DESGASIFICACION MADIAS

7/24/2019 DESGASIFICACION MADIAS

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Evolucin de los equipos de vaco para aceras:

Recirculacin y desgasificacinen tanque

Los equipos de vaco que se han impuesto en las ltimas dcadas en la siderurgia mundial son los RH-OB

en sus diversas variantes, cuando la principal tarea es descarburar el bao, y los desgasificadores en tanque,

procurando obtener aceros extremadamente limpios, con bajo tenor de hidrgeno y de azufre.

Sin embargo, hay ejemplos de aplicaciones cruzadas.

Introduccin

La aplicacin del vaco al acero lquido

responde a diversas necesidades. Ac-tualmente, los dos rasgos ms utilizados

son la posibilidad de descarburar el ace-

ro lquido hasta obtener unas pocas par-tes por milln de carbono, en la fabrica-

cin de los aceros de ultra bajo carbonodemandados por la industria automotriz

para embutido profundo, y la eliminacindel hidrgeno en los aceros ms sensi-

bles a este elemento.

Pero tambin los actuales equipos de va-co permiten eliminar la reoxidacin, que

puede tener lugar en otras instalacionesde metalurgia secundaria, como por

ejemplo los hornos de cuchara, debidoal contacto del acero con el aire cuando

se abre el ojo de escoria durante opera-

ciones de agitado con gas inerte. Estareoxidacin es ms importante cuando el

agitado es ms fuerte, como se requierepara reacciones que dependen de la inte-

raccin entre el metal lquido y la escoria,

como por ejemplo la desulfuracin.

Tambin es posible en vaco desoxidar el

acero recurriendo a menores adicionesde aluminio, ya que a medida que la pre-

sin desciende, el equilibrio entre el car-bono y el oxgeno disueltos en el acero

se modifica, y a igual valor de carbono,el contenido de oxgeno en equilibrio es

menor. As, se obtiene un acero ms lim-pio.

La disponibilidad de una lanza de oxge-

no permite en muchos de los equipos devaco realizar la tarea de calentamiento

del acero mediante la va de la reaccincon aluminio, eliminando as la necesi-

dad de un horno cuchara.

El uso metalrgico de la tecnologa delvaco arranc en 1928, con el desarrollo

de hornos de induccin bajo vaco, para

la fusin de metales muy oxidables [1]. Esel antecedente del proceso VIM (Vacuum

Induction Melting), que hoy se aplica parala obtencin de volmenes relativamente

pequeos de aceros de muy alta calidad.

actualizacin tecnolgica / acera

Con este artculo comenzamos una serie sobre actualizacin tecnolgica en distintas reas de las plantas siderrgicas de Amrica La-

tina, que servirn tanto de informacin para los no iniciados en cada tema, como tambin para algunos programas de capacitacin que

desarrollan ciertas empresas, sin contar los especialistas de reas, quienes seguramente sacarn provecho de la profusin de referencias

bibliogrficas y recopilacin de detalles de equipos instalados en nuestra regin.

Por Jorge Madas*

Jorge Madas.

* Director gerente de la empresa Metalurgia de Argentina.


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La aplicacin masiva del vaco para ace-ros comenz en Alemania, en las dca-

das 50 y 60. El objetivo principal en ese

entonces era asegurar un contenido bajode hidrgeno para dos tipos de acero par-

ticularmente sensibles a este elemento:los aceros para rieles y los aceros desti-

nados a productos forjados.

En esos aos diversas empresas desarro-llaron en paralelo variados procesos, que

se resumen en la Tabla 1.

A lo largo del tiempo algunos de estosprocesos han desaparecido y otros tie-

nen una aplicacin muy limitada; pre-dominan ampliamente los procesos de

recirculacin del tipo RH y los tanquesde desgasificacin. En el mundo hay ac-

tualmente 414 equipos de vaco en opera-cin, de los cuales 140 son de recircula-

cin del tipo RH, 15 de recirculacin tipo

DH, 243 del tipo tanque de desgasifica-

cin y 16 de desgasificacin en cuchara[2](Figura 1).

El espectro de utilizacin de los equipos

de vaco se fue ampliando con el tiempo

y hoy abarca un gran nmero de produc-tos (Tabla 2).

La forma ms usual de obtener el vaco

requerido en estos equipos es actual-mente a travs de eyectores de vapor, en

cuatro etapas. En algunas ocasiones enuna de estas etapas se usan bombas de

anillo lquido.

Tres mecanismos principales son res-ponsables de las reacciones gas-metal

(deshidrogenacin, desnitrogenacin,descarburacin) en los tratamientos de

desgasificacin [3]:

Hervido espontneo bajo el efecto del

vaco.

