Acería
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Los resultados experimentales muestran que la práctica con ladrillo refractario molido desplaza la composición de la escoria hacia regiones caracterizadas por menor contenido de FeO y mayor cercanía a la saturación de MgO, en comparación con la práctica convencional. Esta condición corresponde a la región óptima de espumado descrita por Pretorius, donde la escoria mantiene una viscosidad efectiva adecuada y una elevada estabilidad frente al colapso de burbujas.
La reducción del FeO puede explicarse por la reacción directa entre el óxido de hierro y el carbono residual presente en el material refractario:
Esta reacción cumple una doble función: por un lado, disminuye el contenido de FeO en la escoria; por otro, genera gas CO que contribuye activamente a la formación y mantenimiento de la escoria espumosa.
Desde el punto de vista fisicoquímico, el FeO actúa como un óxido superficialmente activo, incrementando la energía interfacial escoria-gas. La tensión superficial( γ) del sistema puede expresarse de manera general como:
donde G representa la energía libre del sistema y A el área interfacial.
Diversos estudios han demostrado que la tensión superficial de la escoria aumenta con la actividad del FeO, de tal forma que:
En consecuencia, una disminución del FeO conduce a una reducción de la tensión superficial, favoreciendo la formación de burbujas más pequeñas y estables. Este efecto puede describirse mediante el número de capilaridad:
donde:
● μ es la viscosidad de la escoria,
● v la velocidad de generación de gas,
● γ la tensión superficial.
Al reducirse el valor de γ, el número de capilaridad aumenta, lo que mejora la estabilidad del espumado y prolonga la cobertura del arco eléctrico.
La disminución del contenido de FeO observada durante la práctica con ladrillo molido tiene un impacto directo sobre el rendimiento metálico del proceso. El FeO presente en la escoria representa hierro oxidado que no es recuperado como acero líquido; por lo tanto, su reducción implica una mayor recuperación metálica.
Este comportamiento se reflejó experimentalmente en un incremento del rendimiento, confirmando que la disminución del FeO no solo mejora el espumado, sino que también reduce las pérdidas metálicas hacia la escoria.
En conjunto, la combinación de mayor saturación de MgO, menor FeO, reducción de la tensión superficial y generación controlada de CO explica el mejor desempeño observado del horno, incluyendo mayor estabilidad del arco, reducción del consumo energético y mejora en la productividad neta.
3.2 Evaluación con 2 cestas de chatarra
La evaluación realizada bajo una práctica de dos cestas mostró limitaciones operativas significativas cuando se añadió el ladrillo refractario molido durante la segunda carga de chatarra. La adición tardía del material reciclado redujo su eficacia como agente reductor y estabilizador de escoria, ya que ingresa en un momento del proceso donde la concentración de FeO en la escoria es considerablemente mayor.
Al no presentarse oportunamente el carbono residual del ladrillo, la reducción de FeO se ve limitada, favoreciendo la formación de compuestos del sistema FeO-MgO-SiO₂, lo cual incrementa sustancialmente el volumen de escoria. Este aumento dificulta el control del nivel y la viscosidad, reduce la eficiencia del espumado en etapas avanzadas del ciclo e incrementa el riesgo de rebose, afectando la estabilidad operativa del horno.
Debido a estas condiciones adversas, la práctica con adición en la segunda cesta fue descartada como alternativa viable para operación industrial continua.
3.3 Evaluación económica
La implementación del uso de ladrillo refractario molido como acondicionador de escoria generó un ahorro económico promedio de 10.68 USD por tonelada de acero, considerando únicamente los efectos directos en consumo de materiales, energía y rendimiento del proceso.
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