ES2203588T3 - Procedimiento para el tratamiento de escorias o mezclas de escorias sobre un baño de hierro. - Google Patents

Abstract

Procedimiento para el tratamiento de escorias o mezclas de escorias con un contenido en óxido de hierro > 5 % en peso, en especial escorias siderúrgicas, en el cual las escorias de acero, mezcladas dado el caso con otras escorias, se echan sobre un baño de metal, caracterizado porque como baño de metal se utiliza un baño de acero con un contenido en C < 1, 5 % en peso, preferentemente < 0, 5 % en peso, y porque el baño de acero, tras echar las escorias de acero, es carburado a más del 2, 0 % en peso, preferentemente > 2, 5 % en peso de C, mediante la introducción de carbono o portadores de carbono.

Description

Procedimiento para el tratamiento de escorias o mezclas de escorias sobre un baño de hierro.

La invención se refiere a un procedimiento para el tratamiento de escorias o mezclas de escorias con un contenido en óxido de hierro > 5% en peso, en especial escorias siderúrgicas, en el cual las escorias de acero, mezcladas dado el caso con otras escorias, se echan sobre un baño de metal.

Por el documento EP 666 930 B1 se ha dado a conocer ya un procedimiento para fabricar acero y plastificadores hidráulicamente activos en el cual se reducían las escorias de acero, con la utilización de arrabio y en especial del contenido de carbono existente en el arrabio, con lo cual, por un lado, se da lugar un afino del baño de arrabio y es reducido el contenido en carbono del baño, por ejemplo hasta por debajo de la mitad del contenido en carbono existente en el arrabio, donde simultáneamente es reducido óxido de hierro de la escoria de acero a hierro y llega al baño de metal. El procedimiento conocido se ha optimizado esencialmente para que con cantidades reducidas de arrabio líquido se pudiesen reducir grandes cantidades de escorias de acero, al menos parcialmente. Un acortamiento esencial del procedimiento mediante la utilización de cantidades mayores de arrabio líquido no es factible en este procedimiento conocido donde, por un lado, existe arrabio líquido usualmente con temperaturas comparativamente bajas, por lo cual las propiedades reológicas de las escorias pueden volverse problemáticas y, por el otro, al echar escorias de acero líquidas sobre grandes cantidades de arrabio líquido se observa una reacción extraordinariamente violenta la cual, en caso de propiedades reológicas desfavorables de las escorias, puede conducir a la formación de escorias espumosas indeseadas o a la expulsión de la escoria. La formación de este tipo de escorias espumosas conduce, como consecuencia, de nuevo a un enlentecimiento de la reacción, de tal manera que son necesarios tiempos de tratamiento relativamente largos.

La invención se plantea por lo tanto el problema de perfeccionar un procedimiento del tipo mencionado al principio de manera que para un tiempo de conversión relativamente corto, el calor del proceso que se genera en el transcurso del procedimiento, se pueda aprovechar de manera óptima y se pueda mantener una escoria de acero muy fluida durante la reducción, la cual impide la formación de escorias espumosas de manera persistente y simultáneamente impide reacciones desmesuradas locales con expulsión indeseada de escoria líquida.

