2 METALURGIA METALURGIA SECUNDARIA Y TERCIARIA
Dura Durant nte e la segu segund nda a mita mitad d del del sigl siglo o XX se pusi pusiero eron n en juego juego esfue esfuerz rzos os consi conside derab rable lese sen n la exploración y desarrollo de equipos y procesos de acería eléctrica; el horno de arco llegó a cifras inverosímil inverosímilmente mente bajas de consumo de energía y electrodos así como a duraciones duraciones de colada que no llegan a una hora como puede verse en la siguiente figura !
"asta entonces la colada se efectuaba íntegramente en el horno de arco seg#n la secuencia normativa! $arga %chatarra & escorificantes' (usión )eríodo oxidante %descarburación & defosforación' Desescoriado )eríodo reductor %desoxidación & desulfuración'
*juste de composición +asculación del horno a la cuchara 2
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,sta cuchara llena de caldo se traslada hasta la zona de colada donde llena moldes %fundición de moldeo moldeo' ' lingot lingoteras eras %colad %colada a de lingot lingotes es para para grandes grandes forjas forjas'' o colada colada contin continua ua %palanqu %palanquill illa a o planchón para laminación',n la década de los sesenta aparecen los transformadores .") %ultraalta potencia' con lo cual los horn hornos os de arco arco al igua iguall que que ante anteri riorm orment ente e lo hici hicier eron on los los oxic oxicon onver verti tido dores res se convi conviert erten en en m/quinas de fundir y oxidar transfiriendo el resto de trabajo de la colada a otro equipo; este segu segund ndo o escal escalón ón es el que que se ha dado dado en llam llamar ar 01et 01etal alurg urgia ia 2ecu 2ecund ndar aria ia3 3 o 01et 01etal alur urgi gia a en $uchara3-
4os métodos por los cuales se hacen las adiciones de aleantes y fundentes a fin de corregir las composiciones del acero y5o modificar las inclusiones también se han extendido y ahora incluyen la AS-OB B %*ju alim aliment entaci ación ón por alam alambre bre tubu tubula lar r adic adicio ione nes s de polv polvo o etcetc- ,l proce proceso so CAS-O %*just ste e de la composición por burbujeo sellado de argón 6 soplado de oxígeno' es una formaconveniente de 3
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realizar adiciones de aleantes en una atmósfera inerte mejorando así lalimpieza del acero y la 7tasa de recupe recuperaci ración8 ón8 de los compone componente ntes s agregado agregadoss- 4a tasa tasa de recupera recuperació ción n es la cantid cantidad ad del elemento agregado que realmente aumenta la composición del acero en lugar de perderse en la escoria la atmósfera etc-' 9eniendo niendo en cuenta cuenta que muchos muchos proceso procesos s de la metalu metalurgi rgia a secunda secundaria ria conduce conducen n a cambio cambios s significativos de temperatura con frecuencia es necesario recalentar el acero en la cuchara entre un proceso y otro y5o antes de la colada- :ormalmente se utilizan los siguientes dos métodos! recalentamiento eléctrico a través del horno cuchara y recalentamiento químico por inyección de oxígeno y aluminio %o silicio' que reaccionan exotérmicamente para generar calor-
Resumen de diferentes procesos de la metalurgia secundaria.
