Una composición de acondicionador de escoria y procedimiento para su fabricación.

Un acondicionador de escoria que comprende, en peso, una mezcla y de 2% a 25% de aglutinante para aglutinar aglomerados o partículas de mayor tamaño de dicha mezcla,

comprendiendo dicha mezcla: de 20% a 90% de agregados calcinados compuestos por partículas inferiores a 8 mm, de las cuales al menos el 30% son de 0,2 mm o superiores y que contienen entre 35% y 94% de MgO, hasta 50% de aditivo carbonoso para fabricar escoria, y hasta 50% de magnesita calcinada ligera con un tamaño de partículas inferior a 149 μm (100 mallas); en donde dicho agregado calcinado comprende magnesita sinterizada, dolomita sinterizada, o dolomita calcinada ligera.

Una composición de acondicionador de escoria y procedimiento para su fabricación

La presente invención se refiere a una composición útil para la fabricación de acero, y más particularmente a una composición de acondicionador de escoria, un método para producir dicho acondicionador de escoria y un método de fabricación de acero que incluye acero inoxidable, en un horno eléctrico utilizando dicho acondicionador de escoria.

El documento KR 2003-0053401, describe un material de revestimiento para un convertidor de fabricación de acero, en donde el material de revestimiento se fabrica con polvo de óxido de magnesio calcinado ligero, carbón antracita y material aglutinante y tiene la forma de pellet o briqueta.

Campo de la invención

Antes de 1960, se utilizaba comúnmente ladrillo de sílice en forros refractarios de hornos para fabricar acero, tales como los hornos de solera abierta o los eléctricos. La escoria producida en el procedimiento de fabricación de acero tenía un alto contenido de dióxido de silicio (Si02), comúnmente conocido como sílice. La escoria era ácida para lograr compatibilidad química con el ladrillo de sílice del forro refractario y asegurar una vida útil razonable del forro. La exigencia de mejorar la calidad y aumentar la producción de acero al inicio de los años sesenta, dio lugar a un incremento de las temperaturas de funcionamiento de los hornos más allá de los límites razonables con respecto a la temperatura de funcionamiento del ladrillo de sílice en el forro refractarlo y, por tanto, se redujo la vida útil del forro refractario.

Los forros de sílice químicamente ácidos, en hornos de fabricación de acero de solera abierta o eléctricos fueron reemplazos por forros químicamente básicos, fabricados a partir de materiales basados en óxido de magnesio, MgO, y óxido de calcio, CaO. Los forros estaban principalmente en forma de ladrillos, morteros y otras formas granulares de materiales de mantenimiento. Incluso los nuevos hornos Llnz-Donawitz o de oxígeno básico de finales de los años cincuenta, comenzaron a producir acero en hornos con forros básicos de MgO y CaO. Los materiales de forro de temperatura superior y químicamente básicos, se componían de dolomita calcinada y/o magnesita sinterizada, en las que el principal compuesto es óxido de magnesio (MgO) con algún nivel de Impurezas naturales. El símbolo químico MgO como se utiliza en la presente memoria, se refiere a productos recuperados tras calcinar el mineral de magnesita natural en un horno, un producto denominado magnesita calcinada ligera que debe su nombre al

procedimiento común de calcinar el mineral a una temperatura de aproximadamente 1.093°C (2.000°F) durante un

período deseado de tiempo y un segundo producto llamado magnesita sinterizada que debe su nombre al

procedimiento común de calcinar el mineral a una temperatura de aproximadamente 1.649°C (3.000°F) durante un

período deseado de tiempo. El compuesto de MgO tras slnterlzarlo desarrolla un cristal observable, periclasa, que es químicamente resistente a la escoria de horno que contiene (CaO) con alto contenido en cal. También fue útil el mineral de cromo en composiciones de ladrillo refractarlo basado en MgO, el cual se añadió para aumentar la resistencia al choque térmico de los forros de horno de arco eléctrico y de solera abierta. La técnica de usar forros químicamente básicos, causó un cambio químico en la flotación de la escoria sobre el acero. El cambio químico fue un mayor contenido en cal (CaO) en la escoria para lograr una compatibilidad química con los materiales de forro refractarios. Además, el alto contenido en CaO de la escoria básica mejoró una función metalúrgica necesaria de recolección de las impurezas indeseadas del baño de acero líquido. Entre estas impurezas mejor retiradas por escoria básica están azufre, fósforo y silicio dependiendo de la calidad de acero producida.

