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Convertidor LD

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1856: convertidor Bessemer

1950: Convertidor LD

1877: convertidor Thomas

Historia del Convertidor LD

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El procesamiento en el convertidor LD tiene por objeto afinar el metal caliente - arrabio producido en el alto horno – en acero líquido bruto.

Las principales funciones del Convertidor LD son:•La decarburación•La eliminación del fósforo del arrabio •La optimización de la temperatura del acero

Las composiciones y temperaturas típicas de la carga de arrabio y del acero colado son las siguientes:

%C %Mn %Si %P %S %O Temperatura/°C

Arrabio 4.7 0.2-0.3 0.2-1.5 0.06-0.12 0.02 0.0 1350-1400

Acero 0.05 0.1 0.0 0.01-0.020.01-0.02 0.06 1620-1720

Objetivo del convertidor LD

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Básicamente el método consiste en inyectar oxígeno gaseoso puro (99.5 %) a alta

presión, sobre un baño líquido de arrabio mediante una lanza que penetra por la boca

del convertidor.

El convertidor LD es un reactor abierto que se carga con un 80 % de arrabio líquido

a 1350°C y un 20 % de chatarra de acero a temperatura ambiente, que son los

aportadores del metal Fe.

La combustión de estos elementos con el oxígeno es la única fuente de calor en el

proceso LD

Descripción del proceso

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El recipiente está compuesto por una carcaza de acero, revestida internamente con ladrillos refractarios (magnesita o dolomita).

Volumen interno del recipiente: entre 7 a 12 veces mayor que el volumen del acero a procesar.

Capacidad típica: 200 a 300 toneladas métricas de acero líquido

Ciclo entre colada y colada: aproximadamente 30 minutos (período de soplado de oxígeno 15 minutos)

NarizLanza de oxígenoAnillo de

muñones

Muñón

PiqueraMecanismo basculante

Componentes de un convertidor LD

Secuencia de Operaciones

Secuencia de Operaciones

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Secuencia de Operaciones

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Secuencia de Operaciones

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Secuencia de Operaciones

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Secuencia de Operaciones

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Etapa TiempoInsumido

Cargadechatarrayarrabio 5.5

Sopladodeoxígeno 17.1

Tomademuestrasytemperatura 5.9

Coladadeacero 5.7

Vaciadodeescoria 2.2

Total 36.4

Secuencia de Operaciones

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§Se utiliza una lanza que consta de tres tubos concéntricos.

§Los orificios de las toberas se disponen en forma de abanico, inclinados sus ejes en un ángulo de 6º a 15º con respecto al eje de la lanza. Se obtienen de esta manera importantes mejoras:

•En el rendimiento metálico de la operación, •En el control de la formación de la escoria, •En la duración del revestimiento refractario, •En la homogeneidad de la composición química y de la temperatura del baño.

Diseño de la boquilla de la lanza

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§El oxígeno es inyectado a través del fondo del recipiente utilizando una serie de 14 a 22 toberas formadaspor dos tubos concéntricos.

§Mezclada con el oxígeno, la cal pulverizada es inyectada usualmente a través del baño líquido paramejorar la disolución de la cal y, por lo tanto, la formación de escoria durante el soplado.

§Un hidrocarburo fluido (gas natural, propano, fuel-oil) es mezclado con el oxígeno puro en la punta de latobera para lograr un efecto de enfriamiento y de ese modo proteger la tobera. Más tarde, el C y el Hliberados se oxidan.

Diseño de la tobera de soplado por el fondo

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1.- Metal Caliente

El metal caliente es hierro líquido procedente del alto horno saturado con hasta 4,3% de carbono y que contiene 1% o menos de silicio.

2.- Chatarra

A) Chatarra Doméstica

B) Chatarra del Sistema

3.- Fundente

Los fundentes utilizados son la Cal y la dolomita

Materias Primas

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4.- Ferro aleaciones

A) Ferromanganeso (80% Mn, 6% de C, el resto Fe)B) Silicomanganeso (66% de Mn, 16% de Si, 2% de C, el resto Fe)C) Ferrosilicio (75% de Si, el resto Fe).