Desde el punto de vista de operación se consiguen mejoras en productividad ycostos tales como! 1. P*)35&-#3$3" • • • • •
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ptimización de las operaciones de acería1ayor aprovechamiento de los equipos productivosDisminución de los tiempos de colada tap6to6tap(lexibilidad óptima9rabajo 9rabajo m/s f/cil de las m/quinas de colada continua. C)2-)2" *horro de energía gracias al mejor control de temperaturas y el aprovechamiento eléctrico que conlleva1ayor recuperación de ferroaleaciones y posibilidad de utilizar ferroaleaciones m/s baratas4a eficiencia de estos procesos reduce las necesidades de control de calidadDesde el punto de vista de calidad estos procesos nuevos aportan mejoras a los aceros fabricados tanto en calidad química como estructural entre las que se pueden citar! 7. C$+3$3 8594&$" )osibilidad de encajar con precisión la composición química del acero fabricado$apacidad de alcanzar contenidos ultrabajos de carbono)osibilidad de defosforar a fondo2e realizan con gran facilidad las operaciones b/sicas %desoxidación y desulfuración' de la segunda etapa %fase reductora' de la colada4
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4os equipos nuevos est/n en condiciones de obtener una desgasificación completa especialmente de gases tan letales para la vida en servicio como hidrógeno y nitrógeno0. C$+3$3 '2-*5&-5*$+" 4a extracción completa del oxígeno del ba
2e deber/n agregar algunos elementos a fin de lograr la composición final- * continuación se detallan las preguntas clave que deber/ responder=>ué aditivo5s puede utilizar para lograr la composición final? =>ué cantidad de aditivo %en @g' ser/ necesaria? =*fectar/ este aditivo a otros elementos? 2i la respuesta es afirmativa =a cu/ntos? =Dónde y cu/ndo se deber/ realizar la adición? =$ómo afectar/n las adiciones al costo la temperatura y la limpieza del acero?
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Tabla: Tasas de recuperación típicas para elementos agregados en aire por e!emplo" en el con#ertidor BO$ o en la estación de agitación% & ba!o #acío parcial o argón por e!emplo" en el desgasificador" horno cuchara o CAS-OB%.
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* Nótese que se trata de valores promedio solamente y que variarán de carga en carga. : Las tasas de recuperación son mayores cuando las adiciones se realizan bajo vacío (como en los desgasicadores! o en una atmós"era de #r protegida ($orno cuc$ara% &#')!% reduciendo consecuentemente la cantidad (y el costo! de la adición. Sin embargo% e+iste un costo asociado con el uso de este equipamiento que deberá ser compensado con las altas tasas de recuperación. &omo &omo regl regla a gene genera ral% l% las las adic adicio ione nes s más más cost costos osas as%% tale tales s como como ,eNb ,eNb%% ,e-o ,e-o%% etc. etc. se realizarán en ambientes protectores.
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tros elementos tales como el carbono oxígeno azufre hidrógeno fósforo y nitrógeno necesitar/n ser eliminados a fin de lograr la composición final,liminación de diferentes elementos=>ué proceso o secuencia de procesos es el m/s efectivo para la eliminación del elemento en cuestión? =$u/ =$u/le les s son las prin princi cipal pales es varia variabl bles es del proces proceso o %tal %tales es como como la pote potenc ncia ia de agit agitac ación ión la compo composi sici ción ón quím químic ica a de la escor escoria ia y su peso peso sopl soplad ado o de oxíg oxígen eno o etcetc-'' y cómo cómo afec afecta tan n la eliminación? =*fecta la composición actual y5o temperatura del acero la cinética? 2i la respuesta es afirmativa =en qué medida la afectan? )or la mitad del s- XAX aparecen aparecen métodos y equipos equipos de fabricación fabricación de acero- )rimero la optimización optimización del horno alto equipos y preparación de cargas sustitución del carbón vegetal por el coque4a opti optimi miza zaci ción ón come comenz nzó ó a prin princi cipi pios os del del s- XAX XAX simu simult lt/n /nea eame ment nte e se prod produj ujo o la apar aparic ició ión n de los los convertidores +essemer 9homas después esto hizo posible la fabricación masiva de acero a partir del arrabio de los hornos altos- ,sto generó grandes cantidades de chatarra *parecen casi casi simult/neamente simult/neamente los hornos hornos 2iemens61artin 2iemens61artin permite reciclar esa chatarra chatarra a la vez que podían podían actuar como unidades de conversión de arrabio en acero en serie con el horno alto-
