Implementación de un proceso experimental de carburización del hierro esponja con gas natural y su aplicación en el proceso de reducción directa con carbón SL/RN

Abstract

Actualmente en los hornos eléctricos de las acerías mundiales, se usa el Hierro Esponja como materia prima de buena calidad en la fabricación del acero debido a su pureza (alto % Fe) y bajos elementos residuales, pero debido a que contiene algunos óxidos en su composición química, su uso al 100% está condicionado, ya que se requiere un mayor consumo de energía eléctrica, para su fusión completa en la fabricación del acero. Con el Hierro Esponja Carburizado se dispone de un producto de mayor calidad que tiene una alta incidencia en la producción de acero en el Horno Eléctrico, permitiendo disminuir el consumo de energía, incrementar la productividad y reducir los costos operativos de fabricación del acero.

En los procesos de reducción directa con gas MIDREX y H&L, se realiza la carburización del hierro esponja, con la finalidad de aumentar su contenido de carbono hasta 4 %. En cambio, en el proceso de reducción directa SL/RN con carbón, adoptado por las dos únicas siderúrgicas del Perú, no se aplica la carbonización y el contenido de carbono en el hierro esponja es casi cero.

En tal sentido, la siderúrgica Corporación Aceros Arequipa S.A. (CAASA) ha implementado una metodología experimental de pruebas de Carbonización del Hierro Esponja con gas natural aplicado al Proceso de Reducción Directa SL/RN, con el objetivo de elevar el contenido de carbono del Hierro Esponja. Esta tesis muestra las primeras pruebas preliminares de carburización del pellets de mineral de hierro con diversos carburantes sólidos y líquidos, con la finalidad de averiguar si hay algunos indicios de un aumento de carbono en el producto, así como evaluar la formación de carburo de hierro o cementita en el producto carburado. Después de seleccionar al gas natural como el principal carburante, se ha implementado un Método Experimental de Carbonización del Hierro Esponja con gas natural, aplicado al proceso de Reducción Directa SURN con Carbón, con la finalidad de aumentar el contenido de carbono en el Hierro Esponja o DRI.

Se ha realizado un Diseño Experimental con la finalidad de determinar la influencia de los principales parámetros a evaluar en la carbonización, como son la temperatura de reducción, tiempo de carburización y caudal de gas introducido. La evaluación de producto carburizado se ha realizado mediante análisis químicos instrumentales y análisis de fases por microscopia.

También se han realizado pruebas de carburización con gas natural en un horno rotatorio y horno mufla, con el DRI frío obtenido de la Planta de Reducción Directa con la finalidad de evaluar un posible incremento de carbono en el DRI.

Por último, se muestra la implementación de las primeras pruebas de carburización co gas natural a nivel industrial en el proceso de reducción directa SL/RN en la Planta d Reducción Directa de Corporación Aceros Arequipa S.A. tendientes a incrementar e contenido de carbono en el Hierro Esponja, el cual es materia prima para la fabricación del acero en horno eléctrico

Currently in electric fumaces in steel mills worldwide, Sponge lron is used as raw material of good quality in manufacturing high quality steel, because of its purity ( %Fe high) and low residual elements, but because it contains some inherent oxides from its ore, 100% use is conditional, because it requires more energy consumption far complete fusion in the manufacture of steel. With the Carburized Sponge lron there is a higher quality product that has a high impact on the steel making in an electric fumace, allowing to reduce energy consumption, increase productivity and reduce operational costs in making steel.

In the direct reduction processes with gas MIOREX and H&L, is made the carburization of sponge iron, in order to increase its carbon content up to 4%. In contrast, in the direct reduction process SL / RN, adopted by the only two steel mills in Perú, is not performed the carburization and the carbon content in the sponge iron is almost zero.

In this regard, the steel company Corporación Aceros Arequipa S.A. (CAASA) has implemented an experimental methodology for evidence of carburization of sponge iro with natural gas applied to the Direct Reduction Process SL I RN, with the objective o increasing the carbon content of Sponge Iron.

This thesis shows the preliminary carburization tests of iron ore pellets with various solid and liquid fuels, in order to find out if there is some evidence of carbon increase in the product and evaluate the formation of iron carbide or cementite in carburized product. After selecting the natural gas as main fuel, has implemented an experimental method of carburization of sponge iron natural gas, applied to the Direct Reduction process SL I RN with coal, with the aim of increasing the carbon content in sponge iron or DRI We made an experimental design in order to determine the lnfluence of majar parameters to evaluate carburization, such as the reduction temperature, time of carburizing and gas flow introduced. Carburized product evaluation was performed using instrumental chemical analysis and phase analysis by microscopy.

Also, carburization tests were conducted in a laboratory kiln and muffle fumace, with the cold DRI obtained from the CAASA Direct Reduction Plant, with the purpose of evaluating a possible increase of carbon in the DRI.

Finally, we show the implementation of the first carburization tests with natural gas at industrial level in the direct reduction process SL I RN in Aceros Arequipa Plant aimed at increasing the carbon content in the sponge iron, which is raw material for making steel in Electric Are Fumace