Producción de acero
La actualidad de la siderurgia en el Cono Sur, y la importancia de la cal en la producción de acero
Al igual que en la construcción y la minería, el uso de la cal es indispensable para la elaboración del metal y también influye en el desarrollo de un “acero verde”. Conversamos con especialistas de Grupo Calidra de Argentina y Chile para tener su mirada y conocer más sobre esta industria.
Argentina es un país con una larga y rica historia en lo referido a la siderurgia en Sudamérica. Aunque se encuentra lejos de Brasil y de China, potencias que producen más del 60% del acero mundial, el país cuenta con empresas referentes a nivel global sobre todo en la producción de tubos sin costura y servicios para el petróleo, el gas y otras energías.
En Chile, una economía más abierta a las importaciones, casi el 70% del acero que se utiliza es importado.
Cuando hablamos de siderurgia, nos referimos a la técnica del tratamiento del mineral de hierro para obtener diferentes tipos de hierro. El más producido es el acero, una aleación entre hierro y carbono.
La industria siderúrgica argentina se estructura a partir de un conjunto de actividades que comprenden desde la producción de hierro primario, la elaboración de acero y semiterminados, hasta la obtención de productos terminados. Al ser un sector orientado a la producción de insumos de uso cotidiano, colabora en la integración de toda la economía, abasteciendo a otras industrias como la construcción, automotriz, transporte, maquinaria y equipo, maquinaria agrícola, electrodomésticos (línea blanca) y al sector de gas, y petróleo.
La siderurgia es una fuente significativa de empleo en Argentina tanto en la producción de acero como en actividades relacionadas como la minería de hierro y la fabricación de productos de acero. En la actualidad, emplea aproximadamente a 109 mil personas de manera directa e indirecta. Las industrias básicas de hierro y acero participan del 2% en la generación de empleo industrial, detrás del sector de alimentos y bebidas, del de maquinaria de uso especial y del sector automotriz, entre otros.
Tubos de acero
Hay seis grandes acereras que concentran la producción siderúrgica en el país. Ellas son Ternium Siderar (construcción, automotriz, línea blanca, agroindustria, envases, transporte, energía, petróleo y gas, steelframing), Tenaris Siderca (petróleo y gas, petroquímica y química, energía), Acindar (construcción, agro y automotriz), Sipar Gerdau (construcción y agro), Acerbrag (construcción y agro), y Aceros Zapla (automotriz y petróleo y gas).
La capacidad instalada en Argentina es de 7 millones de toneladas de acero crudo por año. La facturación consolidada es superior a los 4.500 millones de dólares anuales. En conjunto, las exportaciones de acero superan los 1.500 millones de dólares al año.
La producción en Argentina se orienta mayormente hacia el mercado interno (un 85% en 2020), a excepción de los tubos sin costura, cuyo destino principal es la exportación (75%).
En Chile, el acero es utilizado principalmente en la construcción y la minería, industrias que concentran más del 90% del consumo, según cifras del Instituto Chileno del Acero (ICHA).
En la minería se utiliza principalmente en la ejecución de proyectos en lugares de difícil acceso, transformando el proceso de construcción en un proceso de montaje. El acero también se encuentra presente en menor medida en la industria agrícola, en la fabricación de mallas para corrales; mientras que en la industria alimentaria sirve para asegurar la preservación de las conservas.
En los últimos años, el consumo aparente de acero en Chile rondó las 2.7 millones de toneladas anuales, con algo más del 30% destinado al mercado interno. Los productos más demandados en Chile son los aceros largos (barras, perfiles, alambrón, etc.) y los aceros planos (laminados, planchas, revestidos).
El director ejecutivo del ICHA, Juan Carlos Gutiérrez, habló de las proyecciones para lo que queda de este año y para el próximo. “La proyección del consumo aparente de acero para 2023 muestra en el rango esperado, una caída del 0,8%, alcanzando un consumo de 2 millones 269 mil toneladas, mientras que para 2024 la estimación preliminar es que el consumo aparente llegue a 2 millones 258 mil toneladas, concordante con la caída de un 0,5% en la inversión en construcción proyectada por la Cámara Chilena de la Construcción”, informó.
Planta Industrial Noviciado, Chile
La cal como insumo clave para la siderurgia
Más allá del contexto actual del acero en la región, los representantes de Grupo Calidra coinciden en que la cal es un recurso indispensable para la producción de un lado y del otro de la Cordillera de los Andes. Por eso, un referente de la cal en Latinoamérica como Calidra se vuelve un aliado fiel para las acereras grandes y las fundiciones de menor escala.
“Sabemos que sin la cal, la industria del acero no funciona. La cal y la caliza son dos elementos que están presentes en toda la cadena productiva del acero”, asegura Laura Correa, gerente de investigación y desarrollo de Grupo Calidra.