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8 D' '2-$ =)*4$ 25*/'*)% +$2 -*'2 #9$2 &+>2&$2 3' =$:*&$&?% 3' $&'*)"
1. 1ineral 1. 1ineral B "orno *lto B *rrabio B convertidor B *cero líquido. 1ineral . 1ineral B "orno *lto B *rrabio B 2iemens B *cero líquido 7. $hatarra 7. $hatarra %y a veces arrabio y mineral' B 2iemens B *cero líquido *l inicio el s- XX se desarrolló desarrolló la electricidad industrial industrial que propició propició la aparición aparición de los ,*( y los los de inducción)or la mitad de este siglo se mejoraron estos equipos junto con aumento de tama
)or la segunda mitad del siglo XX se pusieron en juego esfuerzos considerables en la exploración y desarrollo de equipos y procesos de acería eléctrica; el ,*( llegó a cifras inverosímiles bajas de consumo de energía y electrodos así como la duraciones de colada 0tap6to6tap3 que no llegan a una hora puede verse en el cuadro de la figura G-G * partir de GHHC la *cería 4D de 2AD,I*I inicia un plan sostenido del incremento de su producción producción cuyos par/metros par/metros m/s sobresalientes sobresalientes se resumen resumen en la siguiente siguiente tabla! tabla! Año Año 1993 2000 Producción anual(Tn/Año) 900.000 2.300.00 0 3 Soplo d !2 ("# /#in) 540 630 Tap Tap $o Tap Tap (#in) 45 34 %orno &uc'ara "o Si Principal por d colado (##) 180 200 locidad d colado (#/#in) 1*3 1*65
2e enlistan los procesos de 1etalurgia 2ecundaria procesos que pueden realizarse al vacío o a presión atmosférica-
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'rocesos #acío en metalurgia secundaria 4os procesos al vacío consiguen resultados notables incluso espectaculares en la consecución de los objeti objetivos vos descri descritos tos anteri anteriorm orment entee- 4os procedi procedimie miento ntos s realiz realizados ados a presió presión n atmosf atmosféric érica a no consiguen resultados tan brillantes- 2in embargo la relación resultados5inversión obtenida a presión atmosférica es compensatoria en una acería que fabrica aceros muy especiales sólo en ocasiones contadas que no compensan una fuerte inversión en equipos y operaciones- 9anto unos como otros pueden realizarse sin aportación térmica adicional o con caldeo posterior- 4os procesos m/s importantes son! (.). 'rocesos #acío sin aportación t*rmica Dentro de este conjunto hay dos grupos que son la desgasificación en vacío y lacirculación del acero! (.).). +esgasificación en #acío ,acuum +egassing" ,+% )ueden ser! ,st/ticos en c/mara desgasificadora sin agitación o con agitación la cual puede realizarse por gas o por inducción eléctrica,n chorro de metal %+ochJmer KereinfJr Lusstahlfabri@ation *L después (ried- Mrupp "JttenNer@e *L de +ochum' del horno a la cuchara de ésta a otra de colada o de ella a la lingotera %caso de grandes forjas'(.).. Circulación del acero ,sta circulación puede ser! Discontinua %Dortmund "Order 6 "Jttenunion D"' Iecirculación %Iuhrstahl 6 "erPus I"' la cual puede realizarse mediante insuflación de gas inerte %Las 4ift' o inductivamente %Anduction %Andu ction 4ift 9hermofloN )roceso 2to@es'(.. 'rocesos #acío con aportación t*rmica adicional 4a agitación y ebullición del acero en los procesos vacío provoca un enfriamientoque en algunos casos puede ser prohibitivo para las operaciones posteriores- )araobviar esta dificultad se han desarrollado los procesos con aportación térmicaadicional la cual puede realizarse por energía eléctrica o por inyección de oxígeno,n este grupo de procesos el calentamiento se hace posicionando la cuchara bajouna bóveda de horno de arco de di/metro igual que el de la cuchara todo ello encondiciones de vacío- *unque el fundamento de los procesos es el mismo el dise
