PROCESOS DE REDUCCION DIRECTA ELEGIBLES

ACTUALMENTE

TRABAJO GRUPAL

Metalurgia Extractiva II

Ing. Luis Alvarado Loyola

INTEGRANTES

2. Lizárraga Santos, Luis

1. León Carrión, Elí

4. Rebaza Borjas, Orlando

3. Medina Rabanal, Simón

5. Vásquez Andrade, Jhon

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Consideremos como reducción directa aquella reducción de los óxidos de hierro que se efectúa sin alcanzarse la fusión, y llamaremos al producto resultante “hierro esponja”.

INTRODUCCION

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SL-RNse conduce en horno rotativo y emplea reductor sólido (coque o carbón) ha sido aplicado en 10 plantas diferentes comprendiendo un total de 16 unidades y 2.5 millones de toneladas de capacidad anual. El consumo de electricidad reportado es el orden de 70KWh/t y, con las innovaciones previstas más la adopción de recuperadores de calor el consumo energético en reductor y combustible bajará sensiblemente de las 4 Gcal que se consideraba en una planta de 350,000 t/año.

PROCESOS DE REDUCCIÓN DIRECTA

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Proceso de horno rotativo, se pretende reforzar las condiciones reductoras en la sección ocupada por la carga inyectando en esta un combustible líquido o gaseoso. Se puede suponer que la participación de reductor solido cargado será entonces menor que en el proceso SL-RN y similares y que pudiera incluso suprimirse convirtiéndose al ACCAR un proceso enteramente de reductor liquido o gaseoso, con la ventaja sobre todos los de la última clase en que no requiere reformar para obtener el gas reductor y se conduce a temperatura más elevada con lo que se favorece la cinética de las reacciones y se obtiene un producto menos reoxidable que no requiere briqueteado ni pasivación alguna.

ACCAR

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Este proceso ha sido concebido para capacidades relativamente modestas; a base de módulos de 20000 t/año que comprenden 6 reactores en un horno.

Los reactores son retortas de carburo de silicio calentado por fuera y la carga consiste en el mineral en trozos o pellets, carbón y caliza o dolomita.

KINGLO-METOR

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El proceso H y L se efectúa a base de gas reductor proveniente, en todos los casos hasta ahora, menos uno, del reformado catalítico del gas natural con vapor. La excepción es la planta de Solmezi, Zambia que emplea nafta.Es el más antiguo de los procesos elegibles actualmente. Existen 23 unidades operando y en construcción, por un total de 10 millones de t. anuales de capacidad y proyectos en estudio por 1 millón adicional.

H Y L

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Opera también con gas reductor, proveniente del reformado catalítico del gas natural con gases ya usados en la reducción y conteniendo CO2 como fuente del oxigeno necesario. Se anuncio en 1974 que se instalaría una planta Midrex a base de gas de coquería, cuya puesta en marcha se espera para 1978.El consumo energético logrado por una de las plantas (el mejor), es de 3.06 Gcal y 139 KWH por t. de hierro esponja con metalización de 93 % y contenido de 1.5% de C.

MIDREX

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A base de gas reductor proveniente del craqueo catalítico del gas natural con gas del tragante o de la gasificación de petróleo residual por combustión parcial con oxigeno. Con gas natural operará muy pronto una planta, y hace poco arranco otra con petróleo residual, ambas de la misma capacidad nominal de 330000 t/ año. Existen además una planta experimental de unas 55t/día, con la que se desarrollo el proceso. El consumo energético reportado es de 3.3 Gcal mas 100KWH por t. en operación con gas natural y de 3.5Gcal mas unos 350KWH por t. operando con petróleo residual.

PUROFER

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Este proceso, de lecho fluidizado, emplea también gas reductor proveniente del reformado catalítico de gas natural con vapor.Aparte de una planta de demostración que emplea gas procedente de la combustión parcial de butano con oxigeno y vapor de agua, se termino de instalar el año pasado una de 400000 t/año de briquetas metalizadas, que se encuentra en la etapa de puesta en marcha.Existen diseños para unidades FIOR de hasta 2 000 000 de t. y un proyecto aprobado de esta magnitud.El consumo energético previsto para la planta industrial es del orden de 4 Gcal y 45 KWh por t.

FIOR

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MINERAL DE HIERRO PARA REDUCCION DIRECTA

Puede ser de diversas granulometrías, los finos para aplicación en reactores de lecho fluizado y los trozos mayores y los pelets, en retortas y en hornos de cuba. Los procesos con hornos rotativos son los más flexibles en cuanto a tamaño, permitiendo no sólo pelets y trozos, sino también, en ciertas condiciones, finos de mineral.

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Una característica muy importante del mineral es su deducibilidad. En pelets la deducibilidad suele ser buena y bastante pareja aún entre los de distinta procedencia.

La cantidad admisible de azufre en el hierro-esponja depende de la proporción y del proceso en que se emplee éste. Será mínima cuando se utiliza grandes porcentajes de hierro-esponja en la carga de hornos de arco para la producción de aceros finos y especiales.

