� Proceso de fabricación del acero

� Hornos Industriales

72.02 – 92.02 INDUSTRIAS I

Ing. Jorge Ing. Jorge Nicolini Nicolini -- 2016 2016

� Hornos Industriales� Combustibles

� Procesos de Reducción� Coquería� Sinterización� Alto horno

Flujo General de Procesos y Productos SiderúrgicosFlujo General de Procesos y Productos SiderúrgicosFlujo General de Procesos y Productos SiderúrgicosFlujo General de Procesos y Productos SiderúrgicosFlujo General de Procesos y Productos SiderúrgicosFlujo General de Procesos y Productos SiderFlujo General de Procesos y Productos Sider úúrgicosrgicos

El AceroEl Acero :

Es una aleación de:

donde el Carbono se encuentra en una proporción men or al 1,7%.

Una aleaci ón es un producto homog éneo de propiedades Una aleaci ón es un producto homog éneo 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 tant o, 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 m etálico para luego fabricar acero, requiere de un proceso invers o a la oxidación, llamado Reducción.

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

VÍAS DE FABRICACI ÓN DEL ACERO - 1

COQUE MINERAL Y/O AGLOMERADO

GAS NATURAL CARBON

ALTOHORNO

REDUCCIÓNDIRECTA

ARRABIOFUNDIDO - ESCORIA

HIERRO ESPONJAPELLET METALICO

ACERIA ALOXIGENO

ACERIAELECTRICA

ACERO LÍQUIDO

VÍAS DE FABRICACI ÓN DEL ACERO - 2

COQUE MINERAL Y/O AGLOMERADO

GAS NATURAL CARBON

ALTOHORNO

REDUCCIÓNDIRECTA

CARBÓN

FUSIÓNREDUCCION

MINERAL Y/OAGLOMERADO

ARRABIOFUNDIDO - ESCORIA

HIERRO ESPONJAPELLET METALICO

ACERIA ALOXIGENO

ACERIAELECTRICA

ACERO LÍQUIDO

Flujo General de Procesos y Productos SiderúrgicosFlujo General de Procesos y Productos SiderúrgicosFlujo General de Procesos y Productos SiderúrgicosFlujo General de Procesos y Productos Siderúrgicos

Pellets Mineral calibrado y fundentes Alto Horno

Carbón

Coquería

Coque Metalúrgico

Arrabio Liquido

Flujo General del Proceso IntegradoFlujo General del Proceso Integrado

Finos de Mineral de Hierro

Finos de Caliza, dolomita, polvo y laminilla

Caliza y Dolomita

Chatarra

Calcinación

SinterizaciónCoquecillo

Fundentes

Arrabio Liquido

Convertidor LD

Horno Cuchara

Colada Continua

Desbastes

Hornos IndustrialesHornos Industriales

Cámara

QuemadorChimenea

Carga

Descarga

Material Piso / Solera

Hornos IndustrialesHornos Industriales

ClasificaciónClasificación ::

��Según fuente de energía térmica: Hornos a Combustió n Según fuente de energía térmica: Hornos a Combustió n –– Hornos EléctricosHornos Eléctricos

��Según principio de funcionamiento: Intermitentes Según principio de funcionamiento: Intermitentes –– ContinuosContinuos

��Según la posición relativa del material respecto de l combustible o de los Según la posición relativa del material respecto de l combustible o de los gases y llamas producidos:gases y llamas producidos:

��Hornos de carga mixtaHornos de carga mixta

��Hornos de calentamiento externo:Hornos de calentamiento externo:

��Hornos a llama libreHornos a llama libre

��Hornos a vasos cerradosHornos a vasos cerrados

Materias Primas: Mineral de HierroMaterias Primas: Mineral de HierroMaterias Primas: Mineral de HierroMaterias Primas: Mineral de Hierro

Producto: Arrabio LíquidoProducto: Arrabio LíquidoProducto: Arrabio LíquidoProducto: Arrabio Líquido

Esquema de Proceso de ReducciónEsquema de Proceso de ReducciónEsquema de Proceso de ReducciónEsquema de Proceso de Reducción

Producto: Arrabio LíquidoProducto: Arrabio LíquidoProducto: Arrabio LíquidoProducto: Arrabio Líquido

CLASIFICACIÓN DE COMBUSTIBLES

GASEOSOS

NATURALES GAS NATURAL 1000 0 Kcal/Nm 3

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

NATURALES PETRÓLEO 10000 Kc al/Kg

ARTIFICIALES

ALQUITRÁN DE HULLA 8500 - 9000 Kcal/Kg

ALCOHOLESARTIFICIALES ALCOHOLES

PRODUCTOS DESTILACIÓN PETRÓLEO 10000 Kcal /Kg

SÓLIDOS

NATURALES

MADERA 2000 – 3000 Kcal/ Kg

TURBA 3200 - 3800 Kc al/Kg

LIGNITO 5200 Kcal/Kg

BITUMINOSOS 7000 – 7500 Kcal/Kg

ANTRACITAS 7500 - 8200 Kcal/Kg

ARTIFICIALESCARBÓN VEGETAL 6000 – 7000 Kcal/Kg

COQUE 7000 – 7500 Kcal/Kg

COMBUSTIBLES SÓLIDOS

CARACTERÍSTICAS :� COMBUSTIÓN MÁS DIFÍCIL DE

CONTROLAR, LENTA Y SE REALIZA POR LA SUPERFICIE.

