Aglomerado (industria siderúrgica)

Aglomerado de la industria siderúrgica

Trozos de aglomerado producidos mediante el proceso Dwight-Lloyd, colocados sobre una hoja A4.

El aglomerado es un material compuesto por óxidos de hierro y ganga , tostados y sinterizados ^{[notas 1] [1]} en una planta de aglomeración. Este producto se obtiene quemando carbón previamente mezclado con mineral y óxidos de hierro. Este acondicionamiento del mineral de hierro optimiza su aprovechamiento en el alto horno.

Historia

Expansión de la producción de sinterizado de mineral de hierro en el siglo XX.

Las ventajas de la aglomeración se identificaron muy pronto, pero los procesos utilizados en aquella época no eran continuos. El método primitivo, que consistía en una parrilla de muelas , fue abandonado a finales del siglo XIX porque consumía demasiado combustible. ^{[L 1]} Los sustituyeron entonces los hornos de cuba, cuyo rendimiento mucho mayor se debe tanto al confinamiento de la reacción como al funcionamiento en contracorriente (los sólidos descienden y los gases suben). ^{[L 2]}

En estos hornos se tostaba el mineral de hierro para obtener el resultado contrario al que buscamos ahora: en 1895 la tostación se realizaba a bajas temperaturas para evitar agregaciones y obtener mineral friable. ^{[L 3]}

En aquella época, los hornos de tostación de minerales eran tanques inspirados en los altos hornos y hornos de cal, y eran herramientas poco productivas. ^{[2] [L 4]} Alrededor de 1910, el proceso de Greenawald, que automatizó el principio3, ^[3] experimentó cierto desarrollo, permitiendo la producción de 300.000 toneladas al año. ^[4]

En junio de 1906, AS Dwight y RL Lloyd construyeron la primera máquina aglomeradora sobre cadena (también conocida como rejilla), con la que comenzó a aglomerar minerales de cobre y plomo. La primera línea de aglomeración de minerales de hierro se construyó en 1910 en Birdsboro, Pensilvania. ^[2]

Fueron necesarios unos treinta años para que la sinterización de minerales sobre cadenas se generalizara en la industria siderúrgica. Mientras que antes de la Segunda Guerra Mundial se utilizaba principalmente para el reacondicionamiento de minerales finos, a partir de 1945 se generalizó para el procesamiento de minerales en bruto. Hoy en día juega un papel fundamental en la mezcla de diferentes minerales y, sobre todo, en la incorporación de residuos minerales con diferente contenido en hierro. Esta función de reciclaje mejora la rentabilidad y limita la cantidad de residuos generados por los complejos siderúrgicos, que generan numerosos residuos ricos en hierro (escorias, lodos, polvo, etc.). ^[2]

Intereses y limitaciones

Intereses

El aglomerado es un producto optimizado para su uso en altos hornos. Para ello debe cumplir varias condiciones:

• estar compuesto por una ganga de óxidos que, combinados con las cenizas de la combustión del coque (esencialmente sílice ), darán lugar a una escoria fusible que es a la vez reactiva con las impurezas (en particular, el azufre aportado por el coque ), poco agresiva con el refractarios que recubren los altos hornos y de calidad adecuada a su uso;
• Asegurar un tamaño de partícula preciso, generalmente entre 20 y 80 mm (las piezas demasiado pequeñas obstruyen el horno y las piezas demasiado grandes tardan demasiado en transformarse en el núcleo ^{[L 5]} );
• mantener la permeabilidad a los gases reductores a las temperaturas más altas posibles;
• Reacciones endotérmicas a baja temperatura que pueden llevarse a cabo de forma más económica fuera de un alto horno. Se trata esencialmente de reacciones de secado, calcinación de la ganga (descarbonización de la piedra caliza y deshidratación de arcilla o yeso) y de reducción. El aglomerado se vuelve entonces, a igual peso, más rico en hierro que el mineral.
• oxidan excesivamente los óxidos de hierro, siendo el Fe ₂ O ₃ reducido mejor por el monóxido de carbono presente en el alto horno que los compuestos menos oxidados, especialmente el Fe ₃ O ₄ . ^{[L 6]}

