Que es el BOF?
BOF ( Basic Oxygen Furnace) Es el proceso proceso de fabricación de acero más reciente y más rápido en la actualidad. En este horno se cargan 200 toneladas de hierro fundido de primera fusión y 90 toneladas de chatarra. Entonces aquí es donde se sopla oxigeno puro en el horno durante aproximadamente 20 minutos a través de una lanza (tubo largo) la cual entra por uno de los costados del horno, enfriada por agua a una presión de aproximadamente 1250 kPa (180) Psi, a través de una tolva de alimentación se agregan productos fundentes, como la cal entre otros más.
La vigorosa agitación del oxígeno refina el metal fundido mediante un proceso de oxidación, en el cual se produce oxido de hierro. El oxido reacciona con el carbono en el metal fundido produciendo monóxido y dióxido de carbono. La lanza es retirada y el horno es vaciado inclinándolo para eliminar la escoria que quedo en el metal fundido, se inclina el horno pero en dirección opuesta.
El proceso BOF es capaz de refinar 250 toneladas de acero en 35 o 50 minutos. La mayor parte de los aceros BOF tienen bajos niveles de impurezas, por lo tanto son de mejor calidad que los aceros de los hornos de hogar abierto, se procesan a placas, hojalata, hojalata , y varias formas estructurales como por ejemplo: vigas en L y canales.
Los materiales que se usan en un horno de oxigeno básico son los siguientes: Los básicos que no pueden faltar son el mineral de hierro, la piedra caliza, y el coque. Algunos minerales de hierro
importante para este proceso son: taconita, limonita, hematita(Fe203), magnetita(Fe3O4) y la siderita (FeCO3) estos 3 últimos denominados según la nome nclatura química oxido ferroso férrico, oxido férrico y carbonato de hierro. Las principales funciones del horno de oxígeno básico (BOF) son para descarburar y eliminar el fósforo del metal caliente, y optimizar la temperatura del a cero de manera que ningún tratamiento adicional antes de la colada puede realizarse con un mínimo de recalentamiento o el enfriamiento del acero.
Las composiciones típicas y las temperaturas de la carga de metal caliente y roscados de acero son las siguientes: Arrabio
|Temperatura 1350-1400 °C |%C
|%Mn
|%Si
|%P
|%S
|4.7
|0.2-0.3
|0.2-1.5 |0.06-0.12 | 0.02
|%O |0.0
Acero | Temperatura 1620-1720 °C |%C
|%Mn
|%Si
|%P
|%S
|%O
|0.05
|0.1
|0.0
|0.01-0.02 | 0.01-0.02 |0.06
Historia:
El acero fue producido por el martilleo de hierro calentado. Con el tiempo la fabricación de acero con un proceso más moderno comenzó alrededor de 1850 con Bessemer en el que se procesaba el acero por soplado de aire a través de un baño de arrabio fundido contenido en un recipiente forrado con refractarios silíceo.
En 1879, Thomas introdujo el uso de base (dolomítica) el forro y un flujo de base, por lo que es posible utilizar el método neumático para refinar lingotes de hierro fundido.
El desarrollo principal fue la sustitución del aire por ox ígeno puro. Esto se desarrolló en 1952-53 en Linz y Donawitz en Austria, y contó con la parte superior de soplado de oxígeno a través de una lanza vertical, como la parte inferior de refractarios no podía soportar oxígeno puro. El proceso correspondiente es conocido como LD, o BOP, y representa la mayor parte de las capacidades instaladas en la actualidad.
En la década de 1970, se utilizaron toberas protegidas por un gas de hidrocarburo (propano o gas natural) o fuel-oil. El craqueo de este hidrocarburo enfría el refractario en la z ona de toberas. Los procesos correspondientes se conocen como OBM, Q-BOP y LWS. La Defosforación del metal caliente se desarrolló en Japón en la década de 1980. En esta operación del tratamiento previo es que en la mayor parte del metal caliente se elimina usando
el flujo de oxidantes (mezclas de mineral de hierro y cal) esto se hace en la cuchara de metal caliente antes de la carga en el convertidor.
Proceso:
El mineral, junto con la piedra caliza y el coque tienen en su conjunto el nombre de carga y se introducen en el alto horno por la parte superior. La forma y el tamaño de la carga están ya muy estudiados. Primero se muelen los minerales de hiero y la piedra caliza. Luego se producen aglomerados de uno a dos centímetros de diámetro, donde la caliza se incorpora junto con el mineral.