� El EXCESO DE AIRE ES MAYOR, SE GENERAN

CARBÓN VEGETAL:� COMBUSTIBLE SÓLIDO.� SE OBTIENE A PARTIR DE

LA DESTILACIÓN SECA DE LA MADERA. SE REALIZA MAYOR, SE GENERAN

POLVOS.� RENDIMIENTO TÉRMICO ES

MENOR Y LOS EQUIPOS SON MÁS COSTOSOS.

� IMPOSIBILIDADS DE PRECALENTAMIENTO.

� ALMACENAMIENTO Y MANIPULEO DIFICULTOSO.

LA MADERA. SE REALIZA EN AMBIENTE SIN OXÍGENO Y CON APORTE DE CALOR.

� CALENTAMIENTO DESDE 150 - 180°C A 450 – 500°C.

� RESTO SÓLIDO: CARBÓN Y GASES Y HUMOS.

� SUBPRODUCTOS.

COQUE

COMBUSTIBLE SÓLIDO.DESTILACIÓN SECA DE HULLAS

CON UN 22 – 26% DE MATERIALES VOLÁTILES. CÁMARAS CERRADAS FUERA DEL CONTACTO CON EL AIRE.

COMPOSICIÓN TÍPICA:CARBONO 85 – 90%VOLÁTILES 2%CENIZAS 8%AZUFRE 1%

CARBONES A 900 – 1250°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 DEL GAS EN BATERÍA DE COQUE:

HIDRÓGENO 57%METANO 27%CO 6%Poder Calorífico: 4200 Kcal/m3Hidrocarburos como etano, etileno,

amoníaco, alquitrán, etc.

REDUCCIÓN DEL CONSUMO DE COQUE

SE HA REDUCIDO DE UN VALOR DE 1000 KG/TON DE ARRABI O A UN VALOR APROXIMADO DE 500 KG/TON DE ARRABIO.

� MEJORANDO LA MEZCLA DE LA CARGA� MEJORANDO LA MEZCLA DE LA CARGA

� INYECCIÓN DE HIDROCARBUROS POR TOBERAS

� INYECCIÓN DE AIRE CALENTADO A ALTAS TEMPERATURAS (1 000 –1300 °C)

CoqueríaCoquería

CoqueríaCoquería

CoqueríaCoquería

CoqueríaCoquería

PeletizaciónPeletización

SinterizaciónSinterización

Materias Primas utilizadas en la elaboración del SinterMaterias Primas utilizadas en la elaboración del Sinter

SinterizaciónSinterización

Alto HornoAlto 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 continuo6 A 8 Horas para el descenso del material

ALTO HORNO

6 A 8 Horas para el descenso del materialProducción hasta 13000 tons. por díaDiámetro en vientre: 14/15 metrosAltura 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 – 1500ªCESCORIA:96% del total compuesta por SiO2 36%, CaO 40%, MgO 10%,Al2O3 10%GAS DE TOPE:Combustible

ALTO HORNO

ALTO HORNO

Reacciones de Reducción Directas

FeO + CO ======= Fe+ CO2CO2 + C ===== 2CO

FeO + C ======== Fe + CO

Reacciones de Reducción Indirectas (Reducción por g as)

3Fe2O3 + CO (H2 ) ======= 2Fe3O4 + CO2 (H2O )Fe3O4 + CO (H2 ) ======= 3FeO + CO2 (H2O )

FeO + CO (H2 ) ======= Fe+ CO2 (H2O )

C + 1/2O2 ==== CO

Alto HornoAlto Horno

ALTO HORNO

Entradas y salidas del Alto HornoEntradas y salidas del Alto Horno

Alto HornoAlto Horno

Alto HornoAlto Horno

CO2

Alto HornoAlto Horno

El CO toma oxígeno del monóxido dehierro volviéndosea transformaren

El proceso se regenera nuevamente

Detalle de reacciones químicasDetalle de reacciones químicas

hierro volviéndosea transformarenCO2. De esta manera, se libera hierropuro.

Al encontrarse el CO2 con el carbonodel coque, este se transforma en 2moléculas de monóxido de carbono.

Alto HornoAlto Horno

Alto HornoAlto Horno