Para resolver este problema el procedimiento según la invención consiste en que como baño de metal se utiliza un baño de acero con un contenido en C < 1,5% en peso, preferentemente < 0,5% en peso, y en que el baño de acero, tras echar las escorias de acero, es carburado a más del 2,0% en peso, preferentemente > 2,5% en peso de C, mediante la introducción de carbono o portadores de carbono. Gracias a que al inicio de la reducción de escorias se presenta un baño de metal con un contenido en carbono comparativamente pequeño, es decir un baño de acero, se impiden reacciones desmesuradas locales y conversiones violentas en las cual se forman grande cantidades de gas, de tal manera que ya no se puede observar la formación de escorias espumosas. Para llevar ahora a cabo un procedimiento de este tipo de manera rentable y ampliamente autotérmica es especialmente ventajoso aprovechar directamente el calor del proceso que se genera en el procedimiento. El procedimiento según la invención se lleva a cabo por ello con ventaja de manera que se presenta un baño de arrabio y se afina con oxígeno hasta un contenido en C < 0,5% en peso, donde se ajusta una temperatura del baño superior a 1570ºC, en especial aproximadamente 1620ºC, que sobre el baño de acero afinado se aplica escoria de acero líquida y, tras una compensación de la temperatura, se introduce carbono en el baño, donde se añaden sustancias de corrección que contienen SiO_{2}, como p. ej. escoria de alto horno, arena de cuarzo, y/o sustancias de corrección que contienen Al_{2}O_{3}, como p. ej. bauxita, para reducir la basicidad hasta < 1,5 o para el ajuste de un contenido en Al_{2}O_{3} > 10 % en peso. Gracias a que la formación del baño de acero, sobre el cual se echan a continuación las escorias de acero, se consigue directamente como etapa previa en el mismo procedimiento mediante un proceso de afino, el calor del proceso, generado durante el afino, en el cual el baño de arrabio original es calentado mucho, puede aprovecharse directamente para una compensación de la temperatura con la escoria de acero que se aplica, donde, debido a la alta temperatura, son recargadas por fusión directamente e introducidas en la escoria sustancias de corrección y, en especial, sustancias de corrección que contienen SiO_{2}, como las que son necesarias para el ajuste de la basicidad deseada. De este modo se aplica sobre el baño de acero calentado mediante el proceso de afino hasta temperaturas superiores a 1570ºC o bien directamente al menos una parte de las sustancias de corrección que contienen SiO_{2} necesarias para el ajuste de la basicidad, de modo que estas sustancias de corrección sean calentadas y fundidas al menos en parte, o se aplica indirectamente la escoria de acero, donde junto con la escoria de acero se añaden las sustancias de corrección que contienen SiO_{2}. Mediante la adición de este tipo de sustancias de corrección que contienen SiO_{2} y, en especial, gracias a la posibilidad de aplicar aquí simultáneamente aditivos, como por ejemplo chatarra de enfriamiento o mineral menudo, se aprovecha el gran calor latente del baño de acero afinado directamente en el proceso y, mediante la adición de portadores de óxido de hierro, se puede llevar a cabo un control eficiente de la temperatura, durante el cual se reducen simultáneamente en gran medida óxidos de hierro y por consiguiente a partir de este tipo de óxidos de hierro, los cuales usualmente sólo se pueden procesar con dificultad, como minerales menudos, se forma una gran cantidad de hierro líquido.

A continuación de la aplicación de las escorias de acero tiene lugar ahora el aumento del contenido en carbono del baño de acero y el trabajo de reducción deseado, donde se insuflan portadores de carbono en el baño de acero. El monóxido de carbono formado se puede quemar a continuación, de tal manera que el proceso se puede llevar a cabo en gran medida de forma autotérmica y se puede prescindir de la introducción adicional de energía. Para ello se lleva a cabo de manera ventajosa el proceso de tal manera que la basicidad se ajusta entre 1,1 y 1,4 y el contenido en C del baño a > 2,5% en peso.

El procedimiento según la invención se lleva a cabo ventajosamente de tal manera que la escoria de acero se añade al baño de acero en una relación de cantidades de peso de 1:3 a 1:6, preferentemente aproximadamente 1:4, donde con la cantidad relativamente alta de baño de metal presentada, la cual tras el proceso de afino se encuentra en un nivel de temperatura alto, se puede preparar directamente el calor de fusión necesario para sustancias adicionales. En especial se puede aquí añadir, de forma ventajosa, arena de cuarzo en cantidades de 150 a 250 kg/t de escoria de acero y bauxita en cantidades de 200 a 300 kg/t de escoria de acero, donde en el tipo de adición elegido se logra una homogeneización suficiente y con ello una fusión completa y conversión de las adiciones en la escoria, de tal manera que se puede obtener directamente un producto utilizable en la tecnología del cemento.

De forma especialmente ventajosa se añaden a las mezclas de escorias líquidas minerales menudos o portadores de óxido de hierro para el ajuste de un contenido en óxido de hierro superior al 8% en peso, con lo cual se consigue, simultáneamente a la reducción deseada de la escoria de acero, reducir también minerales difíciles de procesar en el mismo procedimiento y utilizar esta adición para la regulación de la temperatura de conversión deseada. Con el mismo objetivo se pueden fundir con ventaja en el baño de metal, durante o a continuación del afino, aditivos como p. ej. chatarra de enfriamiento o minerales menudos.

