El impacto del precalentamiento de la chatarra en las emisiones de CO2

La creciente presión del mercado, de los gobiernos y de la prensa sobre los índices de emisión de CO₂ ha obligado a los siderúrgicos a innovar su proceso de producción. La industria ha visto en los últimos años muchas alternativas viables, tanto en los procesos de reducción como en la acería, para conseguir menores niveles de emisión. En esta publicación estimaremos el impacto operativo, medioambiental y económico de la iniciativa de precalentamiento de la chatarra en Convertidor LD utilizando el modelo integrado de planta siderúrgica de Cassotis.

En una publicación anterior se demostró que, en las plantas siderúrgicas integradas, la producción de cada tonelada de acero genera entre 1,7 y 1,9 toneladas de CO₂. Aunque cada proceso contribuye a esta emisión, el alto horno es, por lejos, el más responsable de ese índice. Por ejemplo, nuestro modelo matemático estima que alrededor del 80% del CO₂ se genera durante la producción de arrabio. Por lo tanto, es lógico que si una planta puede mantener su nivel de producción de planchas reduciendo la proporción de arrabio en la carga metálica de Convertidor LD, podría reducir las emisiones globales de CO₂. Para reducir el arrabio es necesario aumentar la proporción de chatarra en la carga. 

Desde el punto de vista químico, la chatarra de acero tiene ventajas sobre el arrabio, ya que tiene un menor contenido de azufre y fósforo, además de tener un mayor contenido de hierro. Sin embargo, esta sustitución tiene un gran impacto en el balance térmico del Convertidor LD, ya que se está sustituyendo un material que suministra energía por otro que demanda energía. Por ello, el precalentamiento de la chatarra ha surgido como una alternativa técnica para compensar la reducción de arrabio en el balance térmico del Convertidor LD. 

Utilizando nuestro modelo que representa una planta siderúrgica integrada típica, estimamos el impacto de la introducción del sistema de precalentamiento de la chatarra. Los resultados muestran que sería posible aumentar la proporción de chatarra en la mezcla metálica en un 13,95% suponiendo que el calentamiento de la chatarra hasta 800ºC. Esto corresponde a una reducción del 3,29% en la producción de arrabio. Con ello, el nivel global de emisiones de CO₂ se reduciría en un 2,2%. Se trata de una reducción sustancial, incluso después de calcular todos los impactos en los balances químicos y energéticos de la planta. 

Además, el modelo nos permite saber si esta tecnología respetuosa con el medio ambiente sería también económicamente atractiva para la planta. La respuesta depende del precio de mercado de la chatarra externa disponible. En la figura siguiente, podemos ver que la proporción de chatarra en la mezcla metálica disminuye junto con el precio de la chatarra, llegando finalmente a condiciones similares antes de la introducción de la tecnología.

Cuando la investigación en ingeniería desarrolla tecnologías con beneficios no sólo medioambientales sino también económicos, la industria tiene un gran incentivo para cambiar sus prácticas. Por eso es fundamental seguir innovando y haciendo pruebas en un entorno controlado. Por lo tanto, hay que considerar el uso de un modelo matemático que pueda representar todas las nuevas alternativas para su proceso y estimar sus posibles resultados.

Autor: Guilherme Martino - Consultor Senior en Cassotis Consulting

                                      Coautor: Emmanuel Marchal - Managing Partner en Cassotis Consulting