Son adiciones que contienen hierro, en especial chatarra y mineral, calculadas paraajustar el balance térmico y obtener la temperatura de acero requerida.

5.- Oxígeno puro

Es inyectado ya sea a través de una lanza con múltiples orificios o a través de toberas en el fondo del convertidor

Materias Primas

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Una vez completada la operación de soplado, los materiales producidosson:

A) Acero líquido

B) Gas de escape rico en CO (entre 80 y 90%), recuperado a través de lacampana extractora cerrada o de combustión suprimida y esfrecuentemente usado en los quemadores de los hornos de recalentamiento

C) Escoria, vaciada del recipiente después del acero

Tanto el gas como la escoria constituyen valiosos sub-productos, siempre ycuando sean adecuadamente recuperados y almacenados.

Productos obtenidos

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Zona 1: Es la zona sometida a la acción directa del chorro de oxigeno.

Zona 2: El oxigeno disuelto en la zona 1 se difunde hacia esta zona y dondeel metal afinado se mezcla con el arrabio.

Zona 3: Es donde los óxidos formados se mezclan con la escoria.

Características metalúrgicas

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C + ½ O2 → CO

Otras reacciones de oxidación que se producen durante el proceso de afino incluyen:

Si + O2 → SiO2

2P + (5/2)O2 → P2O5

Mn +½O2→ MnO

Fe +½O2→ FeO

2Fe + (3/2)O2 → Fe2O3

Reacciones Químicas

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Materiales Refractarios• Estos materiales deben ser resistentes a distintas solicitaciones

mecánicas, químicas y térmicas.• Para poder escoger el revestimiento refractario adecuado para

los convertidores, es preciso conocer con la mayor exactitudposible las características de los materiales refractarios y lascargas del material en servicio.

• Hoy en dia el balanceamiento del revestimiento LD se haceexclusivamente por calidad

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Causas de desgaste en Refractarios

Desgaste físico: Por choque térmico o efectos mecánicos, el gradiente térmico crea dilataciones entre las capas del material y se producen fisuras en su interior

Desgaste Químico: las escorias van degenerando el refractario desgastándolo

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Zonas de máximo desgasteZona de carga del convertidor: la chatarra golpea con fuerza el revestimiento, además del choque térmico causado por el arabio.

Zona de Muñones: sufren ataque químico

Cono: se produce desgaste por efecto de la abrasión de los humos.

Boca de carga: se produce desgaste mecánico, al cargar la chatarra.

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Factores que influyen en la vida del revestimiento

Se pueden utilizar revestimientos de distinta calidades derefractarios según el desgaste al que esta expuesta cadazona del convertidor. Por ello es importante estudiar losperfiles de desgaste de cada convertidor.

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Factores operacionalesComposición del arrabio (% Si):Si el % SI es muy alto, el desprendimiento de calor es muy grande por oxidación del Si, con lo que es necesario agregar mas chatarra para que actúe como refrigerante, con lo cual el efecto del choque mecánico en la zona de carga será mayor.

Calidad del acero: Los niveles de oxidación de escoria y baño varían mucho en función a la calidad del acero que se desee fabricar.

Ritmo de producción: el revestimiento no esta sujeto a choques térmicos, si su ritmo de producción es elevado.

Utilización de colada continua: disminuye mucho la vida del revestimiento debido a las mayores temperaturas finales.

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Factores de tipo mecánico

Verticalidad de la lanza: si se produce una ligera inclinación, las reacciones se localizan en una zona determinada aumentando en ese lugar la temperatura.

Rampas de adición de fundentes: si se tiende a añadir la cal por la misma rampa siempre, la zona de mayor desgaste en los muñones se localiza en el muñón opuesto a donde caen las adiciones

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Técnicas de protección de refractarios

Evitar escorias agresivas: evitar contenidos muy altos de FeO a altastemperaturas y utilizar cal dolomítica como material de aporte para saturar laescoria de MgO.

Capa protectora de escoria: Mantener una escoria que contenga alrededor deun 20% de solidos durante el final del soplado ayuda a la durabilidad delmaterial.