Otra ventaja es la eliminación de elementos indeseables: el proceso de aglomeración en cadena elimina entre el 80 y el 95% del azufre presente en el mineral y sus aditivos. ^[2] Es también una manera de deshacerse del zinc, el elemento que "envenena" los altos hornos, ya que su temperatura de vaporización de 907°C corresponde a la de una calcinación bien realizada. ^{[L 7] [notas 2]}

Limitaciones

Por otra parte, el aglomerado es un producto abrasivo que daña los recipientes de los altos hornos, especialmente si éstos no están diseñados para absorber, ^{[SF 1]} y es sobre todo frágil. Las manipulaciones repetidas degradan su granulometría y generan finos, lo que lo hace inadecuado para el envasado en lugares alejados de los altos hornos: por lo tanto, es preferible el pellet. La resistencia al frío, en particular al aplastamiento, se puede mejorar aumentando el aporte de energía durante la sinterización. ^[5]

Mejorar la resistencia mecánica también mejora el rendimiento de los aglomerados en los procesos que los utilizan. La reducción de hematita (Fe ₂ O ₃ ) a magnetita (Fe ₃ O ₄ ) crea tensiones internas. Sin embargo, además de aumentar el coste de producción del aglomerado, la reducibilidad se deteriora cuando se busca resistencia mecánica. ^[5]

Composición

Los aglomerados generalmente se clasifican en ácidos o básicos. El índice de basicidad completo ic se calcula mediante la siguiente relación de concentraciones de masa: ^[2]

${\displaystyle I_{c}={\frac {[CaO]+[MgO]}{[SiO_{2}]+[Al_{2}O_{3}]}}}$

A menudo se simplifica simplemente calculando un índice de basicidad simplificado denominado i (o, a veces, ia), igual a la relación CaO / SiO2 . ^{[SF 2]} Un aglomerado con un índice ic inferior a 1 se dice que es ácido; por encima de 1, generalmente se dice que es básico; igual a 1, se dice que se autofunde (siendo i _c =1 equivalente a i _a =1,40 ^{[SF 3]} ). Antes de la década de 1950, los aglomerados con un valor ic inferior a 0,5 eran mayoría. Luego, cuando se comprendió que el aglomerado podía incorporar piedra caliza, que luego se cargaba en el alto horno por separado, los índices básicos se generalizaron: en 1965, los índices inferiores a 0,5 representaban menos del 15% del tonelaje de aglomerado producido, mientras que los aglomerados básicos representaban 45%. ^[2]

Nuevamente encontramos la relación: k es una constante determinada empíricamente ^[6] (a veces igual, por simplicidad, a 1 ^{[SF 4]} ). La reducción de hierro, en sí misma, se ve favorecida por un ambiente básico y alcanza su punto máximo en 2<i _b <2,5. También es en este rango donde la resistencia mecánica es mejor (y además, la fusibilidad de la escoria es peor, lo que complica su retirada del alto horno). Por encima de un valor de ib de 2,6, la proporción de aglomerado fundido aumenta, obstruyendo los poros y ralentizando las reacciones químicas entre gases y óxidos. En el caso de los aglomerados ácidos con un índice i _b inferior a 1, el ablandamiento comienza en cuanto sólo se ha reducido aproximadamente el 15% del mineral. ^[6] ${\displaystyle \scriptstyle \ i_{b}={\frac {[CaO]+k\cdot [MgO]}{[SiO_{2}]}}}$

Por tanto, el índice de basicidad óptimo se determina en función del mineral utilizado, de las características técnicas del alto horno, del uso previsto de la fundición y de las calidades deseadas. Por ejemplo:

