December 2, 2025
Impacto del hierro de reducción directa (DRI) en la fabricación de acero en horno de arco eléctrico
1. Productividad y rendimiento
La experiencia de producción muestra que el uso de DRI afecta significativamente la productividad y el rendimiento de los hornos de arco eléctrico. En China, muchas plantas de EAF grandes recientemente encargadas enfrentan desafíos debido a la mala calidad de la chatarra, con densidades aparentes tan bajas como 0,3–0,7 t/m³. Esto a menudo requiere de 3 a 4 cargas de chatarra por colada. Al reemplazar la chatarra de baja densidad con DRI, se puede reducir el número de cargas, acortando el ciclo de fusión. La adición continua de 20–50% de DRI puede aumentar sustancialmente la productividad del horno, especialmente cuando se combina con quemadores de oxicombustible, práctica de escoria espumada y precalentamiento de chatarra.
El rendimiento del acero está influenciado por el grado de metalización, el contenido de ganga y el nivel de carbono del DRI. Las tasas de metalización más altas promueven una mejor recuperación, y se pueden agregar carburantes para mejorar la reducción de hierro. Las propiedades y el volumen de la escoria también afectan el rendimiento; por ejemplo, la escoria espumada a basicidad constante puede disminuir el volumen de escoria, mejorando así el rendimiento.
2. Consumo de materiales de producción
- Consumo de electrodos: El DRI generalmente contiene poco carbono. Las adiciones a menudo requieren carburantes, que crean una atmósfera reductora que reduce la oxidación de los electrodos. Aunque la práctica de escoria espumada por arco sumergido puede aumentar la concentración del arco y aumentar el riesgo de rotura del electrodo, el consumo general de electrodos normalmente no aumenta con el uso de DRI.
- Consumo de refractarios: La carga por lotes de DRI no aumenta significativamente el desgaste refractario. Sin embargo, la carga continua puede causar “salpicaduras de escoria” y exposición al arco, lo que lleva a un ataque refractario ligeramente mayor. Un mayor contenido de FeO en la escoria y tiempos prolongados de reacción C–O también pueden intensificar la erosión química, pero el control adecuado de la escoria espumada y los ajustes del proceso pueden mantener la vida útil del refractario en los niveles originales.
- Consumo de fundente: El DRI introduce ganga ácida, lo que normalmente requeriría más fundente para mantener la basicidad de la escoria. Los estudios indican que cada aumento del 1% en el uso de DRI eleva la demanda de fundente en aproximadamente 1 kg/t. Sin embargo, debido a que el DRI contiene bajo fósforo y azufre, una menor basicidad de la escoria puede ser aceptable, compensando el aumento en el consumo de fundente.
3. Cambios en el consumo de energía
El consumo de energía generalmente aumenta cuando se usa DRI, debido a:
- Reducción endotérmica de FeO: Cuanto menor sea la tasa de metalización, mayor será el contenido de FeO. La reducción de 1 tonelada de FeO consume aproximadamente 800 kWh de energía eléctrica.
- Contenido de ganga: Un mayor contenido de SiO₂ requiere más cal viva para mantener la basicidad, lo que aumenta el volumen de escoria. La fusión de 1 tonelada de escoria consume aproximadamente 530 kWh.
- Contenido de carbono: El DRI con mayor contenido de carbono puede reducir la demanda de energía porque la reacción [C] + [O] → CO es exotérmica. Cada Nm³ adicional de oxígeno soplado puede reducir el uso de electricidad en 2–4 kWh.
- Método de carga: La carga continua a tasas optimizadas (28–38 kg/MW·min para DRI frío; hasta 50 kg/MW·min para DRI caliente) permite la operación a plena potencia, acortando el tiempo de colada. La carga por lotes, especialmente si el DRI se apila cerca de las paredes, puede prolongar la fusión y aumentar el uso de energía.
- Temperatura de carga: El DRI completamente frío puede aumentar el consumo de energía en 100–150 kWh/t en comparación con la fusión con solo chatarra, mientras que el DRI cargado en caliente se acerca a los niveles de energía solo con chatarra.
Para minimizar el uso de energía, se recomienda DRI de alta metalización con bajo contenido de SiO₂, junto con una carburación adecuada, carga en caliente y alimentación continua. El precalentamiento del DRI también puede ayudar, aunque son necesarias precauciones contra la reoxidación.
4. Calidad del acero
A nivel mundial, el DRI se utiliza ampliamente para producir aceros de alta calidad en EAF, incluyendo:
- Productos tubulares para la industria petrolera (revestimiento, tubería de perforación)
- Chapa automotriz de embutición profunda
- Alambres y aceros de propósito especial (acero para muelles, acero para rodamientos)
- Aceros para rotores, aceros para cañones y materiales para aplicaciones aeroespaciales, de aviación y nucleares
Debido a que el DRI contiene elementos residuales insignificantes (Cu, Ni, Cr, Mo, etc.), permite la producción de aceros más limpios con menos inclusiones, mejorando el rendimiento de laminación en caliente y en frío, especialmente las propiedades de tracción. El DRI también ayuda a reducir el contenido de azufre y a modificar la morfología de las inclusiones de sulfuro, mejorando la calidad del acero, la ductilidad y la resistencia a la expansión y la torsión.
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