De forma especialmente ventajosa se pueden añadir portadores de óxido de hierro con ganga ácida, con lo cual se consigue, simultáneamente a la reducción del hierro metálico por parte de este tipo de portadores de óxido de hierro, una reducción correspondiente de la basicidad a basicidades objetivo deseables para la tecnología del cemento. De forma ventajosa se procede aquí de tal manera que la adición de portadores de óxido de hierro, como p. ej. minerales débiles o minerales menudos con ganga ácida, tras echar las escorias líquidas o mezclas de escorias sobre el baño de acero, se lleva a cabo, al menos parcialmente, simultáneamente con la carburación del baño de acero, donde generalmente se añade con ventaja a las escorias líquidas o mezclas de escorias sustancias de corrección que contienen CaO, Al_{2}O_{3} y/o SiO_{2}.

En total resulta, por el afino llevado a cabo en la primera etapa, un balance energético especialmente favorable, donde las grandes cantidades de energía liberadas durante el afino del baño de arrabio pueden ser aprovechadas directamente dentro del proceso.

Para el ajuste de la basicidad objetivo deseada son adecuadas, en principio, escorias que contengan SiO_{2} cualesquiera y se pueden utilizar en su caso sustancias de corrección que contengan SiO_{2}.

La invención se explica a continuación con mayor detalle sobre la base de un ejemplo de realización.

En un convertidor se convirtieron 8 t de arrabio líquido, mediante introducción de 280 Nm^{3} de oxígeno a través de toberas del fondo, en un baño de acero. El arrabio líquido presentó, al mismo tiempo, un contenido en carbono de 3,9% en peso, un contenido en silicio de aproximadamente 0,3% en peso y hierro residual como análisis de orientación. Tras el afino, en el cual mediante la reacción exotérmica se alcanzó, partiendo de una temperatura del baño de 1470ºC, una temperatura final de 1620ºC, el baño de acero líquido presentó un contenido en carbono de 0,3% en peso, un contenido en silicio de 0,003% en peso y hierro residual. Sobre este baño de acero líquido se cargaron, a continuación, 2 t de escoria de acero líquida. La escoria de acero se caracterizó por el siguiente análisis:

Escoria de acero
	% en peso
CaO	48,6
SiO_{2}	19,1
Al_{2}O_{3}	2,2
MgO	3,2
TiO_{2}	1,5
FeO	22,7
MnO	2,7
CaO/Si_{2}	2,5

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Debido al relativamente bajo contenido en carbono de baño en el baño de acero existente tienen lugar, inmediatamente a continuación de echar la escoria de acero líquida, esencialmente, reacciones de la masa más pequeñas durante la reacción de reducción de los óxidos de metal contenidos en la escoria de acero. Si se presentase inmediatamente arrabio en las relaciones de cantidad correspondientes se produciría una rápida liberación de grandes cantidades de CO, lo que podría conducir a un intenso espumado de escoria o a la expulsión de escoria.

Tras echar la escoria de acero sobre el baño de acero tiene lugar una compensación de la temperatura entre la escoria y el baño de metal, de tal manera que posiblemente son transferidas partes de escoria sólidas de nuevo completamente al estado líquido. La compensación de temperatura conduce a temperaturas de alrededor de 1500ºC.

A continuación de la compensación de temperatura que tuvo lugar se insuflaron 580 kg de carbón con una tasa de insuflación de 25 kg/min. en el baño de acero, además se introdujeron 370 kg de arena de cuarzo con una tasa de 24 kg/min. y 535 kg de bauxita con una tasa de 28 kg/min.

Al final de la reacción de reducción deseada quedó un baño de metal con un 4,5% en peso de carbono disuelto a una temperatura de aproximadamente 1490ºC. El arrabio así regenerado puede contener, naturalmente, dependiendo de la elección de las sustancias de corrección o de la composición de la escoria de acero, también correspondientemente otros metales distintos del hierro.

