72.02 INDUSTRIAS I. Proceso de fabricación del acero. Hornos Industriales Combustibles. Procesos de Reducción Coquería Sinterización Alto horno

Transcripción

1 72.02 INDUSTRIAS I Proceso de fabricación del acero Hornos Industriales Combustibles Procesos de Reducción Coquería Sinterización Alto horno Ing. Jorge Nicolini

2 Flujo General de Procesos y Productos Siderúrgicos Flujo General de Procesos y Productos Siderúrgicos rgicos El 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.

3 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

4 VÍAS DE FABRICACIÓN DEL ACERO - 2 COQUE MINERAL Y/O AGLOMERADO GAS NATURAL CARBON CARBÓN MINERAL Y/O AGLOMERADO ALTO HORNO REDUCCIÓN DIRECTA FUSIÓN REDUCCION ARRABIO FUNDIDO - ESCORIA HIERRO ESPONJA PELLET METALICO ACERIA AL OXIGENO ACERIA ELECTRICA ACERO LÍQUIDO

5 Flujo General del Proceso Integrado Pellets Mineral calibrado y fundentes Alto Horno Carbón Coquería Coque Metalúrgico Finos de Mineral de Hierro Coquecillo Sinterización Arrabio Liquido Convertidor LD Colada Continua Finos de Caliza, dolomita, polvo y laminilla Chatarra Horno Cuchara Caliza y Dolomita Calcinación Fundentes Desbastes

6 Flujo General de Procesos y Productos Siderúrgicos

7 Hornos Industriales Chimenea Quemador Cámara Descarga Carga Material Piso / Solera

8 Hornos Industriales Clasificación: Según fuente de energía térmica: Hornos a Combustión Hornos Eléctricos Según principio de funcionamiento: Intermitentes Continuos Según la posición relativa del material respecto del combustible o de los gases y llamas producidos: Hornos de carga mixta Hornos de calentamiento externo: Hornos a llama libre Hornos a vasos cerrados

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10 Materias Primas: Mineral de Hierro Producto: Arrabio Líquido

11 Esquema de Proceso de Reducción Producto: Arrabio Líquido

12 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

13 FUTURO DE LAS TECNOLOGÍAS SIDERÚRGICAS 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. Procesos de reciclado de óxidos: Estos procesos reducirán el impacto ambiental, pudiendo realizarse directamente en el horno o tratado en dispositivos separados. 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. Procesos de colada avanzados Reducirán costos de capital, costos operativos y tiempos de proceso

14 CLASIFICACIÓN DE COMBUSTIBLES NATURALES GAS NATURAL Kcal/Nm 3 GASEOSOS ARTIFICIALES GAS DE HORNO DE COQUE 4500 Kcal/Nm 3 GAS DE GASÓGENO 1300 Kcal/Nm 3 GAS DE ALTO HORNO 900 Kcal/Nm 3 LÍQUIDOS SÓLIDOS NATURALES ARTIFICIALES NATURALES ARTIFICIALES PETRÓLEO Kcal/Kg ALQUITRÁN DE HULLA Kcal/Kg ALCOHOLES PRODUCTOS DESTILACIÓN PETRÓLEO Kcal /Kg MADERA Kcal/Kg TURBA Kcal/Kg LIGNITO 5200 Kcal/Kg BITUMINOSOS Kcal/Kg ANTRACITAS Kcal/Kg CARBÓN VEGETAL Kcal/Kg COQUE Kcal/Kg

15 COMBUSTIBLES SÓLIDOS CARACTERÍSTICAS : COMBUSTIÓN MÁS DIFÍCIL DE CONTROLAR, LENTA Y SE REALIZA POR LA SUPERFICIE. El EXCESO DE AIRE ES MAYOR, SE GENERAN POLVOS. RENDIMIENTO TÉRMICO ES MENOR Y LOS EQUIPOS SON MÁS COSTOSOS. IMPOSIBILIDADS DE PRECALENTAMIENTO. ALMACENAMIENTO Y MANIPULEO DIFICULTOSO. CARBÓN VEGETAL: COMBUSTIBLE SÓLIDO. SE OBTIENE A PARTIR DE LA DESTILACIÓN SECA DE LA MADERA. SE REALIZA EN AMBIENTE SIN OXÍGENO Y CON APORTE DE CALOR. CALENTAMIENTO DESDE C A C. RESTO SÓLIDO: CARBÓN Y GASES Y HUMOS. SUBPRODUCTOS.

16 COQUE COMBUSTIBLE SÓLIDO. DESTILACIÓN SECA DE HULLAS CON UN 22 26% DE MATERIALES VOLÁTILES. CÁMARAS CERRADAS FUERA DEL CONTACTO CON EL AIRE. CARBONES A C. RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN. ELEVADA POROSIDAD. RESISTENCIA A LA ABRASIÓN Y DESGASTE. 40 Y 60 mm. 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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18 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. MEJORANDO LA MEZCLA DE LA CARGA INYECCIÓN DE HIDROCARBUROS POR TOBERAS INYECCIÓN DE AIRE CALENTADO A ALTAS TEMPERATURAS ( C)

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20 Coquería

21 Coquería

22 Coquería

23 Coquería

24 Coquería

25 Coquería

26 Peletización

27 Sinterización

28 Materias Primas utilizadas en la elaboración del Sinter

29 Sinterización

30 Alto Horno

31 ALTO HORNO 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 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: ªC ESCORIA: 96% del total compuesta por SiO2 36%, CaO 40%, MgO 10%,Al2O3 10% GAS DE TOPE: Combustible

32 ALTO HORNO

33 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

34 Alto Horno

35 ALTO HORNO

36 Alto Horno Entradas y salidas del Alto Horno

37 Alto Horno

38 CO 2 Alto Horno

39 Detalle de reacciones químicas El proceso se regenera nuevamente El CO toma oxígeno del monóxido de hierro volviéndose a transformar en CO 2. De esta manera, se libera hierro puro. Al encontrarse el CO 2 con el carbono Al encontrarse el CO 2 con el carbono del coque, este se transforma en 2 moléculas de monóxido de carbono.

40 Alto Horno

41 Alto Horno

42 Convertidor LD

43 Convertidor LD Reactor: Capacidad toneladas por colada Ciclo: 30 minutos Período de soplado: 15 minutos C (%) Si (%) Mn (%) P (%) S (%) Fe (%) ARRABIO ACERO 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

44 Convertidor LD