ES2273014T3 - Procedimiento de tratamientos metalurgicos sobre un baño metalico. - Google Patents

Abstract

Procedimiento de tratamiento metalúrgico sobre un baño metálico, que comprende: un primer tratamiento que implica la presencia o la formación de una escoria ácida en la superficie de dicho baño metálico; y un segundo tratamiento que implica la presencia o la formación de una escoria básica en la superficie de dicho baño metálico; caracterizado porque se efectúan los dos tratamientos sin desescoriado intermedio simultáneamente en dos zonas separadas y asegurando en la superficie de dicho baño metálico una separación física entre una zona de escoria ácida y una zona de escoria básica.

Description

Procedimiento de tratamientos metalúrgicos sobre un baño metálico.

Campo técnico al que se refiere la invención

La presente invención se refiere de forma general a un procedimiento de tratamientos metalúrgicos sobre un baño metálico. Más particularmente, se refiere a procedimiento de esta clase que comprende un primer tratamiento que implica la presencia o la formación de una escoria ácida en la superficie de un baño metálico y un segundo tratamiento que implica la presencia o la formación de una escoria básica en la superficie de este baño metálico.

Estado de la técnica

Un procedimiento de este tipo es, por ejemplo, un procedimiento de tratamiento del acero bruto en caldero, en el que se efectúa un recalentamiento del baño de acero por aluminotermia antes de efectuar un tratamiento de desulfuración (es decir, un tratamiento para reducir el contenido de azufre) y/o de defosforación (es decir, un tratamiento para reducir el contenido de fósforo). Durante el calentamiento por aluminotermia, se hace reaccionar aluminio con oxígeno, lo que forma una escoria ácida de Al_{2}O_{3} en la superficie del baño de acero. Ahora bien, el tratamiento de desulfuración o de defosforación que necesita una escoria básica en la superficie del baño de acero, es inhibido por la presencia de una escoria ácida de Al_{2}O_{3} en la superficie del baño de acero. Por consiguiente, es necesario primeramente retirar la escoria ácida de Al_{2}O_{3} antes de poder comenzar el tratamiento de desulfuración y/o de defosforación. No obstante, tal desescoriado intermedio aumenta sensiblemente la duración total del tratamiento y no es posible en todo puesto de tratamiento metalúrgico.

Para aumentar el rendimiento de un recalentamiento por aluminotermia de un baño metálico en un caldero, es conocido realizar este recalentamiento bajo una campana (véase, por ejemplo, la patente US-A-4518422). Por inyección de un gas inerte, se forma primero una "ventana" en una capa de escoria inicial que recubre el baño metálico. Se baja entonces la campana por encima de esta "ventana" hasta que su borde inferior sea sumergido en el baño metálico. Los reactivos de la aluminotermia, a saber, el aluminio y el oxígeno, se añaden por debajo de esta campana. Al mismo tiempo, se efectúa una agitación del baño metálico por inyección de un gas inerte. Se apreciará que la campana permite efectuar el recalentamiento por aluminotermia bajo una atmósfera protegida y con un mínimo de pérdidas en el entorno. Cuando se termina el recalentamiento por aluminotermia, se retira la campana. La escoria alrededor de la campana se mezcla con la escoria de Al_{2}O_{3} formada debajo de la campana, lo que proporciona una escoria cuyo contenido inhibe un tratamiento de desulfuración y/o de defosforación subsiguiente por su contenido elevado de Al_{2}O_{3} (> 40%).

Otro procedimiento del tipo definido en el preámbulo es un procedimiento en el cual un baño de fundición bruta o un baño de ferroaleaciones debe sufrir a la vez una desiliciación por inyección de oxígeno (es decir, un tratamiento para bajar el contenido de silicio) y una desulfuración y/o defosforación. La desiliciación por inyección de oxígeno produce una escoria ácida de SiO_{2} en la superficie del baño metálico. Ahora bien, el tratamiento de desulfuración subsiguiente requiere la presencia de una escoria básica en la superficie del baño de acero y es inhibido por un contenido de SiO_{2} superior al 10%. Se sigue de esto que la escoria ácida formada durante la desiliciación debe ser retirada antes de comenzar el tratamiento de desulfuración. Como ya se ha explicado, tal desescoriado intermedio aumenta sensiblemente la duración del procedimiento y no es posible en todo puerto de tratamiento metalúrgico.