La cal viva cálcica y la cal viva dolomítica son comúnmente utilizadas en las dos tecnologías de la siderurgia moderna: los hornos convertidores de oxígeno (BOF) y los hornos eléctricos de arco (HEA). En ambos casos, la cal es un agente fundente que colabora con la formación de escoria y con la eliminación de impurezas como el azufre, la sílice y el fósforo. La cal también se utiliza para mejorar la productividad en el proceso de aglomeración del mineral.
La calidad y la cantidad de cal utilizada tiene un efecto directo en la calidad de la escoria, que afecta a los resultados metalúrgicos, la vida del refractario de los hornos, el rendimiento del metal líquido y la productividad. Por todo esto, la implicancia que tiene la cal en el costo total de la producción de acero va mucho más allá de su costo como materia prima.
Grupo Calidra acompaña al desarrollo tecnológico de la industria siderúrgica al proveer productos ajustados para cada cliente: con granulometrías a medida y con cales de composición química específica a partir de los combustibles que utiliza. También es vital en el esfuerzo de la siderurgia por reducir la huella de carbono, utilizando hornos y energías que son más amigables para el medio ambiente.
En Argentina, Grupo Calidra es uno de los principales proveedores de la cal que consume la industria siderúrgica, que ronda las 14 mil toneladas de cal mensualmente.
Cada una de las tres plantas productivas que tiene en el país posee cinco hornos Maerz de tecnología suiza que producen cal con los más altos estándares del mercado. Esto, sumado a yacimientos con +98% CaCO3 de pureza y más de 100 años de reservas, permite brindar una propuesta de valor sostenible que garantiza un suministro constante y seguro.
En Chile, a través de su moderna Planta Industrial Noviciado y sus centros de distribución, el Grupo Calidra tiene la capacidad de cubrir la demanda de cal en todo el mercado local, asegurando la provisión de una cal almacenada herméticamente -sin choques de temperatura ni ingreso de humedad-; y con la granulometría específica para la producción del acero.
Además, su ubicación estratégica asegura una entrega eficiente. “De la planta Noviciado a una de las acerías de Chile, no debe haber más de 25 kilómetros. Con lo cual se hace un trabajo just in time: se les abastece en el momento indicado para recuperar su stock”, asegura Ivan Orozco, Gerente Comercial.
El acero verde: ¿el futuro de la siderurgia?
Se estima que la producción de acero representa entre el 7% y el 8% de las emisiones de carbono en el mundo. Reconocida como una industria clave difícil de reducir, el mundo busca tanto en las plantas siderúrgicas como en la cadena de valor mundial del acero un liderazgo rápido e innovador en la transformación hacia una industria descarbonizada. En esa línea es que se viene hablando de un “acero verde”.
Hornos Maerz de Calidra Cono Sur
“El acero verde es un acero que teóricamente tiene una emisión de CO2 neutra. Sucede porque se usan otros sistemas de producción, hay mucho agregado de hidrógeno como fuente de energía. Pero nosotros, como proveedores, también aportamos a esa reducción de la huella de carbono. Al usar tecnología de última generación y consumir energías eléctricas renovables, bajamos la huella de carbono del consumidor de nuestra cal”, ilustra Orozco.
“Nosotros acompañamos la tendencia mundial de la reducción de huella de carbono utilizando exclusivamente hornos de alta tecnología y fuentes de energía bajas en azufre”, agrega Laura Correa, técnica gerente de desarrollo de Grupo Calidra.
Sudamérica es la región que menos emisiones de CO2 tiene por tonelada de acero. En esta región, cada tonelada de acero emite 1,6 toneladas de anhídrido carbónico. En Europa está cerca de las 1,8 toneladas de CO2 por toneladas de acero. Mientras que en China, la relación se calcula en 2,2.
¿A qué se debe? A que en China se utiliza mucho más carbón como fuente energética que en Sudamérica. “Nosotros, al usar gas como fuente energética fundamental y otras energías renovables, emitimos un 0,6% menos que en China. No es lo mismo una usina térmica que funcione a carbón para suministrar energía eléctrica a una acería eléctrica, que una usina que funciona a gas. En este proceso es donde vemos reflejada la disminución de emisiones de CO2”, dice Laura.
El aporte fundamental de la cal en la química para la fabricación del acero
Como ya se mencionó previamente, la cal es utilizada durante toda la cadena de elaboración del acero. Comenzando por la pelletización del mineral, la cal hidratada se utiliza como aglomerante en la formación de pellet de mineral molido, que se alimentan al alto horno, junto con caliza y coque, para lograr la reducción de los óxidos de hierro a hierro metálico, (esta transformación también puede hacerse en hornos de reducción directa). Se obtiene así el primer producto de la cadena productiva del acero, llamado arrabio. El arrabio no es todavía acero, su alto contenido de carbono lo hace muy quebradizo, no dúctil ni maleable. A continuación debe ser tratado para reducir el contenido de carbono a valores entre 0,02% – 2%, y convertirlo en acero.