Desgasicacin mediante purgado

con gas en la interfase entre el metallquido y las burbujas de argn.

Desgasicacin de gotas proyectadas

en el recipiente de vaco por explosin

de burbujas.Para realizar la descarburacin en mejo-

res condiciones, generalmente la desoxi-dacin del bao se difiere y se procesa un

acero lquido con un nivel relativamentealto de oxgeno disuelto y una escoria de

relativamente alto contenido de FeO.

Equipos de recirculacin

(RH)

Dentro de los equipos de recirculacin,

los RH han desplazado a los DH debido

a las dificultades que presentaban s-tos para poder introducirles la lanza de

oxgeno, cuando sta result imprescin-dible para obtener carbonos ms bajos

Segn la ubicacin en el proceso Variantes

Procesos que actan sobre el chorro Durante el sangrado del hornode acero lquido Durante el trasvase a una cuchara

Durante el colado de un lingote

Procesos de desgasificacin RH (Rheinstahl - Heraeus)por recirculacin del acero DH (Dortmnd Hrder)en un recipiente ad hoc

Procesos de desgasificacin ASEA-SKF, Tanque (VD, VAD, VOD)en la cuchara

Tabla 1

Procesos de vaco para el tratamiento del acero lquido

Figura 1

Equipos de vaco que operan en la siderurgia mundial, por tipo de

proceso (Recirculacin RH, Recirculacin DH, Desgasificacin en tanque

(TD) y Desgasificacin en cuchara (LD). Basado en [2]

Productos largos Productos planos

Aceros aptos para forja Aceros de ultra bajo carbono

Aceros para rieles Aceros de extra bajo carbono

Aceros para rodamientos Aceros para chapa gruesa

Aceros para construccin mecnica Aceros para tubos soldados (medio cidoo grados API elevados)

Aceros para almas de acero Aceros para uso elctricode neumticos

Aceros de corte libre Aceros inoxidables de extra bajo carbono

Aceros para tubos sin costura

Tabla 2

Algunos tipos de acero que suelen procesarse en equipos de vaco

y procesos ms rpidos. Si bien unadescripcin detallada de estos equipos

puede encontrarse en [3], consisten b-

sicamente en un recipiente revestido derefractarios, con dos piernas (snorkel)

sumergidas en la cuchara (Figura 2). Lacirculacin del acero lquido es favoreci-

da por la inyeccin de argn a travs de

una de las piernas. El equipo consta deuna lanza de oxgeno, tolvas, alimentado-res y cintas para ferroaleaciones, salida

y enfriamiento de gases, bombas de va-

co para obtener hasta menos de 0,5 torren el recipiente, as como equipamiento

para posicionar la cuchara, subirla o ba-

jarla, una sala de comandos y equiposauxiliares.

En los ltimos aos, para mejorar laperformance de los RH, en trminos de

tiempo de proceso, porcentaje obteniblede carbono final y disponibilidad, se hanrealizado importantes modificaciones de

diseo.

RH

DH

TD

LD


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Figura 2

Esquema de un equipo RH

Figura 3

Esquema de un tanque desgasificador: recipiente metlico con tapa,donde se introduce la cuchara; sello entre tapa y recipiente;

tolva para ferroaleaciones

Entre ellas se destacan tanto el aumen-to del dimetro de las piernas, lo que

permite aumentar la velocidad de recir-culacin del acero lquido y acelerar el

proceso [5, 6]como el aumento de la altura

de los recipientes para acomodar unalanza de oxgeno, lo cual acelera la des-

carburacin.

Tambin es relevante la incorporacin deun equipamiento de prevaco, para elimi-

nar la demora en iniciar la recirculacindel acero y as producir vaco en el reci-

piente, en las tolvas y en el sistema deextraccin [5], as como la introduccin de

quemadores, con el objetivo, en algunoscasos, de disminuir la formacin de de-

psitos producto de las salpicaduras en

la parte superior del recipiente y, en otroscasos, para disminuir las cadas de tem-

peratura en la parte inferior del recipien-te entre coladas, y as prolongar la vida

del revestimiento refractario, evitando laexfoliacin del mismo (spalling) [5, 7].

Otras tendencias relacionadas son: el re-

forzamiento de los enfriadores de gasesde escape [7], el alargue de la vida til de

los refractarios por cambios en su formu-lacin y mejoras en las tcnicas para su

reparacin, as como el reemplazo de re-fractarios de MgO-Cr2O3por refractarios

de MgO-C [9-11].