Objetivo de la invención

El objetivo de la presente invención es optimizar el desarrollo de un procedimiento metalúrgico en el cual un primer tratamiento implica la presencia o la formación de una escoria ácida en la superficie de un baño metálico y un segundo tratamiento implica la presencia o la formación de una escoria básica en la superficie de este baño metálico.

Exposición de la invención

Según la invención, este objetivo se alcanza efectuando los dos tratamientos sin desescoriado intermedio simultáneamente en dos zonas separadas y asegurando en la superficie del baño metálico una separación física entre una zona de escoria ácida y una zona de escoria básica. A fin de ahorrar el máximo de tiempo, los dos tratamientos tendrán lugar simultáneamente. Se apreciará que, en todos casos, se ahorra el tiempo necesario para el desescoriado intermedio y se pueden efectuar los dos tratamientos en un solo puerto de tratamiento metalúrgico que no esté necesariamente equipado para efectuar una retirada de escoria (el desescoriado final puede hacerse en otra parte).

En una realización preferida, uno de los dos tratamientos se efectúa debajo de una campana profunda cuyo borde inferior está sumergido en el baño metálico, y el otro tratamiento se efectúa alrededor de esta campana profunda. Esta campana profunda asegura la separación física entre las dos zonas de escoria en la superficie del baño, permitiendo a la vez efectuar uno de los dos tratamientos bajo una atmósfera protegido con un mínimo de pérdidas hacia el ambiente. No obstante, si no se quieren aprovechar estas ventajas adicionales de una campana profunda, no obstante, se puede utilizar también una simple pared de separación para asegurar en la superficie del baño metálico una separación física entre una zona de escoria ácida y una zona de escoria básica. Esta pared de separación puede cooperar con los bordes de un caldero metálico para dividir la superficie del baño metálico en dos zonas yuxtapuestas, o bien puede formar una especie de anillo para delimitar un "islote" en el interior de la superficie del baño metálico.

El primer tratamiento es, por ejemplo, un recalentamiento químico que se efectúa debajo de una campana profunda bajo una atmósfera protegida y que produce una escoria ácida debajo de esta campana. Por calentamiento químico se entiende aquí una oxidación fuertemente exotérmica de un elemento generalmente metálico, tal como, por ejemplo, el aluminio (aluminotermia) o el silicio (silicotermia).

El primer tratamiento puede ser también un tratamiento de desiliciación por inyección de oxígeno, en particular en el marco de un tratamiento de fundiciones o de ferroaleaciones (como, por ejemplo, el ferroníquel) con contenidos elevados de silicio. Este tratamiento de desiliciación por inyección de oxígeno se efectúa también ventajosamente debajo de una campana profunda cuyo borde inferior está sumergido en el baño metálico.

El segundo tratamiento es, por ejemplo, un tratamiento de desulfuración y/o de defosforación que hace intervenir una escoria básica formada, por ejemplo, por adición de cal, carbonato de sodio, magnesio, etc. Este tratamiento puede efectuarse alrededor de la campana profunda debajo de la cual se efectúa el primer tratamiento.

En el marco de un tratamiento de desiliciación por inyección de oxígeno, el tratamiento de desulfuración y/o de defosforación comprende ventajosamente la adición de caliza, en particular de castina, al baño metálico. Se trata de un agente desulfurante barato y muy eficaz, pero su descomposición en el baño metálico da lugar a una reacción fuertemente endotérmica que tiene tendencia a enfriar el baño metálico. Ahora bien, en combinación con una desiliciación por inyección de oxígeno, este efecto refrigerante no provoca apenas problemas, ya que la reacción de desiliciación, que es fuertemente exotérmica, produce de todas formas un exceso de calor.

