EL USO DEL CALCIFER EN LA FABRICACION DE ACERO

EL USO DEL CALCIFER EN LA FABRICACION DE ACERO

Puebla, Pue. A 3 de Agosto del 2010

El objetivo de usar el CALCIFER 1000S en los hornos eléctricos es desoxidar, ayudar a eliminar el
azufre del baño y modificar las inclusiones no metálicas transformándolas en globulares y disminuyendo su
densidad para que sean fáciles de flotar y ser atrapada por la escoria y con esto lograr limpieza en el acero.

Por tanto, el Calcifer hace varios trabajos al realizar esta globulización de inclusiones y son:

1) Desoxidar el baño y la escoria ya que la globulizacion requiere de tener bajo FeO + MnO = 2 debido
a su contenido de Calcio y Aluminio el Calcifer 1000S desoxida a niveles de .0003% de O2, lo que lo hace
atractivo para disminuir el consumo del Aluminio y FeCr sin sacrificar desoxidación y con un costo de menos
de la mitad de lo que cuesta usar el Aluminio ya que 1 Kg. de Al es igual a 1.7 Kg. de Calcifer.

2) Contiene Calcio metálico que se combinan con el Azufre (S) para formar compuestos estables que
no permitan se regrese el S al baño metálico como el Calcio, Magnesio y pequeñas cantidades de Sodio
(Soda Ash).

3) Evita la reoxidación de la escoria para evitar que los compuestos formados con el S sean transformados
a óxidos por el Oxígeno del baño o de la escoria o por el aire atmosférico.

4) Acondicionar la escoria bajando su punto de fusión para hacerla líquida a menor temperatura y así es
más fácil su desecho de la olla obteniéndose con esto ollas más limpias y con mayor vida de refractario.

5) Ayuda a tener más eficiencia de absorción de calcio en el acero al ser inyectado con alambre de FeSiCa.

6) En condiciones adecuadas modifica las inclusiones no metálicas durante el vaciado del HEA a la Olla.

Forma de usarse: Se recomienda usarse en el vaciado agregado a 1/3 de la olla con acero directo al chorro y después de la adición del Aluminio y antes de la inyección con Argón u otro gas (aire, gas natural y nitrógeno). Que generará la agitación necesaria en tiempo y potencia para bajar el S. La adición no es tóxica, explosiva o de manejo peligroso y si es amigable al ambiente gracias a su
temperatura de reacción 1400 °C. La cantidad que se utilice de este material es muy importante ya que dependiendo de esta y del contenido
de FeO + MnO, S al vaciar y temperatura de vaciado será la cantidad de modificación de inclusiones obtenida.

Cantidad requerida a usar del Calcifer 1000 S:

El Calcifer contiene de 19.7 a.23.47% de Calcio metálico y su poder desoxidante es de 0.420 Kg. de O2 eliminados por Kilo de
Calcifer 1000S usado y 1 Kg. Elimina 0.100 Kg. de Azufre.
Como ilustración si se tiene un porcentaje de azufre inicial en el baño de 0.018 % y se requiere bajarlo a
0.009%, es decir, bajar 0.009 % de S que en peso por TM de vaciado de 0.009 y un peso de acero líquido de
7000 Kg. se tiene una cantidad de S a eliminar por TMAL de:
0.009/100 x 7000 = 0.630 Kg. de S

y como cada 0.100 Kg. de S requiere de 40 Kg. Ca metálico/32 Kg. S x 0.100 Kg de S = 1.25
x 0.100=0.125 Kg. de Calcio Metálico requerido para eliminar 0.100 Kg. de S, esto si la reacción
es 100 % pero la reacción tiene una eficiencia estimada del 70 % se usará 0.179 Kg. de calcio
por 0.100 Kg. de S a eliminar por TM de acero líquido, por tanto se requiere de:
0.630 Kg S / 0.179=3.52 Kg. de Calcio metálico.
El cálculo de este equivalente resulta de considerar que la fórmula de la reacción química es:

Ca+ S = CaS

y el peso molecular del Calcio es de 40 y el S de 32 y de ahí se obtiene el Factor
40 Kg. Ca / 32 Kg. de S= 1.25 Kg. de Ca metálico por Kilo de S a eliminar.