A comienzos de los años sesenta, cuando la vida útil del forro de horno de oxígeno básico (BOF, del inglés basic oxygen furnace) se situaba frecuentemente en el Intervalo de 400 a 1.200 hornadas, se observó que la escoria al final del procedimiento de fabricación de acero tenía entre 5% y 7% de componente de óxido de magnesio. Los expertos en la técnica de fabricación de acero eran conscientes de la Implicación de la composición de escoria con respecto a la vida útil de los refractarios. Se sabe a partir de diagramas de fase, que el óxido de magnesio es soluble en escoria líquida basada en silicato de calcio y que el nivel de solubilidad depende principalmente de la relación de CaO a SÍO2 ("C/S"), comúnmente denominada relación cal/sílice. Cuando la relación cal/sílice en la composición de escoria al final de una hornada fue superior a 1/2, se encontró que la escoria tenía un desequilibrio químico a satisfacer que requería aproximadamente 7% de MgO. Existe una relación entre el desgaste del material de forro y el contenido en MgO de la escoria. Los materiales de mantenimiento de forro de horno tienen un alto contenido en MgO y se convirtieron en donantes sacrificados de las deficientes cantidades de MgO disolvente en la escoria, limitando el daño al forro el período de trabajo del recipiente entre 400 y 1.200 hornadas. Los fabricantes de acero, que añadían piedra caliza calcinada como componente de CaO en la escoria básica, comenzaron a añadir dolomita calcinada o una mezcla de piedra caliza calcinada y dolomita calcinada, para suministrar no sólo CaO sino también MgO como una adición de escoria, para satisfacer la demanda de MgO en la escoria. La vida útil del forro refractario aumentó, pero el desgaste permaneció como un problema continuo que requería frecuente emparchado del forro refractario, lo que Interrumpida la producción de acero.

En los años ochenta, se mejoró la vida útil de los recipientes de tipo BOF cambiando la composición de la escoria para las operaciones de producción de acero al aumentar el contenido en MgO, lo que hizo que la escoria fuera más viscosa. Esa escoria viscosa combinada con la capacidad de soplado de gas del BOF, dieron como resultado una

técnica denominada salpicadura de escoria. Un revestimiento de la escoria viscosa refractaria soplada sobre las paredes del horno, protegía el forro del recipiente de un desgaste excesivo y se practicaba después de casi todos los calentamientos. El procedimiento de fabricación de acero podía llevarse a cabo, utilizando el renovado revestimiento de escoria sobre el forro refractario después de cada hornada. Este procedimiento de revestimiento de escoria prolongaba la vida útil del forro, en algunos casos a más de 10.000 hornadas en hornos de tipo BOF y se realizaron intentos de aplicar un concepto similar de un procedimiento de revestimiento de escoria a hornos de arco eléctrico. El documento U S. n° 6.514.312, expedida el 4 de febrero de 2003, contiene una descripción de la técnica de salpicadura de escoria sobre un recipiente de tipo BOF.

Aunque la dolomita era una fuente común para proporcionar MgO a la escoria, la vida útil del forro del horno siguió siendo corta y la velocidad de consumo del material de mantenimiento de horno era relativamente alta. A finales de los años noventa, la magnesita sinterizada reemplazaba cierta cantidad de cal dolomítica como fuente de MgO en ciertos hornos de escoria. Se añadió magnesita sinterizada a la carga de horno como un material relativamente grueso, típicamente de 15x3 mm, para minimizar el polvo generado durante la manipulación y carga del material. Se consideró que era ineficaz y costoso introducir partículas más finas de magnesita sinterizada, debido a que las pequeñas partículas volarían fuera del horno con los gases de escape.