Cuando se utiliza una campana profunda para asegurar en la superficie del baño metálico una separación física entre una zona de escoria ácida y una zona de escoria básica, se procede ventajosamente como sigue: se forma primero, por inyección de un gas inerte, una "ventana" en una campana de escoria inicial que recubre la superficie del baño metálico; se recubre esta "ventana" con ayuda de una campana profunda cuyo borde inferior está sumergido en el baño metálico; se efectúa uno de los dos tratamientos debajo de la campana profunda y el otro alrededor de la campana profunda, efectuando simultáneamente una agitación del baño metálico por inyección de un gas inerte; y, al final de los dos tratamientos, se detiene la agitación, se retira la campana profunda y se retiran inmediatamente después las dos escorias. La detención de la agitación antes de la retirada de la campana profunda permite evitar que las dos escorias se mezclen demasiado, lo que podría ser perjudicial para el resultado del procedimiento.

Otras particularidades y características del procedimiento según la invención se pondrán más claramente de manifiesto a partir de algunos ejemplos presentados a continuación a título ilustrativo, refiriéndose también a la figura 1 adjunta, que muestra una ilustración esquemática de la puesta en práctica de un procedimiento según la invención.

Descripción detallada de algunos modos de realización ventajosos de la invención

La figura 1 se utiliza para describir más en detalle, a título ilustrativo de la presente invención, el desarrollo de un procedimiento metalúrgico que comprende un tratamiento de desulfuración en caldero de un baño de acero bruto, precedido de un recalentamiento químico en caldero de este baño de acero.

En la figura 1 se ve un caldero metalúrgico 10 en un puesto de tratamiento metalúrgico durante la puesta en práctica del procedimiento arriba mencionado. En el estado inicial, este caldero 10 contenía un baño de acero 12 bruto procedente del convertidor o del horno eléctrico, así como una capa de escoria residual básica que recubre el baño de acero. En el puerto de tratamiento metalúrgico se ha formado primero por inyección de un gas inerte una ventana 14 en el caldero de escoria residual, es decir, que se ha liberado una zona de la superficie de baño de acero 12 al menos parcialmente de la escoria residual que la recubría. Por encima de esta ventana 14 se ha posicionado entonces una campana profunda 16, de forma que su borde inferior 18 sea sumergido en el baño metálico 12 en al menos 20 cm (cuanto más importante sea el borboteo del baño metálico 12, tanto más importante deberá ser la profundidad de inmersión del borde inferior de la campana 16). Queda por destacar que una ejecución posible de tal campana profunda 16 se describe, por ejemplo, en la solicitud de patente WO 98/31841, precisando, no obstante, que la campana utilizada en el presente procedimiento no debe ser necesariamente una campana giratoria.

Por debajo de la campana 16 se efectúa un recalentamiento del baño de acero por aluminotermia. A este fin, se añade aluminio y se insufla oxígeno bajo la campana 16, tal como se indica esquemáticamente por las flechas 18 y 20. Simultáneamente, se efectúa una agitación del baño metálico 12 con ayuda de un gas inerte que es inyectado, de preferencia con ayuda de una lanza lateral 22, en el baño metálico 12. El aluminio reacciona con el oxígeno en una reacción fuertemente exotérmica. Esta reacción da como resultado la formación de una escoria ácida de Al_{2}O_{3} por debajo de la campana 16. En la figura 1, esta escoria ácida de Al_{2}O_{3} se designa por la referencia 24.

Según el estado de la técnica, se volvía a subir la campana 16 al final del recalentamiento químico para efectuar una retirada de la escoria residual fuertemente contaminada con la escoria de Al_{2}O_{3} formada debajo de la campana 16. A continuación, se efectuaba el tratamiento de desulfuración sobre el baño de acero liberado de escoria. En efecto, es conocido que, para poder efectuar un tratamiento de desulfuración y/o de defosforación con ayuda de una escoria básica, es necesario que el contenido de Al_{2}O_{3} de esta escoria sea inferior al 40%.

Según la presente invención, se efectúa el tratamiento de desulfuración y/o de defosforación alrededor de la campana 16 sin efectuar una retirada intermedia de escoria. A este fin, se inyecta con ayuda de una lanza 26 un agente de formación de una escoria básica 28 en el baño metálico 12 alrededor de la campana 16. Este agente de formación de una escoria básica 28 puede ser, por ejemplo, cal, caliza, castina, carbonato de sodio, magnesio, etc. La campana 16 evita que la escoria ácida de Al_{2}O_{3} formada debajo de la campana 16 se mezcle con la escoria básica alrededor de la campana 16, lo que permite efectuar los dos tratamientos simultáneamente sin desescoriado intermedio. De preferencia, se acomete en primer lugar el recalentamiento por aluminotermia y se comienza el tratamiento de desulfuración y/o de defosforación en cuanto el baño de acero haya alcanzado una temperatura suficiente.

