La fabricación de acero con oxígeno básico ( BOS , BOP , BOF u OSM ), también conocida como fabricación de acero Linz-Donawitz o proceso de conversión de oxígeno , [1] es un método de fabricación de acero primario en el que el arrabio fundido rico en carbono se convierte en acero . Al soplar oxígeno a través del arrabio fundido se reduce el contenido de carbono de la aleación y se transforma en acero con bajo contenido de carbono . El proceso se conoce como básico porque se añaden fundentes de óxido de calcio o dolomita , que son bases químicas , para promover la eliminación de impurezas y proteger el revestimiento del convertidor. [2]
El proceso fue inventado en 1948 por el ingeniero suizo Robert Durrer y comercializado en 1952-1953 por la empresa siderúrgica austriaca VOEST y ÖAMG . El convertidor LD, llamado así por las ciudades austriacas de Linz y Donawitz (un distrito de Leoben ), es una versión refinada del convertidor Bessemer en la que el soplado de aire se reemplaza por el soplado de oxígeno. Redujo el costo de capital de las plantas y el tiempo de fundición, y aumentó la productividad laboral. Entre 1920 y 2000, los requisitos de mano de obra en la industria disminuyeron en un factor de 1000, de más de 3 horas-hombre por tonelada métrica a solo 0,003. [3] Para el año 2000, el horno de oxígeno básico representaba el 60% de la producción mundial de acero. [3]
Los hornos modernos admiten una carga de hierro de hasta 400 toneladas [4] y la convierten en acero en menos de 40 minutos, en comparación con las 10 a 12 horas que requiere un horno de hogar abierto .
El proceso básico del oxígeno se desarrolló fuera del entorno tradicional de las grandes siderúrgicas. Fue desarrollado y refinado por un solo hombre, el ingeniero suizo Robert Durrer , y comercializado por dos pequeñas empresas siderúrgicas en la Austria ocupada por los aliados , que aún no se había recuperado de la destrucción de la Segunda Guerra Mundial . [5]
En 1856, Henry Bessemer había patentado un proceso de fabricación de acero que implicaba el soplado de oxígeno para descarbonizar el hierro fundido (Patente del Reino Unido N.º 2207). Durante casi 100 años no se disponía de cantidades comerciales de oxígeno o eran demasiado caras, y la fabricación de acero utilizaba soplado de aire. Durante la Segunda Guerra Mundial, ingenieros alemanes (Karl Valerian Schwarz), belgas ( John Miles ) y suizos ( Durrer y Heinrich Heilbrugge) propusieron sus versiones de fabricación de acero mediante soplado de oxígeno, pero sólo Durrer y Heilbrugge lo llevaron a la producción a gran escala. [5]
En 1943, Durrer, ex profesor de la Technische Hochschule de Charlottenburg (hoy Technische Universität Berlin ), regresó a Suiza y aceptó un puesto en el consejo de administración de Roll AG , la mayor acería del país. En 1947 compró el primer pequeño convertidor experimental de 2,5 toneladas de los EE. UU., y el 3 de abril de 1948 el nuevo convertidor produjo su primer acero. [5] El nuevo proceso podía procesar cómodamente grandes cantidades de chatarra con solo una pequeña proporción de metal primario necesario. [ 6] En el verano de 1948, Roll AG y dos empresas estatales austriacas, VÖEST y ÖAMG, acordaron comercializar el proceso Durrer. [6]
En junio de 1949, VÖEST desarrolló una adaptación del proceso de Durrer, conocido como proceso LD (Linz-Donawitz). [7] [8] En diciembre de 1949, VÖEST y ÖAMG se comprometieron a construir sus primeros convertidores de oxígeno de 30 toneladas. [8] Se pusieron en funcionamiento en noviembre de 1952 (VÖEST en Linz) y mayo de 1953 (ÖAMG, Donawitz) [8] y se convirtieron temporalmente en la vanguardia de la fabricación de acero del mundo, lo que provocó un aumento en la investigación relacionada con el acero. [9] Treinta y cuatro mil empresarios e ingenieros visitaron el convertidor VÖEST en 1963. [9] El proceso LD redujo el tiempo de procesamiento y los costos de capital por tonelada de acero, lo que contribuyó a la ventaja competitiva del acero austriaco. [7] VÖEST finalmente adquirió los derechos para comercializar la nueva tecnología. [8] Los errores de la dirección de la VÖEST y de la ÖAMG a la hora de conceder licencias para su tecnología hicieron imposible controlar su adopción en Japón . A finales de los años 50, los austriacos perdieron su ventaja competitiva. [7]
