CONARC: Fusión de Convertidor y Horno de Arco Eléctrico para Producción Superior de Acero

Proceso CONARC para Acería

El proceso CONARC fue desarrollado por Mannesmann Demag Hütten-technik (hoy SMS Siemag). El objetivo era aprovechar los beneficios tanto de la acería por convertidor soplado superior convencional como del horno de arco eléctrico (EAF). El nombre CONARC resume la fusión de ambos procesos (CONverter ARCing). La tecnología se basa en el mayor uso de metal caliente en el horno de arco eléctrico, optimizando la recuperación de energía y maximizando la productividad. Fue desarrollado para usar cualquier tipo y mezcla de materias primas: metal caliente, hierro de reducción directa (DRI) y chatarra, asegurando los más altos requisitos de calidad para producir todos los grados y calidades de aceros, desde aceros al carbono hasta aceros inoxidables. Según los requisitos del producto final, el proceso CONARC puede seguirse de un horno de cuchara o una unidad de desgasificación al vacío.

Equipos Principales del Proceso CONARC

El equipo básico consiste en dos hornos idénticos revestidos con refractario, una estructura de electrodos giratoria con un juego de electrodos que sirve a ambos hornos, una alimentación eléctrica (transformador, etc.) para ambos, y una lanza de oxígeno superior refrigerada por agua giratoria que sirve a ambos. Alternativamente, se pueden usar dos lanzas superiores fijas, una por horno. Opcionalmente, se pueden introducir dispositivos de agitación inferior integrados en el fondo de cada horno. También hay opciones para introducir quemadores e inyectores para inyección de combustible, carbono y oxígeno según requisitos. Otros sistemas importantes: alimentación de materias primas y fundentes, limpieza de gases y recuperación de energía. La figura 1 muestra el flujo típico del proceso.

Figura 1: Flujo de proceso CONARC

Proceso CONARC para Aceros al Carbono

El concepto básico es realizar la descarburación en un horno y la fusión eléctrica en el otro. El proceso para aceros al carbono se divide en dos etapas:

1. Etapa de convertidor: Descarburación del hierro líquido soplando oxígeno a través de la lanza superior.
2. Etapa de arco eléctrico: Uso de energía eléctrica para fundir la carga sólida y sobrecalentar el baño a temperatura de vaciado.

El proceso típico comienza cargando hierro líquido en un "talón líquido" consistente en una pequeña parte de la fundición anterior mantenida en el horno tras el vaciado previo. Luego, la lanza superior se posiciona y comienza el soplado de oxígeno. Durante esta fase (fase de convertidor), se reducen los contenidos de carbono, silicio, manganeso y fósforo en el baño. Estas reacciones son exotérmicas (generan mucho calor). Se añade material frío (chatarra o DRI) para aprovechar esta energía y evitar sobrecalentamiento. La carga de material frío también protege el revestimiento del horno. Tras completar la carburación, la lanza se retira girando y los electrodos se llevan a posición operativa. Comienza la segunda fase (fase de arco). Durante esta fase, se carga el material sólido restante (chatarra o DRI) para alcanzar el peso de vaciado deseado. La temperatura del baño se eleva al valor requerido. Tras lograr la temperatura, concluye el arco y la carga se desescoria antes de vaciar en la cuchara de colada.

En el proceso CONARC, de los dos hornos, uno opera en modo convertidor usando la lanza superior mientras el otro opera en modo horno de arco. La figura 2 muestra el principio.

Figura 2: Principio del proceso CONARC

Recuperación de Energía

Se usa un sistema de caldera de dos etapas para recuperación de calor residual. En la primera etapa, el gas residual del proceso CONARC pasa por un sistema de caldera con codo giratorio, cámara de post-combustión y línea de gas caliente, enfriándose a 600 °C. Estos componentes están diseñados como partes a presión para generación de vapor.

En la segunda etapa, el gas residual se enfría a 200 °C en una caldera de paso vertical desarrollada especialmente para esta aplicación.

Este sistema por un lado proporciona el enfriamiento requerido del gas y por otro usa una gran parte de la energía térmica para generar vapor utilizable en la planta siderúrgica.

Ventajas

• Alta flexibilidad respecto a materiales de entrada: chatarra, hierro líquido y DRI en diversas proporciones según requisitos de calidad del acero, disponibilidad y/o precios unitarios.
• El concepto CONARC permite cubrir todo el rango: desde operación pura EAF (100 % chatarra/100 % DRI) hasta operación pura convertidor.
• El horno CONARC no es solo una unidad de fusión eléctrica, sino también un reactor químico. Controla la concentración de elementos parásitos (tramp elements) por el mayor uso de materiales vírgenes.
• Flexible para tratar metal caliente con contenidos variables de silicio, fósforo y azufre sin problemas.
• Ventajas al tratar metal caliente con mayor fósforo (hasta 0,2 %). Aspectos como control simple de temperatura añadiendo DRI como refrigerante, adición de cal, y retirada de escoria rica en óxido de fósforo por desbordamiento constante vía puerta de escoria, logran eliminación eficiente de fósforo.
• Tiempos vaciado-a-vaciado <40 minutos fácilmente alcanzables.
• Gran flexibilidad respecto a recursos energéticos.
• Sistema eficiente de recuperación de energía reduce emisiones de CO₂.
• Sistema efectivo de recuperación contribuye significativamente a la eficiencia energética de la planta.
• Perturbaciones de red suaves.