Al final del tratamiento de desulfuración y/o de defosforación, se detiene toda agitación del baño metálico 12 antes de volver a subir la campana 16. A continuación, se retiran las dos escorias juntas.

Cabe resaltar que el tratamiento efectuado bajo la campana podría ser también, por ejemplo, un tratamiento de desiliciación de fundición o ferroaleaciones, en particular de ferroníquel, por inyección de oxígeno. En este caso, el silicio reacciona con el oxígeno insuflado por debajo de la campana para formar una escoria ácida de SiO_{2} por debajo de la campana. Alrededor de la campana se puede efectuar entonces un tratamiento de desulfuración y/o de defosforación tal como se ha descrito más arriba. La campana evita que la escoria ácida de SiO_{2} formada debajo de la campana 16 se mezcle con la escoria básica que rodea el caldero 16, lo que permite efectuar los dos tratamientos simultáneamente sin desescoriado intermedio. En efecto, para un tratamiento de desulfuración y/o de defosforación eficaz, es preciso que el contenido de SiO_{2} de la escoria básica no sea superior al 10%.

Ejemplo 1

Este ejemplo se refiere a un tratamiento en caldero del acero bruto de convertidor, que tiene como objetivo una desulfuración al 80% de este acero.

Estado inicial: Un caldero metalúrgico contiene 160 t de acero bruto de convertidor y 600 kg de escoria residual de afino. Los resultados del análisis son los siguientes: 0,04% de C, 600 ppm de O, 0,010% de S. La temperatura del baño de acero es de 1.600ºC. A la colada se han añadido 200 kg de Al de desoxidación y 600 kg de CaO.

Recalentamiento por aluminotermia: El primer tratamiento es un recalentamiento por aluminotermia que se efectúa, tal como se ha descrito con respecto a la figura 1, debajo de una campana profunda situada por encima de una zona del baño de acero previamente liberada de su capa de escoria residual. Se obtiene un aumento de temperatura del baño de acero de alrededor de 90ºC por inyección de 530 kg de aluminio y de 350 m^{3} de oxígeno en 7 min (caudal de 50 m^{3}/min de O_{2}). La agitación por debajo de la campana se efectúa por inyección de argón con ayuda de una lanza lateral con un caudal de 0,2 m^{3}/min.

Desulfuración: El segundo tratamiento es una desulfuración llevada al 80% que tiene lugar alrededor de la campana. Como agente desulfurante se utiliza un polvo compuesto de 60% de CaO y 35% de Al_{2}O_{3}, siendo el resto impurezas. La adición de Al_{2}O_{3} tiene como objeto regular la fluidez de la escoria obtenida. Pueden añadirse igualmente otros agentes de escoria.

El agente desulfurante se inyecta con ayuda de una lanza de cabeza sumergida, utilizando argón como gas portador. Antes de comenzar la inyección del agente desulfurante, se utiliza la lanza de inyección para efectuar una agitación previa del baño de acero. A este fin, la lanza de inyección es alimentada durante 5 min con un caudal de alrededor de 0,5 m^{3}/min de argón, cortándose la alimentación del agente desulfurante. Esta agitación preliminar permite, en particular, homogeneizar la temperatura del baño de acero antes de su desulfuración. A continuación, se inyectan en un intervalo de tiempo de alrededor de 12 min, 960 kg del agente desulfurante antes mencionado (caudal sólido de alrededor de 80 kg/min) con un caudal de alrededor de 1 m^{3}/min de argón como gas portador. Se termina el tratamiento efectuando con la misma lanza durante 5 min una agitación intensa con un caudal de alrededor de 1 m^{3}/min de argón, cortándose de nuevo la alimentación de agente desulfurante. A continuación, se detiene toda acción agitación y se vuelve a subir la campana.

Estado final:

Acero: 0,04% de C, 0,002% de S, temperatura aproximada: 1.600ºC.