Con las sustancias de corrección tuvo lugar, por un lado, el control de la basicidad objetivo deseada, como resulta deseable para la utilización en la tecnología del cemento de la escoria tratada, donde simultáneamente tuvo lugar una reducción de los óxidos de metal en el posterior análisis de orientación de la escoria de acero tratada.

Escoria de acero tratada
	% en peso
CaO	44,7
SiO_{2}	34,6
Al_{2}O_{3}	14,8
MgO	2,9
TiO_{2}	1,8
FeO	0,9
MnO	0,3
CaO/Si_{2}	1,3

La escoria de acero tratada obtenida de esta manera se pudo granular en agua y se pudo utilizar como producto molido en cementos compuestos.

Mediante el calor generado durante la descarburación se logra calentar y recargar por fusión las sustancias de corrección necesarias para el ajuste de la basicidad objetivo deseada o el ajuste de la composición deseada para un producto molido utilizable en la tecnología del cemento. Un nivel de temperatura indeseadamente elevado que pueda aparecer puede ser llevado de vuelta, mediante la adición de chatarra de enfriamiento, mineral menudo o insumos de la reducción directa del hierro (DRI, HBI), a la temperatura de reducción deseada, con lo cual puede introducirse más hierro en el baño de metal.

En la medida en que esto parezca necesario, el óxido de carbono que se forma durante la reducción puede ser quemado posteriormente por encima del baño de escoria, con lo cual se logra la conversión simultánea de una mayor cantidad de mineral menudo ácido sin introducción adicional de energía.

Claims (9)

1. Procedimiento para el tratamiento de escorias o mezclas de escorias con un contenido en óxido de hierro > 5% en peso, en especial escorias siderúrgicas, en el cual las escorias de acero, mezcladas dado el caso con otras escorias, se echan sobre un baño de metal, caracterizado porque como baño de metal se utiliza un baño de acero con un contenido en C < 1,5% en peso, preferentemente < 0,5% en peso, y porque el baño de acero, tras echar las escorias de acero, es carburado a más del 2,0% en peso, preferentemente > 2,5 % en peso de C, mediante la introducción de carbono o portadores de carbono.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque se presenta un baño de arrabio y se afina con oxígeno hasta un contenido en C < 0,5% en peso, donde se ajusta una temperatura del baño superior a 1570ºC, en especial aproximadamente 1620ºC, y porque sobre el baño de acero afinado se aplica escoria de acero líquida y, tras una compensación de la temperatura, se introduce carbono en el baño, donde se añaden sustancias de corrección que contienen SiO_{2}, como p. ej. escoria de alto horno, arena de cuarzo, y/o sustancias de corrección que contienen Al_{2}O_{3}, como p. ej. bauxita, para reducir la basicidad hasta < 1,5 o para el ajuste de un contenido en Al_{2}O_{3} > 10% en peso.

3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque la basicidad se ajusta entre 1,1 y 1,4 y el contenido en C del baño a > 2,5% en peso.

4. Procedimiento según la reivindicación 1, 2 ó 3, caracterizado porque la escoria de acero se añade al baño de acero en una relación de cantidades de peso de 1:3 a 1:6, preferentemente aproximadamente 1:4.

5. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque se añade arena de cuarzo en cantidades de 150 a 250 kg/t de escoria de acero y bauxita en cantidades de 200 a 300 kg/t de escoria de acero.

6. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque a las mezclas de escorias líquidas se les añaden minerales menudos o portadores de óxido de hierro para el ajuste de un contenido en óxido de hierro superior al 8% en peso.

7. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque la adición de portadores de óxido de hierro, como p. ej. minerales débiles o minerales menudos de ganga ácida, tras echar las escorias líquidas o mezclas de escorias sobre el baño de acero, se lleva a cabo, al menos parcialmente, simultáneamente a la carburación del baño de acero.

8. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque a las escorias líquidas o mezclas de escorias se les añaden sustancias de corrección que contienen CaO, Al_{2}O_{3} y/o SiO_{2}.

9. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque en el baño de metal, durante o a continuación del afino, se funden aditivos como p. ej. chatarra de enfriamiento, minerales menudos o esponja de hierro.