Con el fin de revestir el forro de horno para darle una vida útil más larga y para duplicar la prolongada vida útil del forro en el recipiente de tipo BOF, sería necesaria alguna forma de salpicadura para impulsar la escoria espesa sobre las paredes del horno. Una fuente de gas para salpicar las paredes de horno fue oxígeno bombeado al interior de la ¡nterfase baño-escoria con un sólido de material fino que contiene carbono, usualmente coque de petróleo, carbón vegetal o coque. Se supuso que el carbono reaccionaría con el oxígeno (quemado u oxidado) o que reaccionaría con FeO en la escoria, para crear CO y C02. Los gases formados por estas reacciones produjeron el efecto de liberar burbujas de aire en el interior de la escoria, lo que causa que la escoria aumente su volumen y produzca lo que ahora se denominada escoria espumosa. Hasta cierto punto, la escoria espumosa ayuda a revestir las paredes de horno y evita el avance del desgaste del forro. Se reconocieron ciertas mejoras y se consideraron... [Seguir leyendo]

1. Un acondicionador de escoria que comprende, en peso, una mezcla y de 2% a 25% de aglutinante para aglutinar aglomerados o partículas de mayor tamaño de dicha mezcla, comprendiendo dicha mezcla: de 20% a 90% de agregados calcinados compuestos por partículas inferiores a 8 mm, de las cuales al menos el 30% son de 0,2 mm o superiores y que contienen entre 35% y 94% de MgO, hasta 50% de aditivo carbonoso para fabricar escoria, y hasta 50% de magnesita calcinada ligera con un tamaño de partículas inferior a 149 pm (100 mallas); en donde dicho agregado calcinado comprende magnesita sinterizada, dolomita sinterizada, o dolomita calcinada ligera.

2. El acondicionador de escoria según la reivindicación 1, que incluye, en peso, una mezcla de agregados clasificados por tamaño y de 2% a 25% de aglutinante para aglutinar los agregados, comprendiendo dicha mezcla: de 40% a 80% de agregados de magnesita sinterizada compuestos por partículas inferiores a 8 mm, de las cuales, al menos, el 30% son de 0,2 mm o superiores y que contienen entre 35% y 94% de MgO, hasta 40% de magnesita calcinada ligera con un tamaño de partículas inferior a 149 pm (100 mallas), de 5% a 50% de carbono seleccionado del grupo que consiste en: carbón vegetal, carbón de antracita, coque, grafito y coque de petróleo.

3. El acondicionador de escoria según la reivindicación 1 o reivindicación 2, en donde dicho agregado calcinado comprende magnesita sinterizada, que contiene entre 80 % y 94% de MgO.

4. El acondicionador de escoria según la reivindicación 1 o reivindicación 2, en donde dicho agregado calcinado comprende dolomita sinterizada, que contiene más de 35 % y menos de 50% de MgO.

5. El acondicionador de escoria según la reivindicación 1, en donde dicho aditivo carbonoso para fabricar escoria tiene un contenido en carbono entre 78% y 99,8%.

6. El acondicionador de escoria según la reivindicación 1, en donde dicho aditivo carbonoso para fabricar escoria tiene un tamaño de partículas de 6 mm o menos.

7. El acondicionador de escoria según la reivindicación 1 o reivindicación 2, en donde dicho aglutinante incluye agua.

8. El acondicionador de escoria según la reivindicación 1 o reivindicación 2, en donde dicha magnesita calcinada ligera tiene un tamaño de partículas inferior a 100 mallas y contiene más de 85% de MgO, y en donde dicho aglutinante incluye de 5% a 30% de agua, formando una unión útil que consiste principalmente en hidróxido de magnesio, como un producto de la reacción con dicha magnesita calcinada ligera.

9. El acondicionador de escoria según la reivindicación 1 o reivindicación 2, en donde dicha magnesita calcinada ligera está compuesta por aproximadamente 80% o más de partículas de un tamaño inferior a 74 pm (200 mallas).

10. El acondicionador de escoria según la reivindicación 1, en donde dicho aditivo carbonoso para fabricar escoria se selecciona del grupo que comprende: carbón vegetal, carbón de antracita, coque metalúrgico, coque de petróleo y grafito.

