una revisión crítica de desarrollos tecnológicos recientes en hornos eléctricos de arco
TRANSCRIPT
UNA REVISIÓN CRÍTICA DE
DESARROLLOS TECNOLÓGICOS
RECIENTES EN HORNOS
ELÉCTRICOS DE ARCO
Jorge Madías, metallon, San Nicolás, Argentina
Sara Hornby, Global Strategic solutions, Charlotte, Estados Unidos
Francisco Torre, FACTS Ingeniería, Rosario, Argentina
Hornos eléctricos de arco
Contenido
Introducción
Carga metálica: preparación y aporte de energía
Precalentamiento de la chatarra: avances recientes
Control automático del proceso
Seguridad en la plataforma
Recuperación de energía: primeras experiencias
Conclusiones
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Introducción
: servicios tecnológicos para la
siderurgia latinoamericana
Asistencia técnica (materias primas, reducción, acería,
laminación, desarrollo de producto)
Cursos in company, abiertos y de autoaprendizaje
Servicios de metalografía
Servicios de biblioteca
Textos para publicaciones especializadas
Clientes en México: Grupo SIMEC, Gerdau Corsa,
Ternium de México, DEACERO
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Introducción
En los últimos años el porcentaje de acero por la vía
horno eléctrico ha disminuido (no así la cantidad total)
En la medida que en China y otros países emergentes
haya más disponibilidad de chatarra, y que las
emisiones de CO2 de esos países comiencen a
restringirse, aumentaría la producción por esta vía
La Agencia Internacional de la Energía ha elaborado
pronósticos sobre la ruta de proceso y el consumo de
metálicos hasta el año 2050, previendo una
participación de las acerías eléctricas cercana al 50%
Desafío para el desarrollo de tecnologías en este
campo
Aumentar la eficiencia térmica
Incrementar la productividad
Disminuir su costo operativo
Mejorar su performance ambiental
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País Producción EAF
2014 (t)
Estados Unidos 55.174.000
India 50.211.000
China 49.938.000
Japón 25.679.000
Corea del Sur 24.197.000
Turquía 23.752.000
Rusia 21.852.000
Italia 17.200.000
Irán 13.607.000
México 13.311.000
Carga metálica
Chatarra
Es y continuará siendo el principal
componente de la carga metálica
de los hornos eléctricos
Preparación: incidencia en la
eficiencia del horno
Consumo de energía
Consumo de cal
Consumo de electrodos
Consumo de refractarios
Rendimiento metálicos
Acierto en composición química
Incorporando de equipos de
fragmentación de chatarra y de
prensado, tanto en siderurgia como
en procesadores de chatarra
Concepto schredderless
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Carga metálica
Chatarra
Sistemas para analizar chatarra
sobre cinta
Fluorescencia de rayos X de alta
velocidad
Analiza cada pieza; define en
base a criterios preestablecidos si
esa pieza debe separarse
En caso afirmativo, al momento de
caer de la cinta es eyectada
Análisis rápido por activación de
neutrones gamma
Analiza el conjunto del material
que pasa
Da idea de la influencia sobre la
composición química de los distintos
tipos de chatarra que ingresan a la
fragmentadora
Se asegura Cu <0,20%
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Carga metálica
Hierro esponja
Producción en aumento, 2014 74,6 Mt
Cubre un 15 % de necesidades de
metálicos en HEA
La fusión del hierro esponja consume
más energía eléctrica por la ganga (y
la cal necesaria)
Pero se contrarresta con
Metalización alta
Cierto nivel de carbono
Operación adecuada del horno eléctrico
Carga continua
Carga caliente
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Carga metálica
Hierro esponja
Cambios en producción y
aplicación
Reforma del gas natural
en el horno (hace factible
una miniplanta)
Uso de otros gases (gas
de Corex, gas de carbón,
eventualmente gas de
coquería)
Reintroducción de la carga
caliente
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Carga metálica
Arrabio sólido / líquido
Introducción de hornos eléctricos en acerías integradas
China
Alto costo de chatarra
Precariedad en suminstro de energía eléctrica
Unas pocas plantas de Europa, América del Norte y
Brasil
Introducción de mini altos hornos en acerías eléctricas
(Brasil)
Ahorro de energía eléctrica
Incremento de la emisión de CO2
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Carga metálica
Influencia de materias primas y estado en que son
cargadas, sobre consumo de energía eléctrica
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150 hornos >30 t
Acero al C y baja
aleación
TtT< 100 min
Carga metálica 11
Consumo de energía eléctrica
<300 kWh/t 9 de los top ten consumen más de 20% de arrabio líquido
300-400 kWh/t Hornos que consumen porcentaje importante de arrabio sólido
Hornos con 100% de chatarra de alta eficiencia energética
400-450 kWh/t Hornos con 100% de chatarra de eficiencia energética
intermedia
Hornos con carga de DRI caliente
>450 kWh/t Hornos con 100% de chatarra de baja eficiencia energética
Hornos con alta proporción de DRI/HBI frío
Programas de optimización
Modelos de cálculo de carga, que manteniendo ciertas
restricciones de calidad, permiten minimizar el costo de la
misma
Desarrollados o mejorados por proveedores como
Management Science Associates Inc. (MSA), Tube City IMS
(TCIMS), fabricantes de hornos eléctricos y proveedores de
automatización, o por las propias siderúrgicas
Consideran los cosos de los diferentes metálicos, su valor en
uso y la composición química del acero líquido
Algunos de ellos ofrecen estrategias de compra.