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en la form forma a de mante mantene nerr el vací vacíod odur urant ante e la opera operaci ción ón-- )uede )uede deci decirs rse e que todos todos ello ellos s son variaciones de detalle delprocedimiento *2,*62M(*2,*62M(- 4os m/s importantes son! *2,*62M( *2,*62M(Desgasificación por *rco en Kacío %K*D'(in@l61ohr variante del K*DK*D2tein "eurtey 6 2-*-(2-*-(-,- ,lectric 2teel Qor@s(usión en Kacío %K1'Diado 4adle(urnace %4(' colaborando Davey1cMee ,lectromelt y Kacmelt,n este grupo se aprovecha el car/cter fuertemente exotérmico con que en condiciones de vacío se desarrolla la reacción Kacher6"amilton de combustión del carbono por el oxígeno inyectado sobre el ba
Descarburación por oxígeno en vacío KD$onvertidor descarburación por oxígeno en vacío KD$KD54D K*$ %,delstahlNer@6Iepublic 2teel' *2KK6I *KI *KI %*llegheny Kacuum Iefining'I"6+ %:ippon 2teel'4os efectos de creación de interfases aceleración de reacciones desgasificación desoxidación eliminación de inclusiones etc- se consiguen mediante inyección de argón y otros gases m/s o menos inertes que puede ir acompa
*l igual que ocurría en el vacío la inyección de gases o de materiales sólidos provoca un enfr enfria iami mien ento to del del ba
6"orno cuchara 4adle (urnace 4(10
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Las Iefining *rc (urnace LI*(LI*()roceso ++$6$,16AI2AD *rgon xigen Decarburisation *D %División 4inde .nion $arbide'$reusot64oire6.ddeholm $4.$*2 con inyección de oxígeno %$*26+' ,sta ,sta sección sección present presenta a las teoría teorías s cientí científic ficas as subyac subyacent entes es que se requie requieren ren a fin de comple completar tar exitosamente los tratamientos teórico6pr/cticos de la acería en el proceso de metalurgia secundaria.) C/lculo de las adiciones de aleantes 4os aditivos son agregados a la cuchara por diversos motivos! )ara ajustar la composición final del acero; )ara desoxidar el acero reaccionando con oxígeno y formando óxidos que ser/n absorbidos en la escoria; )ara modificar las inclusiones presentes en el acero-
,n el caso m/s simple donde se agrega un elemento puro en la cuchara la cantidad de aditivo que se necesita m aditivo se da simplemente por!
Donde RSX es el aumento requerido en NtS X %i-e- SX final 6 SX actual ' final 6 actual 0!emplo Suponga 1ue una cuchara de acero de 2"222 3g actualmente contiene 2.2)4 5i. 6Cu/nto 5i elemental debe agregarse para lograr una composición final de ).24 5i7
.).). Adiciones de aleaciones madre ,n muchos casos es m/s pr/ctico5económico realizar adiciones a través de T aleaciones madre U %fer %ferro roal alea eaci cion ones es' ' en luga lugarr de adic adicio ione nes s de elem elemen enttos pur purosos- %4as %4as aleac leacio ione nes s madre adre oferroaleaciones son mezclas de F o m/s componentes',n estos casos deber/ tomarse en cuenta la cantidad del elemento deseado en la aleación madre4a Ttasa Ttasa de recup recuper eraci aciónU ónU B es decir decir la cant cantid idad ad del del elem element ento o que que real realme ment nte e aume aument nta a la composición del acero líquido en lugar de perderse dentro de la escoria etc- B también necesita ser incluida en el c/lculo-
0!emplo 8na cuchara de acero de 2 toneladas m*tricas contiene 2.)49n 2.)49n durante la colada.Calcule colada.Calcule cuanto cuanto ferro ferroma manga nganes neso o de alto alto carbo carbono no C$e9 C$e9n% n% se debe debe agrega agregarr para para obtene obtenerr una composición de ).(49n. ,n la 9abla 9abla $ompos $omposici icione ones s y costos costos de aditiv aditivos os disponi disponibles bles vemos vemos que el "$(e1n "$(e1n contie contiene ne VW-E VW-ES1 S1nn- 4a tasa tasa típi típica ca de recu recupe pera raci ción ón para para el 1n es del del HES HES %en %en la 9abla bla 9asas sas de 11
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recup recupera eraci cion ones es típi típicas cas para para elem element entos os agreg agregado ados s la sust sustit ituc ució ión n de esto estos s valo valores res da como como resultado'!