11. El acondicionador de escoria según la reivindicación 1 o reivindicación 2, en donde dicho aglutinante es agua o se selecciona del grupo que consiste en: silicato de sodio, lignosulfonato, disoluciones de lignosulfonato, ácido clorhídrico, ácido sulfúrico, cloruro de magnesio, sulfato de magnesio, melazas, brea, alquitrán, asfalto, bentonita, arcillas y resinas, incluyendo dicho aglutinante suficiente líquido para formar una mezcla moldeable.

12. El acondicionador de escoria según la reivindicación 1 o reivindicación 2, en donde dicho aglutinante incluye aglutinantes orgánicos.

13. El acondicionador de escoria según la reivindicación 1 o reivindicación 2, en donde dicho aglutinante es químicamente reactivo con uno o más componentes de dicha mezcla.

14. El acondicionador de escoria según la reivindicación 1 o reivindicación 2, en donde la magnesita calcinada ligera comprende al menos 80 % y no más de 97% de MgO.

15. El acondicionador de escoria según la reivindicación 1, en donde los agregados calcinados están compuestos por dos partes constituyentes, la primera parte está en una fracción de tamaño inferior a 8 mm de las cuales al menos el 30% son de 0,2 mm o superiores y contienen entre 35% y 94% de MgO, y la segunda parte son de una fracción de tamaño de hasta 50% de la magnesita calcinada ligera que contiene más de 85% de MgO y tienen un tamaño de partículas inferior a 149 pm (100 mallas).

16. El acondicionador de escoria según la reivindicación 1, en donde los agregados calcinados están compuestos por dos partes constituyentes, la primera parte está en una fracción de tamaño inferior a 8 mm siendo al menos el 30% de 0,2 mm o superiores y contienen entre 35% y 94% de MgO, y la segunda parte son finos de óxido de magnesio sinterizado.

17. El acondicionador de escoria según la reivindicación 1 o reivindicación 2, que comprende además un material de carga compatible.

18. El acondicionador de escoria según la reivindicación 17, en donde el material de carga compatible se selecciona del grupo que consiste en: carburo de silicio, ferrosilicio, ferrocromo, ferrosiliciomanganeso, óxido de hierro, mineral de cromo, mineral de hierro, cascarilla de laminación, piedra caliza, dolomita y magnesita cruda.

19. Un método para producir un acondicionador de escoria que incluye las etapas de:

seleccionar en peso una mezcla y de 2% a 25% de aglutinantes para aglutinar los aglomerados o las partículas de mayor tamaño de dicha mezcla, comprendiendo la mezcla de 20% a 90% de agregados calcinados compuestos por partículas inferiores a 8 mm, de las cuales, al menos el 30% son de 0,2 mm o superiores y contienen entre 35% y 94% de MgO, hasta 50% de aditivo carbonoso para fabricar escoria y hasta 50% de magnesita calcinada ligera, con un tamaño de partículas inferior a 149 pm (100 mallas); y,

comprimir dicha mezcla bajo una presión suficientemente alta para producir una briqueta, en donde dicho agregado calcinado comprende magnesita sinterizada, dolomita sinterizada o dolomita calcinada ligera.

20. El método para producir un acondicionador de escoria según la reivindicación 19, en donde las mezcla contiene agregados clasificados por tamaño y de 2% a 25% de aglutinante utilizado para aglutinar dichos agregados, comprendiendo dicha mezcla: de 40% a 80% de agregados de magnesita sinterizada compuestos por partículas

inferiores a 8 mm, de las cuales el 30% son de 0,2 mm o superiores, y que contienen entre 35% y 94% de MgO, hasta 40% de magnesita calcinada ligera con un tamaño de partículas inferior a 149 pm (100 mallas), de 5% a 50% de carbono seleccionado del grupo que consiste en carbón vegetal, carbón de antracita, coque, grafito y coque de petróleo.

21. El método para producir un acondicionador de escoria según la reivindicación 19 o la reivindicación 20, en donde 20 dicho método además incluye las etapas de:

mezclar una cantidad seleccionada de dicha mezcla en un mezclador, y seleccionar una máquina capaz de formar briquetas compuestas por dicha mezcla, mediante un grupo de aparatos que consiste en: prensa mecánica, una prensa hidráulica, una prensa de tornillo por fricción, una prensa giratoria, un disco peletizante inclinado y una extrusora para formar aglomerados a partir de una mezcla recuperada de dicho mezclador.