Simposio Nacional de Siderurgia
Instituto Tecnológico de Morelia
Noviembre de 2002
Desarrollo de un Aglomerante Para el Proceso de Sinterización.
*Arauza V. Albino, ** Narváez G. Víctor M., ***Rodriguez F. Rita P., **** Martínez S. Rodrigo.
*Encargado de desarrollo de modelos de la Gerencia de Tecnología.
**Ingeniero de Proceso de la Gerencia de Desarrollo de Procesos.
***Ingeniero de Proceso Planta de Sinter.
****Superintendente General Planta de Sinter.
Altos Hornos de México, S.A. de C.V. Monclova, Coah. México
DESARROLLO DE UN AGLOMERANTE PARA EL PROCESO DE SINTERIZACIÓN
Antecedentes
Altos Hornos de México una empresa del grupo Acerero del Norte ubicada en la ciudad de Monclava Coahuila, con una capacidad actual de producción de 3.2 mmtal, formada por una planta de Peletización, sinterización, dos coquizadoras, 3 altos hornos, cinco convertidores al oxigeno y 3 maquinas de colada continua. Buscando siempre la mejora continua y la reducción de costos , decide rediseñar las materia primas de la planta de sinterización, la cual se encuentra ubicada en la planta siderúrgica 1 de AHMSA, con una capacidad de 1.3 millones de toneladas anuales de Sinter. Para tal fin se diseñó una serie de pruebas de aglomeración con el fin de sustituir los aglomerantes en uso por otros de menor costo.
En el presente trabajo se describen las pruebas realizadas y los resultados obtenidos en la elaboración de un aglomerante para el proceso de fabricación del sinter.
Palabras clave.
Sinterización, aglomerantes para sinter, reducción de costos.
I. Introducción
El objetivo fue desarrollar un compuesto que tenga la propiedad de aglomerar las partículas de mineral de fierro utilizadas en el proceso de sinterización y que junto con los fundentes produzcan un sinter con la calidad química y física requerida por el alto horno y a menor costo.
II. Desarrollo de la Investigación.
Se realizó un inventario de los materiales disponibles los cuales se presentan en tabla 1 en esta se puede observar la composición química de los mismos donde destaca principalmente el % k20 por sus efecto nocivo en la carga para el alto horno, el % Si02 por ser el principal aportador del volumen de escoria que forma la masa de sinter y le da la resistencia necesaria para su uso en el alto horno, el %CaO cuyo efecto es regulador del índice de basicidad del sinter y por consecuencia influye en la resistencia del mismo, actúa como fundente en la carga del alto horno, el contenido de azufre (S) por ser una impureza no deseable y por lo tanto debe de controlarse en la carga del alto horno y
|
Material |
SiO2 |
Al2O3 |
CaO |
MgO |
Fe |
K2O |
S |
|
Caliza Fina |
1.5 |
0 |
54 |
1 |
0 |
0 |
0 |
|
Dunita |
39.4 |
1.47 |
0.46 |
37.31 |
4.8 |
0 |
0 |
|
Polvo Progreso |
85.57 |
6.45 |
2.13 |
0.37 |
1.14 |
1.04 |
0.008 |
|
Fly-Ash |
63.2 |
27.96 |
4.62 |
0.99 |
4.14 |
1.86 |
0.15 |
|
Dolomita fina |
0.94 |
0.24 |
33.95 |
16.37 |
0.53 |
0.04 |
0 |
|
Base Retis |
23.6 |
6.7 |
33.3 |
0.81 |
1.38 |
0.97 |
0.019 |
|
Lamas |
32.5 |
10.55 |
5.11 |
0.75 |
5.1 |
0.77 |
1.66 |
|
2M Car |
56 |
14.7 |
6.08 |
1.52 |
4.8 |
1.67 |
0.78 |
|
Retis Rojo |
55.3 |
19.15 |
2.36 |
0.85 |
3.67 |
3.25 |
0.013 |
|
Castaños |
33.8 |
8.24 |
27.63 |
1.3 |
2.29 |
0.99 |
0.044 |
|
Cementera |
40.6 |
12.17 |
21.26 |
1.42 |
3.65 |
1.38 |
|
Tabla 1 Muestra los materiales disponibles para fabricar un aglomerante.
