DESULFURACIÓN

DESULFURACIÓN
Desde la década de los 80’s la exigencia por contenidos de azufre (S) cada vez más pequeños ha ido en aumento ya que este residual indeseable tiene gran influencia en las propiedades físicas del metal, así como en la limpieza de inclusiones por lo que esta operación es obligada en la mayoría de las acerías modernas.

Esto mismo ha generado la producción de tres productos que aparentemente son iguales pero no es así, como es:

  • las escorias sintéticas
  • los acondicionadores de escoria, y
  • los desulfurantes.

Veamos sus diferencias:

• Las escorias sintéticas son productos que forman escorias de acuerdo a un propósito determinado como es desulfurar, aumentar la
vida de los refractarios, evitar el enfriamiento y re-oxidación del acero en la olla o en el HEA, mejorar el disposal de las escorias de
la Olla, etc. Y tienen un análisis químico y atributos diseñados por los metalurgistas encargados del proceso de fabricación del acero
y su herramienta fundamental son los diagramas terciarios de estas escorias.

• Los acondicionadores de escoria son productos que adicionan elementos modificadores a una escoria para obtener diferentes
propiedades fisicoquímicas en esta. Por ejemplo, hacerla líquida, con punto de fusión más bajo, con mayor poder de atrape de
inclusiones, que pueda saturarse con más CaO, etc. Es decir, se agregan como componentes de para modificar la escoria diseñada
con anterioridad o formada inadecuadamente por problemas operativos.

• Los desulfurantes son productos que aceleran la velocidad de desulfuración pues por lo general son elementos metálicos que
reaccionan en el baño de acero directamente con el S ocluido en este. Algunos ejemplos de esto son el CaSi, el Calcio metálico, el
Magnesio metálico, la Soda Ash, el Manganeso, etc.

Es importante hacer notar que para el uso de los desulfurantes como los indicados anteriormente, muchas veces es necesario el uso de una
escoria sintética o un acondicionador de escoria para retener el sulfuro formado en la escoria y evitar el regreso del azufre al baño.

Así que aquí nuevamente no podemos comparar los tres productos entre sí porque tienen diferente formulación, uso y precio. Por lo tanto
debemos ver los análisis químicos de cada producto independientemente de lo que diga el fabricante que es y que hace el producto. Para
que de esta manera nos demos idea si es cierto que puede lograr el objetivo perseguido.

Para esto debemos hacer uso de los diagramas ternarios de Al2O3-CaO-SiO2 que es la herramienta que nos muestra los coeficientes de partición de azufre S que una escoria con estos tres óxidos principales puede tener.

 

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.

 

Referencia con Lugitec AL

ESCORIA SINTÉTICA EN LA FABRICACIÓN DE ACERO

Por Ing. Jack Nyrup Aguilar

Fundador de Prosid de México S. A. de C. V

Puebla, Pue. Agosto 1991

 

OBJETIVO: El objetivo de este trabajo, es mostrar los beneficios y experiencias obtenidas con el uso de escoria sintética en una planta mexicana fabricante de tubo para perforación de pozos petroleros.

ANTECEDENTES:

  • El mercado internacional de tubos con especificación API es altamente competido, lo que exige una constante disminución de costos y un constante mejoramiento de la calidad de producto terminado.
  • Por los resultados obtenidos en otras empresas europeas y americanas con el uso de escorias sintéticas y vaciado sin escoria del HEA, se tomó la decisión de realizar una serie de pruebas en la acería eléctrica no. 1 que permitiera disminuir el contenido final de azufre del acero abajo de .010 % sin aumentar los tiempos de desulfuración.
  • La acería eléctrica en donde se llevó a cabo las experiencias consta de Hornos Eléctricos con capacidad de 50 toneladas de acero líquido, alimentación continua de fierro-esponja, sistema de desfogue hidráulico para levantamiento rápido del HEA, inyección de argón en plataforma del HEA, inyección de alambre de calcio, ollas con válvula deslizante y vaciado por fuente a lingoteras.
  • El tipo de acero en que se llevó a cabo las experiencias fue en el grado 074, cuyo análisis es:

% C = .26/.30

%  MN = 1.30/1.50

% Si = .25/.35

% P = .025 max.

% S = .025 max.

% Mo = .10/.15

% CR = .10/.15

% Ni = .15 max.

% CU = .30 max

% SN = 0.020 max.

% AL = 020 max. 

… y es utilizado en la fabricación de tubo con especificación: API 5 CT o J-55 y K-55, para diámetro de: 10 ¾ pulg. Y espesores de 12.7 a 23 mm.

  • La escoria sintética utilizada es LUGITEC (marca registrada de Prosid de México S. A. de C. V.); cuyo análisis químico es: 

% C = 0.5/5.0

% Si O2 = 4/15%

% CaO = 66/86

% Al2 O3 = 3.0/15.0

% MgO = 0.1 a 2.0%

% Fe2 O3 = 0.5/2.5

% S = .25/.40

% Humedad de 0.1 a 0.6%

 

FORMA OPERATIVA

  • Para demostrar las ventajas o desventajas del uso de la escoria sintética, se compararon 12 coladas usando LUGITEC y 12 coladas sin usarla, buscando que fueran coladas efectuadas todas en misma fecha o en fecha cercana, para disminuir al máximo el efecto de la carga de chatarras y fierro esponja usada.
  • La marcha de fabricación fue similar en todos los casos, pero cuando se usó LUGITEC se aumentó 20°C en la temperatura de vaciado para asegurarnos contra cualquier retraso, también se pidió eliminar el máximo de escoria del HEA para asegurar el mínimo de paso de escoria a la olla y se procuró vaciar sin escoria del HEA. En el caso de coladas SIN LUGITEC se vació con todo y escoria del HEA y con 1660°C.
  • La selección de la cantidad usada de LUGITEC fue resultado de una serie de pruebas variando la cantidad de escoria sintética usada y del costo-beneficio obtenido, ya que usando 6 kgs de LUGITEC por T. A. L. (Tonelada de Acero Líquido), el costo de su uso es autofinanciable.

