Estrategias efectivas de descarga para hierro de reducción directa y transporte en caliente

Opciones de descarga para hierro de reducción directa (DRI) y su transporte en caliente

Los dos principales métodos de producción de hierro de reducción directa (DRI) son: (i) proceso basado en gas en horno de eje vertical, y (ii) proceso basado en carbón en horno rotatorio. En ambos, las reacciones de reducción ocurren en estado sólido y temperaturas máximas de horno están en rango 850-1050 °C.

En proceso basado en carbón, el DRI producido se mezcla con char (carbón residual) que debe separarse. La mezcla DRI-char se enfría en enfriador rotatorio y luego el char se separa por proceso magnético. En hornos de eje vertical, al no haber char, hay tres opciones de descarga: DRI frío (CDRI), hierro briqueteado en caliente (HBI) y DRI caliente (HDRI).

DRI frío (CDRI)

La mayoría de hornos de eje vertical se han construido para CDRI. El DRI tras reducción se enfría en la parte inferior del horno a ~50 °C. Se almacena temporalmente en silos para pasivación antes de transportarse a acería cercana para uso posterior. El CDRI tiene propiedad de autoignición y necesita precauciones especiales en transporte y almacenamiento según Organización Marítima Internacional (IMO). Es el material más apto para carga continua en horno de arco eléctrico (EAF).

Hierro briqueteado en caliente (HBI)

Se produce desde hace más de 30 años. Es el método deseable para preparar DRI para almacenamiento y transporte marítimo. Para HBI, el DRI caliente se descarga del horno vertical a ~700 °C y se envía a briquetadoras que lo comprimen en briquetas almohadilla (típico 30x50x110 mm). El HBI es 50% más denso que CDRI, reduciendo enormemente la tendencia a re-oxidación. Esto permite almacenar y manipular sin precauciones especiales (reconocido por IMO). Puede transportarse y manipularse con equipos de chatarra y cargarse en batch en EAF. También puede cargarse continuamente en EAF con sistemas diseñados específicamente.

DRI caliente (HDRI)

Se descarga del horno vertical a ~700 °C y transporta en caliente a la acería para carga directa en EAF en caliente. La carga de DRI caliente en EAF directamente desde horno vertical se conoce como carga en caliente (hot charging).

Beneficios de la carga en caliente

Dos beneficios mayores: reducción de consumo energético y mejora de productividad del EAF. Actualmente la mayoría de acerías tienen sistemas de carga en caliente para EAF; de hecho, hoy tienen sistemas de alimentación que pueden elegir entre materiales fríos o calientes.

• Ahorro energético: Menor energía requerida en EAF para calentar DRI a temperatura de fusión. Regla práctica: consumo eléctrico reduce ~20 kWh/tCS por cada 100 °C de aumento en temperatura de carga. Mínimo ahorro cargando HDRI a >600 °C: 120 kWh/tCS. Beneficio adicional: reducción consumo de electrodos (relación lineal). Ahorro esperado: 0,5-0,6 kg/t acero líquido.
• Aumento productividad: Uso de DRI caliente reduce tiempo entre golpes (tap-to-tap) y duración de la carga. Comparado con carga fría, aumento productividad hasta 20% con carga HDRI.
• Reducción consumo refractario: Ahorro del orden de 1,8-2 kg/t acero líquido.
• Beneficios ambientales: Retener calor sensible en DRI en vez de disiparlo reduce emisiones globales: (1) menor demanda eléctrica reduce emisiones de central por tonelada de acero; (2) en EAF con inyección de carbono, menores requisitos energéticos resultan en menos CO₂ emitido.

Transporte de HDRI

El transporte es crítico: no solo el material está caliente, sino que debe mantenerse en atmósfera no oxidante. Requisito crítico: el método debe entregar HDRI sin afectar adversamente su calidad, dar máxima flexibilidad operativa, ser fiable, fácil de mantener y operar.

Cuatro alternativas comercialmente disponibles, cada una con mejor aplicación según distancia, disposición de componentes y capacidades de transporte:

Proceso HYTEMP

Desarrollado por Tenova HYL, instalado en Ternium Monterrey (1998). Transporte neumático de HDRI. Usa gas de transporte (gas inerte o gas de proceso) para llevar HDRI por tubería neumática a tolva de retención sobre EAF. El gas se separa y recicla a la planta DR; HDRI se carga a tolva para alimentación continua al EAF. Sin partes mecánicas. Las partículas finas del horno DR viajan con material grueso y amortiguan la tubería; también se cargan en EAF aumentando rendimiento. Esquema en figura 1.

Figura 1: Esquema del proceso HYTEMP

Proceso HOTLINK

Usa principalmente transporte por gravedad, pionero de Midrex. Usa misma tecnología que alimentación por gravedad de HDRI para producción de HBI. HDRI del horno se descarga a tolva de acumulo (surge bin) fuera y sobre la acería. Desde allí, HDRI se alimenta directamente por gravedad al EAF. Módulos HOTLINK manejan condiciones adversas vía tolva de acumulo. Suministra HDRI al EAF según demanda. Usado cuando distancia horno-EAF <40 m. Esquema en figura 2.

Figura 2: Esquema del proceso HOTLINK

Sistema de transportador de transporte en caliente (Hot Transport conveyor system)

Cuando acería no adyacente a horno (40-100 m), se usa transportador mecánico aislado. DRI se descarga del horno a transportador totalmente cerrado y aislado, diseñado para minimizar pérdida de temperatura y prevenir desoxidación. Tiene bandejas especialmente formadas tipo cubeta (Fig. 3). Campana cerrada contiene sistema de inertización. Proporciona operación fiable a costes razonables. HDRI se alimenta a uno de dos depósitos (HDRI bins) sobre EAF. Mientras uno descarga, el otro se llena. Esquemas en figuras 3 y 4.

Figura 3: Transportador de DRI caliente

Figura 4: Esquema del sistema de transportador de transporte en caliente

Transporte por recipientes de transporte en caliente (Transport by hot transport vessels)

Cuando distancia >100 m o un horno debe alimentar dos o más acerías, se usan recipientes aislados, típicamente 60-90 t. Desde horno vertical, el recipiente se llena por tubería con sello hermético. Tras llenar uno, se cierra tubería y comienza llenado del siguiente; el lleno se transporta a acería por raíles o camiones. Essar Steel pionero en uso de recipientes en 1990s. Esquema en figura 5.

Figura 5: Esquema del transporte de DRI caliente por recipientes de transporte en caliente