Por supuesto el contenido de fierro, que proporciona las unidades de fierro metálico que se traducen en mayor o menor producción. Estos materiales se alimentaron a un modelo de programación lineal combinando los diferentes materiales para obtener una composición química adecuada y similar a la del aglomerante actual y con menor costo. Con lo anterior se obtuvieron 12 diferentes alternativas factibles para ensayos de aglomeración. Las alternativas obtenidas y su composición se muestran en la tabla 2. El siguiente paso fue realizar los ensayos de aglomeración, para lo cual fue necesario efectuar los cálculos de manera que se cumpliera con la calidad química requerida del sinter para el alto horno.
|
|
ALT-1 |
ALT-2 |
ALT-3 |
ALT-4 |
ALT-5 |
ALT-6 |
|
Caliza fina |
73.1 |
57.9 |
72.1 |
72.1 |
35 |
55 |
|
Dunita |
17.1 |
26 |
21.9 |
12.9 |
15 |
15 |
|
P. Progreso |
0 |
0 |
6 |
15 |
0 |
0 |
|
Fly-Ash |
9.83 |
6 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
Dolomita fina |
0 |
10.1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
Base Retis |
0 |
0 |
0 |
0 |
50 |
0 |
|
Lamas |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
30 |
|
2MCAR |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
% Sio2 |
14 |
15 |
14.9 |
19 |
18.3 |
16.6 |
|
% Al2O3 |
3 |
2.08 |
0.71 |
1.16 |
3.59 |
3.41 |
|
% CaO |
40 |
35.1 |
39.2 |
39.3 |
39.1 |
34.7 |
|
% MgO |
7.2 |
12 |
8.9 |
5.6 |
8.01 |
8.03 |
|
% Fe |
1.23 |
1.55 |
1.12 |
0.79 |
1.46 |
2.3 |
|
% P |
0.01 |
0.01 |
0.01 |
0.02 |
6.7 |
0 |
|
% TiO2 |
0.02 |
0.01 |
0.01 |
0.04 |
8.2 |
0 |
|
%Na2O |
0.07 |
0.05 |
0.09 |
0.23 |
0.14 |
0.09 |
|
%K2O |
0.18 |
0.12 |
0.06 |
0.16 |
0.49 |
0.24 |
|
% Zn |
0 |
0 |
0 |
0 |
0.01 |
0 |
|
% S |
0.01 |
0.01 |
0 |
0 |
0.01 |
0.5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ALT-7 |
ALT-8 |
ALT-9 |
ALT-10 |
ALT-11 |
ALT-12 |
|
Caliza fina |
60 |
70 |
75 |
60 |
63 |
72 |
|
Dunita |
15 |
20 |
19 |
15 |
14 |
14 |
|
T. Castaños |
0 |
0 |
0 |
15 |
|
|
|
Fly-Ash |
0 |
0 |
6 |
|
|
|
|
Dolomita fina |
0 |
10 |
0 |
10 |
9 |
|
|
T. Cement |
0 |
0 |
0 |
|
14 |
14 |
|
Lamas |
0 |
0 |
0 |
|
|
|
|
2MCAR |
25 |
0 |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
% Sio2 |
20.9 |
9.04 |
9.5 |
12 |
12.2 |
12.3 |
|
% Al2O3 |
3.91 |
0.31 |
0.31 |
1.48 |
1.93 |
1.9 |
|
% CaO |
37.9 |
41.3 |
41.8 |
40 |
40.1 |
41.9 |
|
% MgO |
8.23 |
9.79 |
9.4 |
8.02 |
7.52 |
6.14 |
|
% Fe |
2 |
0 |
0 |
1.11 |
1.23 |
1.18 |
|
% P |
0 |
0 |
0 |
0.04 |
0.03 |
0.03 |
|
% TiO2 |
0 |
|
0 |
0.22 |
0.25 |
0.25 |
|
%Na2O |
0.37 |
0 |
0.06 |
0.11 |
0.16 |
0.16 |
|
%K2O |
0.42 |
0 |
0 |
0.15 |
0.2 |
0.19 |
|
% Zn |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
% S |
0.19 |
0 |
0 |
0.01 |
0.01 |
0.01 |
Tabla 2. Muestra las diferentes alternativas formadas con los materiales disponibles.
