Trabajo realizado ante un incremento el consumo específico de coque. Se realizaron seguimientos en planta, un balance de masa del horno, un cálculo de la formación de escoria y la evaluación de la desulfuración; análisis químicos y ensayos
sobre coque y escorias y medición de gases de combustión de los hornos.
Disminución del consumo de coque en los hornos cubilote de paraná metal
1. Disminución del consumo de
coque en los hornos cubilote de
Paraná Metal
Alejandro Martín, Jorge Madías – IAS
G. García Díaz, E. Tognetti, J. Cenóz – Paraná Metal
1a Jornada CIFRA – IAS. San Nicolás – Argentina – Noviembre de 2005
2. Paraná Metal
Empresa productora de piezas y partes fundidas
para la industria automotriz
Dos líneas de moldeo Kunkel Wagner y
Disamatic
5 máquinas Sutter de caja caliente, 14 Shalco
Shell y 2 máquinas B&P de caja fría
2 hornos Lindberg 10 ton, 3 hornos Lindberg 15
ton y 2 hornos cubilote
Línea 1: block de cilindros, línea 2: piezas chicas
y 3 hornos Lee Wilson de tratamiento térmico
Centro de investigación de la siderurgia
Argentina
50 personas
3 áreas: Procesos, servicios e institucionales
6 laboratorios: Minerales, químico,
refractarios, modelo de agua, metalográfico y
ensayos físicos
Instituto Argentino de Siderurgia
3. Objetivo
Disminuir el consumo de coque de los hornos de cubilote
Metodología
Seguimientos en planta
Balance de cargas, balance de
escorias y evaluación de la
desulfuración
Análisis químicos y ensayos
sobre coque y escorias
Medición de gases de
combustión de los hornos
4. Evolución de consumo de coque en Paraná metal
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
220
Meses
Kg/Tn
Objetivo
Situación inicial
Consumo excesivo de coque en la operación de los cubilotes
Mermas en el contenido de carbono obtenido en baño
Valores de azufre altos, en límite superior de norma
5. Situación inicial
Análisis inmediato y humedad del Coque
0,7 máx3 - 53,0 máx92,0 mín3 máxNorma
0,692,82,294,93,17Promedio
Azufre
(%)
Cenizas
(%)
Volátiles
(%)
C fijo
(%)
Humedad
(%)
Análisis
Análisis químico de las cenizas del Coque
0,90,40,0486,86,55,4Promedio
CaO
(%)
MgO
(%)
MnO
(%)
SiO2
(%)
FeO
(%)
Al2O3
(%)
Coque
6. Situación inicial
Ensayo de resistencia Half Micum según norma ISO Nº556
M10=6,7 %
M80= 30 %
Determina una muy
pobre resistencia a la
fisuración
Indica una muy
buena resistencia
a la abrasión
Coque
Determina la degradación del coque,
sufrida por fisuración y abrasión, en las
etapas previas a la carga y durante el
descenso en el cubilote
7. Situación inicial
Ensayo de reactividad según ASTM D-5341
Determina la degradación del coque en el cubilote, por reacción
con CO2 a elevada temperatura, de acuerdo a la reacción C(s) +
CO2(g) = CO(g)
Por encima del límite superior recomendado, esto indica en
presencia de CO2, el coque se degradará, perdiendo
resistencia y generando finos que disminuyen su rendimiento
REACTIVIDAD
Muestra Reactividad CRI (%)
A 27,5
B 25,9
Promedio 27
CRI recomendado: 25 % max.
Coque
8. Situación inicial
Ensayo de Granulometría
Granulometría promedio aproximadamente un 25 % menos
de lo solicitado en especificación, para un tamaño mayor a
102 mm
Muestra Retenido en malla 102x102
(%)
1 70
2 65
3 65
4 65
Promedio 66
Especificación 90 mínimo
Coque
9. Situación inicial
Resumen de propiedades del coque baja carburación en
situación de alto consumo
Variable Valor real
Promedio
Valor objetivo Cumple
Carbono fijo (%) 94,9 92 mín.
Cenizas (%) 2,8 3 a 5
Volátiles (%) 2,2 3 máx.
Humedad (%) 3,1 3 máx.
Azufre (%) 0,59 0,70 máx.
Granulometría (102x102mm) (%) 66 90 mín.
R. Fisuración (%) 30 65 a 80
R. Abrasión (%) 6,7 8 a 8,5
SiO2 en cenizas (%) 86 50
Reactividad (%) 27 25 máx.