• Los hierros fundidos fabricados a partir de Minette (mineral) y destinados a ser refinados mediante el proceso Thomas tenían basicidades de i=1,35 (un índice completo I=1), que era un compromiso entre la viscosidad a baja temperatura (que requiere una escoria ácida) y la desulfuración ( favorecido por una escoria básica); ^{[SF 3]}
• Las plantas para las que el hierro fundido rico en azufre no representa un problema adoptan un aglomerado más ácido: con i= 0,9 a 1,0. Esto favorece la reducción del silicio pero puede dar lugar a contenidos de azufre muy elevados, del 0,1 al 0,25%; ^{[SF 4]}
• la producción de ferromanganeso en alto horno requiere un alto rendimiento de manganeso y por tanto elevadas basicidades, hasta i = 1,7 o 1,8 (teniendo en cuenta que en este caso particular, el índice corresponde a !). La fusionabilidad es una consideración secundaria en este caso, ya que las temperaturas de la escoria pueden alcanzar los 1.650°C (en lugar de los 1.450°C - 1.550°C en la producción de hierro fundido para refinado). ${\displaystyle \scriptstyle \ i={\frac {[CaO]+[MgO]+[BaO]}{[SiO_{2}]}}}$

Ver también

• Speiss
• Planta de sinterización
• Aglomerado

Referencias

1. "Cockerill Ougrée". tchorski . Archivado desde el original el 18 de agosto de 2017.
2. Strassburger, Julius H. (1969). Alto horno: teoría y práctica. Editores de Gordon y Breach Science. ISBN 978-0-677-10420-1.
3. Prensa científica y minera (enero-junio de 1921). Biblioteca Estatal de California. 1921.{{cite book}}: Mantenimiento CS1: otros ( enlace )
4. Mano (juez de circuito), L. (1928). DWIGHT & LLOYD SINTERING CO., Inc., contra GREENAWALT (AMERICAN ORE RECLAMATION CO., interviniente) . Tribunal de Circuito de Apelaciones, Segundo Circuito.
5. Geerdes, Martín; Toxopeus, Hisko; Vliet, Cor van der; Chaigneau, Renard; Vander, Tim; Sabio, Jennifer (2009). Fabricación moderna de hierro en altos hornos: una introducción (2ª ed.). Ámsterdam: IOS Press. ISBN 978-1-60750-040-7. OCLC  441170874.
6. Metallurgie: Berichte, gehalten im Kontaktstudium 'Metallurgie d. Eisens'. 2: Eisenerzeugung . Düsseldorf: Verl. Stahleisen. 1982.ISBN​ 978-3-514-00260-9.

• Ledebur, Adolf. Manuel théorique et pratique de la métallurgie du fer, Tomo I y Tomo II .

1. Ledebur (1895a, págs. 252-253)
2. Ledebur (1895a, págs. 254-271)
3. Ledebur (1895a, págs. 244-251)
4. Ledebur (1895a, págs. 260-270)
5. Ledebur (1895a, pág.237)
6. Ledebur (1895a, pág.248)
7. Ledebur (1895a, págs. 231–233, 245–247)

• Corbión, Jacques (2003). Le Savoir… fer — Glossaire du haut fourneau. Le langage… (savoureux, parfois) des hommes du fer et de la zone fonte, du mineur au… cokier d'hier et d'aujourd'hui.

1. § Saga de los altos hornos de Lorena: sus campañas (planta de Fontoy)
2. § Índice simplificado (básico)
3. § Índice reducido
4. § Basicidad

Bibliografía

• Ledebur, Adolf (1895a). Manuel théorique et pratique de la métallurgie du fer, Tomo I. Traducido por de Langlade, Berbería. Biblioteca politécnica Baudry et Cie éditeur.
• Ledebur, Adolf (1895b). Manuel théorique et pratique de la métallurgie du fer, Tomo II . Traducido por de Langlade, Berbería. Biblioteca politécnica Baudry et Cie éditeur.

Notas

1. En la Bélgica francófona, este material se ha llamado "fritte" - con dos t porque está sinterizado y no frito - ya que allí se producía y consumía.
2. Históricamente, la tostación de piritas, residuos de la fabricación de ácido sulfúrico, sólo tenía como objetivo eliminar el azufre y el zinc. Las piritas contienen entre un 60 y un 65% de hierro y menos de un 0,01% de fósforo, pero hasta un 6% de azufre y un 12% de zinc.