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Programas de optimización
Factores de mercado, más allá del costo y el valor en uso,
influyen las decisiones de compra y pueden representarse en
estos programas
Factores que pueden promover la decisión de utilizar metálicos
de alta calidad aunque haya opciones de menor costo:
Oferta y demanda regional
Historia del proveedor
Salvaguardia de futuros suministros
Generación de chatarra interna
Suministro de metálicos alternativos
Políticas de la empresa en cuanto a suministros, precios y ganancias
Incapacidad de la planta para degradar productos para usos secundarios
Deseo de garantizar el cumplimiento de las especificaciones sin problemas
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Precalentamiento de chatarra
Consteel evolution
Uso de quemadores en el túnel de precalentamiento de
la chatarra
Inyectores para post combustión en el horno
Sin referencias industriales hasta el momento
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Precalentamiento de chatarra
SIMETAL EAF Quantum
Extensión de la idea básica del “shaft furnace”, en la que se opta por la
carga de la cuba mediante un carro elevador y un chute eliminando
cestas y grúa (similar al Eco-Arc de JP Steel Plantech)
Para eliminar el tiempo con horno desconectado utiliza un sistema de
sifón para el sangrado (similar el de Stahlwerke Buderus)
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Precalentamiento de chatarra
SIMETAL EAF Quantum
Diferencias con el shaft
Mejor estanqueidad, con menor ingreso de aire, debido a estructura
fija de la cuba y carcasa inferior móvil
Diseño trapezoidal de cuba, para mejor distribución de la chatarra y
precalentado eficiente, particularmente con chatarra de baja
densidad
Mejor caída de la chatarra en la carcasa, mediante nuevo diseño del
sistema de retención
Mayor pie líquido, para favorecer transferencia de calor y la
velocidad de fusión
Fusión libre de flickers gracias a nueva configuración de cuba y
electrodos
Referencias: TYASA y el anunciado para Arvedi
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Precalentamiento de chatarra
Efecto sobre el consumo de energía eléctrico
Sólo hornos que cargan más de 80% de chatarra
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0
100
200
300
400
500
600
700
0 0,5 1 1,5 2 2,5
Co
nsu
mo
esp
ecí
fico
de e
nerg
íaelé
ctri
ca (
kW
h/t
)
Potencia específica (MVA/t)
Estándar
Consteel
Twin Shell
Shaft
Carga única: productividad
A medida que los hornos han aumentado en tamaño, ha crecido el número de
cestas necesario para completar la carga
Implica pérdida de productividad, dado que se necesita tiempo para el
movimiento de ascenso de los electrodos, el giro de la bóveda, la descarga
de la cesta, nuevamente el giro de la bóveda y el descenso de los electrodos
La preparación adecuada de la chatarra ayuda a incrementar su densidad
aparente y disminuir el número de cestas necesario
Hornos nuevos para una sola cesta
Hornos existentes modificados para carga única
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Reforma horno de
carcasas gemelas
de SDI Butler
Inyección de gas inerte por fondo
Auge efímero en década de 1990
Nuevo regreso, promovido por
Producción de acero especiales
Necesidad de mayor homogeneidad química y térmica
Hornos con precalentamiento de chatarra en
transportador, y gran fondo húmedo
Para favorecer la transferencia de calor entre el acero
líquido y la chatarra precalentada que ingresa al horno
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Control automático de proceso
Control de escoria espumosa
Sistemas de evaluación de la escoria espumosa
basados en
Medición de variables eléctricas
Medición del ruido
Medición de vibraciones en la carcasa del horno
Los datos proporcionados por estos sistemas pueden
ser utilizados por el operador para la toma de
decisiones
Pero también se ha buscado utilizar estos sistemas como
base para regular en línea la adición de carbono
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Control automático de proceso
Control de escoria espumosa
Lech Stahlwerke
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Control de escoria espumosa
Lech Stahlwerke
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Control dinámico
Steel Dynamics Roanoke
Análisis de gases
Medición de caudal y velocidad de
gas de escape
Evaluación de escoria espumosa
mediante medición de armónicas
Con las tres mediciones y modelos
se controla en forma automática
Inyección de oxígeno para post
combustión
Quemadores de oxígeno y gas
Inyección de carbono para el
espumado de la escoria
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Recuperación de energía
Primeras experiencias
Georgsmarienhütte, Alemania
Elbe Stahlwerke Feralpi, Alemania
Hyundai Steel Incheon, Corea del Sur
Ferriere Nord, Italia
TISCO Taiyuan, China
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¡Muchas gracias por su atención!
Jorge Madías – Sara Hornby – Francisco Torre
San Nicolás, Buenos Aires, Argentina
www.metallon.com.ar
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