Escoria: alrededor de 1.000 kg de Al_{2}O_{3} formado debajo de la campana, más alrededor de 2.500 kg de escoria de desulfuración alrededor de la campana.

Observación:

Si se quiere obtener solamente una desulfuración moderada del acero, no se tiene eventualmente necesidad de inyectar un agente desulfurante en el baño con la ayuda de una lanza. En efecto, la escoria residual que se encuentra alrededor de la campana puede contener ya una cantidad suficiente de agentes desulfurantes para obtener una desulfuración moderada del acero. Basta entonces con remover el baño de acero alrededor de la campana para hacerlo reaccionar con la escoria residual que flota sobre su superficie y añadir aún, en su caso, unos agentes de escoria para regular, en particular, la consistencia de la escoria.

Ejemplo 2

Este ejemplo se refiere a un tratamiento en caldero de fundición bruta que tiene como objetivo una desiliciación y una desulfuración de la fundición.

Estado inicial: Un caldero metalúrgico contiene 100 t de fundición bruta cuyos resultados de análisis son los siguientes: 4,5% de C, 0,8% de Si, 0,10% de S. La temperatura del baño de fundición es de 1.350ºC. La fundición está recubierta de una capa de escoria residual de carácter básico.

Tratamiento de desiliciación: Un tratamiento de desiliciación por inyección de oxígeno se efectúa, tal como se ha descrito más arriba, debajo de una campana profunda situada por encima de una zona del baño previamente liberada de su capa de escoria residual. Se inyectan debajo de la campana 450 m^{3} de oxígeno en 10 min (caudal de 45 m^{3}/min de O_{2}). La agitación por debajo de la campana se efectúa por inyección de argón con ayuda de una lanza lateral con un caudal de 0,2 m^{3}/min.

Desulfuración: La desulfuración tiene lugar alrededor de la campana. Como agente desulfurante se utiliza un polvo compuesto de 70% de CaCO_{3} y 30% de Na_{2}CO_{3}. Pueden añadirse igualmente otros agentes de escoria.

El agente desulfurante es inyectado con ayuda de una lanza sumergida, utilizando argón como gas portador. Se inyectan en un intervalo de tiempo de alrededor de 20 min aproximadamente 1.000 kg del agente desulfurante antes mencionado (caudal sólido de alrededor de 50 kg/min) con alrededor de 1 m^{3}/mn de argón como gas portador. Después de haber detenido toda acción agitación, se puede subir de nuevo la campana y retirar las dos escorias juntas.

Estado final:

Fundición pretratada: 4,3% de C, 0,4% de Si, 0,02% de S, temperatura aproximada: 1400ºC.

Escoria: alrededor de 860 kg de SiO_{2} formados debajo de la campana, más aproximadamente 700 kg de escoria de desulfuración alrededor de la campana.

Observación a propósito del tratamiento de la fundición:

En la desulfuración clásica de la fundición en una sola etapa, se utiliza muy a menudo como desulfurante una mezcla Mg-CaC_{2} o Mg-CaO. Se trata de desulfurantes muy eficaces pero igualmente muy caros. Se utilizan sobre todo porque producen una refrigeración limitada del baño metálico. No obstante, la combinación de la desulfuración con una desiliciación fuertemente exotérmica permite utilizar una fuente desulfurante más refrigerante, pero más barato, tal como, por ejemplo, caliza (CaCO_{3}) o castina. Por lo demás, la descomposición del CaCO_{3} o del Na_{2}CO_{3} en el baño de acero genera también oxígeno que contribuye a la desiliciación de la fundición (1 kg de CaCO_{3} o Na_{2}CO_{3} reduce la necesidad de oxígeno de desiliciación en alrededor de 0,1 m^{3}). Por otro lado, es preferible utilizar una mezcla de CaCO_{3} + Na_{2}CO_{3} a fin de obtener una escoria más fluida y de limitar así las pérdidas por arrastre de hierro durante el desescoriado. No obstante, la utilización de Na_{2}CO_{3} exige también limitar la temperatura a 1.400ºC a fin de evitar una pérdida de Na_{2}CO_{3} por vaporización.

