Consumo de agua en la produccion de acero- Procesos equipos y avances

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En este artículo se entrega un panorama de los procesos y los equipos utilizados en el procesamiento del agua y la influencia del elemento en la operación de las diversas unidades de proceso y en la 
calidad de semiproductos de colada continua y productos laminados. En recuadros se incluyen ejemplos 
de una nueva tecnología propuesta para disminuir el consumo de energía en las torres de enfriamiento y 
un caso de diseño del sistema para una acería eléctrica nueva localizada en una zona desértica.
EL AGUA EN LAS DIVERSAS ETAPAS DEL PROCESO
La disminución del consumo de agua y de la descarga de aguas residuales debe hacerse teniendo en 
cuenta los requisitos que debe cubrir el agua en las diversas etapas del proceso de fabricación del acero. 
El tema de la calidad del agua a menudo es prioritario luego de un problema grave, como podría ser si 
causa una perforación de línea en una máquina de colada continua de planchones, pero en la rutina 
operativa diaria tiene baja prioridad, desplazado por las paradas y demoras.
Como se concluyera en el estudio de worldsteel, referido en el N° 550 de esta revista (mayo-junio 2015), 
hay enormes variaciones en los consumos de agua, que dependen de la configuración de la planta, la 
localización geográfica (o la disponibilidad de agua) y la legislación local [1]. Se usa una gran cantidad 
de agua para enfriamiento directo (once-through cooling), particularmente en plantas costeras o ubicadas 
en las márgenes de ríos caudalosos. En los otros casos, en especial en localizaciones donde el agua 
ACTUALIZACIÓN TECNOLÓGICA
Consumo de agua 
en la producción de acero: 
procesos, equipos y avances
Como parte de la marcha hacia una mayor sustentabilidad de la industria, la tendencia a la disminución 
del consumo especí!co de agua y de la descarga de e"uentes líquidos en los procesos siderúrgicos se 
plantea claramente, tanto en los nuevos proyectos como en las modernizaciones de los equipamientos 
existentes.
Por Jorge Madías, Gerente de empresa Metallon, Argentina
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escasea, se emplean sistemas de 
enfriamiento con recirculación, que 
requiere mucho menos suministro o 
tratamiento de agua.
El estudio de worldsteel se basó en 
una encuesta en la que participaron 
29 plantas, representando 111 Mt/
año (27 laminadores, 33 máquinas 
de colada continua y 17 coquerías), 
plantas de sínter, altos hornos y 
acerías al oxígeno. En la FIGURA 1 se 
presentan los consumos y descargas 
de cada etapa del proceso [2].
Coquería. Se utiliza agua para enfriar 
y limpiar el gas de coquería y para 
el apagado del coque incandescente 
luego de, principalmente, extraerlo del 
horno. De acuerdo a la mencionada 
encuesta de worldsteel, la cifra de 
consumo promedio para 17 coquerías 
es de 4,5 m3/t de coque. El 35% se 
utiliza para el apagado del coque, 
el 30% para la limpieza del gas de 
coquería y el resto para otros usos [2].
Alto horno. Se trata de la unidad 
que más agua consume y descarga 
(FIGURA 1). El agua se utiliza 
mayoritariamente para el enfriamiento 
del crisol, refrigeración de las duelas 
y toberas y limpieza / enfriamiento 
del gas de tope. El mayor consumo se 
origina en el enfriamiento del crisol. 
El 62% del agua que ingresa al alto 
horno es para enfriamiento directo. 
Solo el 12% del agua total es para 
enfriamiento por circulación. El 21% 
del agua se consume en la limpieza 
del gas de tope [2].
Acería al oxígeno. El agua se utiliza 
para la refrigeración de la lanza de 
oxígeno, la salida de gases de los 
convertidores, el enfriamiento del 
cono y muñones y el enfriamiento 
de los gases. Los programas para el 
tratamiento del agua de enfriamiento, 
el agua de los scrubbers, las aguas 
residuales y la extracción de agua de 
los barros pueden ser útiles para: [3]
• Prolongar la vida del horno.
• Aumentar la vida de la campana.
• Extender la vida de la lanza de 
oxígeno.
• Reducir el costo de mantenimiento 
y el consumo de energía de los 
scrubbers.
• Reducir la limpieza de cañerías.
• Reducir las paradas del horno.
• Disminuir la contaminación 
ambiental.