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Los reductores sólidos que se emplean para la producción de hierro-esponja, son el coque y el carbón.Las características más importantes que distinguen a un reductor sólido, son las siguientes:> Fusibilidad de las cenizas> Reactividad Materias volátiles> Contenido de azufre> Contenido de cenizas

REDUCTORES SOLIDOS

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El tamaño del horno y la economicidad de la planta depende de la reactividad del carbón a emplearse, pues la concentración suficiente del CO que domina la reducción es función de la velocidad con que reacciona el carbón y el C02 para regenerar a aquel (C+ CO2 = 2C0).

La reactividad del carbón suele ser paralela del contenido de materias volátiles. Sin embargo, un muy alto contenido de estas últimas si no son aprovechadas en un recuperador, pudiera constituir un inconveniente, a menos que sea muy bajo el precio del carbón.

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Como ya ha sido indicado, los gases reductores son el hidrógeno, el monóxido de carbono o una mezcla de ambos, y pueden proceder del craqueo del gas natural o de otros hidrocarburos, líquidos o gaseosos, o de gasificación o destilación del carbón.

REDUCTORES GASEOSOS

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El más empleado es la mezcla de CO y H2 proveniente del craqueo catalítico del gas natural con vapor de agua o con gases ya usados en la reducción conteniendo CO2 como fuente del oxígeno necesario. Así, el metano, principal constituyente del gas natural, se descompone en un caso según la reacción: CH 4 + H2O = CO + 3H2y en otro CH 4 + C2O = 2CO + 2H2

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El hidrógeno y el monóxido de carbono, agentes reductores (desoxidantes) sumamente efectivos, salen del reformador y estos agentes salen acompañados de pequeñas cantidades de gas natural y bióxido de carbono.

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Aunque con todos los procesos puede alcanzarse altos grados de metalización, las particulares características de ellos conducen a metalizaciones algo diferentes entre sí, las cuales están influenciadas también por la reductibilidad del mineral y otros factores de menor importancia. Pueden registrarse como típicas las siguientes:

GRADO DE METALIZACION

METALIZACIONES

PROCESOS

Horno Rotativo 93%Kinglor-Metor 95%

H y L 85%Midrex 93%Purofer 95%

Fior 92%

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De los procesos mencionados, el ACCAR, el H y L, el MIDREX y el PUROFER, tienen la posibilidad de controlar dentro de ciertos límites el contenido de C del producto.En los procesos a base de reductor sólido, el hierro-esponja resulta con 0.3 a 0.6%, en el Fior con algo menos.REOXIDACION:El producto más resistente a la reoxidación es la briqueta metalizada (Proceso Fior y, eventualmente el Purofer). Las producciones de los procesos que se conducen en hornos rotativos y la del Kinglor-Metor, no requieren pasivación alguna. Tampoco la del proceso Purofer no briqueteada ni la del H y L, aunque la resistencia a la reoxidación sea en estos últimos casos menor. El Midrex en cambio requiere siempre de alguna pasivación del hierro-esponja que produce.

CONTENIDO DE CARBONO

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Entre los procesos mencionados, las inversiones no difieren grandemente y según información de las instalaciones más recientes se pueden considerar dentro del rango de U.S.$ 80 a U.S.$ 100 por t./año, exceptuando quizá el proceso Fior que sobrepasaría los U.S.$ 100 en la instalación de 400,000 t. COSTOS DE PRODUCCIÓN:El principal elemento del costo de producción del hierro-esponja, es el mineral, seguido por el reductor y las cargas de capital.El rendimiento del mineral varía algo en los procesos y depende también de las características físicas de aquel. Siendo los montos de inversión poco diferentes relativamente, el factor decisivo del costo seria reductor para los procesos distintos del Fior.

MONTOS DE INVERSION

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HORNO ELECTRICO> La carga del horno eléctrico está

constituida de chatarra principalmente. En el baño se lleva a cabo una reacción de oxidación – reducción (proceso redox). Durante la fusión oxidante se elimina el fósforo y durante la reductora el óxido de hierro disuelto en el baño y el azufre. Controlar el tipo de atmósfera en el baño es fácil

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Ventajas> Alta Pureza> Gran Eficiencia térmica> Se puede controlar la temperatura dentro de

intervalos muy precisos Desventajas> Producción en menor escala que el horno alto> Posibilidad de contaminar el acero con elementos

residuales de la chatarra> Elevado consumo eléctrico: en España la

industria del acero es la de mayor consumo de energía eléctrica con un 6 % del consumo

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CLASIFICACION> Los varios tipos de hornos eléctricos usados

actualmente en las industrias metalúrgicas pueden clasificarse como sigue:

> Hornos de arco eléctrico> Hornos de inducción> Hornos de resistencia> Para la fabricación de aceros, el horno de arco

es el tipo más utilizado; le siguen los hornos de inducción. Los hornos de resistencia no se utilizan debido a las altas temperaturas involucradas pero si para el calentamiento de otros metales.

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GRACIAS