.).).;
0!emplo 0n el e!emplo pre#io" calcule la cantidad de carbono incorporado. "$(e1n contiene W-VS$ %9abla $omposiciones y costos de aditivos disponibles' con una tasa de recuperación del HES %9abla %9abla 9asas 9asas de recuperaciones recuper aciones típicas para elementos agregados'-
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2in duda tal aumento en el carbono puede ser crítico en ciertos grados de acero de bajo yultra6bajo carbono- ,n tales casos ser/ necesario utilizar aleaciones madre deferromanganeso de alta pureza o bajo carbono.).).( Tiempos de agitación ,s impo import rtan antte tene tenerr en cuen cuentta que que las las adici dicion ones es de alea aleant ntes es hech hechas as en la cuch cuchar ara a no provocancambios instant/neos en la composición del acero sino que implican un determinado tiempode disolución *seg#rese de otorgar el tiempo suficiente para la disolución de las adicionesde aleantes en base a las siguientes tendencias! 4as adiciones de polvos alambres y partículas finas se disuelven m/s r/pidamenteque las partículas gruesas o barras; 4a agitación de la cuchara %es decir por burbujeo de argón' acelera el proceso dedisolución y es también esencial para homogeneizar la composición del acero líquido; 4os tiempos de mezclado aumentar/n a medida que la temperatura disminuye.sted podr/ contar con que las adiciones de polvo bien agitadas y realizadas a altastemperaturas se disuelvan m/s r/pido- 4as barras agregadas a temperaturas m/s bajas sinagitación tardar/n varios minutos en disolverse y el acero en la cuchara puede no habersehomogeneizado al llegar a la unidad de colada.).). Cuando hacer las adiciones 4as adiciones en la cuchara pueden realizarse durante el proceso de colada y en cada una delas unidades de la metalurgia secundaria %estación de lavado con argón desgasificadores $*26+ y horno cuchara',n general el ma&or #olumen de adiciones se realiza normalmente al momento de lacolada con adiciones =correcti#as> menores en etapas subsiguientes . ,s de vital importancia importancia considerar considerar si las adiciones se hacen antes o después de la desoxidación desoxidacióndel del acero.).).? 0fecto de enfriamiento de las adiciones 12
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4a mayoría de las adiciones en la cuchara resultan resultan en una disminución disminución de la temperatura temperatura delacero)ara esta simulación usted deber/ suponer que por cada G @g se produce unareducción de W$ en la temperatura temperatura del ba
Donde
*l reordenar los términos porresultado!
de la ecuación anterior en función de la actividad del oxígeno da
4a relación entre y a ha sido graficada para tres temperaturas diferentes en el Lr/fico -* partir de aquí se puede ver que la deso@idación con aluminio es m/s efica a ba!astemperaturas -
r/fico: Cur#as de e1uilibrio Al-O a tres temperaturas diferentes.
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C/lculo de la adicción de Al re1uerida desde una acti#idad inicial de O.
2upongamos una composición inicial de \ ppm de oxígeno y sin aluminio representada porel punto * en este diagrama.na adición de aproximadamente -HES de aluminio est/ representada en el punto +- $omola misma est/ bien por encima de la curva de equilibrio del *l6 el aluminio y el oxígenoreaccionar/n para formar *l F F C- 2uponiendo estequiometría F /tomos de *l %]E\ unidadesde masa' reaccionan con C de oxígeno %]\^ unidades de masa' de aquí surge la línea que bajaal punto $ B la compos composici ición ón de equilib equilibrio rio a esta esta tempera temperatur turaa- )or lo tanto tanto el porcent porcentaje aje enpeso enpeso de alumin aluminio io requerido para la desoxidación es!
