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La descarburación con argonoxígeno ( AOD ) es un proceso utilizado principalmente en la fabricación de acero inoxidable y otras aleaciones de alta calidad con elementos oxidables como el cromo y el aluminio . Después de la fusión inicial, el metal se transfiere a un recipiente AOD donde se someterá a tres pasos de refinación; descarburación , reducción y desulfuración .
El proceso AOD fue inventado en 1954 por la División Lindé de Union Carbide Corporation [1] [2] (que pasó a ser conocida como Praxair en 1992). [3]
El proceso AOD suele dividirse en tres pasos principales: descarburación, reducción y desulfuración. [2]
Antes del paso de descarburación, se debe tener en cuenta un paso más: la desiliconización , que es un factor muy importante para el revestimiento refractario y su posterior refinamiento.
El paso de descarburación se controla mediante proporciones de oxígeno a argón o nitrógeno para eliminar el carbono del baño metálico. Las proporciones se pueden realizar en cualquier número de fases para facilitar la reacción. Los gases generalmente se impulsan a través de una lanza superior (solo oxígeno) y toberas en los lados/inferior (oxígeno con una cubierta de gas inerte). Las etapas de soplado eliminan el carbono mediante la combinación de oxígeno y carbono formando gas CO .
Para impulsar la reacción hacia la formación de CO, la presión parcial de CO se reduce usando argón o nitrógeno. Dado que el recipiente de AOD no se calienta externamente, las etapas de soplado también se utilizan para controlar la temperatura. La quema de carbón aumenta la temperatura del baño. Al final de este proceso, alrededor del 97% del Cr queda retenido en el acero.
Una vez que se ha alcanzado el nivel deseado de carbono y temperatura, el proceso pasa a la reducción. La reducción recupera los elementos oxidados como el cromo de la escoria. Para lograrlo, se realizan adiciones de aleaciones con elementos que tienen mayor afinidad por el oxígeno que el cromo, utilizando ya sea una aleación de silicio o aluminio. La mezcla reductora también incluye cal (CaO) y fluorita (CaF 2 ). La adición de cal y espato flúor ayuda a impulsar la reducción de Cr 2 O 3 y a gestionar la escoria, manteniendo el líquido de la escoria y su volumen pequeño.
La desulfuración se logra teniendo una alta concentración de cal en la escoria y una baja actividad de oxígeno en el baño metálico.
Así, se añaden adiciones de cal para diluir el azufre en el baño de metal. Además, se puede agregar aluminio o silicio para eliminar el oxígeno. Se pueden agregar otras adiciones de aleación de recorte al final del paso. Una vez alcanzados los niveles de azufre, se elimina la escoria del recipiente de AOD y el baño de metal está listo para su extracción. Luego, el baño grifo se envía a una estación de agitación para un mayor recorte químico o a una fundición para su fundición.
El paso de desulfuración suele ser el primer paso del proceso.
El proceso AOD tiene un lugar importante en la historia de la fabricación de acero, al introducir un método transformador para refinar el acero inoxidable y dar forma al panorama de la industria. [4]
El desarrollo de la tecnología AOD comenzó en la década de 1960 como una alternativa a los métodos tradicionales de fabricación de acero. El proceso fue introducido inicialmente por empresas químicas estadounidenses que tenían como objetivo refinar el acero inoxidable de manera más eficiente y económica.
A finales de la década de 1960, el proceso AOD ganó reconocimiento por su capacidad para eliminar carbono de manera eficiente, logrando niveles de carbono más bajos que otros métodos de refinación. También ofrecía la ventaja de poder producir acero inoxidable con bajo contenido de carbono, lo que lo hacía adecuado para diversas aplicaciones.
Durante la década de 1970, el proceso AOD experimentó más refinamientos y mejoras. Las empresas siderúrgicas de Europa y Estados Unidos adoptaron cada vez más el método AOD en sus operaciones, atraídas por su flexibilidad y capacidad para producir acero inoxidable de alta calidad.
En la década de 1980, el proceso AOD fue ampliamente aceptado como método de refinación estándar para el acero inoxidable en todo el mundo. Sus ventajas, como altos rendimientos metálicos, control preciso sobre la composición química, control de carbono, capacidades de desulfuración y producción de metales más limpia, contribuyeron a su popularidad.
Hoy en día, el proceso AOD sigue siendo un método destacado en la industria del acero inoxidable. Ofrece a los fabricantes de acero una mayor flexibilidad en la selección de materias primas, lo que permite el uso de insumos rentables y garantiza resultados precisos y consistentes. El proceso también ha contribuido a una mayor capacidad de producción con inversiones de capital relativamente pequeñas en comparación con los métodos de hornos eléctricos convencionales.
Además de su aplicación principal en la producción de acero inoxidable, se han encontrado muchos usos adicionales para el AOD en diferentes industrias y materiales.
La escoria AOD ha mostrado un potencial prometedor para su uso como material de construcción para capturar carbono debido a su alta capacidad de CO2 y su bajo costo. El curado por carbonatación, un proceso que utiliza CO2 como agente de curado en la fabricación de hormigón, mejora las propiedades químicas de la escoria de acero inoxidable al estabilizarla. Durante la carbonatación, el g-C2S (silicato dicálcico) de la escoria reacciona con el CO2 para producir compuestos como calcita y gel de sílice, lo que da como resultado una mayor resistencia a la compresión y una mayor durabilidad de los materiales cementosos. Se ha estudiado la incorporación de escoria AOD como material de reemplazo en el cemento Portland ordinario (OPC) durante el curado por carbonatación, demostrando efectos positivos sobre la resistencia y la reducción de la porosidad. [5]
La escoria AOD exhibe actividad cementosa, pero sus propiedades pueden modificarse mediante modificadores. Los estudios se han centrado en el impacto de modificadores, como B2O3 y P2O5, en la prevención de la transición cristalina del β-C2S y la mejora de la actividad cementosa de la escoria. La adición de B2O3 y P2O5 ha demostrado efectos de curado y mayor resistencia a la compresión. Estos hallazgos sugieren que la selección adecuada de modificadores puede mejorar el desempeño de la escoria de acero inoxidable en aplicaciones cementosas. [6]
Otro aspecto de la investigación de la escoria AOD es su potencial de carbonatación y su impacto en la lixiviabilidad del cromo. La carbonatación del silicato dicálcico en la escoria AOD conduce a la formación de varios compuestos, incluido el carbonato de calcio amorfo, la calcita cristalina y el gel de sílice. La relación de carbonatación de la escoria afecta a las fases minerales, lo que posteriormente influye en la lixiviabilidad del cromo. Se han identificado proporciones óptimas de carbonatación para minimizar los riesgos de lixiviación de cromo durante las actividades de producción relacionadas con la carbonatación. [7]