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Ing. Jorge Nicolini
v Proceso de fabricación del acero
v Hornos Industriales v Combustibles
v Procesos de Reducción v Coquería v Sinterización v Alto horno
72.02 INDUSTRIAS I
Flujo General de Procesos y Productos Siderúrgicos Flujo General de Procesos y Productos SiderúrgicosFlujo General de Procesos y Productos SiderFlujo General de Procesos y Productos Siderúúrgicosrgicos
El AceroEl Acero:
Es una aleación de:
donde el Carbono se encuentra en una proporción menor al 1,7%.
Una aleación es un producto homogéneo de propiedades metálicas compuesto por dos o mas elementos, uno de los cuales, al menos, debe ser un metal.
El Carbono determina las propiedades, y por lo tanto, los posibles usos del material.
El mineral de Hierro se encuentra en la naturaleza en forma de oxido, por lo tanto su conversión a hierro puro o metálico para luego fabricar acero, requiere de un proceso inverso a la oxidación, llamado Reducción.
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DRIVERS TECNOLÓGICOS
• Reducción en costo de capital: – El proceso de fabricación de
acero requiere alto capital en relación al valor agregado a las materias primas.
• Escasez de materias primas: – Se ha pronosticado la
escasez de coque y chatarra en un futuro próximo (no así para el mineral de hierro)
– La chatarra sería reemplazada por hierro esponja, arrabio y carburo de hierro.
• Cuestiones ambientales: – Grandes presiones para la
reducción de emisiones y reciclado de materiales
– Necesidad de desarrollar procesos de reciclado de polvos de hierro y de baja emisión en comparación con los procesos convencionales
• Demanda del cliente: Los clientes requieren mejoras en:
– Las propiedades del acero – Diseño de productos – Entrega más veloz y confiable
FUTURO DE LAS TECNOLOGÍAS SIDERÚRGICAS
Ø Reducción directa: Uso de carbón y mineral de hierro en forma directa eliminará la necesidad de uso de coque y procesos de aglomeración, reduciendo así el capital requerido y contribuyendo a los fines ecológicos descriptos.
Ø Procesos de reciclado de óxidos: Estos procesos reducirán el impacto ambiental, pudiendo realizarse directamente en el horno o tratado en dispositivos separados.
Ø Procesos de fusión avanzados:
Combinando energía eléctrica y de combustibles fósiles, precalentamiento de chatarra y combustión posterior, lo cual permitirá reducir el consumo de energía y aumentar la productividad.
Ø Procesos de colada avanzados
Reducirán costos de capital, costos operativos y tiempos de proceso
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VÍAS DE FABRICACIÓN DEL ACERO - 1
COQUE MINERAL Y/O AGLOMERADO
GAS NATURAL CARBON
ALTO HORNO
REDUCCIÓN DIRECTA
ARRABIO FUNDIDO - ESCORIA
HIERRO ESPONJA PELLET METALICO
ACERIA AL OXIGENO
ACERIA ELECTRICA
ACERO
LÍQUIDO
VÍAS DE FABRICACIÓN DEL ACERO - 2
COQUE MINERAL Y/O AGLOMERADO
GAS NATURAL CARBON
ALTO HORNO
REDUCCIÓN DIRECTA
ARRABIO FUNDIDO - ESCORIA
HIERRO ESPONJA PELLET METALICO
ACERIA AL OXIGENO
ACERIA ELECTRICA
ACERO
LÍQUIDO
CARBÓN
FUSIÓN REDUCCION
MINERAL Y/O AGLOMERADO
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Pellets Mineral calibrado y fundentes Alto Horno
Carbón Coquería
Finos de Mineral de Hierro
Finos de Caliza, dolomita, polvo y laminilla
Caliza y Dolomita
Chatarra
Calcinación
Sinterización Coquecillo
Coque Metalúrgico
Fundentes
Arrabio Liquido
Convertidor LD
Horno Cuchara
Colada Continua
Desbastes
Flujo General del Proceso Integrado
Flujo General de Procesos y Productos Siderúrgicos
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Hornos Industriales
Cámara
Quemador
Carga
Descarga
Chimenea
Material Piso / Solera
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Hornos Industriales
Clasificación:
ü Según fuente de energía térmica: Hornos a Combustión – Hornos Eléctricos
ü Según principio de funcionamiento: Intermitentes – Continuos
ü Según la posición relativa del material respecto del combustible o de los gases y llamas producidos:
ü Hornos de carga mixta
ü Hornos de calentamiento externo:
ü Hornos a llama libre
ü Hornos a vasos cerrados
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Materias Primas: Mineral de Hierro
Producto: Arrabio Líquido
Esquema de Proceso de Reducción
Producto: Arrabio Líquido
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CLASIFICACIÓN DE COMBUSTIBLES
GASEOSOS
NATURALES GAS NATURAL 10000 Kcal/Nm3
ARTIFICIALES
GAS DE HORNO DE COQUE 4500 Kcal/Nm3
GAS DE GASÓGENO 1300 Kcal/Nm3
GAS DE ALTO HORNO 900 Kcal/Nm3
LÍQUIDOS
NATURALES PETRÓLEO 10000 Kcal/Kg
ARTIFICIALES
ALQUITRÁN DE HULLA 8500 - 9000 Kcal/Kg
ALCOHOLES
PRODUCTOS DESTILACIÓN PETRÓLEO 10000 Kcal /Kg
SÓLIDOS
NATURALES
MADERA 2000 – 3000 Kcal/Kg
TURBA 3200 - 3800 Kcal/Kg
LIGNITO 5200 Kcal/Kg
BITUMINOSOS 7000 – 7500 Kcal/Kg
ANTRACITAS 7500 - 8200 Kcal/Kg
ARTIFICIALES CARBÓN VEGETAL 6000 – 7000 Kcal/Kg
COQUE 7000 – 7500 Kcal/Kg
COMBUSTIBLES SÓLIDOS
CARACTERÍSTICAS : ü COMBUSTIÓN MÁS DIFÍCIL DE
CONTROLAR, LENTA Y SE REALIZA POR LA SUPERFICIE.