Ahora el Calcifer contiene entre 0.2347 y 0.197 Kg. de calcio metálico por Kilo y se requiere de 3.5 Kg de
Ca para eliminar 0.630 Kg. de S que corresponden a 0.009%/100 x 7 TMAL, por tanto se necesita de:

3.5/0.2347=15 Kg. de Calcifer
y para la modificación de inclusiones no quedaría nada de Calcio metálico.
Por tanto es muy importante mantener el nivel de Azufre lo más bajo posible antes de vaciar a la Olla.
Por otro lado lo anterior es valido si el FeO + MnO es menor a 2 , la basicidad binaria es mayor a 2, la
temperatura es arriba de 1600 o C y la escoria es líquida.

Cálculo de la cantidad de CaSi en Alambre inyectada a la Olla:
Ahora vamos a calcular cuanto Calcio metálico es necesario para modificar las inclusiones de un acero
con un S de 0.009% de antes de inyectar el Calcio Silicio:

La modificación que hace el Calcio metálico a las inclusiones de Sulfuros, Óxidos, Silicatos , Alúmina y estas
son del tipo de galaxias que son aglomeraciones de partículas de Óxidos o Sulfuros o estrías en el acero de
forma alargada que como en el caso de los sulfuros, al tener bajo punto de fusión generan grietas y
detrimento de las propiedades mecánicas transversalmente pues mientras la matriz de acero en la que se
encuentran es sólida ellas permanecen líquidas formando zonas con diferencia estructural negativa.

Los aluminatos de alto punto de fusión forman galaxias y clusters (aglomeraciones) de Al2O3 que no son
deformables a la temperaturas de forja ocasionando en el proceso de forja estrellamiento en la matriz
estructural al recibir el impacto del golpe de la prensa de forja o otro ejemplo de la influencia negativa de
las inclusiones es el caso de Piezas de motoconformadoras que necesitan repararse usando soldadura , si la
matriz del acero tiene demasiadas inclusiones de Alúmina en forma de estrías o clusters estas harán
deterioro en la zona sometida a la soldadura y por tanto las propiedades mecánicas de la pieza como es la
resistencia al impacto se verán disminuidas y serán Zonas de falla mecánica.

 

DESOXIDACIÓN DEL ACERO

DESOXIDACIÓN DEL ACERO

La desoxidación del acero es de mayor importancia porque:

  • Evita poros o pinholes
  • Permite el control del azufre
  • Evita fracturas intergranulares
  • Evita formación excesiva de inclusiones no metálicas
  • Da fluidez al acero

 

Métodos de desoxidación:

1) Difusión (escorias sintéticas reductoras)
2) Precipitación (usando FeSi, Al, Carbón, etc.)
3) Desgasificado al vacío

La desoxidación de las escorias se realiza con base a usar un elemento reductor o desoxidante como es el carbón, silicio, aluminio, carburo de silicio, carburo de calcio, Calcio silicio, o productos especializados como el Sidox Ep que Prosid de México fabrica; etc. Buscando disminuir el FeO+MnO (óxido de hierro y manganeso), de la escoria por transferencia de masa del O2 (oxígeno) del baño (acero líquido).

Este pasará a la escoria y el Fe (hierro) de la escoria pasará al baño. Posteriormente lo hará el azufre de acuerdo a la siguiente gráfica.

De los tres métodos arriba descritos los 2 primeros son los más usados. Ya que el de desgasificación al vació es menos común y solo aplica a
aceros finos y de características especiales, por ejemplo, el ultra bajo carbón, aceros inoxidables, aceros carpenter, aceros al cobalto, etc.

Requerimientos actuales de desoxidación:

• Menor contenido de oxígeno disuelto <20 PPM (partes por millón)
• Mínimo de inclusiones producidas
• Rapidez en la desoxidación y duración de la misma
• Mínima re-oxidación
• Repetibilidad en resultados obtenidos
• Menor costo posible

La desoxidación por difusión del acero es lograr escorias blancas con bajos contenidos de ppm O2 en el baño y bajos FeO+MnO como se
muestra a continuación:

 

Esta escoria está hecha con un acondicionador de escoria que su principal reductor es el aluminio, al hacerse polvo significa que se ha
formado un silicato dicálcico que se hace polvo (Falling slag). Esto significa que el proceso usado es competente para desoxidar la escoria y el baño de acero.

 

LA RE-OXIDACIÓN EN EL ACERO: EFECTOS, CAUSAS Y SOLUCIONES.

Puebla, Pue a 18 de Febrero del 2015

Depto. Técnico de Prosid

 

INTRODUCCIÓN

El problema de la re-oxidación del acero es un problema que con frecuencia se presenta durante su fabricación, el cual genera una serie de problemas que disminuyen la productividad de una acería ya que genera rechazos de palanquillas, reacondicionamiento de estas y degradación de la colada producida. Estos problemas van aumentados cuando la velocidad de colado en la Máquina de Colado Continuo es alto (arriba de 3 m./min), ya que a mayor velocidad de producción, mayor desperdicio.