 

RESULTADOS OBTENIDOS

 

DESULFURACIÓN:

Como se muestra en la tabla no. 1 el azufre final promedio quedó en 006 con un azufre antes de vaciar de .011 con una desulfuración de .005% y eficiencia de desulfuración del 40.2%.

Debe notarse que casi el 50% de las coladas mostradas en la tabla no. 1 el azufre promedio con que se vació fue de 014% y quedó en .007%, evitándose tener que alargar el tiempo de afino para bajar el azufre.

 

REGRESIÓN DE FÓSFORO:

En la tabla no.2 se muestra una menor regresión de fósforo en coladas usando LUGITEC (.0005%), que sin usarlo (.0066%).

Esto es explicable al dejar de vaciarse escoria del HEA existe menos fósforo que pueda regresarse, siendo entonces la regresión de fósforo, un indicador de la cantidad de escoria del HEA y a condiciones más reductoras, y por tanto, mayor regresión del fósforo.

Por otro lado, en coladas 30318, 45122, 39668, 39673 y 45128 donde se usó LUGITEC, se tuvo un fosforo promedio en HEA de .015% y un promedio final de .0106%, eliminándose .0044% de fósforo; esto tal vez por la cantidad tan alta de calcio disponible para eliminar azufre proporcionado por el LUGITEC y por la inyección de alambre de calcio.

 

RENDIMIENTO DE CALCIO:

La eficiencia del calcio depende de varios factores, principalmente del contenido de FeO de la escoria, del porcentaje (%) del aluminio en el acero y de la cantidad inyectada.

En la tabla nos muestra el comportamiento de la inyección de alambre de calcio, usando y sin usar LUGITEC. En el 1er. caso el promedio del % de aluminio final fue de .007 vs .005% sin LUGITEC. La cantidad inyectada fue de 20 kgs usando LUGITEC vs 24 kgs sin LUGITEC, y la eficiencia obtenidas fueron del 12.8% vs 12.2%.

Teniéndose un ahorro en alambre de calcio de 23.86 (kgs. CaSi Iny.) – 20.25 = 3.6 kgs. de CaSi x Colada.

La razón de este ahorro es debido a lo desoxidado del acero y la escoria y al menor contenido de azufre logrado al usar la escoria sintética.

 

RENDIMIENTO DE ALUMINIO:

El análisis de aluminio final quedó en .008% usando LUGITEC vs .004% sin usar, esto significa un ahorro de:

(*)0.004% x 50,000 kgs Acero líquido por COLADA = 7.7 kgs de aluminio por Colada ahorrados
        100 X 0.26 (Efic. Del AL)

(*)Promedio del % de aluminio final, véase tabla 4

Esto se debió al menor contenido de FeO de la escoria ya que el aluminio fue agregado en el vaciado del HEA a Olla.

 

RENDIMIENTO DEL SILICIO:

  • La tabla no. 5 muestra un consumo de ferrosilicio del 75% de pureza, usando LUGITEC: 61 Kgs. vs 92 Kgs. sin usar LUGITEC, es decir, un ahorro de 31 Kgs.
  • Teniéndose además un análisis de Silicio (Si) mayor: 0.289% Si vs 0.276% Si sin usar LUGITEC y eficiencia de recuperación del 63.41% vs 54.76% sin usar LUGITEC.
  • Esto es debido también a la eliminación de la desoxidación de la escoria al producirse una escoria nueva en la olla al usarse LUGITEC.

 

RENDIMIENTOS DE MANGANESO:

  • En la tabla no. 6 como en el caso del Silicio se nota un ahorro en SiMn (ferrosílico manganeso), de 61 Kgs. con un contenido similar del manganeso en ambos casos.

 

OBSERVACIONES:

  1. La escoria en todos los casos es muy líquida lo que hace necesaria la adición de aislante para evitar se enfríe.
  2. Las ollas quedan más limpias lo que aumenta la vida de olla y disminuye el trabajo de reparación
  3. La caída de temperatura en las coladas usando LUGITEC fue menor 9°C que en coladas donde no se usó, lo que permite vaciar a menor temperatura sin problemas en fosa.
  4. Se notó generación de humos al usarse el LUGITEC dificultando el vaciado sin escoria.

 

CONCLUSIÓN:

  • El uso de la escoria sintética LUGITEC es una herramienta que permite asegurar niveles bajos de azufre y evitar las regresiones altas de fósforo.
  • Permite el ahorro de tiempo de desulfuración y su uso es autofinanciable.
  • Evita el peligro de explosiones en la olla al no usarse cal húmeda.
  • Es posible vaciar a menor temperatura por menor caída de temperatura.

 

REFERENCIAS:

  • Faulsing Gloria. (1988). Efecto de las escorias sintéticas en la metalurgia y cuchara. IV Congreso ILAFA-ABM Ferroaleaciones.
  • D. J Harris & L.S Dumitru. (1989). Tapping practice and slag control in electric arc furnace steelmaking. Electric Furnace conference.
  • A. G Shalimow. Non metallic inclusions in Steel treated with synthetic slag andpulverized silicocalcium. II International conference on clean Steel.