La formación de óxidos y los 
problemas de corrosión en estas 
áreas pueden generar paradas, una 
mayor necesidad de mantenimiento 
para eliminarlos y pérdida de 
producción. En las plantas que 
practican el salpicado de escoria 
(slag splashing) para prolongar 
la vida del revestimiento del 
convertidor, hay necesidad de bajar 
los requerimientos de mantenimiento 
asociado con la campana de salida 
de gases y el enfriamiento de los 
gases, extendiendo el tiempo entre 
reparaciones y limpiezas.
Horno eléctrico. Como en la acería 
al oxígeno, se requiere agua para 
la refrigeración del sistema de 
salida de gases. Sin embargo, el 
tratamiento de los gases se hace en 
seco, a diferencia de la mayoría de 
los convertidores, donde se hace 
en húmedo. Se refrigeran también 
los paneles que constituyen la parte 
superior de la carcasa del horno, 
la bóveda del horno y el anillo 
alrededor de los electrodos, los 
electrodos mismos, los brazos porta 
electrodos y otros componentes 
eléctricos [4].
FIGURA 1. Consumos y descargas de agua para cada etapa del proceso siderúrgico [2]
4,5
Coquería
0
2
4
6
0,4
Sinterización
0,8
Peletización
5,7
Alto
horno
1
Convertidores
2,5
Colada
Consumo promedio
5
Laminación
en caliente
4,6
Laminación
en frío
3,6
Terminado
3,3
Horno
elécrtrico
0,7
Briqueteado
Descarga promedio
42
Colada continua. El agua se utiliza 
para el enfriamiento del molde 
de cobre (enfriamiento primario) 
y el enfriamiento por rociado de 
los semiproductos (enfriamiento 
secundario). En las máquinas de 
colada continua de planchones y 
de tochos de grandes dimensiones 
también se utiliza para el 
enfriamiento de rodillos y segmentos. 
La refrigeración de agitadores y 
frenos electromagnéticos también la 
requiere.
Los programas para el agua de 
enfriamiento primario y secundario 
pueden asistir en proveer [3]:
• Mayor vida del molde de cobre.
• Menor bloqueo de boquillas de 
enfriamiento secundario.
• Paradas más cortas y menor 
mantenimiento.
• Menos defectos y mejor calidad de 
los semiproductos.
• Más vida de rodillos y segmentos 
(en máquina de planchones).
• Menos perforaciones.
• Mejor confiabilidad y productividad 
de la máquina.
• Menor corrosión de la cámara de 
enfriamiento secundario.
Es en la colada continua donde la 
incidencia de la condición del agua 
es más crítica para la calidad de 
los productos. Es bien conocida la 
influencia del agua de molde en 
defectos como la romboidicidad 
en palanquillas [5] o grietas 
longitudinales en planchones 
convencionales [3] o delgados 
[6] o del agua de enfriamiento 
secundario en la formación de grietas 
superficiales [7]. Los depósitos de 
sólidos en suspensión sobre el lado 
agua de los moldes de cobre (FIGURA 
2) tienen una influencia muy grande 
sobre la transferencia de calor del 
acero al agua.
Laminación en caliente. En este caso 
el agua se utiliza para la extracción 
de laminillo, la refrigeración de 
los cilindros de laminación y el 
enfriamiento de los productos. En 
los laminadores de productos planos, 
se ocupa luego de la laminación y 
antes del bobinado del enfriamiento 
de la chapa mediante lluvia de agua. 
FIGURA 2. Depósito de minerales (A), hidrocarburos (B) y hierro (C) en la 
cara fría moldes de cobre para colada continua de planchones delgados [6]
Para la recirculación del agua 
dentro de los procesos siderúrgicos 
se utilizan torres de enfriamiento. 
La operación de estas torres 
requiere el consumo masivo de 
energía eléctrica para propulsar 
los ventiladores que fuerzan el 
aire hacia las cañerías por las que 
circula el agua caliente. El 80% del 
costo operativo de las torres es la 
energía eléctrica que se consume; 
el 15% está constituido por gastos 
de mantenimiento y agua y el 
5% por los productos químicos 
necesarios [13].
Una de las tecnologías que se 
han propuesto para disminuir el 
consumo de energía son las torres 
de enfriamientocon ventiladores 
propulsados con turbinas de agua 
(FIGURA A).
En la turbina se puede consumir el 
exceso de energía de bombeo y la 
energía de elevación (FIGURA B).
En el CUADRO A se presenta una 
comparación entre ambos tipos de 
turbina, desde diversos puntos de 
vista.