Las proporciones y calidad química del sinter pronosticado se pueden observar en la tabla 3
|
|
B.CC-R |
Alt-1 |
Alt-2 |
Alt-3 |
Alt-3 |
Alt-4 |
|
mineral |
185.7 |
185.7 |
185.7 |
185.7 |
185.7 |
185.7 |
|
Coque |
3 |
3 |
3 |
3 |
3 |
3 |
|
fin ret |
38 |
38 |
38 |
38 |
38 |
38 |
|
Dunita |
1 |
1.01 |
0 |
0.96 |
0 |
1.76 |
|
Cal viva |
3.5 |
3.54 |
3.6 |
3.84 |
2.52 |
5.14 |
|
Alt |
0 |
8.45 |
8.4 |
7.2 |
11.48 |
6.11 |
|
cal-clay |
4.55 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
Retis |
3.9 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|
|
|||||
|
Vol esc |
223.8 |
228.6 |
222.6 |
223.7 |
229.6 |
233 |
|
IB2 |
1.97 |
1.94 |
1.98 |
1.94 |
1.93 |
1.94 |
|
MgO |
2.47 |
2.41 |
2.44 |
2.44 |
2.43 |
2.43 |
|
K2O |
0.137 |
0.138 |
0.134 |
0.129 |
0.131 |
0.132 |
|
S |
0.093 |
0.088 |
0.088 |
0.087 |
0.087 |
0.087 |
|
% Fe |
55.88 |
55.91 |
56.26 |
56.12 |
55.9 |
55.5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Alt-5 |
Alt-6 |
Alt-7 |
Alt-8 |
Alt-9 |
B.CC |
|
mineral |
185.7 |
185.7 |
185.7 |
185.7 |
185.7 |
185.7 |
|
Coque |
3 |
3 |
3 |
3 |
3 |
3 |
|
fin ret |
38 |
38 |
38 |
38 |
38 |
38 |
|
Dunita |
1.28 |
1.28 |
0.95 |
0 |
0.85 |
0.83 |
|
Cal viva |
4.6 |
4.73 |
4.86 |
1.04 |
3 |
4.42 |
|
Alt |
6.63 |
6.5 |
7.7 |
11.96 |
7.15 |
0 |
|
cal-clay |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
5.25 |
|
Retis |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
|
|
|||||
|
Vol esc |
231.6 |
228.1 |
238.5 |
217.8 |
215.1 |
215.3 |
|
IB2 |
1.93 |
1.94 |
1.93 |
1.98 |
1.99 |
2.01 |
|
MgO |
2.44 |
2.43 |
2.41 |
2.57 |
2.47 |
2.5 |
|
K2O |
0.153 |
0.138 |
0.153 |
0.126 |
0.126 |
0.14 |
|
S |
0.087 |
0.105 |
0.095 |
0.088 |
0.088 |
0.088 |
|
% Fe |
55.82 |
55.84 |
55.47 |
56.38 |
56.13 |
56.35 |
Tabla 3. Composición de las mezclas para ensayos.
Preparación de los ensayos de aglomeración.
Las ensayos de aglomeración tienen como objetivo medir la formación de nódulos de tamaño mayor a 1/8", realizando las pruebas en un tambor mezclador (imagen 1 del anexo) fabricado a similitud del "mezclador secundario"(imagen 2 del anexo) instalado en la planta de sinter (imagen 3 del anexo). El procedimiento que se siguió para cada ensayo se describe a continuación:
1.- Todos los materiales a utilizar se cribaron a – 1/8 "El 100 %.
2.- Se prepararon 5 Kg. de muestra conteniendo la carga de mineral correspondiente a la pila en consumo.
3.- Se mezclan los materiales
4.- Determinar el % de Humedad
5.- Calcular la cantidad de agua a agregar para mantener la humedad de la muestra en el rango de 6.5 – 7 %.
6.- Cargar el material en el tambor, distribuyéndolo uniformemente en todo el tambor.
7.- Transcurrido un tiempo de 2 minutos de operación del mezclador a 50 revoluciones por minuto.
8.- Se pesa el material de +1/8 "
9.- Determinar el % de humedad.
Se realizaron un total de 73 ensayos de los cuales 10 fueron de bases comparativas.
Los resultados de los ensayos de aglomeración se muestran en la gráfica 1.
Gráfica 1 Resultados de aglomeración en % de retenido +1/8 para diferentes alternativas.
Las primeras 2 alternativas representan las bases comparativas. De las 4 mejores alternativas se seleccionó la 1, llamada "dolomita" por tener buena aglomeración y producir un sinter con menor costo. Esta alternativa seleccionada se llevó a una prueba a nivel industrial para confirmar la viabilidad de su aplicación.
III. Prueba industrial
La prueba industrial se realizó al igual que en los ensayos de laboratorio con una misma pila de mineral (tabla 4) para evitar alguna interferencia por calidad de materia prima. Como bases para la prueba se estableció en forma general que la alternativa en prueba debería de cubrir por lo menos con el nivel de productividad y la calidad tanto física como química del sinter producto que se obtuviera con la mezcla actual de aglomerantes. Los parámetros que se establecieron se presentan en la tabla 5.