Durante la transformación de arrabio en acero, el rol de la cal cobra más importancia. Dos tipos de tecnologías se utilizan para ello, los hornos convertidores de oxígeno (BOF) y los hornos eléctricos de arco (HEA). En ambos casos, se utiliza cal viva cálcica y dolomítica que actúan como fundentes, participan en la formulación de la escoria, la eliminación de impurezas, y en la protección del refractario del ataque de la sílice.
Acero fundido y escoria
Como fundente, baja la temperatura de fusión del baño, con el consecuente ahorro de energía; fluidifica las escorias, lo que mejora la productividad, debido a que gránulos de arrabio puedan quedar atrapados en la escoria si esta no es lo suficientemente fluida; además, la viscosidad condiciona el contacto en la interfase escoria/acero donde se producen las reacciones de purificación.
En la formulación de la escoria, estas cales son clave para lograr el índice de basicidad adecuado para la eliminación de impurezas, mediante las reacciones de desulfuración, desfosforilación etc.
“La cal cálcica y la cal dolomítica forman parte de este proceso de purificación que se produce por un delicado equilibrio químico en la interfase, entre el acero fundido y la escoria que convive con él, sobrenadando sobre el espejo del metal fundido”, explica Laura Correa.
En ese equilibrio entre la escoria y el acero líquido está la “cocina” de la composición del acero final.
En cuanto a la protección del refractario que recubre el horno, la sílice contenida en la escoria reacciona ávidamente con magnesio: si no lo encuentra en el medio, lo extrae del refractario magnesítico, debilitándolo y reduciendo su vida útil. La cal dolomítica adicionada, provee el magnesio necesario para evitar este ataque.
Gracias a su alta reactividad, los productos premium de Grupo Calidra son los fundentes más económicos, actúan en la captación de las impurezas, ayudan a limpiar el acero y protegen los ladrillos refractarios de los hornos.
Finalmente, se dan los procesos de mayor afino. “Ya pasamos de un arrabio, producto de hierro que no se puede maquinar ni estirar, a un acero. A continuación, vienen los afinos, otros procesos que terminan de ajustar la composición deseada, extraer exceso de azufre o aportar pequeñas cantidades de elementos como cromo, manganeso, molibdeno, níquel, silicio, vanadio, entre otros, para obtener aceros especiales como los aceros al tungsteno de gran dureza y resistencia a la abrasión”, explica Laura Correa.
“Y ahí nuevamente es la cal la encargada de capturar el resto del azufre. El azufre tiene gran afinidad por el calcio, formando sulfuro de calcio, de modo que extrae el azufre del acero y queda en la escoria que se descarta. Así es como la cal interviene en todo el proceso, desde el mineral hasta los aceros más refinados”, concluye Correa.
Por lo mencionado previamente, es primordial que las acerías trabajen con cales que cumplan con los estándares deseados. Además de alimentarse de canteras de caliza de alta calidad, las plantas modelo de Grupo Calidra cuentan con la tecnología de calcinación para hacer un producto reactivo -eso hace que esté disponible más rápido en el baño-, utilizan gas y electricidad, energías más amigables que el carbón, y llevan adelante un proceso de trituración que no genera polvo ni polución. La planta modelo Noviciado, en Chile, tiene el valor agregado de la clasificación in situ y una menor degradación del producto.
Los cuatro atributos que debe tener la cal para producir acero
Para lograr una mejor eficiencia y rendimiento en la producción del acero, es clave que la cal posea una serie de cualidades. La primera es la calidad química de la cal. No cualquier carbonato de calcio se puede calcinar para producir cal que sea apta para siderurgia. La cal que se introduce al baño debe tener un bajo contenido de indeseables como sílice, azufre, fósforo, etc.
El segundo atributo fundamental es la calidad física de la cal. Aquí son indispensables dos características. Una es la porosidad, que determina la reactividad del producto: cuanto más reactiva es la cal, mayor velocidad de reacción tiene y más rápido genera la reacción dentro del baño de acero, acelerando los procesos de producción, lo que implica aumentar la producción con la misma capacidad instalada.
Una tercera característica es la granulometría que exige la siderurgia (19-38 mm), esto para evitar importantes pérdidas de las fracciones finas, que son succionadas por los potentes extractores de gases y polvos. El Grupo Calidra puede garantizar ambas propiedades en todo momento.
La cuarta cualidad que debe tener la cal es un correcto punto de calcinación, que minimice el contenido de “crudo” (caliza sin convertir) sin sacrificar la reactividad por sobrecalcinación. Esto, porque en los haornos de acero, cuando la temperatura supere los mil grados, el dióxido de carbono se desprenderá de la caliza no calcinada dentro del baño líquido, produciendo proyecciones con los consiguientes riesgos asociados, además de generar un consumo extra de energía, utilizada como calor de disociación en la reacción pirolítica, que convierte la caliza en cal. (CaCO3 en CaO).