DISMINUCIÓN DEL 
CONSUMO DE ENERGÍA EN EL 
ENFRIAMIENTO DE AGUA
A
B C
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CUADRO A. Comparación entre torre de enfriamiento a turbina y a motor [13]
Aspecto
Consumo de electricidad
Consumo de agua
Mantenimiento
Durabilidad
Efectividad
Seguridad
Medio ambiente
Deriva
Ruido
Turbina de agua
No aplica
Agregado poco frecuente
Relativamente bajo (rodamiento solamente)
Prolongada
Buena
Seguro, sin riesgos
No influye
0,05%
< 75 dB
Motor eléctrico
4-6 kWh por 100 t de agua
Agregado frecuente
Alto (rodamiento, reductor, eje, motor y bobinado)
Requiere mantenimiento frecuente
Buena
Puede haber corto circuito o explosión
Emisión de ruido y generación de vibraciones
0,2%
> 85 Db
FIGURA A. A: torre de enfriamiento convencional, con ventilador movido por motor eléctrico. B: torre de 
enfriamiento con motor movido por turbina [13]
FIGURA B. Principios de operación de torre de enfriamiento con turbina [12]
Motor eléctrico
A B
Reductor
Reductor
Acople
Energía de elevación
Bombeo
Intercambiador de calor
Intercambiador de calor
Energía de bombeo sobrante
Energía cinética
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Se trata de una planta para la 
producción de 1,5 Mt anuales, 
en una región desértica que tiene 
una gran amplitud térmica (-16°C 
a +45°C). Siguiendo un criterio 
tradicional de diseño de la planta 
de agua, se requeriría un consumo 
de más de 650 m3/h de agua, 
como valor de horario pico (500 
m3/h de promedio diario). El agua 
disponible era en este caso de 
hasta un máximo de 250 m3/h y 
en promedio diario de 180 m3/h, 
lo que hizo necesario buscar una 
solución diferente [15].
La planta de tratamiento de agua 
debe proveer a los sistemas de 
enfriamiento con una adecuada 
cantidad y calidad de agua. El 
agua que circula en los circuitos 
de enfriamiento debe respetar 
ciertos límites de temperatura y 
composición, para evitar problemas 
de depósitos y/o corrosión. 
Después de usarla se la enfría antes 
de su reutilización en el mismo 
circuito. El agua proveniente de 
circuitos directos se trata primero 
para retener partículas sólidas. Se 
identifica para cada planta la fuente 
de agua (río, pozo, cañería). El 
tratamiento depende de la calidad 
del agua y en la mayoría de los 
casos apunta a reducir el contenido 
de sales, disminuir la dureza y 
ajustar el pH. En las aplicaciones 
más modernas se usa la osmosis 
inversa para reducir la salinidad. 
Hay que producir suficiente agua 
tratada como para compensar las 
pérdidas por evaporación y otras. 
Además, las características del 
agua dentro de los circuitos de 
enfriamiento se mejoran mediante 
aditivos químicos.
CASO DE UNA NUEVA ACERÍA 
ELÉCTRICA EN UNA REGIÓN 
DESÉRTICALa acería de Ferriere Nord dispone de un horno eléctrico de 150 t, uno 
de los dos mayores de Italia. Junto con la contrucción de este horno, en 
lugar de los tradicionales sistemas evaporativos se instaló un circuito 
cerrado presurizado de enfriamiento que permitió minimizar el consumo 
de agua y prolongar significativamente la vida del ducto de salida [14].
DISMINUCIÓN DEL CONSUMO DE AGUA 
EN HORNO ELÉCTRICO
Este enfriamiento es clave para 
obtener la microestructura deseada 
y la homogeneidad de propiedades 
a lo largo y ancho de la chapa. En 
los laminadores de productos largos, 
para el enfriamiento de barras y 
alambrón se utilizan cajas de agua. 
Una utilización particular de las 
cajas de agua es para el temple y 
autorrevenido en línea de barras de 
refuerzo de hormigón.
El manejo correcto del agua sirve para 
prolongar la vida del equipamiento 
y de los cilindros de laminación y 
permite controlar la microestructura 
y propiedades mecánicas de los 
productos laminados.