Durante el desarrollo de la prueba se definen 2 períodos bases comparativos y el de prueba realizado entre ambos períodos base. La prueba se desarrolló de acuerdo a las prácticas operativas existentes, además se hizo coincidir con un paro por mantenimiento para observar la respuesta del aglomerante al arranque de la máquina de sinterización.
|
Materiales de pila |
Adición (%) |
|
Escama |
9.13 |
|
Rechazos Sid. 1 |
19.76 |
|
Rechazos Sid. 2 |
44.79 |
|
Concentrado de Fe. |
12.32 |
|
Escoria tipo "C" |
4.58 |
|
Fino A |
3.33 |
|
Lodo BOF 2 |
1.60 |
|
Fino B |
4.48 |
Tabla 4.Composición de la pila de mineral utilizada para las pruebas a nivel industrial
|
Parámetros |
Valores |
|
Productividad (T/m2/Día) |
30 min. |
|
I. de tumbler (% +1/4") |
70 min. |
|
% Retenido en +1/4" |
85 min. |
|
Contenido de MgO (%) |
2.0 - 2.6 |
|
I. de basicidad (IB2) |
1.92 – 2.28 |
|
Contenido de K2O (%) |
0.16 max. |
Tabla 5. muestra los parámetros principales considerados como base mínima para las pruebas.
IV. Resultados.
La prueba industrial (tabla 6) presentó una productividad tan solo 0.09t/m2/24hr menor que el período base, por lo que la diferencia es mínima (gráfica 2).
|
|
PROD |
TUMB |
R+1/4 |
%MgO |
IB2 |
%K2O |
|
REQ. |
30min |
70min |
85min |
2-2.6 |
1.92-2.28 |
0.16max |
|
BASE i |
31.3 |
72.39 |
87.72 |
2.44 |
2.11 |
0.129 |
|
PRUEBA i |
32.14 |
73.42 |
87.36 |
2.54 |
2.14 |
0.119 |
|
PRUEBA f |
33.89 |
73.33 |
89.24 |
2.54 |
2.06 |
0.120 |
|
BASE f |
34.91 |
72.56 |
89.54 |
2.5 |
2.11 |
0.123 |
Tabla 6. Resultados de la prueba industrial al aglomerante "dolomita".
El índice de tumbler (gráfica 3) fue mejor en 0.9% respecto al período base y su efecto se observa en el material mayor a ¼ ".
Los contenidos de MgO (gráfica 4) y la relación de oxido de calcio a sílica (IB2 = % CaO/% SiO2) se mantuvieron (gráfica 5) dentro de control, y además se obtuvo un beneficio adicional en el contenido de fierro total de 0.5% promedio por efecto de un menor consumo de fundentes. (Gráfica 6).
Gráfica 2 muestra el comportamiento de la productividad. Durante la prueba.
Gráfica 3 presenta el tumbler del sinter durante la prueba.
Gráfica 4 muestra el % de MgO
Gráfica 5, comportamiento de IB2.
Gráfica 6, muestra el comportamiento del contenido de fierro con respecto al fundente total durante la prueba.
El contenido de K2O también se mantuvo controlado e inclusive fue menor (gráfica 7).
Gráfica 7 muestra el comportamiento del K2O.
V. Conclusiones.
El aglomerante desarrollado está funcionando actualmente en la planta de sinter, con lo cual AHMSA dejó de comprar aglomerantes externos.
El desarrollo del aglomerante cumplió con la función de mantener la productividad, además de disminuir substancialmente el costo del sinter. (Considerando que -0.09 ton/m2/día es despreciable contra el beneficio en calidad).
La mejora en la calidad física transportada a sinter útil para el alto horno fue de +59.21 ton/día con respecto al período base.
Puesto que la calidad química estuvo controlada y el %Fe se incrementó en 0.54% el alto horno se benefició al incrementar su arrabio teórico por carga.
Agradecimientos.
Un especial agradecimiento por el entusiasmo y el apoyo demostrado para la realización del presente trabajo, al personal tanto supervisor como de base de la Planta de Sinter y al área técnica.
Bibliografía
1.- S. Venkatesan, K.C. Sahoo, S. Barpanda & G. V. Subramaya. Studies on sintering of iron ore fines, blue dust and superfines. 4th International Symposium on Agglomeration.
Toronto Canada 1985
2.- Raúl Ametrano, Fernando Demaría, Ricardo Echaide, Pedro Etchevarne,Claudio Partemio. Utilization of waste materials at Siderar´s sinter plant. 58th, Ironmaking Conference Proceedings 1999
Chicago, IL, March 21.24, 1999
3.- Joern Kinzel, Oskar Pammer, Dr. Walter Gebert, Wolfgang Trimmel, Hubert Zellner Successful Application of the Top-Layer-Sintering Process for Recyvling of Ferrous Ressiduals Contaminated whit Organic Substances. Ironmaking Conference Proceedings. Volume 56 Chicago, IL 1997.
ANEXO.
Imagen 1. Presenta el tambor mezclador para pruebas.
Imagen 2. Muestra el tambor mezclador instalado en la planta de sinter.
Imagen 3. Vista externa de la planta de sinter.