Con bandas transportadoras se lleva la carga, es decir las esferas del mineral y la caliza, y trozos de coque, hasta la parte superior del alto horno. Casi todo el alto horno se mantiene lleno de carga. Por la parte inferior, utilizando ductos llamados toberas, se introduce un soplo de aire caliente que fluye por los huecos que quedan entre las partículas de la carga. Sin embargo, el proceso es mucho más eficiente tanto en rapidez como en consumo de coque si se sopla aire caliente adicionado con un poco de oxígeno y, eventualmente, con hidrocarburos.
En el alto horno, el aire caliente sirve para producir la combustión del co que y para elevar la temperatura. El oxígeno del aire se combina con el carbono para producir el monóxido de carbono que, a su vez, reacciona con el óxido de hierro para producir hierro y bióxido de carbono.
Al salir del alto horno, los gases producidos po r la reacción del aire, caliente con el coque y el mineral de hierro no están totalmente quemados. Es común, que una cuarta parte de la mezcla de gases salientes sea monóxido de carbono. Este gas venenoso todavía puede quemarse, es decir, oxidarse, y el calor producido es aprovechable en el calentamiento del soplo del aire que entra. Con esto se logra además un beneficio para el ambiente al reducir las emisiones de monóxido de carbono.
Los gases que salen del alto horno son canalizados mediante duetos hacia enormes estufas donde se logra la combustión total de los mismos. Los gases se hacen pasar por cámaras para separar el polvo que arrastran. De esas cámaras se conducen a una de las estufas (los altos hornos se acompañan al menos d e dos estufas). Las estufas son cámaras de combustión revestidas, con tabiques refractarios con alta capacidad de absorber calor. Después de algunas horas de quemado de los gases la estufa alcanza altas temperaturas y en ese momento los gases se canalizan a otra de las estufas. Es entonces cuando el soplo del aire, que deberá entrar al alto horno, se pasa por la estufa para que se caliente al hacer contacto con las paredes de tabique refractario incandescente, y alcanza temperaturas superiores a los 1 000°C.
La parte más caliente del alto horno se localiza justamente arriba de las toberas y se conoce como, etalaje. Allí la temperatura alcanza los 1800°C, alrededor de 550 grados más de los necesarios para fundir el arrabio. En estas condiciones las esferas de la carga, originalmente hechas de óxidos de hierro y caliza, lloran (gotean) arrabio y escoria qu e se depositan en el crisol que está en la parte inferior del alto horno.
Materias Primas:
Podemos mencionar algunos minerales como la Hematita (Fe2O3), Magnetita (Fe3O4), Wustita (FeO), y se trabajara con el mineral que tengamos, el cual se transformará en los conocidos Pellets que se introducirán dentro del a lto horno, también utilizamos carbón, piedra caliza, gases de combustión,
Productos:
Arrabio y Escoria.
Reacciones Químicas:
Reacciones químicas con CO:
Reacciones químicas con H2:
3Fe2O3 + CO 2Fe3O4 + CO2
3Fe2O3 + H2 2Fe3O4 + H2O
Fe3O4 + CO 3FeO + CO2
Fe3O4 + H2 3FeO + H2O
Fe2O3 + CO 2FeO+ CO2
Fe2O3 + H2 2FeO + H2O
FeO + CO Fe + CO2
Fe2O3 + 3H2 2Fe + 3H2O
Cantidad de productos:
Los altos hornos pueden producir entre 800 y 1600 toneladas de arrabio cada 24 hrs.
No se tiene un dato exacto de la producción mundial de arrabio. En 1995, la producción mundial de arrabio fue de. 578 millones de toneladas. Esto incrementa cada hr y cada día.
Refrencias.
G. Peacey, W. G Davenport (1986) El Alto Horno de Hierro, Teoria y Practica. España
La Producción del Acero. (s.f).. Recuperado de http://bibliotecadigital.ilce.edu.mx/sites/ciencia/volumen2/ciencia3/080/htm/sec_7.htm
Alumno:
Miguel Ángel Hernández Castañeda
Profesor:
Lamberto Díaz Damacillo
Materia:
Introducción a la Ingeniería de Procesos Metalúrgicos
Semestre: 2013-2
Fecha: 25-02-13