En el proceso LD original, se inyectaba oxígeno sobre la parte superior del hierro fundido a través de la boquilla refrigerada por agua de una lanza vertical. En la década de 1960, los fabricantes de acero introdujeron convertidores con soplado inferior y desarrollaron el soplado con gas inerte para remover el metal fundido y eliminar las impurezas de fósforo . [3]
En la Unión Soviética, se realizó cierta producción experimental de acero mediante este proceso en 1934, pero su uso industrial se vio obstaculizado por la falta de tecnología eficiente para producir oxígeno líquido. En 1939, el físico ruso Pyotr Kapitsa perfeccionó el diseño del turboexpansor centrífugo . El proceso se puso en uso entre 1942 y 1944. La mayoría de los turboexpansores de uso industrial desde entonces se han basado en el diseño de Kapitsa y los turboexpansores centrífugos han asumido casi el 100% de la licuefacción de gases industriales y, en particular, la producción de oxígeno líquido para la fabricación de acero. [10]
Los grandes fabricantes de acero estadounidenses fueron los últimos en adoptar la nueva tecnología. Los primeros convertidores de oxígeno en Estados Unidos fueron lanzados a fines de 1954 por McLouth Steel en Trenton, Michigan , que representaba menos del 1% del mercado nacional del acero. [3] US Steel y Bethlehem Steel introdujeron el proceso de oxígeno en 1964. [3] En 1970, la mitad de la producción mundial de acero y el 80% de la de Japón se producía en convertidores de oxígeno. [3]
En el último cuarto del siglo XX, el uso de convertidores de oxígeno básico para la producción de acero fue reemplazado de forma gradual y parcial por el horno de arco eléctrico que utiliza chatarra de acero y hierro. En Japón, la participación del proceso de LD disminuyó del 80% en 1970 al 70% en 2000; la participación mundial del proceso de oxígeno básico se estabilizó en el 60%. [3]
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La fabricación de acero con oxígeno básico es un proceso primario de fabricación de acero que convierte el arrabio fundido en acero mediante la inyección de oxígeno a través de una lanza sobre el arrabio fundido dentro del convertidor. Las reacciones de oxidación durante la inyección generan calor exotérmico .
El proceso básico de fabricación de acero al oxígeno es el siguiente:
Los convertidores más antiguos, con un fondo falso que se puede desmontar y reparar, todavía se utilizan. Los convertidores modernos tienen un fondo fijo con tapones para purgar con argón. El horno de optimización energética (EOF) es una variante del BOF asociada a un precalentador de chatarra donde el calor sensible de los gases de escape se utiliza para precalentar la chatarra, ubicado sobre el techo del horno.
La lanza utilizada para el soplado ha sufrido cambios. Se han empleado lanzas sin escoria, con una punta de cobre cónica larga, para evitar que la lanza se atasque durante el soplado. Las puntas de lanza de postcombustión queman el CO generado durante el soplado en CO2 y proporcionan calor adicional. Para un sangrado sin escoria, se emplean dardos, bolas refractarias y detectores de escoria. Los convertidores modernos están completamente automatizados con patrones de soplado automáticos y sistemas de control sofisticados. [ cita requerida ]