Novedoso y rentable proceso de producción de acero de medio manganeso y alto carbono
Resumen
La industria automotriz está buscando constantemente materiales más livianos, fuertes y económicos para diseñar vehículos más seguros y que consuman menos combustible. En los últimos años, la adopción de aleaciones de aluminio y materiales compuestos de polímeros en aplicaciones automotrices ocupa el lugar de lo que suele ser una de las partes más lucrativas del negocio del hierro y del acero. La industria siderúrgica respondió a este desafío con el acero avanzado de alta resistencia (AHSS, por sus siglas en inglés), una familia de aceros con manganeso de excepcional resistencia y ductilidad.
El marcado crecimiento en el uso de AHSS, así como el eventual e inevitable reemplazo de aceros convencionales en aplicaciones automotrices, tiene ahora un considerable consenso entre los productores de acero y los analistas de mercado. ArcelorMittal previó en 2014 que el uso del AHSS en los automóviles aumentará del nivel actual (alrededor del 10%) a aproximadamente un 35% para 2020-20251. McKinsey & Co. prevé que entre 2010 y 2030, el uso del acero convencional en la fabricación de automóviles caerá un 75%, mientras que el de acero de alta resistencia (HSS) aumentará un 250% 2. El análisis realizado por World Steel Dynamics sostiene que entre 2014 y 2025, los pedidos de chapas de acero suave caerán un 63%, los de resistencia media (aleación de baja resistencia, HSLA) caerán un 14% y los de AHSS aumentarán un 330% 3.
A pesar de las perspectivas favorables del mercado y la popularidad dentro de la industria, hay muchos desafíos técnicos y financieros que impiden ampliar la producción comercial en gran escala del AHSS, convirtiéndolo en un producto de nicho. Los AHSS con alto contenido de manganeso son notablemente difíciles de moldear y laminar de forma continuada, lo cual requiere un control preciso y un procesamiento complejo, hasta el punto de que, en ocasiones, se tuvieron que desarrollar nuevos procesos de fundición continua para producir chapas de AHSS. Por otra parte, el costo elevado de agregar aleación de manganeso (por lo general, ferromanganeso de baja emisión de carbono, LC-FeMn), junto con la baja recuperación del manganeso al acero (a veces tan bajo como un 50%), hace extremadamente costosa la producción de AHSS para el sector automotriz.
En este estudio, se ofrece un enfoque innovador a la producción de aceros con medio y bajo contenido de manganeso, ya que se abordan los desafíos económicos durante la incorporación del manganeso por inyección/carga directas del microgránulo de mineral de manganeso, reducido previamente y doblado, al horno o LMF, en lugar del método tradicional de incorporación de ferromanganeso. Al realizar la reducción previa utilizando H2 y CO (y, potencialmente, CH4) se garantiza la metalización parcial del manganeso y del hierro, mientras que la inyección directa reduce la volatilización/emisión y mejora la recuperación del manganeso. Además, se optimizó la composición de los gránulos reducidos previamente mediante el uso del equilibrio entre masa y energía, y se realizan cálculos termodinámicos del proceso para evaluar tanto la viabilidad técnica como económica de esta tecnología.