La chatarra de acero es la principal materia prima para la fundición en horno de arco. Sin embargo, la chatarra reciclada suele contener altos niveles de elementos nocivos como Cu, Sn, As y Pb, que son difíciles de eliminar. La sustitución parcial de la chatarra de acero por materiales alternativos, como el metal caliente (arrabio), el hierro de reducción directa (DRI), el hierro descarburado, el carburo de hierro y los materiales metálicos compuestos, puede mejorar eficazmente este problema.
Hierro fundido
Algunas tecnologías se aplican ampliamente en hornos de arco eléctrico (EAF), como la pistola de oxígeno de carbono, la combustión secundaria, la tecnología de boquillas de oxígeno y la tecnología de combustión secundaria de gases de horno, entre otras, lo que mejora considerablemente la intensidad del suministro de oxígeno. Por consiguiente, se debe aumentar la cantidad de carbono; el método más efectivo es añadir hierro fundido (arrabio). Al unir grandes cantidades de metal fundido, se produce una gran cantidad de calor químico aprovechable, lo que permite acortar el tiempo de electrificación.
En el proceso de horno de arco eléctrico (EAF), se utilizan ampliamente tecnologías como lanzas de carbono-oxígeno, sistemas de combustión secundaria, boquillas de inyección de oxígeno y postcombustión de gases de horno, lo que aumenta significativamente la intensidad del suministro de oxígeno. Para compensar esto, también debe aumentarse el contenido de carbono, siendo el método más eficaz la adición de metal caliente (arrabio). Al añadir grandes cantidades de arrabio, se libera una cantidad significativa de calor químico, que puede utilizarse eficientemente para acortar el tiempo de encendido (fusión).
Ventajas de añadir arrabio:
- Acorta el ciclo de fundición
- Mejora la eficiencia térmica
- Diluye las impurezas dañinas en el acero fundido.
Hierro de reducción directa (DRI)
La reducción directa se refiere al proceso de reducción del mineral de hierro o de sus óxidos a hierro metálico a temperaturas inferiores a su punto de fusión, generalmente en hornos de cuba o rotatorios. Según la forma del producto, el hierro de baja densidad (DRI) puede clasificarse como hierro esponjado, pellets metalizados o hierro briquetado en caliente (HBI). El proceso puede basarse en gas o en carbón.
Ventajas de añadir DRI:
- Bajo en impurezas dañinas como P, S y N; ofrece una composición química estable
- El hierro esponjado y el HBI se pueden alimentar continuamente al horno, lo que reduce el tiempo de apagado y la pérdida de calor.
- Promueve la formación de escoria de espuma, lo que prolonga la vida útil de los refractarios y electrodos del horno.
Hierro fundido descarburado
El hierro fundido del alto horno se templa con agua a alta presión para formar pélets de arrabio (3-10 mm). Estos pélets se descarburan posteriormente en un horno rotatorio a temperatura controlada.
Ventajas del arrabio descarburado:
- El contenido de ganga es entre un 1 y un 3 % menor que el del DRI, lo que reduce el consumo de energía.
- Menor contenido de azufre y fósforo en comparación con DRI
- El FeO superficial facilita la generación de escoria de espuma
Carburo de hierro
El carburo de hierro se produce mediante la reacción del mineral de hierro con gases industriales precalentados (CO, CO₂, CH₄, H₂ y vapor) en un reactor de lecho fluidizado en condiciones específicas de temperatura y presión.
Ventajas de añadir carburo de hierro:
- Apto para producir acero con bajo contenido de nitrógeno.
- La formación de escoria de espuma es más fácil, incluso sin inyectar polvo de carbón.
- Composición limpia con bajo contenido de azufre y fósforo, reduciendo los costos de desulfuración por tonelada de acero
Materiales metálicos compuestos
Los materiales metálicos compuestos son nuevos materiales de carga desarrollados para reemplazar parte del arrabio, los pellets o la chatarra de acero.
Ventajas de los materiales metálicos compuestos:
- Reducir el consumo de oxígeno
- Menor consumo de energía
- Acortar el ciclo de fundición
En resumen, la sustitución parcial de chatarra de acero por materiales alternativos en el proceso EAF ayuda a compensar las limitaciones de la chatarra y mejora significativamente la pureza del acero fundido.