ü El EXCESO DE AIRE ES MAYOR, SE GENERAN POLVOS.
ü RENDIMIENTO TÉRMICO ES MENOR Y LOS EQUIPOS SON MÁS COSTOSOS.
ü IMPOSIBILIDADS DE PRECALENTAMIENTO.
ü ALMACENAMIENTO Y MANIPULEO DIFICULTOSO.
CARBÓN VEGETAL: ü COMBUSTIBLE SÓLIDO. ü SE OBTIENE A PARTIR DE
LA DESTILACIÓN SECA DE LA MADERA. SE REALIZA EN AMBIENTE SIN OXÍGENO Y CON APORTE DE CALOR.
ü CALENTAMIENTO DESDE 150 - 180°C A 450 – 500°C.
ü RESTO SÓLIDO: CARBÓN Y GASES Y HUMOS.
ü SUBPRODUCTOS.
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COQUE
COMBUSTIBLE SÓLIDO. DESTILACIÓN SECA DE HULLAS
CON UN 22 – 26% DE MATERIALES VOLÁTILES. CÁMARAS CERRADAS FUERA DEL CONTACTO CON EL AIRE.
CARBONES A 900 – 1250°C. ü RESISTENCIA A LA
COMPRESIÓN. ü ELEVADA POROSIDAD. ü RESISTENCIA A LA
ABRASIÓN Y DESGASTE. 40 Y 60 mm.
ü COMBUSTIBLE Y GENERADOR DE GAS REDUCTOR ( CO )
COMPOSICIÓN TÍPICA: CARBONO 85 – 90% VOLÁTILES 2% CENIZAS 8% AZUFRE 1% COMPOSICIÓN DEL GAS EN
BATERÍA DE COQUE: HIDRÓGENO 57% METANO 27% CO 6% Poder Calorífico: 4200 Kcal/m3 Hidrocarburos como etano, etileno,
amoníaco, alquitrán, etc.
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REDUCCIÓN DEL CONSUMO DE COQUE
SE HA REDUCIDO DE UN VALOR DE 1000 KG/TON DE ARRABIO A UN VALOR APROXIMADO DE 500 KG/TON DE ARRABIO.
ü MEJORANDO LA MEZCLA DE LA CARGA
ü INYECCIÓN DE HIDROCARBUROS POR TOBERAS ü INYECCIÓN DE AIRE CALENTADO A ALTAS TEMPERATURAS (1000 –
1300 °C)
Coquería
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Coquería
Coquería
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Coquería
Coquería
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Coquería
Peletización
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Sinterización
Materias Primas utilizadas en la elaboración del Sinter
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Sinterización
Alto Horno
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TIPO DE HORNO: Horno de cuba a carga mixta OBJETIVOS: Reducir los óxidos de hierro y fundir el mineral de hierro ingresante PRODUCTIVIDAD: Funcionamiento continuo 6 A 8 Horas para el descenso del material Producción hasta 13000 tons. por día Diámetro en vientre: 14/15 metros Altura 35 metros (80 metros total) PRODUCTOS: ARRABIO: .Fe.94.5%, C4.5%, Si 0.40%,Mn 0.30%, S 0.03%, P 0.07%. Temperatura: 1480 – 1500ªC ESCORIA: 96% del total compuesta por SiO2 36%, CaO 40%, MgO 10%,Al2O3 10% GAS DE TOPE: Combustible
ALTO HORNO
ALTO HORNO
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ALTO HORNO
Reacciones de Reducción Directas FeO + CO ======= Fe+ CO2
CO2 + C ======= 2CO
FeO + C ======== Fe + CO
Reacciones de Reducción Indirectas (Reducción por gas)
3Fe2O3 + CO (H2 ) ======= 2Fe3O4 + CO2 (H2O ) Fe3O4 + CO (H2 ) ======= 3FeO + CO2 (H2O )
FeO + CO (H2 ) ======= Fe+ CO2 (H2O ) C + 1/2O2 ======= CO
Alto Horno
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ALTO HORNO
Entradas y salidas del Alto Horno
Alto Horno
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Alto Horno
CO2
Alto Horno
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El CO toma oxígeno del monóxido de hierro volviéndose a transformar en CO2. De esta manera, se libera hierro puro.
El proceso se regenera nuevamente
Al encontrarse el CO2 con el carbono del coque, este se transforma en 2 moléculas de monóxido de carbono.
Detalle de reacciones químicas
Alto Horno
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Alto Horno
Convertidor LD
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Convertidor LD
Reacciones de Oxidación: C + ½ O2 → CO Si + O2 → SiO2 2P + (5/2)O2 → P2O5 Mn + ½O2 → MnO Fe + ½O2 → FeO 2Fe + (3/2)O2 → Fe2O3
Reactor: Capacidad 200 – 300 toneladas por colada Ciclo: 30 minutos Período de soplado: 15 minutos
C (%) Si (%) Mn (%) P (%) S (%) Fe (%)
ARRABIO 4.3 1.2 1.00 0.12 0.03 93.4 ACERO 0.08 0.00 0.20 0.02 0.015 99.7
Convertidor LD