Finalmente, cabe destacar la introduc-cin de eyectores de vapor con capaci-

dad de succin variable, con el objetivo

de minimizar el salpicado debido a la altaformacin de monxido de carbono du-

rante la descarburacin (RH-SC, SplashControl) [8]y el uso de modelos dinmicos

para el control del proceso [12].

Los RH se integran en las plantas de di-versas maneras: pueden ser la nica he-

rramienta de la metalurgia de cuchara,o complementarse con una estacin de

tratamiento, un horno cuchara o un equi-po de calentamiento qumico.

Dependiendo sobre todo de la produc-

tividad requerida, la estacin de vaco

puede consistir de un nico recipiente;una nica posicin de tratamiento perocon dos recipientes para cambio rpido,

o de dos posiciones de tratamiento, cada

una con su recipiente, compartiendo unanica instalacin de vaco [4].

Tanques de desgasificacin

Si bien en [13]se puede ver una descrip-cin detallada de un equipo de este tipo,

la instalacin consiste bsicamente deun tanque donde se ingresa la cuchara,

con tapa y anillo para sellado. Como enlos equipos de recirculacin, disponen

tambin de tolvas, cintas y alimentado-

res para adicin, extraccin de gases,bombas de vaco, sala de comandos, etc.(Figura 3).

Tpicamente, la disponibilidad es de unsolo tanque y una sola instalacin de

vaco, con la excepcin de algunas plan-tas, en las cuales por requisitos de alta

produccin disponen de dos tanques ge-

melos [15].

Dentro de los distintos tipos de tanquesde desgasificacin, existe una cierta

tendencia a la disminucin de los VAD(Vacuum Arc Degassing) y su reemplazo

por los VD [16]. Los VAD incluyen la posi-

bilidad de calentamiento del acero lqui-do mediante arco elctrico, funcin que

en las plantas con VD se suele hacer enun horno cuchara, separadamente. Los



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Tabla 3

Comparaciones entre equipos de recirculacin y tanques de desgasificacin

Concepto Recirculacin (RH) Tanque desgasifcador (VD)

Inversin Ms alta Menor

Espacio Mayor Menor

Borde libre de cuchara Ms altoConsumo de refractarios Alto Menor vida de cuchara

Descarburacin Rpida Ms lenta o menor

Calentamiento qumico Si No

Calentamiento elctrico No Slo en los VAD

Eliminacin de hidrgeno Buena Muy buena

Desulfuracin Si hay inyeccin de polvo Por reaccin metal-escoria,excelente

Desoxidacin Buena Excelente

Control de nitrgeno Pobre Bueno, si Oy Sbajos

Mantenimiento Importante Poca atencin entre ciclos

Prdida de temperatura Importante Menor

Precalentamiento Necesario No se hace

Problemas operativos Salpicado y formacin de depsitos Espumado de la escoria

equipos en los que la desgasificacin sehaca directamente en la cuchara, sin in-

troducirla en un tanque, como los ASEA-SKF, tambin tienden a ser reemplazados

por los VD. En las aceras que producen

aceros inoxidables o aceros de ultra bajocarbono, los VD suelen disponer de una

lanza de oxgeno y en ese caso se los de-

nomina VOD.

Comparaciones

En la Tabla 3se presentan algunas com-paraciones que se han hecho entre los

equipos de recirculacin y los tanques dedesgasificacin.

En definitiva, es claro que los equipos de

recirculacin tienen mejores condicionespara la descarburacin y el calentamien-

to qumico, en tanto que los tanques des-

gasificadores se prestan ms para la eli-minacin de hidrgeno, azufre, oxgeno

y nitrgeno. As, estn quienes han pre-ferido tener lo mejor de ambos mundos

bajo un mismo techo, como es el caso,por ejemplo, de la planta Kwangyang de

POSCO, donde operan en serie un RH yun VD (Figura 4)[7].

Equipos de vaco

en Amrica Latina

En la Tabla 4se resumen los equipos de

vaco que operan actualmente en Am-rica Latina, de acuerdo a la informacin

disponible al realizar este informe [2]. De24 equipos, 18 operan en Brasil, 4 en

Mxico, y los dos restantes en Argentinay Cuba. Existen 13 de desgasificacin en

tanque, 10 de recirculacin tipo RH y unode recirculacin tipo DH. Mientras los

equipos de recirculacin RH estn ins-

talados en plantas que producen acerosplanos al carbono, los desgasificadores

en tanque predominan en plantas que fa-brican productos largos para la industria

automotriz, tubos para el petrleo, y pro-ductos planos de aceros especiales.

