Afino del acero: Hornos de afino LD Cristina Castro Herrero
El afino del acero consiste en una serie de procesos que tienen como objeto purificar el arrabio obtenido en el alto horno, que es un producto de hierro fundido formado por una gran cantidad de impurezas y con un alto contenido en carbono, y a partir de él conseguir un acero con las especificaciones deseadas. El proceso LD comenzó comenzó a desarrollarse a mediados del siglo XX, desplazando prácticamente procedimientos como el Bessemer, Thomas y Martin-Siemens, ocupando actualmente el primer lugar en la producción mundial del acero. La novedad de este proceso radicaba en la utilización de oxígeno puro (99%) (99%) en lugar de la corriente de aire que usaban los métodos anteriores. Esta operación fue realizada por primera vez con éxito en 1948 por Robert Durrer, profesor del Instituto de Siderurgia de la Escuela Politécnica de Berlín, y un antiguo alumno suyo, Heinrich Hellbrugge. Sin embargo, el desgaste que sufría el revestimiento refractario del horno y el alto precio del oxígeno en aquella época, hicieron que no fuera hasta después de la Segunda Guerra Mundial cuando en las proximidades de dos ciudades austriacas, Linz y Donawitz, a las que debe precisamente su nombre, el proceso LD pudo confirmar confirmar los éxitos obtenidos anteriormente. Las partes de las que consta un convertidor LD son las siguientes:
Figura1. Partes convertidor LD
Figura 2. Vista aumentada parte 1
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1. Convertidor propiamente dicho, que a su vez está formado por: 1.1 Una parte superior troncocónica, donde está situada la boca del convertidor. 1.2 Zona central cilíndrica. 1.3 Fondo fijo del convertidor. 1.4 Piquera o agujero de colada. 2. Apoyos fijos donde descansan los cojinetes y el conjunto del convertidor. 3. Los cojinetes para el giro del convertidor. 4. Mecanismo de giro. 5. Lanza de soplado del oxígeno. Está constituida por un tubo de acero terminado en una boquilla de cobre sometida a una fuerte refrigeración mediante agua. Actualmente las lanzas tienen tres o cuatro orificios de salida. El oxígeno se suele soplar a una presión de 10 atm y la altura de la lanza varía entre 2 m al comienzo del proceso y 1 m al final. 6. Depósitos de almacenamiento de materiales auxiliares (ferroaleantes) y dispositivos de carga. 7. Campana de captación de humos e instalaciones de enfriamiento y depuración. 8. Caseta de mandos donde se realiza la maniobra. Los convertidores LD se construyen con chapas de acero de 30-50 mm de espesor y en la zona central suelen llevar un anillo metálico para su refuerzo. El mecanismo de giro permite 360º, por lo que en cada momento el convertidor puede adoptar la posición adecuada dependiendo de la operación que se esté realizando. La capacidad varía entre 30-300 t y el volumen del convertidor actualmente es de 0.6 m 3/t en el que el arrabio suele ocupar 1/5 de éste. En cuanto al interior del convertidor LD es importante señalar que está hecho de un material refractario básico formado por ladrillos de magnesia (MgO) recubierta por una mezcla de dolomina CaMg(CO3)2 y magnesia aglomerada con alquitrán. El espesor varía de 250 a 800 mm. La escoria en este proceso también ha de ser básica, de ahí que se añadan componentes como cal (CaO), óxido de magnesio (MgO) u óxido de manganeso (MnO). El funcionamiento del convertidor LD es el siguiente: 1. El horno se inclina desde su posición vertical y se hace la carga de la chatarra, después del hierro fundido y se vuelve a enderezar. 2. Se baja la lanza y se inyecta un flujo de oxígeno sobre la carga. 3. A continuación comienza la oxidación de las impurezas en el siguiente orden: en los primeros minutos del soplado se oxida el silicio (Si) y casi al mismo tiempo el manganeso (Mn). Después ocurrirá con el carbono (C), y por último con el fósforo (P), que es el que más tiempo tarda. Esto supone un problema ya que cuando se ha eliminado todo el fósforo, posiblemente los porcentajes que queden de silicio, manganeso y carbono sean demasiado bajos, por lo que es en este momento cuando se restituyen las cantidades necesarias de estos tres elementos y se añaden los elementos aleantes requeridos. 4. A los 20 minutos aproximadamente de iniciado el proceso se interrumpe el soplado, se sacan muestras para analizar el acero y la escoria, que es el material que se forma como consecuencia de la oxidación de las impurezas durante el proceso, y se mide la temperatura alcanzada. Si en ese momento la composición y la temperatura son las idóneas, se procederá a la colada del acero y de la escoria.
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Figura 3. Partes del proceso LD
En cuanto a las principales ventajas del horno LD cabe citar: - La calidad del acero fabricado con oxígeno es mejor que la del acero Bessemer o Thomas, y de un orden similar al de los aceros Martin Siemens. - Posibilidad de eliminación de azufre y fósforo en contraposición de lo que sucede en el horno Bessemer donde no se pueden eliminar estos elementos del acero. -El coste de una acería con convertidores LD es inferior a otra con hornos Siemens o eléctricos. Además las reparaciones de los convertidores LD son más sencillas. -Se trata de un proceso autogenerado: la energía térmica requerida es producida por el propio proceso. - Aumento de la temperatura de operación con respecto a los hornos Bessemer, Thomas y Martin Siemens lo que aumenta la velocidad del proceso de afino (menos de 40 minutos).
BIBLIOGRAFÍA http://www.cmic.org/mnsectores/Agua/Semarnat/canacero/ESCORIAS2006.pdf http://es.wikipedia.org/wiki/Afino http://materiales.wikispaces.com/file/view/Horno+de+afino+LD.doc http://www.monografias.com/trabajos10/coma/coma.shtml#ace http://books.google.es/books? id=_e0h1WvbEpYC&pg=PA50&lpg=PA50&dq=hornos+afino+LD&source=web&ots=YeQ RL30fGm&sig=ZzhWRZ4k9SOk2p2rZLOlBDXL1I&hl=es&sa=X&oi=book_result&resnum=8&ct=result “Hierro, Aceros y Fundiciones”. J. Apraiz Barreiro. http://www.infoacero.cl/acero/hornos.htm
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