Panorama de La Desoxidacion

5/14/2018 Panorama de La Desoxidacion - slidepdf.com

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1.- Introducción a la fabricación de hierro y acero : ¿Hacia donde vamos?

CAMBIO EN LAS CONCENTRACIONES DE OXIGENOEN LOS ÚLTIMOS 30 AÑOS

EL CONTENIDO DE OXIGENO EN EL ACERO FINAL ES UN INDICATIVODE LA SALUD INTERNA DEL MATERIAL

FUENTE: TOSHI EMI



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Esquema de

Horno de Cuchara

La metalurgia

secundaria cumple unpapel esencial en la

producción de acero

de alta calidad. Se

lleva a cabo en

diversos equipos,

como hornos decuchara,

convertidores e

instalaciones de

vacío.

2.2.- El Proceso de Refinamiento del Acero. La Metalurgia Secundaria, principios y equipos.



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2.2.- El Proceso de Refinamiento del Acero. La Metalurgia Secundaria, principios y equipos.



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n ¿Por qué desoxidar?

n Fuentes de oxígeno en el baño.

n Reduciendo el contenido de oxígeno.

n Reacciones de desoxidación.

n Efectividad de los desoxidantes.

n Cinética de desoxidación.n Desoxidación con Mn y Si.

n Limpieza del acero. Inclusiones.

n Origen, composición y tamaño de lasinclusiones.

n Resoluciones finales.

O2

2.2.2.- La Desoxidación



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¿Por qué desoxidar ?

En la fusión del acerose realiza una inyecciónmasiva de oxígeno al baño

A las altastemperaturas defusión parte deloxígeno puedequedar disuelto

Oxígenodisuelto en elbaño tiende aformar inclusionesy sopladuras en elsemi-elaborado

final

Es necesarioreducir elcontenido deoxígeno en el bañooriginalmente de400 a 1000 ppmhasta 25 incluso10 ppm

¡DESOXIDACIÓN!




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El Oxigeno .Desoxidación del acero.Después del efectuar el proceso de afino, nos encontramos con un baño

de acero en el que ha aumentado el contenido de oxígeno hasta límitesde oxidación que harán imposible su empleo una vez solidificado.Es necesario advertir que en el baño de acero, el oxígeno está presenteen forma disuelta y en forma de óxidos precipitados.El oxígeno disueltoseñala el grado de oxidación del baño y el combinado es parte de lo quese considera como pureza.

Eliminación del Oxígeno disuelto. Grado de Oxidación del baño.Aspectos a considerar

- Adición de elementos en forma de ferroaleantes ó solos muy afines conel oxígeno como es el caso del Silicio, el Manganeso,el Aluminio,etc.- Eliminación del oxígeno disuelto por medio de un proceso de

degasificación al vacío.- Eliminación del oxígeno disuelto por medio del carbono, para producir CO2.Este mecanismo se facilita por medio de un proceso dedegasificación al vacío.




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La desoxidación consiste en añadir al baño

líquido un producto que tenga una mayor capacidad que el Fe para reaccionar con elOxígeno. Dependiendo de los tipos de acero, sepueden usar : Aluminio , Silicio , Manganeso ,Calcio y otros.Al reaccionar cualquiera de esos elementoscon el Oxigeno se pueden formar diversos

compuestos que dependiendo de susvelocidades de nucleación y crecimiento ,densidad y puntos de fusión serán capaces deascender en el baño líquido y formar parte de laescoria. Sin embargo , cabe destacar que notodas las partículas llegan a tener el tamañocrítico para ascender , debido a las fuerzas de

roce y alas reacciones propias de desoxidacióny quedan formando microinclusiones de oxidoen el acero.

FeSi FeMnFeCr FeV

Al Ni

Ëscoria

Adiciones

Reacción principal :

x [ M ] + y[ O ] = < MxOy >

Acero Líquido



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Velocidad de Desoxidación

n La Velocidad dedesoxidación depende de:

n Agitación con Argón en elHorno Cuchara

n Escoria básica, con mínimo

contenido de FeO, SiO2n Sin embargo, para la

efectiva desoxidación conaluminio es necesaria unaescoria con una baja

actividad de oxígeno. Laescoria producida en losprimeros procesos contieneun alto contenido deoxígeno que es necesarioreducir.




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Reduciendo el Contenido de Oxígeno

Desoxidantes más utilizados:

Mn(FeMn)

Si(FeSi)Al

Más

económicos

Para algunos aceros

existe la opción dedesoxidar con Carbono(agregando coque albaño) para aprovecharla energía de lareacción:




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Aceros calmados al Aluminio

Baño Metálico

Escoria

[ O ]

(< Al2O3

>)

[ Al ]

[Al]inicial + [Al] añadido = [Al]final + [Al]eliminado

[Al] añadido = [Al]inicial - [Al]final + [Al]eliminado

2.2.2.- La Desoxidación:2.2.2.1.- El Aluminio. Reacciones fundamentales.



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La alúmina tiene un punto de fusión alto (2023°C) comparado con el de lastemperaturas de proceso (1600°C), por lo que siempre estará en estado sólido.Esto puede causar peligrosos taponamientos en las busas del horno cuchara quepueden causar desde aumentos del tiempo tap to tap, formación de clusters de

alúmina en el producto final (inclusiones) hasta pérdidas de las coladas en loscasos más severos.

El tratamiento con calcioayuda a evitar taponamientos enel HC por la formación dealuminatos de calcio

Es necesario mantenerse según el diagramabinario CaO – alúmina en la zona señalada en rojo,en la cual el contenido de calcio entre un 40 – 60 %y una temperatura entre 1397 – 1700 °C promoveráuna desoxidación líquida del baño.