Se trata de equipos modernos, mayorita-

riamente instalados en los aos 90 y eneste siglo, varios de ellos con moderni-

zaciones recientes. Las prcticas difie-ren de planta a planta. Por ejemplo, en

lo que refiere a tanques, TenarisTamsadesgasificaba el 20% de su produccin

en 2004 [13], en tanto que Gerdau Aos

Especiais Piratini desgasifica prctica-mente el 100% de las coladas. Las plan-

tas que operan con RH en la regin losuelen utilizar parcialmente, ya que slo

los emplean para las coladas de aceros

de ultra bajo carbono y de aceros parachapa gruesa.

Figura 4

Disposicin de equipo de recirculacin RH (derecha)

y tanque desgasificador (derecha) en POSCO Kwangyang [8]


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Tabla 4

Caractersticas de equipos de vaco en operacin en la siderurgia latinoamericana,

basado en [2]y otras fuentes

Empresa Planta Equipo Marca Ao Cap. Ut. Aceros

(t) (%)

Aceros Zapla Palpal DH PENSA 1984 20 Parc. Aptos para forja

ACINOX Tunas Tanque (VOD) Danieli 1991 60 Parc. Inoxidables

Aos Villares Mogi das Cruzes Tanque (VD) Messo 1996 70 Parc. Construccin mecnica

Aos Villares Pindamonhangaba Tanque (VD) Leybold 1989 95 Parc. Construccin mecnicaConcast 2003

ArcelorMittal Monlevade Tanque (VD) Parc. Al carbono

ArcelorMittal Tubaro RH KTB MDH 1998 300 Parc. Ultra bajo carbono

ArcelorMittal Tubaro RH T-COB VAI 2007 320 Parc. Ultra bajo carbono

ArcelorMittal Timteo Tanque (VOD) Messo 1980 80 Parc. Al C, inox. ultra bajo carbono y al silicioInox Brasil MDH 1995

ArcelorMittal Timteo Tanque (VOD) Danieli 1998 80 Parc. Al C, inox. ultra bajo carbono y al silicioInox Brasil

ArcelorMittal Lzaro Crdenas RH TOP SMS Mevac 2004 220 Parc. Ultra bajo carbono y acerosmicroaleados para tubos

CSN Volta Redonda RH KTB SMS Vacmetal 1998 225 Parc. Ultra bajo carbono

COSIPA Cubato-Aciaria 1 RH Messo 1986 130 Parc. Al carbono y microaleados

COSIPA Cubato-Aciaria 1 RH Messo 1987 130 Parc. Al carbono y microaleados

COSIPA Cubato- Aciaria 2 RH T-COB VAI 2003 160 Parc. Ultra bajo carbono y chapa gruesa

Gerdau Aominas Ouro Branco RH Vacmetal 1987 215 Parc. Al carbono y microaleados

Gerdau Aos Charqueadas Tanque (VD/VOD) MDH 1994 65 Total Aptos para forja, construccinEspeciais Piratini 2003 mecnica, de corte libre, inoxidables,

rodamientos

Industrias C.H. Tlalnepantla Inoxidables

TenarisTamsa Veracruz Tanque (VD-OB) SMS Demag 2001 150 20% Tubos petroleros de acero al Cy microaleados

Ternium Puebla Tanque (VD) Danieli 1998 140 Parc. Aptos para forja, construccin

mecnicaUSIMINAS Ipatinga- Acera 1 RH Vacmetal 1980 80 Parc. Chapa gruesa

USIMINAS Ipatinga Acera 2 RH KTB Vacmetal 1984 180 Parc. Aceros de ultra bajo carbonoVAI 2005

Villares Metals Sumar Tanque (VAD/VOD) 23 Total Aceros para vlvulas

Villares Metals Sumar Tanque (VAD/VOD) 23 Total Aceros para vlvulas

V&M do Brasil Barreiro Tanque MDH 1993 75 Parc. Tubos petroleros de aceros al Cy microaleados

La literatura refleja diversas contribu-ciones latinoamericanas en el campo

del vaco: experiencias de arranques deequipamiento [14], trabajos de mejora con-

tinua [15]y modelizaciones [16, 17].

Conclusiones

Los equipos de vaco que se han impues-

to en las ltimas dcadas en la siderur-gia mundial son los del tipo RH, cuan-

do la principal tarea es descarburar el

bao, y los desgasificadores en tanque,cuando se procura obtener aceros extre-

madamente limpios, con bajo tenor de

hidrgeno y azufre. Sin embargo, existenejemplos de aplicaciones cruzadas.