0,69
Coque
10. Análisis de escoria en periodo de alto consumo de coque
Basicidad muy baja (IB: 0,3 a 1,0 ), viscosidad elevada y color oscuro
SiO2 53,0 %
CaO 21,0 %
Al2O3 16,0 %
FeO 2,5 %
MgO 4,0 %
MnO 2,6 %
S 0,3 %
IB
(CaO/SiO2) 0,3
µ (poise ) 14
Situación inicial Escoria
11. Discusión
Elevado consumo de coque
Mayor superficie activa
Granulometría inadecuada
Baja resistencia
a la fisuración
Cama menos permeable
Coque pequeño
Alto contenido de azufre
Se quema rápido Altera el régimen de fusión
12. Discusión
Elevado consumo de coque
Mayor % de SiO2
Aumento de coque
Aumento de azufre
Menor basicidad
Aumento de cenizas
Alto contenido de azufre
Mayor viscosidad
Menor desulfuración
13. Efectos del consumo de coque
30
33
36
39
42
45
48
51
9 0 1 0 0 1 1 0 1 2 0 1 3 0 1 4 0 1 5 0 1 6 0 1 7 0 1 8 0 1 9 0 2 0 0 2 1 0 2 2 0
Kg coque/Tn metal
%
SiO2 CaO
Desarrollo
Se realizó un programa, basado en un balance de masas, para predecir el
comportamiento aproximado de ciertas variables según variaban la
condiciones de operación
15. Acciones
Por problemas en
carburación y altos
niveles de azufre en
metal líquido
Coque de alta
carburación
Proveedor
Eliminar el carbón de Río
Turbio de la mezcla de
fabricación
Mejorar la granulometría
Paraná Metal
Realizar correcciones de
adición de caliza en carga
16. Resultados
Variable Baja carb. Alta carb.
Carbono fijo (%) 94,9 98,1
Cenizas (%) 2,8 0,9
Volátiles (%) 2,2 0,8
Humedad (%) 3,1 No se midió
Azufre (%) 0,59 0,51
Granulometría (102x102mm) (%) 66 73
R. Fisurasión (%) MICUM 80 30 53
R. Abrasión (%) 6,7 6,3
SiO2 en cenizas (%) 86 78
Reactividad (%) 27 27
Se puede apreciar los cambios en carbono fijo, cenizas y volátiles
debido al cambio en la mezcla de carbones
El índice de fisuración y la granulometría mejoraron levemente, la
reactividad y la SiO2 de las cenizas permanecen practicamente
igual
17. Resultados
Escoria con alto consumo de coque
IB2: 0,4
Viscosidad: 12 Poise
Escoria con bajo consumo de coque
IB2: 0,8
Viscosidad: 4 Poise
Menor cantidad de SiO2 introducida provocando basicidades
mas altas y menores viscosidades
18. Resultados
Medición de gases de salida del cubilote
Puerta de
carga
Lanza
Cubilote
Componente Muestra
1
Muestra
2
Muestra
3
Promedio
N2 71.9 70.0 73.4 71,6
CO2 16.7 17.8 16.6 17,0
CO 10.9 11.7 10,2 10,8
O2 0.5 0.5 0.6 0,5
CO2//CO 1.53 1.52 1.62 1,55
Valores de oxígeno muy bajos (0,5 %), lo que
indica que no se estaría soplando aire de mas
Los valores de CO2 son altos (17 %)
Eficiencia de 73 % (valor alto), teniendo en
cuenta que el ideal teórico sería sólo CO2 en
gases de salida (24 %)
19. Resultados
A partir de comenzar a operar con coque de alta carburación:
Resistencia a la fisuración M80: 30 % M80: 53 %
Granulometría 66 % > 102 mm 73 % > 102 mm
Escoria IB: 0,3 IB: 0,8
Azufre en baño 0,012% - 0,015% 0,008% - 0,010%
Consumo de coque 178 kg/t 135 kg/t
Reducción costo 36 pesos/t. fundida
20. ResultadosEvo lu ción de c on su mo d e c oq u e en P a ran á m e ta l
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
220
Promedio2000
Promedio2001
Promedio2002
ene-03
feb-03
mar-03
abr-03
may-03
jun-03
jul-03
ago-03
sep-03
oct-03
nov-03
dic-03
ene-04
feb-04
mar-04
abr-04
may-04
jun-04
M e se s
Kg/Tn
Asistencia IAS – Coque baja carburación
Asistencia IAS – Coque alta carburación
Consumo de coque objetivo
21. Conclusiones
El elevado consumo de coque, está vinculado principalmente a la
utilización de coque de baja carburación, agravado por una baja
resistencia a la fisuración y mala granulometría, hecho que disminuía su
rendimiento, provocando mayores adiciones en la carga y/o cargas
falsas. Por otro lado genera una escoria de baja basicidad, con una
pobre capacidad de desulfuración, originando contenidos de azufre altos
en metal líquido.
A partir de comenzar a operar con coque de alta carburación y
eliminar de la mezcla de fabricación al carbón de Río Turbio, la
carburación mejoró notablemente, además de una leve mejora en el
resto de las propiedades, como consecuencia de esto, el consumo
disminuyó de 178 a 135 kg/t fundida.
Se observó también un notable descenso el contenido final azufre en
metal líquido (0,08% - 0,11%), esto se explica a partir de una escoria de
basicidad mas alta (IB: 0,8), menos viscosa y con mayor capacidad de
desulfuración.