*l calcular la adición total de aluminio requerida este valor debe agregarse a lacomposición de *l final %o residual' del acero0!emplo 8na cuchara de acero de 2 toneladas m*tricas con un contenido de o@ígeno de (2 ppm 2.2(4% 2.2(4% ser/ deso@idada con Al durante la colada. Si se supone una tasa de recuperación recuperación del Al del ?24 & una composición de Al final de 2.2(4" calcule la cantidad de adición de Al del D4 1ue se re1uiere. Aluminio para la deso@idación deso@idación desde la la ec. anterior% anterior% (E(D% F 2.2(4 G 2.2)4 H Aluminio final 2.2(24 ------------- G Total de aluminio re1uerido 2.2)4 *hora utilice la ecuación %E-G-G-F *diciones de aleaciones madre' para computar la masa de la adición de aleantes-
SUGERENCIA: ecuerde que a medida que el acero se en"ría luegode la deso+idación% el /producto de solubilidad0 #l) tambi1n disminuye. 2sto signica que el #l yel ) 14
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contin3an reaccionando% con la posibilidad de que se "ormenpartículas muy nas de #l4)5. # menos que estas partículas tengantiempo de 6otar a la supercie% quedarán atrapadas en el productonal.
4a eliminación del carbono disuelto desde el acero durante la desgasificación por vacío surgea partir de la siguiente reacción! Y$Z & YZ[$ %g' donde la constante de equilibrio est/ dada por!
)ara concentraciones bajas las actividades de $ y equivalen a sus concentraciones talescomo!
Concentraciones Concentraciones de e1uilibrio ICJ & IOJ a diferentes presiones. presiones.
4a velocidad de decarburación est/ dada por la siguiente relación!
Donde YS$Z f f ] la concentración de carbono luego del tiempo t YS$Z i i ] la concentración inicial de carbono YS$Z eq eq] la concentración de carbono en equilibrio 15
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@ $ ] la constante de reacción para la decarburación min 6G $ ] *l reordenar los términos de la ecuación anterior en función de la concentración de carbono finalda por resultado! YS$Z f f ] ] YS$Z eq _YS$Z eq 'exp%_@ 'exp%_@ $ t ' eq & %YS$Z i i _YS$Z eq $t' Donde Donde YS$Z YS$Z i y YS$Z YS$Z f f son son los los conte conteni nido dos s de carbo carbono no ante antes s y desp despué ués s de la deca decarbu rbura raci ción ón respectivamente YS$Z eq es la constante dereacción eq es el contenido de carbono en equilibrio y @ $ $ es para la decarburación- )ara los desgasificadores I" la constante de reacción est/ dada por la siguiente relación-
Donde >] velocidad de circulación del acero líquido en @g min 6G K b ] volumen del ba ] ^ @g min 6G Kb ] masa del acero 5 densidad ] FE 5 VF ] C\-V m C y q ] G^ min min6G- 2ustituyendo estos valores en la ecuación previa da como resultado!
0!emplo 6Cu/nt 6Cu/nto o tiempo tiempo lle#a lle#a decarb decarburi uria arr un acer acero o 2.2( 2.2(4C 4C hasta hasta obtene obtenerr un acero acero 2.22 2.224C 4C"" suponiendo un contenido de carbono en e1uilibrio I4CJ f fde d e 2.22)7
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$iertos grados de acero tales como aquellos utilizados para tuberías de gas y petróleo requieren de niveles muy bajos de azufre- 4a desulfuración en la cuchara est/ impulsada por la reacción química! C%$a'& FY*lZ& CY2Z [C%$a2' &%*l F ' ' F C ,n la pr/ctica esto se logra mediante! *dición de escoria sint*tica desulfurante basada en CaO durante el proceso de colada en la cuchara; +eso@idación con Aluminio del acero a muy baja actividad del oxígeno %caso contrario el *l reaccionar/ preferentemente con el '; 'otente agitación del acero en el tanque desgasificador a fin de mezclar muybien el metal y la escoria * continuación se describe el control del del proceso para cada una de estas etapas-
.sted tendr/ la opción de agregar escoria sintética basada en $a antes de la colada,specificar la masa de la escoria a agregar- $uanta mayor cantidad de escoria agregue mayor ser/ el azufre que podr/ eliminar sin embargo esto debe contrastarse con el costo de la escoria,specificar la composición de la escoria en función de la relación y *l F C- 4as escorias con mayor concentración de $a tienden a presentar una relación de distribución del azufre m/s alta 4 2 y por lo tanto son m/s eficaces en la eliminación del azufre- 2in embargo existe el riesgo de que la escoria se solidifique a niveles m/s altos de $a excepto que se mantenga una temperatura lo suficientemente elevada,n teoría la concentración de azufre en TequilibrioU YS2Z eq para una escoria determinada determinada est/ dada por!