El agua rociada directamente sobre 
la superficie de los cilindros de 
laminación y productos de acero 
se denomina típicamente agua de 
enfriamiento directo, porque entra 
en contacto con el producto. Por eso, 
después del uso está contaminada 
con laminillo y con aceite. El agua 
de enfriamiento indirecto es la 
que fluye por circuitos de caños y 
superficies de intercambio de calor, 
usada para el enfriamiento en el 
horno de precalentamiento y en las 
cajas de laminación, sin contacto con 
el producto de acero. Usualmente 
sale más limpia que el agua de 
enfriamiento directo y se trata en un 
circuito independiente y separado en 
la planta de tratamiento de agua [8].
PROCESOS Y EQUIPOS
El ciclo del agua de una siderúrgica, 
como de otro tipo de plantas 
industriales, está determinado por 
el flujo de operaciones del ciclo de 
producción, el tratamiento químico 
del agua y los residuos del proceso. 
En consecuencia, los procesos son [9]:
• Producción de agua de proceso: 
el agua que ingresa a la planta se 
trata para obtener agua industrial y 
agua ablandada/desmineralizada. 
Los procesos aplicados son la 
clarificación/floculación, la 
filtración, la desalinización (para el 
caso de uso de agua de mar), y el 
ablandamiento/desmineralización 
por medio de sistemas de 
intercambio iónico.
• Uso del agua de proceso: el agua 
industrial y el agua ablandada/
desmineralizada se usan para 
la operación de las unidades 
de proceso (coquería, alto 
horno, acería, colada continua, 
laminación).
• Tratamiento de los efluentes 
líquidos: las aguas usadas en 
o descargadas de los procesos 
se tratan para cumplir con los 
límites legales estipulados para 
los sistemas que las reciben. 
Los procesos utilizados para 
ese propósito son la remoción 
de aceites, neutralización, 
clarificación, floculación, filtración 
y oxidación biológica.
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La planta en cuestión requería enfriamiento para los 
siguientes usuarios: horno eléctrico de arco de 170 t; 
horno cuchara de 170 t; máquina de colada continua de 
seis líneas; planta de oxígeno; planta de tratamiento de 
humos; y otros usuarios (estación de aire comprimido, 
compensador estático de energía reactiva).
Las soluciones se buscaron por dos caminos:
1. Selección del equipo apropiado para el enfriamiento 
del agua.
2. Recuperación de las descargas de la planta de 
tratamiento de agua para reutilización en la misma 
planta luego de un tratamiento adecuado.
FIGURA B. Comparación entre torres convencionales, 
híbridas y secas, con respecto al consumo específico 
de agua, el costo de inversión y la energía eléctrica 
instalada
Los equipos alternativos a la torre de enfriamiento 
evaporativo convencional son los llamados híbridos 
y secos (FIGURA A). Ambos operan con circuito 
cerrado, impidiendo las pérdidas. En las torres secas 
el intercambio de calor se debe a la circulación de aire 
forzado, con el consiguiente consumo de electricidad. 
Las torres híbridas operan en modo seco o húmedo, 
dependiendo de las condiciones climáticas.
En la FIGURA B se comparan los tres tipos de torre en lo 
que respecta al consumo de agua, costo de inversión y 
energía eléctrica instalada.
La decisión que se tomó fue instalar una torre seca para la 
planta de tratamiento de humos, y torres híbridas para el 
resto de los equipos. La planta de tratamiento de humos 
tenía una exigencia menor respecto a la temperatura 
máxima del agua, con respecto al resto de los usuarios.
En conclusión, se adoptaron equipos de enfriamiento 
con un bajo consumo de agua, y el reciclado interno 
de las aguas tratadas. Esto fue a costa de una inversión 
más alta y un consumo de energía eléctrica más elevado. 
La solución resultó finalmente de interés económico, 
especialmente gracias a los ahorros en acondicionamiento 
químico del agua.
FIGURA A. Ejemplos de torre de enfriamiento seco (izquierda) y torre de enfriamiento híbrido (derecha)
Aire
Aire
Agua
Salida de aire
Salida de aire
Rociado de agua de enfr.
Tanque de agua
DrenajeAgua fría
a los usuarios
Agua fría
a los usuarios
Agua caliente
a los usuarios
Agua caliente
de los usuarios
%
 re
sp
ec
to
 a
l e
va
po
ra
tiv
o
Fa
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or
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or
 re
sp
ec
to
al
 ev
ap
or
at
iv
o
Consumo de agua Costo de inversión
Evaporativo Híbrido Seco
25
1
5
10
50
75
100
Potencia instalada
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[1] “Holistic approach to water policies needed, says 
worldsteel”. April 16, 2015.