Esta pérdida también se ve reflejada en el área de laminación al tener mayor número de palanquillas de-carburadas en el horno de recalentamiento y que son muy difíciles de laminar y si se logra hacerlo, las pruebas físicas de las piezas laminadas no dan con la especificación requerida y se tienen que ir como material terminado de segunda, el cual tiene menor precio de venta. Esto en el mejor de los casos; en el peor, sufrir con un rechazo por parte del cliente al no dar los resultados esperados, de acuerdo a la norma de calidad con que se compró el material.

Por lo tanto, es de capital importancia saber sus causas y cómo controlarla.

La re-oxidación nace del contacto entre el aire y el metal que se encuentra a una temperatura de 1600 º C y se puede originar en cualquier parte del proceso. Dependiendo en el lugar donde pase, será más fácil o difícil corregirla y más económico o costoso hacerlo. 

Así, si la re-oxidación es durante el vaciado del HEA a la Olla, el costo será un mayor gasto de ferro-ligas en el Horno Olla, si se tiene en el proceso, sino será un mayor gasto en la adición de Calcio-Silicio en el distribuidor para evitarla.

La consecuencia más drástica de este problema es la pérdida de los hilos y suspensión de la operación en la Máquina de Colado Continuo (MCC) con la pérdida de producción, desperdicio de acero que queda en el distribuidor y regreso de acero al HEA o al piso.

 

Efectos que genera:

1) Porosidades (Sopladuras y Pin Holes)

2) Grietas

3) Segregaciones en el acero

4) Pérdida de hilos

5) Inestabilidad en el colado

6) Nozzle clogging (Cerrado de las Buzas protectoras del chorro)

6) Exceso de escoria en el molde

7) Disminución en la vida de los moldes de la MCC

8) Perforaciones en los moldes de la MCC

 

Posibles causas que la origina:

1) Altas Ppm de O2 disuelto en el acero en el momento de enviar la olla a la MCC

2) Alto contenido de Azufre en el acero.

3) Acero con alto residual de inclusiones de óxidos y sulfuros

4) Alto tiempo de colado del acero

5) Altas temperaturas de operación en la MCC

6) Falta de buzas protectoras del chorro de Olla a distribuidor y de este a los moldes.

7) Boquillas del distribuidor al molde inadecuadas.

8) Falta de fluidez del acero y exceso de inyección de O2 al distribuidor

9) Escoria en la olla con alto FeO + MnO y SiO2

10) Filtraciones de aire en las buzas protectoras de chorro 

11) Exceso de escoria acumulado en el distribuidor 

12) Limpieza deficiente de las Ollas

13) Largos Tiempo de agitación en el LF 

14) Paros prolongados

15) Chatarra muy oxidada y con mucha tierra (ver foto) 

16) Exceso de lubricación en el molde o lubricante inapropiado.

 

Soluciones:

1) Mejorar práctica operativa en el vaciado del HEA 

2) Mejorar calidad de la escoria

3) Usar desoxidantes complejos que ayuden a evitar exceso de óxidos de SiO2, FeO y MnO

4) Mejorar el nivel del Azufre (S) final en el acero

5) Asegurar la relación Mn/Si y Mn/S

6) Usar pre-desoxidante en el HEA y Vaciado a la Olla 

7) Usar acondicionadores de escoria.

8) Buscar asesorías de los fabricantes de polvos 

9) Utilizar productos de calidad en el LF y MCC

10) Desarrollar Proveedores confiables que den asesoría técnica en su área

 

Prosid de México SA de CV., desde 1977, ofreciendo soluciones inteligentes a la industria del acero y fundición, se pone a sus órdenes. Nuestro objetivo es hacer sinergia con usted para lograr una excelencia en la producción de los diferentes aceros al carbón, semialeados, aleados e inoxidables, al menor costo posible.

 

Bibliografía:

1) Ladle Metallurgy Priciples and Practices by R.J,Fruehan . Iron and Steel Society Publication. 1985

2) Secondary Steelmaking, priciples and Applicattions by Ahindra Ghosh. CRC Press. 2001

3) Scaninjet IV. IV Internacional conference on Injection Metallurgy. Lulea Sweden. June 1986

4) Continous Casting Volume 1 .Chemical and Physical Interactions during Transfer operations. Iron And Steel Society, Publication. 1983

5) Presentacion del Proyecto de mejora continua en el acabado de billets. Equipo Técnico. Aceros Arequipa. Perú, 2008