo a

sangra del convertidor, pero muy a menudo se hace necesario terminar de aadir el Al en la metalurgmediante inyeccin de hilo.

El calcio tiene el efecto de modificar la morfologa (forma) y la distribucin de las inclusiones, as comcolabilidad den acero en la colada continua. En cualquiera de estos casos se favorecen las reacciones qagitando el bao mediante la inyeccin de argn u otro gas inerte.

Los metodos de desgasificacion de los aceros se emplearon originalmente para tratar calidade

DESGASIFICACIN DE LOS ACEROS


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Los metodos de desgasificacion de los aceros se emplearon originalmente para tratar calidade

aceros calmados.

Posteriormente se comenzaron a aplicar a todos los aceros calmados y, finalmente, a todos los

Segn las inclusiones gaseosas y la efervescencia de estas en la solidificacin del acero se diefervescentes, aceros calmados y aceros semicalmados.

Para ver las ventajas y la necesidad de los tratamientos de desgasificacion, se describe a conde acero y sus caracteristicas.

La importancia de la desoxidacion del acero se puede observar durante su solidificacion.

ACEROS EFERVESCENTES


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El oxigeno tiende a combinarse con el carbono formando monoxido de carbono, que se escap

burbujas con cierta efervescencia que le da nombre a este tipo de aceros.

Cuando en los metodos vistos de desgasificacion se disminuye la presion sobre el bano de ac

vacio, este actua como un iman sobre el gas, absorbiendolo.

En general, el efecto de la desgasificacion al vacio sobre los aceros efervescentes es de una

85% del contenido inicial en oxigeno. En los aceros semicalmados este porcentaje desciende

mitad.

Los porcentajes exactos dependen del metodo concreto aplicado y de si se ha anadido alumin

calmar el acero efervescente. En estos aceros, el hidrogeno no constituye un problema porque

del monxido de carbono que se desprende.

Durante los tratamientos de desgasificacion al vacio del acero efervescente, la eliminacion pa

carbono permite emplear una menor cantidad de desoxidantes en una fase posterior y una mecomposicin final del acero despues de aadir las ferroaleaciones.

La inyeccin de gas inerte por el fondo de la cuchara tiene una doble funcin:


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por una parte provoca la agitacin del lquido, favoreciendo las reacciones de limpi por otra, genera ncleos iniciales sobre los que se concentra el gas que se despr

general es dificil conseguir la formacion de nucleos de CO que inicien la formacionmonoxido, y estas solo aparecen en el contacto entre el acero y la pared, o entre el

Pero al inyectar gas inerte, sus burbujas sirven de punto de partida donde van a reunirse las

que inician la formacion de la burbuja, que se puede considerar constituida por CO en su tot

Este proceso recibe el nombre de nucleacion heterogenea, nombre que hace referencia al hnucleo inicial de CO es de otro gas, en este caso argon.

ACEROS CALMADOSUno de los mayores problemas que se presentaba en la produccin de aceros calmados era el efecto dslido. Incluso tomando grandes precauciones en la fabricacion (por ejemplo, secar la carga o calentar


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g p (p j p gfacilitar la difusion del gas), era dificil producir aceros con bajos contenidos finales en hidrogeno. Por epara forja debian someterse a prolongadas y costosas termodifusiones (tratamientos termicos que faciburbujas de hidrogeno en el seno de las piezas). Mediante experimentos con tratamientos al vacio se vcontenido de este gas hasta 2 cm3 por cada 100 g de acero.

Asi, con los procesos de desagasificacin actuales se pueden dejar enfriar al aire las piezas y lingotes dantes el enfriamiento se realizaba en hornos, de forma controlada y durante dias, hasta que la eliminametal alcanzaba un porcentaje satisfactorio.

En el caso de colada continua el enfriamiento de los slabs se hace tambien al aire hasta que pasan al h

Generalmente se observa que el contenido de hidrogeno de un acero colado al vacio es un poco inferi

desgasificado al vacio pero colado al aire.

Esto se interpreta como la existencia de una cierta absorcion del hidrogeno atmosfrico por parte del a

El contenido en oxgeno de estos aceros calmados se reduce en cierta medida, sobre un 30 %, con los Esto hace que las inclusiones no metlicas (xidos preferentemente, aunque tambin pueden aparecetanto en nmero como en tamao.


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Durante el proceso, los xidos de hierro (FeO), manganeso (MnO) y silicio (SiO2) que hubieran pasado convertidor (o HEA) al bao, son reducidos por el carbono. Sin embargo, la almina (Al2O3) es mucho el proceso no afecta a este xido.

La reduccin final de las inclusiones es de entre la mitad y los dos tercios del total. En caso de colada cconcentracin de inclusiones tpica del tercio inferior de los lingotes de acero calmado se reduce much

El contenido en nitrgeno desciende en poca medida, entre un 10 y un 15 %, aumentando este porcencantidad inicial. Esto se debe en gran medida a que la velocidad de difusin de este gas en el acero es hidrgeno.

La desgasificacin al vaco mejora la ductilidad y proporciona una gran uniformidad en las propiedade

tensiones del material, tanto paralela como transversalmente a la direccin de laminacin.

Existen dos factores ms de importancia, en cuanto a la eliminacin de hidrgeno por desgasificacin

La velocidad de colada. Si es elevada se incrementa el contenido de hidrgeno en el lingote. El contenido en manganeso, que aumenta sustancialmente la cantidad de hidrgeno (un aumento dimplica 0.5 cm3 ms de hidrgeno por cada 100 g de metal).

Mediante estos procesos se producen lingotes de acero de gran pureza.Ambos mtodos consisten en la refusin de un electrodo de la composicin

i d d i l f i d li d i lt t

REFUSIN BAJO VACO Y CON ESCORIA ELECTROCONDUCTORA


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qumica deseada en un crisol enfriado por agua, realizndose simultneamentela fusin del electrodo y la solidificacin del acero.

Por el mtodo de refusin por arco bajo vaco (VAR) se consigue un acero biendesgasificado y muy limpio, pero no se puede desulfurar.

Por el mtodo de refusin bajo escoria electroconductora (ESR), el electrodo serefunde en contacto con la escoria y las gotas producidas, al paso por sta,sufren un proceso de desulfuracin y de limpieza. Sin embargo, no se consigueun desgasificado y por lo tanto es preciso eliminar previamente el nitrgeno y elhidrgeno.

La refusin bajo escoria electroconductora ha tenido un gran desarrollo enEuropa. En Espaa existen dos instalaciones ESR para obtener lingotes para

forja limpios de inclusiones y con cristalizacin orientada.

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