[2] Suvio, P.; van Hoorn, A.; Szabo, M.; Ekdahl, A.; “Water 
management for sustainable steel industry”. Ironmaking 
and Steelmaking 2012, Vol. 39, N° 4, pp. 263-269.
[3] Jenner, P.; Ravindra; “The critical role of water treatment 
and water quality management in the steelmaking 
process”. SEAISI Quarterly Journal 2011, Vol. 40, N° 3, 
pp. 43-51.
[4] Gleason, J.; Lee, D.; “Establishing peak electric cooling 
water performance”.
[5] Madías, J.; “A review of the rhomboidity problem in 
billet casting”. AISTech 2012 Proceedings, pp. 1241-1250.
[6] Strasser, J.S.; Hatcher, J.L.; “Implementation of high-
heat-flux mold water treatment program delivers 
improvements to thin-slab caster product quality, 
production rate and maintenance costs”. Iron & Steel 
Technology, July 2012, pp. 48-66.
[7] Hernandez, V.; Kumar, S.; Hardcastle, S.; “Knowledge-
based approach to enhance performance of cooling 
water systemin continuous casting and hot rolling 
operations”. AISTech 2011 Proceedings, Vol. I, pp. 1739-
1751.
REFERENCIAS
[8] Cattarino, S.; Colautti, M.; Mansutti, S.; “The importance 
of the water treatment plant for the performances of a 
rolling mill”. AISTech 2014 Proceedings, pp. 2569-2580.
[9] Nardella, A.; “Advanced design of water treatment plant 
with ‘zero liquid discharge’ recovery system”. MPT 
International 1/2015, pp. 34-39.
[10] Chumienski, H.; da Silva, R.J.; “Reduce operating costs 
through water management”. 5th ABM Steelmaking 
Seminar, May 2014, Porto Alegre, Brazil, pp. 1-9.
[11] Allhands, M.N.; “Unique filter design for heavy industry 
cooling water”. AISTech 2013 Proceedings, pp. 99-107.
[12] Golm, H.; Hundrieser, J.; “New methods of monitoring 
cooling water circuits”. MPT International 4/2008, pp. 
74-75.
[13] Lai, B.Ch.; “New energy saving technology - An 
innovative green approach for cooling water system 
in steel industry”. SEAISI Conference & Exhibition, 
DusitThaniPattaya, Thailand, June 2013, pp. 1-8.
[14] Ravagnan, G.; comunicación privado, junio de 2015.
[15] Cattarino, S.; Colautti, M.; Mansutti, S.; “Efforts to 
reduce cooling water consumption in a region with 
limited water supply”. MPT 2013, pp. 54-58.
Para llevar a cabo estos procesos, se 
utilizan entre otros [10]:
• Tomas de agua. Sus características 
dependen de si se utiliza agua de 
río, lago, mar o pozo.
• Desarenadores, en caso del ingreso 
de agua con arena en suspensión, 
para impedir que esta dañe las 
bombas.
• Cámaras de mezcla. En ellas 
se agrega al agua productos 
químicos. Los principales son los 
coagulantes (sulfato de alúmina) y 
alcalinizantes (cal).
• Decantadores. El agua suele 
llegar con cierta velocidad a una 
pileta amplia donde se reposa, 
permitiendo que se depositen 
las impurezas en el fondo. Para 
acelerar esta operación, se agregan 
coagulantes que atrapan las 
impurezas formando coágulos 
pesados.
• Filtros. Pueden tener diversas 
características en función de las 
necesidades [11].
• Torres de enfriamiento, para 
extraer el calor del agua que se 
calentó cumpliendo una función de 
refrigeración de alguna instalación, 
y dejarla con la temperatura 
adecuada para su reutilización.
• Clarificadores, para extraer del 
agua los sólidos en suspensión, 
aceites y grasas.
• Espesadores, para el manejo de 
barros.
• Equipos de osmosis inversa.
• Equipos de intercambio iónico.
• Sistemas de monitoreo continuo de 
variables [12].
CONCLUSIONES
El concepto de la utilización de 
agua en la producción de acero ha 
ido cambiando, desde considerarlo 
como un insumo de bajo costo e 
inagotable, hasta la situación actual 
en que se procura minimizar dicho 
consumo y la descarga de aguas 
residuales. Esto se tiene en cuenta 
tanto para el diseño de nuevas plantas 
como para la mejora de las plantas 
existentes. De esta forma se aporta a 
la sustentabilidad de la industria. ••
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