acería
El vapor de agua formado se disocia sobre la superficie del
acero líquido causando el aporte de hidrógeno por la siguiente
reacción:
H2O (g) → 2H + O
(6)
La reacción anterior es termodinámicamente favorable para
los aceros que han sido desoxidados y pueden causar un aporte importante de hidrógeno. Por lo tanto, la adición de cal en el
horno olla se debe de minimizar en lo posible dependiendo de
las condiciones del proceso. Otro aspecto de suma importancia
es que la composición química final del acero se realiza en el
horno olla, en donde se adicionan cantidades importantes de
Aluminio.
Estas adiciones se realizan principalmente al inicio del tratamiento y el ajuste final del Aluminio se realiza a la mitad
del tratamiento mediante la inyección de aluminio en alambre
cuando ya se conoce la composición química final del acero
con excepción del calcio.
Arrastre de Escoria Durante el Vaciado del EAF con
Sistema EBT
Previamente habíamos establecido que una forma de minimizar el aporte de hidrógeno en el acero era controlando
el paso de escoria del EAF a la olla de acero durante la etapa
de vaciado1). El estudio del atrapamiento de escoria durante
el vaciado del EAF con sistema EBT ha sido objeto de varios
estudios, sin embargo, no se han identificado plenamente los
principios fundamentales para identificar los parámetros claves
durante la etapa de vaciado. Al respecto, podemos suponer de
manera intuitiva que la velocidad de vaciado jugaría un papel
de vital importancia, la lógica indica que a un menor diámetro
del agujero de vaciado (tap hole), el chorro de acero es más
compacto y el arrastre de escoria será menor.
Aplicando la ecuación de Bernoulli4 durante el vaciado del
baño metálico con una altura h indica que el diámetro del tap
hole deberá de ser directamente proporcional a la velocidad
de vaciado:
w
ρAtaphole 2gh
En la ecuación anterior, w es la velocidad del flujo, Ataphole es
el promedio del área de la sección transversal del tap hole, ρ
es la densidad, g es la constante gravitacional y h es la altura
del metal líquido. La ecuación nos indica de forma clara que la
velocidad se incrementa en proporción a la sección transversal
del área (diámetro) del tap hole. Sin embargo, la profundidad
del acero líquido incrementa la velocidad del flujo en proporción a la raíz cuadrada de la altura del baño. De esta manera,
aunque la altura del baño tiene un efecto positivo, sería menos
importante que el área de la sección transversal del tap hole.
Por medio de la ecuación de Bernoulli podemos decir que
la velocidad de vaciado es proporcional (a la raíz cuadrada) a
la altura del metal líquido en el EAF. La altura del baño puede
tener un efecto opuesto sobre la extensión del vórtice y de
esta manera sobre el grado en el cual se tiene el arrastre de
escoria. Aunado a ello, sin lugar a dudas, la viscosidad de la
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HIERRO yACERO/AIST MÉXICO
escoria juega un papel muy importante, a mayor viscosidad de
la escoria, el arrastre de la escoria en el vórtice formado en el
EAF es menor.
Durante la formación del vórtice en un fluido, las ecuaciones
de movimiento son muy conocidas5. Los números dimensionales importantes son: El número Reynolds (el cual mide la
inercia intrínseca relativa a fuerzas de viscosidad) y el número
Froude (el cual mide la fuerza de la inercia relativa a la fuerza gravitacional. Para las mismas características de velocidad y
longitud del fluido, estos números son bastante diferentes para
la escoria contra el metal líquido debido a las diferentes viscosidades y densidades.
La Importancia de la Cantidad de Hot Heel en el EAF
Anteriormente se estableció que la velocidad de vaciado es
proporcional a la raíz cuadrada de la altura del baño líquido.
Como resultado de esto, se incrementaron los cuidados con
respecto de los tiempos de vaciado correlacionándolos con el
diámetro del tap hole del EAF. Una cantidad mayor de acero
líquido dentro del EAF ayudará a retardar la formación del vórtice, reduciendo de manera importante el atrapamiento de la
escoria durante la etapa de vaciado del EAF. De esta manera,
aunque teóricamente al tener una mayor cantidad de metal
líquido favorezca un vaciado más rápido, el efecto del arrastre
de la escoria será menor. Algo que se tiene que mencionar es
que si bien es cierto que se tienen grandes beneficios al tener
una mayor cantidad de metal líquido dentro del EAF, hay un
límite a cuidar para no poner en riesgo la operación estable del
horno que afecten el rendimiento metálico y la productividad
del taller.
La Viscosidad de la Escoria
La fusión de 100% DRI, frecuentemente promueve hacia
el final de la fusión, la formación de una escoria más líquida
debido al incremento de la temperatura de fusión, ya que al
aumentar la temperatura aumenta el oxígeno disuelto en el
acero y simultáneamente aumenta el %FeO de la escoria. Un
aumento en el contenido del %FeO, disminuye la viscosidad
de la escoria, aumenta la densidad de la misma y por lo tanto
disminuye su espumosidad. La solubilidad del MgO disminuye
cuando se incrementa el contenido del %FeO en las escorias
que no están saturadas con CaO. Esta disminución en la solubilidad del MgO al incrementarse el FeO es significativamente
más importante para escorias con relaciones de baja basicidad
(CaO/SiO2) que para escorias más básicas. Se ha demostrado
que escorias con una mayor acidez generan una mayor concentración de FeO y disminuyen la velocidad de reducción del
mismo.
Anteriormente hemos documentado los beneficios de realizar adiciones de ladrillo molido de MgO-C en la parte final
de la fusión del EAF, buscando dos beneficios importantes:
Controlar la temperatura de fusión del EAF al enfriar localmente
la escoria, disminuyendo de forma muy importante las ppm O2
y promover un incremento en la viscosidad de la escoria y un
mayor espumamiento de la misma7 ayudando a minimizar el
arrastre de escoria durante el vaciado del EAF.