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Una detallada descripción del proceso de fundición en cubilote para la recarburación de hierro reducido (dri) utilizando pellets prereducidos. Se abordan temas como la solubilidad de carbono en hierro, el efecto del silicio, la composición de los pellets dri y la fusión experimental en hornos piloto y industrial. El texto también incluye observaciones empíricas sobre el comportamiento del horno al aumentar el porcentaje de pellets.
Tipo: Resúmenes
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Introducción La cúpula (American Foundrymen ́ s Society, 1965) es un horno de cubilete cuya característica principal es su altura. Térmicamente es un intercambiador de calor a contracorriente. Durante la combustión, el aire entra por toberas y quema el coque en su interior liberando calor (Enríquez y García, 1993). El hierro introducido en la puerta de carga se calienta y se funde mediante los gases de combustión ascienden. El metal fundido gotea a través del lecho de coque y cae al baño, para posteriormente extraerse a través del orificio del conducto de descarga. El alto nivel de eficiencia térmica de este tipo de hornos permite la fusión de cualquier material. Químicamente, el cubilote es un reactor continuo. El hierro se mezcla con el CO de los gases que desprende el coque en combustión, se funde y se carburiza. El hierro fundido gotea a través del lecho de coque en llamas, absorbiendo más carbono en el camino. El tercer papel que desempeña el coque es mecánico, soporta el peso del baño fundido porque es el único componente introducido en el horno que permanece sólido a las temperaturas internas de operación. Desarrollo Contenido de carbono El contenido de carbono es función de la composición y temperatura de la escoria, las interfaces coque-líquido y las características del coque (Tartera et al., 1987; Álvarez et al., 2002). En la práctica no se
La experiencia demuestra que algunos elementos (V, Cr, Mn, Mo) favorecen la solubilidad del carbono en hierro, mientras que otros, especialmente Si, P y Al, la disminuyen fuertemente (Neumann, 1968). muestra el efecto que tienen el contenido de silicio y la temperatura del hierro sobre la solubilidad del carbono. Podemos ver que la solubilidad del carbono en hierro crece con la temperatura del hierro y disminuye con un aumento en el contenido de silicio. Otra forma de expresar la solubilidad del carbono en hierro es con la fórmula (Shibaev y Grigorovich, 2008): Empíricamente (Enríquez y Hernáez, 1982; Coon, 1983), sabemos que la absorción de carbono en el cubilote depende de la composición
del hierro base; las características y funcionamiento del horno y la calidad del coque. Las cenizas de azufre y coque actúan contra la recarburización. Sabemos que la temperatura de funcionamiento, la altura del hogar, el tamaño del coque y la altura del lecho de coque lo favorecen. Los fundentes, óxidos metálicos y óxidos de revestimiento forman la escoria que se combina con las cenizas de coque mejorando la reactividad del coque. La experiencia demuestra que factores como el enriquecimiento por explosión con oxígeno, la explosión caliente, la explosión equilibrada o la adición de fundentes aumentan el valor de la captura de carbono por el hierro; Si y P lo disminuyen (Levi, 1947; Leyshon y Shelby, 1972; Katz y Landefeld, 1985). Contenido de silicio El silicio en el hierro disminuye por oxidación y aumenta como resultado de la reducción de la sílice del refractario, cenizas de coque, escoria o ganga de DRI por el carbono presente en el coque y el hierro. Las reacciones son: La escoria, que es básica, tiende a combinarse con los óxidos ácidos de algunos elementos (sílice SiO2, alúmina Al2O3) sacándolos de la ecuación y alterando el equilibrio. Como consecuencia, la primera reacción reversible (oxidación del silicio) será forzada hacia la
talleres de fundición (Dahlmann y Hussmann, 1976; Pietsch, 1976; Enríquez y Tremps, 1995). Este proyecto consta de tres etapas: caracterización química y física de los pellets; fusión experimental en horno piloto y fusión experimental en horno industrial. Composición Los principales componentes de los pellets DRI son 88,24% de hierro total, 2,8% de carbono y 6,1% de ganga. Esta ganga está compuesta por 58,8% SiO2, 20,6% Al2O3, 6,3% CaO y 14,3% MgO. Es una ganga ácida. El Índice de Basicidad de Carter (IB) es la proporción de óxidos básicos y óxidos ácidos en una ganga o escoria. Se puede decir que:
Las fundiciones se han realizado en dos hornos de cubilote, primero en un pequeño experimento piloto y luego en un horno a escala industrial (Enríquez, 1975; Geck y Maschlanka, 1976; Enríquez y Crespo, 1998). Los funcionamientos en el horno piloto se realizaron en dos etapas consecutivas: capacitación del personal y montaje del horno, equipos auxiliares y de control, toma de muestras y fundidos experimentales, las cuales se describen a continuación. Las principales características dimensionales del horno piloto de cubilote son: útiles diámetro interior 385 mm, altura del hogar 450 mm y altura de la zona de precalentamiento 2010 mm. Tiene dos toberas gemelas a través de las cuales se inyecta una velocidad de chorro de 15 Nm min-1 de aire precalentado a 200 °C, contra una contrapresión interna de 19,6 mbar (soplador centrífugo, no compresor). El revestimiento refractario era de sílice/alúmina (85/15). El coque tiene índices MICUM M40 y M10 respectivamente iguales a 82 y 14, que son valores de un coque de buena calidad. El fundente es piedra caliza de un tamaño de 30 a 50 mm. Cada carga de metal pesa 25 kg. La producción es de 800 kg h- Carreras Se realizaron nueve corridas, cada una de 1000 kg (40 cargas metálicas), con proporciones variables de DRI y lingote por carga. El proceso seguido para la fusión del hierro fue el mismo que en anteriores tandas industriales con cargas convencionales, comenzando con un soplo de precalentamiento (10 Nm3 min-1) y continuando con el soplo total (15 Nm3 min-1) antes del vaciado. Cada