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Modificación de Alúmina. Tratamiento con Calcio.n Como el aluminio es un desoxidante más

efectivo que el Mn o el Si, se hacenecesario reducir los óxidos de silicio y

de manganeso si están presentes en losrefractarios. Debe evitarse refractariosricos en sílica.

n Remover óxidos del acero líquido haciala escoria se hace más fácil si estos

óxidos están en fase líquida. Esto sedebe a que las partículas son menosdensas, y pueden coalescer másfácilmente para formar partículas másgrandes y estas flotarán a la superficiemás fácilmente; todo esto de acuerdo ala Ley de Stokes:

nη

ρ ν

18

2∂

=gd

donde:


Para convertir alúmina sólida existe lapráctica común de agregar Calcio al baño, estodebido a la formación de una fase líquida de

aluminatos de calcio de formas CaO.Al2O3,3CaO.Al2O3, 12CaO.7Al2O3 que contribuyena la desoxidación del baño y a la limpieza delacero final.

La velocidad de Flotación de la Inclusión es directamenteproporcional al cuadrado de su



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Inyección de CalcioEl Calcio es un potente desulfurante y desoxidante que es frecuentemente utilizado para

añadirlo al baño metálico en forma de varilla que contiene una mezcla de Calcio – Metal, o Ca – Si, y en algunos casos también se utiliza el polvo de Ca – Si. El Calcio tiene un punto de

ebullición a los 1491ºC el cual es menor que el punto de fusión del acero, de hecho, a latemperatura que se maneja en el baño para la fusión del acero, el Calcio ya es vapor. Por lotanto es necesario introducir el Calcio o sus compuestos lo más profundo que sea posible en elbaño cuando es añadido al acero, de tal forma la presión ferroestática previene la vaporizacióndel mismo en la superficie del baño.

La figura muestra un esquema de uno de los métodos de

alimentación del Calcio mediante el uso de alambre de Ca.


Tratamiento de Calcio utilizando alambre se logra inyectandoentre 0,15 a 0,5 kg de Ca por tonelada y dependiendo delgrado de acero. El éxito de este tratamiento depende de lacantidad de inclusiones de alúmina residual que seencuentren en ese momento en el acero.



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Efecto de lamodificación de la alúmina

o adición de calcio al bañoa dos temperaturasdiferentes:

La tendencia es que alaumentar la temperatura yla cantidad de calcio

añadido la formación dealuminatos de calcio se vefavorecida, por ende laformación de inclusionesde CaS es menor y elacero es más limpio.




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Desoxidación con Mn y Si

Hay gran cantidad de aceros para los cuales es muy importante laresistencia a la fatiga, por ejemplo los utilizados para fabricar rolineras opuntas de eje, y no sólo esfuerzos de tracción-compresión

Inclusiones de alúmina o de aluminatos de calcioremanentes en el acero final producen disminución de laresistencia a la fatiga

Se hace necesario buscar otrosdesoxidantes como Mn o Si

La meta aquí es …. AJUSTAR COMPOSICIONQUÍMICA Y CONTRIBUIR A LADISMINUCION DEL CONTENIDO DE

OXIGENO




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Sil icio como agente desoxidante

Baño

Metálico

Escori

a

[ O ]

(FeO)

[ Si ]

(< SiO2

>)

[ Fe ]

[Si]inicial + [Si] añadido = [Si]final + [Si]eliminado

[Si] añadido = [Si]final - [Si]final + [Si]eliminado

Eficiencia en la adición de lasFerroaleaciones

Eficiencia = (P.A.).TAL(36)

Kgs F.A. xPureza F.A.

Donde :P.A. = Puntos aportados por laferroaleaciónTAL = Toneladas de acero l íquidoKgs F.A. = Kgas de ferroaleación a añadir.Pureza F.A. = Pureza de la ferroaleación

2.2.2.- La Desoxidación: 2.2.2.2.- El Silicio.Reacciones fundamentales.



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Producir inclusiones de silicatos que estén en formalíquida a las temperaturas normales manejadas en la

metalurgia secundaria:

El gráficorepresenta la

influencia de lacomposiciónquímica de laescoria a una T de1500 ªC. Seobserva que

aumentando de 0.8a 1 la fracción deSiO2/CaO sepromueve laformación desilicatos líquidos

que contribuyencon la limpieza del

2.2.2.- La Desoxidación: 2.2.2.2.- El Silicio.Reacciones fundamentales.



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Manganeso como agente desoxidante

BañoMetálico

Escori

a

[ O ]

(FeO)

[ Mn ]

(< MnO

>)

[ Fe ]

[Mn]inicial + [Mn] añadido = [Mn]final + [Mn]eliminado

[Mn] añadido = [Mn]inicial - [Mn]final + [Mn]eliminado

Eficiencia en la adición de lasFerroaleaciones

Eficiencia = (P.A.).TALKgs F.A. xPureza F.A.

Donde :

P.A. = Puntos aportados por laferroaleaciónTAL = Toneladas de acero l íquidoKgs F.A. = Kgas de ferroaleación a añadir.Pureza F.A. = Pureza de la ferroaleación

2.2.2.- La Desoxidación: 2.2.2.3.- El Manganeso.Reacciones fundamentales.



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Eliminación del Oxígeno combinado. Aspectos a considerar

El oxígeno combinado es lo que se denomina como inclusiones y suprocedencia se debe a los mecanismos de desoxidación de lasinclusiones endógenas.

Su eliminación se puede hacer:- Descomposición de óxidos; para aceros de altos requerimientos senecesitan altos vacíos.- Flotación; es el mecanismo más probable y más posible.-Transformación de los precipitados para obtener inclusiones decomposición y morfología convenientes.

La Desoxidación



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Ejemplos de inclusiones en el productofinal

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