Procesos combinados
Un tipo de proceso de soplado combinado utiliza oxígeno soplado desde arriba con inyección de gas inerte (argón y nitrógeno) por la parte inferior mediante toberas o elementos permeables. En el segundo tipo de hornos combinados, existen lanzas de oxígeno superiores e inferiores; las lanzas inferiores también pueden utilizarse para la inyección de gas inerte durante la agitación.
El horno básico de oxígeno (BOF), cuyo perfil se muestra en la figura, es un recipiente basculante revestido con refractarios como ladrillos de magnesia y carbono. El equipo auxiliar incluye una tolva para la carga de chatarra, tolvas para aleaciones y fundentes, una lanza para inyectar oxígeno puro, una subbalanza para medir la temperatura y la concentración de carbono del acero fundido, dispositivos de elevación para la lanza y la subbalanza, equipo para bascular el recipiente y equipo para recuperar y limpiar los gases de escape. La capacidad del BOF se expresa como el peso del acero crudo que se puede descarburar por colada. La mayoría de los BOF en Japón tienen una capacidad de 150 a 300 toneladas.
La función principal del BOF es descarburar el metal caliente mediante oxígeno puro. En el BOF de soplado superior, se inyecta oxígeno puro como un chorro de alta velocidad contra la superficie del metal caliente, lo que permite que el chorro impactante penetre a cierta profundidad en el baño metálico. En estas condiciones, el oxígeno reacciona directamente con el carbono del metal caliente para producir monóxido de carbono. El BOF de soplado superior con oxígeno puro puede descarburar 200 toneladas de metal caliente de 4,3 % C a 0,04 % C en aproximadamente 20 minutos. Gracias a esta alta productividad, el BOF sustituyó al horno de solera abierta, cuyo proceso era mucho más lento.
El gas oxígeno puro inyectado oxida primero el silicio y luego el carbono en el metal caliente. Cuando la concentración de carbono del metal caliente disminuye a aproximadamente el 1%, la oxidación del hierro comienza en paralelo con la del carbono. La oxidación del hierro se acentúa con concentraciones de carbono inferiores al 0,1%, lo que disminuye tanto la eficiencia del oxígeno para la descarburación como la velocidad de descarburación, a la vez que aumenta la pérdida de hierro en la escoria. El problema con el BOF soplado por la parte superior es, por lo tanto, la oxidación del hierro cuando se alcanza una baja concentración de carbono, con la consiguiente disminución de la velocidad de descarburación. Cuando el contenido de óxido de hierro en la escoria aumenta excesivamente, puede reaccionar demasiado rápido con el carbono del acero fundido y provocar un desprendimiento repentino de gas, formando una mezcla de escoria y acero fundido que, en ocasiones, sale del recipiente en un fenómeno denominado "slopping" o "spitting".
El uso de una lanza de oxígeno con múltiples orificios en la punta ha demostrado ser muy eficaz para deslocalizar el suministro de oxígeno y aumentar la tasa de descarburación, a la vez que restringe la oxidación excesiva del acero fundido y previene el slopping y el spitting. Sin embargo, la eficacia de esta lanza seguía siendo insuficiente, y se desarrolló el proceso de oxígeno por soplado inferior, en el que se inyecta oxígeno puro en el acero fundido desde el fondo del BOF. El soplado inferior mejora la agitación del metal caliente y, por lo tanto, acorta el tiempo medio de mezcla en el baño de acero fundido, y promueve el transporte de carbono soluto en el baño, previniendo la sobreoxidación de la escoria, que es la causa del slopping y el spitting. En consecuencia, el soplado inferior mejora la eficiencia de la descarburación, especialmente a bajas concentraciones de carbono. El soplado inferior se realiza con toberas inferiores de tubería concéntrica de doble pared. El tubo interior se utiliza para inyectar oxígeno puro junto con piedra caliza pulverizada como agente formador de escoria, mientras que el gas propano se inyecta a través del tubo exterior como refrigerante para evitar la recombustión de las toberas, ya que el propano experimenta una reacción endotérmica durante su descomposición, lo que resulta en el enfriamiento y reduce la combustión de las toberas. Estas mejoras han facilitado considerablemente la producción de aceros bajos en carbono.
El BOF soplado superior e inferior, que combina las ventajas de ambos tipos de BOF, se ha vuelto recientemente prominente en la fabricación de acero al oxígeno. Los BOF de soplado combinado utilizan principalmente gases inertes soplados desde abajo en lugar de gas oxígeno para agitación. Se han adoptado varios métodos de soplado desde abajo. Como ejemplo, se utiliza un tapón cerámico con múltiples tubos pequeños incrustados o múltiples ranuras en las toberas inferiores. Independientemente del tipo de BOF, el gas de escape, que tiene un alto contenido de CO, se quema en la garganta del BOF y pasa a través de una caldera de calor residual instalada en la parte superior de la garganta para recuperar el calor sensible y el calor de combustión, o se recupera sin quemar a través de un equipo de recuperación de gases de escape y se almacena en un tanque de gas para su uso posterior como combustible.