En los equipos RH, luego de la intensaactividad de incorporacin de lanzas de

oxgeno y los cambios de diseo paraacomodar mayores volmenes de gases,

se ha trabajado intensamente en el de-sarrollo de materiales refractarios libres

de cromo, tendientes a disminuir los con-sumos especficos. Se han logrado altos

niveles de automatizacin.

Problemas operativos generados por lassalpicaduras en los RH y los desbordes

de escoria en los tanques, han sido moti-vo de desarrollos recientes.

Se puede prever que la utilizacin del

vaco tender a incrementarse cuantitati-vamente producto del aumento mundial

de la produccin de acero, pero tambin

debido a la incorporacin de nuevos gra-dos de acero a medida que los requisitos

de calidad en determinadas aplicacionesse hacen ms exigentes.

La siderurgia latinoamericana es una im-

portante usuaria de este proceso, parti-cularmente Brasil y Mxico.

Referencias

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236.

[2] Lista de equipos de vaco en side-

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M.V. Auad, N.J. Heleno, R. C. Assis.

Utilizao de produtos do sistemaMgO-C no desgaseificador RH da

Gerdau Aominas. 37 Seminrio

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matical model for the degassingprocess validated in the plant of

Gerdau Aos Especiais Piratini.16th IAS Steelmaking Conferen-

ce, Rosario, Argentina, noviembre2007.



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Energy efficiency, reduction of environ-

mental impact and higher product qua-lity will be the drivers of innovation in the

steel industry over the next few years.The increasing demand for energy and

its consequent increase in prices arepushing steel companies to develop new

solutions. The efficient use of resourcesis an integral part of Tenovas mission

and this paper presents three examples

of how Tenova is approaching the expec-ted new energy world scenario where oil

prices are growing far beyond US$ 100 abarrel with improvements in melting pro-

cesses in the electric arc furnace (EAF),environmental friendly combustion tech-

niques and hot recovery.

EAF Melting

The target for reducing electrical con-

sumption with its resultant abatement

of CO2 emissions requires a significantR&D effort by Tenova in EAF melting te-

chnology. The expansion of steel produc-tion using the EAF versus the integrated

blast furnace - oxygen steelmaking (BOF)route has contributed to a decrease in

overall energy consumption for steel pro-duction.

Some key figures are presented in Table

1to illustrate this.

Options for further reductions in ener-gy consumption in the EAF are possible

with improved electrical energy transfer,better post combustion practices and by

preheating the scrap charge.

Tenovas approach

to the future energy scenario

This paper reviews three of Tenovas energy saving technologies for electric arc furnaces and reheat furnaces arguing that

improvements in existing technologies through its in-house R&D as well as strategic acquisitions of high performance

technologies best serve its customers.

Table 1

Theoretical and practical energy requirement of different

steelmaking routes

* Tenova, R&D, Via De Marini, 53 16149 Genova, Italy Tel +39 010 6054871 Fax +39 010 6054926. E-mail: [email protected] www.tenovagroup.com

Process Energy (GJ/t product)

Actual Absolute % Practical %

energy minimum difference minimum difference

requirements

Liquid Hot Metal (5% C) 13-14 9,8 25-30 10,4 20-26

Liquid Steel (BOF) 10,5-11,5 7,9 25-31 8,2 22-29Liquid Steel (EAF) 2,1-2,4 1,3 38-46 1,6 24-33

Hot Rolling Flat 2,0-2,4 0,03 99 0,9 55-63

Cold Rolling Flat 1,0-1,4 0,02 98-99 0,02 98-99

18-8 Stainless Melting 1,2 1,5

Notes:Actual includes yield losses and is the average of state-of-art and less-efficient operations for theUnited States. Japan and Europe.BOF energy is primarily from hot metal, actual process consumes 0,2 to 0,4 GJ/t and, if CO is oxidized toCO2, could theoretically produce 0,5 GJ.For 18-8 stainless no estimates are available, in particular for HCFeCr.In all cases, full credit is taken for the energy in off gas.Source: Fruehan, US DoE, March 2000.

To reach this result no revolutionary

breakthrough process is required butrather the simultaneous contribution of

suitable advanced technologies and an

intelligent management of the meltingprocess.

Within this scope Tenova offers a number

of important key technologies:

Consteel:Continuous scrap prehea-

ting and charging.

Koester (KT) lances: Tenovas pro-prietary lances for injecting oxygen

and carbon to optimise the chemical

package.

EFSOP: A highly reliable and wellproven real time off-gas measurement

and control system.

One of the most important pillars ofTenovas EAF energy and environmen-

tal optimisation is the reliability of theEFSOP flue gas analysis system. Every

improvement is based on accurate mea-

surement of the relevant off gas chemicalcomposition and other process trends.

technological update / energy

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