Desarrollo de fundentes para colada continua de acero a base de TiO2 y B2O3

Abstract

RESUMEN: Los fundentes utilizados en la fabricación de planchón delgado de acero están compuestos en su mayoría por SiO2, CaO y CaF2; sin embargo, los altos contenidos de fluorita generan problemas ambientales y de riesgos a la salud debido a la volatilización del flúor durante el proceso de colada. En este trabajo se utilizó TiO2 como substituto de la fluorita. Se fabricó titanita sintética (CaSiTiO5) la cual presentó una elevada temperatura de fusión de 1380 ºC. Se llevaron a cabo adiciones de 10, 17 y 23% Na2O y de 10 y 20% B2O3 a la titanita pura para disminuir las temperaturas de transición. La adición de 23 % Na2O y de 20% B2O3 disminuyó la temperatura de fluidez de la titanita a 1157° y 1169ºC, respectivamente. Experimentalmente se determinó que al incrementar el contenido de óxido de sodio se forman las especies mineralógicas perovsquita y el silicato de calcio sódico; mientras que la adición de B2O3 propicia la formación de titanita (CaTiSiO5), rutilo (TiO2) y cuarzo. Se obtuvieron los diagramas de estabilidad de los sistemas SiO2–CaO–TiO2Na2O y SiO2–CaO–TiO2-B2O3 a 1100 y 1200 ºC con la relación CaO/SiO2 = 1 mediante el software FactSage 6.3. Se determinó que las especies estables son titanita (CaSiTiO5), wollastonita (CaSiO3) y perovskita (CaTiO3) para el sistema que contiene sodio, mientras que el sistema con boro presentó especies como la titanita (CaSiTiO5); pseudo-wollastonita (CaSiO3) y perovskita (CaTiO3). Mediante el software FactSage se determinó que la titanita presenta una viscosidad de 5.744 P y que la adición de B2O3 incrementa la viscosidad considerablemente hasta 19.9 P, mientras que la adición de Na2O la disminuye a 3.291 P a las temperaturas de fluidez determinadas experimentalmente. Fundentes comerciales a base de fluorita reportan para una temperatura de 1300 ºC una viscosidad de 9.1 Poise, estos resultados son coherentes con los obtenidos en este trabajo. ABSTRACT: Fluxes used in the manufacture of steel thin slabs are composed mainly of SiO2, CaO and CaF2; however, the high content of fluorite generates environmental problems and health risks due to its volatilization during casting process. In this work, TiO2 was used as a substitute for fluorite. Titanite synthetic (CaSiTiO5) was manufactured and presented a high melting temperature of 1380 ° C. Additions of 10, 17 and 23% Na2O and 10 to 20% B2O3 were carried out to the pure titanite in order to decrease its transition temperatures. The addition of 23% Na2O and 20% B2O3 decreased the fluidity temperature of pure titanite to 1157 ° and 1169 ° C, respectively. When Na2O content was increased the perovskite and sodium calcium silicate species were formed, while the B2O3 addition allows the formation of titanite (CaSiTiO5), rutile (TiO2) and quartz. Stability diagrams of the SiO2–CaO–TiO2-Na2O and SiO2–CaO–TiO2B2O3 systems were obtained with the software FactSage 6.3 to CaO/SiO2 = 1 and temperatures of 1100 and 1200 °C. Thermodynamic results show that titanite (CaSiTiO5), wollastonite (CaSiO3) and perovskite (CaTiO3) were formed by Na2O additions, while titanite (CaSiTiO5), pseudo-wollastonite (CaSiO3) and perovskite (CaTiO3) were formed by B2O3 additions. The Factsage program determined at the fluidity temperature that pure titanite presented a viscosity of 5.744 P, while B2O3 and Na2O additions presented viscosities of 19.9 P and 3.291 P, respectively. Commercial fluxes containing fluorite reported a viscosity of 9.1 P for a fluidity temperature of 1100 ºC, which is a similar value to those obtained in this work.