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 . Soplar oxígeno a través del arrabio fundido reduce el contenido de carbono de la aleación y la transforma en acero con bajo contenido de carbono . El proceso se conoce como básico porque se añaden fundentes de cal quemada o dolomita , que son bases químicas , para favorecer 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, que lleva el nombre de las ciudades austriacas de Linz y Donawitz (un distrito de Leoben ) es una versión refinada del convertidor Bessemer en el que el soplado de aire se sustituye por el de oxígeno. Redujo el costo de capital de las plantas y el tiempo de fundición, y aumentó la productividad laboral. Entre 1920 y 2000, las necesidades de mano de obra en la industria disminuyeron en un factor de 1.000, de más de tres horas de trabajo por tonelada métrica a sólo 0,003. [3] La mayor parte del acero fabricado en el mundo se produce utilizando el horno de oxígeno básico. En 2000, representó el 60% de la producción mundial de acero. [3]
Los hornos modernos pueden tomar una carga de hierro de hasta 400 toneladas [4] y convertirlo en acero en menos de 40 minutos, en comparación con las 10 a 12 horas de un horno de solera abierta .
El proceso básico de oxígeno se desarrolló fuera del entorno tradicional del "gran acero". 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 nº 2207). Durante casi 100 años no estuvieron disponibles cantidades comerciales de oxígeno o eran demasiado caras, y el invento quedó sin uso. Durante la Segunda Guerra Mundial, los ingenieros alemanes (Karl Valerian Schwarz), belgas ( John Miles ) y suizos ( Durrer y Heinrich Heilbrugge) propusieron sus versiones de fabricación de acero por soplado de oxígeno, pero sólo Durrer y Heilbrugge la llevaron a la producción a gran escala. [5]
En 1943, Durrer, ex profesor del Instituto Tecnológico de Berlín , regresó a Suiza y aceptó un puesto en la junta directiva de Roll AG , la acería más grande del país. En 1947 compró el primer convertidor experimental pequeño de 2,5 toneladas en Estados Unidos y el 3 de abril de 1948 el nuevo convertidor produjo su primer acero. [5] El nuevo proceso podría procesar cómodamente grandes cantidades de chatarra con sólo una pequeña proporción de metal primario necesaria. [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] Fueron puestos en funcionamiento en noviembre de 1952 (VÖEST en Linz) y mayo de 1953 (ÖAMG, Donawitz) [8] y temporalmente se convirtieron en la vanguardia de la fabricación de acero en el 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, contribuyendo a la ventaja competitiva del acero austriaco. [7] Finalmente, VÖEST adquirió los derechos para comercializar la nueva tecnología. [8] Los errores cometidos por VÖEST y la dirección de ÖAMG al conceder licencias para su tecnología hicieron imposible el control sobre su adopción en Japón . A finales de la década de 1950, los austriacos perdieron su ventaja competitiva. [7]
En el proceso LD original, se soplaba oxígeno sobre la parte superior del hierro fundido a través de la boquilla enfriada por agua de una lanza vertical. En la década de 1960, los fabricantes de acero introdujeron convertidores de soplado por el fondo y desarrollaron el soplado de gas inerte para agitar el metal fundido y eliminar las impurezas de fósforo . [3]
En la Unión Soviética, en 1934 se realizó cierta producción experimental de acero utilizando este proceso, pero el 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 práctica en 1942-1944. La mayoría de los turboexpansores utilizados industrialmente desde entonces se han basado en el diseño de Kapitsa y los turboexpansores centrífugos se han hecho cargo de casi el 100% de la licuefacción de gases industriales y, en particular, de la producción de oxígeno líquido para la fabricación de acero. [10]
Las grandes siderúrgicas estadounidenses adoptaron tardíamente la nueva tecnología. Los primeros convertidores de oxígeno en Estados Unidos fueron lanzados a finales 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 producción japonesa de acero se producían en convertidores de oxígeno. [3]
En el último cuarto del siglo XX, el uso de convertidores de oxígeno básicos para la producción de acero fue reemplazado gradualmente, parcialmente, por el horno de arco eléctrico que utilizaba chatarra de acero y hierro. En Japón, la proporción del proceso LD disminuyó del 80% en 1970 al 70% en 2000; La participación mundial en el proceso básico de oxígeno se estabilizó en un 60%. [3]
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La fabricación de acero con oxígeno básico es un proceso primario de fabricación de acero para convertir arrabio fundido en acero soplando oxígeno a través de una lanza sobre el arrabio fundido dentro del convertidor. El calor exotérmico se genera por las reacciones de oxidación durante el soplado.
El proceso básico de fabricación de acero al oxígeno es el siguiente:
Los convertidores anteriores, 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 de BOF asociada con un precalentador de chatarra donde el calor sensible del gas de escape se utiliza para precalentar la chatarra, ubicado sobre el techo del horno.
La lanza utilizada para soplar ha sufrido cambios. Se han empleado lanzas sin escoria, con una punta de cobre larga y ahusada, para evitar que se atasque durante el soplado. Las puntas de lanza de postcombustión queman el CO generado durante el soplado en CO 2 y proporcionan calor adicional. Para una extracción sin escoria se utilizan dardos, bolas refractarias y detectores de escoria. Los convertidores modernos están completamente automatizados con patrones de soplado automáticos y sistemas de control sofisticados. [ cita necesaria ]