Donde YS2Z ] la concentración inicial de azufre en NtS 42] la relación de distribución de azufre dada por %S2'5YS2Z Qs] el peso de la escoria en @g Qm] el peso del metal en @g 4a ecuación anterior puede ser reordenada en base a la cantidad de escoria requerida para obtener una concentración específica de azufre es decir estableciendo YS2Z final ] ] YS2Z eq eq!
,l valor de 42 es una función compleja de la composición de la escoria del contenido dealuminio disuelto en el acero temperatura etc- 2in duda a fin de minimizar la cantidad y elcosto de la escoria desulfurante a utilizar se requiere de un alto valor de 4 2- 1ediante laelección de una velocidad $a! *lFC aproximada de G-F la desoxidación completa del acerocon *l y la desulfuración a una temperatura bien por encima de los GW$ usted podr/lograr valores de E 4 2 y superiores0!emplo Si se toma una concentración de aufre en el proceso de colada de 2.22DKt4 & una relación de distribución del aufre" L S de 22" 6cu/l ser/ la mínima cantidad de escoria desulfurante 1ue deber/ agregarse en la cuchara de acero de 2 toneladas m*tricas a fin de lograr un ni#el de S aufre% de 2.22Kt47 .tilizando la ecuación anterior! 17
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5ota: 4a cinética de la desulfuración es tal que el nivel de TequilibrioU de -FNtS de azufre sólo se alcanzar/ en la pr/ctica luego de un tiempo infinito de agitación *ntes de la agitación a gitación en el tanque desgasificador el acero acer o deber/ d eber/ ser totalmente desoxidadocon el aluminio4a desulfuración es controlada por la transferencia de masa en la fase líquida- * fin de lograruna r/pida desulfuración es fundamental una buena agitación entre el metal y la escoria-,sto se logra por una potente agitación de gas argón en altos niveles de vacío dentro del tan1ue desgasificador 4a densidad de la potencia de agitaciónest/ dada como una función de la velocidad del flujode gas *r y de la presión en el tanque 4a constante de reacción de desulfuración @ 2 parece aumentar muy despacio con en valoresm/s bajos pero aumenta r/pidamente por encima de V Q tonelada métrica 6G- ,ste factorquiz/s se explica por el hecho de que se requiere de una determinada densidad de la potenciade agitación crítica para emulsionar la escoria y el metal- ,n esta simulación usted puedesuponer!
- % a '
- % b '
% c '
0!emplo 8na cuchara de acero de 2 toneladas m*tricas con 2.2)4S est/ cubierta con toneladas m*tricas de escoria desulfurante desulfurante con un #alor L S de de 22. Luego de la deso@idación" se in&ecta Ar con una densidad de potencia de agitación" Me1ui#alente Me1ui#alente a )22 N toneladas m*tricas -). Calcule el tiempo re1uerido para obtener 2.22;4S inicial. )rimero calcule @ 2 siendo ] G Q toneladas métricas 6Gusando la ecuación % b'-
*hora inserte este valor en la ecuación % c '!
:ota! 4a combi ombin nació ción de un fuerte rte burbuj bujeo de gas *r a presi esiones muy bajas en el tanquedesgasificador puede conducir a un exceso de espuma de escoria y al riesgo de que la escoriaTse derrameU de la cuchara- ,n la pr/ctica el nivel de vacío y la velocidad del flujo de gas *r enel enel tanque tanque desgasi desgasific ficado adorr tendr/n tendr/n que ser control controlados ados minuci minuciosam osament ente e a través través del proceso proceso 18
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deagitación a fin de evitar que esto suceda- )or lo tanto esto implica que la densidad de lapotencia de agitac agitación ión y la subsigu subsiguien iente te constan constante te de reacció reacción n @ 2 fluct#e durante todo eltratamiento de desulfuración y que la ecuación % c ' ya no sea de estado estacionario-
,l hidr hidróg ógen eno o disue isuelt lto o biatómicogaseoso!
es elim liminad inado o
del del
acer acero o
líqu líquiido por por
la form ormaci ación de
hidr hidróg ógen eno o
Donde
Relación entre la concentración de hidrógeno disuelto en e1uilibrio & la presión a)?22C. a)?22C.
