Impacto del diseño y desgaste del revestimiento refractario de las cucharas siderúrgicas en la capacidad de producción de la acería

Abstract

El objetivo general de este trabajo es determinar y cuantificar el impacto del diseño y del desgaste del revestimiento refractario a lo largo de su campaña en el volumen y el nivel de acero de la cuchara, analizando las oportunidades de mejora que resulten de optimizar el control del volumen interno y nivel de acero. Las cucharas utilizadas en la industria metalúrgica son recipientes que reciben el metal fundido, proveniente de altos hornos y hornos de arco eléctrico, para su posterior refinamiento. Este proceso, llamado “metalurgia secundaria”, consiste en el ajuste de todos los parámetros que impactan en la calidad del producto final. La regulación de la temperatura del acero líquido, la desoxidación y agregado de aleantes, son algunas de las operaciones realizadas en las cucharas (también llamadas “ollas” en otros países), que permiten obtener las diversas calidades de acero exigidas por los clientes. En las últimas décadas, las cucharas de refinamiento pasaron de ser prácticamente inertes a convertirse en un componente clave en el proceso de obtención de diferentes tipos de acero. Las mejoras en el proceso de obtención del acero se deben, entre otras cosas, a que sus aplicaciones han evolucionado, y con ello las solicitaciones en servicio y ambientes a los que debe estar expuesto este material. Esto implica que el proceso de fabricación debe lograr producir aceros con un contenido de defectos e impurezas prácticamente nulo, con alto contenido de aleantes y tolerancias químicas estrechas. La evolución en las acerías provocó también que la calidad del revestimiento refractario interno de las cucharas adquiera cada vez más relevancia en este tipo de industrias. Para el diseño del revestimiento refractario se tienen en cuenta numerosos factores críticos del proceso siderúrgico: el tiempo que está la cuchara en operación, el riesgo de falla, el desgaste del refractario a lo largo de la sucesivas cargas y descargas de acero (todos los ciclos de carga y descarga de acero, hasta la salida de operación de la cuchara para su reparación, conforman la campaña de la cuchara), el aumento de volumen interno de la cuchara producto del desgaste del ladrillo en contacto con el acero y la escoria, y la calidad del producto terminado. A grandes rasgos, una cuchara siderúrgica está conformada por una carcasa metálica externa y en su interior cuenta con dos revestimientos refractarios: uno de seguridad, en contacto con la carcasa, y otro en contacto tanto con el revestimiento de seguridad como con el acero líquido y la escoria del proceso, llamado “revestimiento de trabajo”. Para este último tipo de revestimiento, los ladrillos refractarios básicos de MgO-C son los más utilizados 4 Existen diversos mecanismos que producen el desgaste de este revestimiento: corrosión por contacto con escoria líquida a alta temperatura, cambios de temperatura abruptos que originan tensiones térmicas, oxidación del grafito y ligantes carbonosos del refractario, etc. Estos mecanismos producen en general un desgaste gradual, que va aumentando el volumen interno de la cuchara y que puede predecirse para diseñar curvas que relacionan la capacidad de la cuchara (en toneladas de acero) en función de la vida de la cuchara en operación (avance de la campaña). Hay otro tipo de desgaste del revestimiento de trabajo que se conoce como abrupto. Este es más dependiente de las condiciones operativas, ya sea por un mal armado del revestimiento o fallas en el ladrillo y ocurre cuando alguno de ellos se desprende y cae o cuando el desgaste sucede muy rápida o anormalmente en distintos sectores. El desgaste del revestimiento refractario afecta directamente el proceso de fabricación del acero. Por ejemplo, el volumen interno de la cuchara y el nivel de acero que cabe dentro de ella se ven notoriamente afectados. Conocer el impacto del desgaste del revestimiento sobre el desempeño de la cuchara es de gran interés para las industrias siderúrgicas ya que permite establecer criterios para maximizar su capacidad y para sacarlas de servicio en el momento adecuado, evitando potenciales fallas (tales como perforaciones del revestimiento o desgaste excesivo en hiladas de ladrillo que obliguen a bajar el nivel de carga), lo que se traduce en el aumento de su capacidad productiva. La evolución del peso de la cuchara vacía durante la vida en servicio de la cuchara, el espesor remanente del refractario y la composición de la escoria, junto con el análisis del ladrillo antes y después del uso y de otras variables de proceso, permiten determinar el desgaste del revestimiento. Para contar con esta información, se deben utilizar datos operativos, disponibles en varias fuentes y bases de datos. Esta información no siempre es sencilla de interpretar y se requiere de un cuidadoso análisis para evitar arribar a conclusiones erróneas. En este trabajo, se procesaron y evaluaron datos operativos de la acería de Tenaris Siderca, una de las cinco acerías de Tenaris (las otras son Tenaris Tamsa en México, Tenaris Dálmine en Italia, Tenaris Koppel en EEUU y Tenaris Silcotub en Rumania), una de las empresas del Grupo Techint que se dedica a la fabricación de tubos, principalmente sin costura, y provisión de servicios a la industria de la energía. El sistema de fabricación de Tenaris abarca no solo el proceso de fabricación del acero en sus cinco acerías, sino también la laminación y conformado de tubos, el tratamiento térmico, roscado y acabado, además de contar con varios centros de Investigación y Desarrollo en varias de las locaciones donde se encuentra. Tenaris cuenta con operaciones en 16 países y presencia corporativa en más de treinta. Por su parte, Tenaris Siderca se radica en la ciudad de Campana, provincia de Buenos Aires y su acería está en marcha desde hace más de 62 años