acería
Hidrógeno en la Fabricación de Acero en el EAF
Esto se representa mediante la reacción 4.
Para contrarrestar el aporte de hidrógeno de las materias
primas, la práctica de trabajar en el EAF con hot heel (acero y
escoria remanente de la colada previa) realizando la adición de
coque y DRI permite la pre-desoxidación del baño metálico. El
uso de DRI con un alto contenido de carbono (>2.40%) es
muy importante debido a la generación vigorosa de CO la cual
se realiza durante toda la etapa de fusión del EAF. Esta práctica
tiene dos efectos directos:
• La ebullición promovida por la formación de CO actúa
como una fuerza que expulsa al hidrógeno a través de la
etapa de fusión.
• Debido al alto % C contenido en el DRI, la inyección de
oxígeno se incrementa, lo cual inhibe la disolución del
H2O por medio de la siguiente reacción2:
H2O (g) → 2H+ O (1)
Una reacción que ocurre en el interior del horno es cuando
el hidrógeno, el cual no está en solución, sino que ha sido disociado del agua, se combina con los iones de oxígeno libre en la
escoria básica para formar OH disuelto en la escoria.
(H)+ + (O)-2
Fig. 1.- El chorro de acero muestra el paso de escoria durante el
vaciado del EAF.
(OH)- (slag) → (O)-2 (slag) + H (steel
(4)
→ (OH)- (2)
El vapor de agua también puede reaccionar directamente
cuando los iones de oxígeno libre y formar también OH disuelto en la escoria.
H2O (g) + (O)-2 (slag) → 2(OH)- (slag) (3)
Esto sugiere que durante la fusión del EAF, la escoria que
permanece en el horno continúa incrementando su contenido
de (OH)- mientras se tenga una fuente disponible de hidrógeno
y escoria para formar oxígeno libre e hidrógeno. Una vez que el
acero del EAF es vaciado en la olla de acero, se presentan dos
factores muy importantes que influyen en el incremento de
hidrógeno en el acero.
• El primero, es que el acero es desoxidado durante el vaciado del horno. Una vez que el acero es desoxidado la
solubilidad del hidrógeno se incrementa de forma sostenida.
• El segundo factor, el cual es muy controlable, es la cantidad de escoria que pasa del EAF a la olla de acero durante la etapa de vaciado del horno (Fig.1).
• Se ha demostrado que el paso de escoria durante el vaciado del horno es el principal factor que incrementa el
contenido de hidrógeno en el acero. La escoria la cual
está ahora en la superficie del baño metálico en la olla
de acero, comenzará a entrar en equilibrio con el acero.
• Una vez que el acero está siendo vaciado en la olla de
acero, no solamente se tiene la capacidad de eliminar
hidrógeno (debido a la ebullición del carbón adicionado
para llevar a cabo la predesoxidación del acero), sino que
ahora el acero está absorbiendo rápidamente hidrógeno
de la escoria, la cual es rica en hidróxidos, especialmente
si ha sido desoxidada, lo cual ocurre debido a la adición
de ferroaleaciones y desoxidantes para el ajuste químico
de la colada.
Hidrógeno en el Horno Olla
Las reacciones entre el vapor de agua y la escoria en el
Horno Olla son diferentes a las que ocurren en el EAF. Esto se
debe a la baja actividad de oxígeno en el horno olla. Las adiciones de cal, carbón y aluminio son fuentes muy importantes de
hidrógeno principalmente cuando estas se realizan en la última
etapa del tratamiento. Por ello, es preferible su adición durante
el vaciado del EAF. Las reacciones en el horno olla son similares
a las que se presentan en el EAF.
El aporte de hidrógeno en el acero ocurre principalmente
por la disociación del agua. El óxido de calcio se adiciona para
promover la eliminación de las inclusiones no metálicas durante el tratamiento en la metalurgia secundaria. Debido a las
condiciones atmosféricas que prevalecen, la cal se puede hidratar para formar hidróxido de calcio antes de ser adicionada
al acero3. Esta cal hidratada cuando se adiciona al acero líquido
se descompone de acuerdo a la siguiente reacción:
Ca(OH)2 (s) → (CaO) + H2O (g)
(5)
7 HIERRO yACERO/AIST MÉXICO