,n la pr/ctica los desgasificadores modernos pueden alcanzar presiones mínimas de hasta-G atm- de tal forma que bajo óptimas condiciones operativas se pueden producir aceroscon niveles de hidrógeno por debajo de Gppm4a energía , requerida para elevar la temperatura del ba
4a #elocidad teórica de calentamiento puede escribirse entonces!
donde) es la energía calórica- De esta forma el aumento de temperatura en tiempo Rt est/dada por!
)or )or supu supues esto to que que el cale calent ntam amie ient nto o no es GS GS efic eficie ient nte e ya que que el calo calorr se pier pierde de haci hacia a loselectrod loselectrodos os la atmósfera atmósfera los refractarios de la cuchara cuchara etc- 4a eficiencia eficiencia del electrodo electrodo P est/ definida por la relación entre el calentamiento real y el teórico 19
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o bien bien expre expresad sada a en func funció ión n del del tiem tiempo po de cale calent ntam amie ient nto o para para el aume aument nto o de temp tempera eratu tura ra requerido R9 req req!
0!emplo La capacidad calórica del acero lí1uido" Cpes de apro@imadamente 2. 3N h toneladas m*tricas -) C -). Si la potencia del horno cuchara" ' es de 2 9N" calcule el tiempo re1uerido para calentar un baQo de 2 toneladas m*tricas m*tricas a )C" suponiendo una eficiencia eficiencia del electrodo del 4.
4a metalurgia terciaria terciaria también denominada metalurgia en artesa tiene por misión alcanzar los siguientes objetivos! ).-+isminuir el nmero de inclusiones en el lí1uido. .-0#itar la o@idación & nitruración del metal.
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;.-Contr ;.-Co ntrola olarr 1ue no se pro produ ducan can des des#i #iaci acione ones s en los por porcen centa! ta!es es de los ele eleme mento ntos s de aleación a!ustados por las operaciones de la metalurgia secundaria. (.-Realiar (.-Reali ar un seguimiento & si fuera preciso" un a!uste de la temperatura del caldo. )ara alcanzar estos objetivos se precisa utilizar! Lases tales como el argón para evitar la oxidación y nitruración del líquido y activar el mecanismo de flotación de las inclusionesDispositivos de calentamiento por inducción o plasma con objeto de controlar la temperatura1ecanismos de agitación neum/tica y electromagnética que garanticen la homogeneidad térmica y química del fundido2istemas de filtración cer/mica que permitan retener las inclusiones de menor tama
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exóg exógen enas as %esco %escori rias as y refr refrac acta tari rios' os' es igua igualm lmen ente te cier cierto to que que de form forma a simult simult/n /nea ea trab trabaj ajan an mecanismos de eliminación tales como! er#ido del metal desprendimiento de CO%. Captación por la escoria & el refractario. Coalescencia de las inclusiones. Coalescencia (lotación-
)ara eliminar las inclusiones presentes en el hierro líquido y lograr un acero limpio se pueden emplear los siguientes mecanismos! $lotación natural o forada%. Crecimiento de las partículas. Captación por una escoria o por el refractario. 9odificación & coalescencia. 4as inclusiones estables que presentan un tama
−
=
( f f es es la componente de flotación!
F f
=
4πr
3
ρ1 g
3
donde r es el radio de la inclusión l la densidad del metal líquido y g la aceleración de la gravedad 22
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( g es la componente gravitatoria! g es
F g
4πr =
3
ρ1 g
3
donde i es la densidad de la inclusión F s
( s es la fuerza de rozamiento de 2to@es!
=
6 πrηv
donde es la viscosidad y finalmente v es la velocidad de flotación de inclusiones esféricas!
v
2 =
9
2
gr ( ρ1 ρi ) η −
http!55oa-upm-es5G5G5+erciano9rempsG-pdf http:EEKKK.steeluni#ersit&.orgEcontentEhtmlEspaESS98seruide.pdf
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