Observación a propósito de un tratamiento de ferroaleaciones:

Se apreciará que un baño de ferroaleaciones, en particular un baño de ferroníquel, puede ser igualmente el objeto de un tratamiento combinado de desiliciación y de desulfuración, tal como se presenta en el ejemplo 2 para la fundición.

Sin embargo, en el caso del ferroníquel, tomado a título de ejemplo, se busca generalmente realizar una desiliciación mucho más importante (reducción del contenido de Si en más de un 1%). Mediante la desiliciación por un chorro de oxígeno gaseoso se obtendría, en ausencia de una refrigeración eficaz, un calentamiento del orden de 300ºC o incluso más.

Como se hace en ciertos procedimientos de desiliciación de fundiciones, se puede utilizar como refrigerante un mineral o un óxido de hierro obtenido como coproducto en la fabricación del acero. No obstante, con el procedimiento propuesto, que combina la desiliciación y la desulfuración, está particularmente indicado utilizar castina (CaCO_{3}) y/o carbonato de sodio (Na_{2}CO_{3}) como agente desulfurante, ya que estos últimos son a la vez muy refrigerantes y desulfuran eficazmente, a condición de no estar diluidos por un aporte de sílice (SiO_{2}).

Dejando aparte el aspecto cuantitativo (reducción de Si en 1 a 2% en lugar de 0,2 a 0,4% para las condiciones de alto horno), el procedimiento propuesto para la fundición se aplica de manera similar a las ferroaleaciones, ajustando como se deba las proporciones de oxígeno y de refrigerante/desulfurante.

Claims (10)

1. Procedimiento de tratamiento metalúrgico sobre un baño metálico, que comprende:

un primer tratamiento que implica la presencia o la formación de una escoria ácida en la superficie de dicho baño metálico; y

un segundo tratamiento que implica la presencia o la formación de una escoria básica en la superficie de dicho baño metálico;

caracterizado porque se efectúan los dos tratamientos sin desescoriado intermedio simultáneamente en dos zonas separadas y asegurando en la superficie de dicho baño metálico una separación física entre una zona de escoria ácida y una zona de escoria básica.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que uno de los dos tratamientos es efectuado debajo de una campana profunda cuyo borde inferior está sumergido en dicho baño metálico, y el otro tratamiento es efectuado alrededor de dicha campana profunda.

3. Procedimiento según la reivindicación 2, en el que dicho primer tratamiento es un tratamiento de calentamiento químico que se efectúa debajo de dicha campana profunda.

4. Procedimiento según la reivindicación 3, en el que dicho tratamiento de calentamiento químico es un tratamiento de aluminotermia o de silicotermia.

5. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que dicho segundo tratamiento es un tratamiento de desulfuración y/o de defosforación a base de una escoria básica.

6. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que dicho primer tratamiento es un tratamiento de desiliciación de fundición o de ferroaleaciones, en particular de ferroníquel, por inyección de oxígeno.

7. Procedimiento según la reivindicación 6, en el que dicho tratamiento de desiliciación por inyección de oxígeno es efectuado debajo de una campana profunda cuyo borde inferior está sumergido en dicho baño metálico, y dicho segundo tratamiento es un tratamiento de desulfuración y/o de defosforación efectuado alrededor de dicha campana profunda.

8. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 6 ó 7, en el que dicho segundo tratamiento es un tratamiento de desulfuración y/o defosforación a base de cal.

9. Procedimiento según la reivindicación 8, en el que dicho segundo tratamiento comprende la adición de caliza, en particular castina, a dicho baño metálico.

10. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en el que:

al inicio de dicho procedimiento, se recubre la superficie de dicho baño metálico con una capa de escoria residual;

se forma una ventana en dicha capa de escoria residual por inyección de un gas inerte;

se recubre dicha ventana con ayuda de una campana profunda cuyo borde inferior está sumergido en dicho baño metálico;

se efectúa uno de los dos tratamientos debajo de dicha campana profunda y el otro alrededor de dicha campana profunda, efectuando simultáneamente una agitación del baño metálico por inyección de un gas inerte; y

al final de los dos tratamientos, se detiene dicha agitación, se extrae dicha campana profunda y se retiran inmediatamente después las dos escorias.