Post on 08-Apr-2017
FABRICACIÓN DEL
ACERO
Procesos siderúrgicos,
Son los procesos que se realizan con el mineral de
hierro para obtener diferentes tipos de aleaciones
como: aceros y fundiciones de hierro que luego secomo: aceros y fundiciones de hierro que luego se
los procesa para la obtención de lingotes,
productos semielaborados y piezas en bruto.
Aceros: contiene menos del 2.1 % de carbono
Fundiciones: tienen entre 2.1 y 6.6% de carbono
Aleaciones ferrosas o base hierro:
Aceros al Carbono
Aceros de baja aleación
Aceros de alta aleación
Fundiciones
Producción de metales en el mundo
0,9% 1,9%
96%Hierro
Aluminio
Cobre
Cromo
0,9%
0,9% 1,9%
El hierro y sus aleaciones principalmente el acero,representan aproximadamente el 90% de la producciónmundial de los metales.
Se utilizan por sus: resistencia, tenacidad, ductilidad yrelativo bajo costo
Fuente ONU- 1994
Antecedente histórico
� No se conoce con exactitud la época en que se
descubrió la técnica de fundir mineral de hierro para
producir un metal que pueda ser utilizado.
� 3000 a.C. los egipcios usaban utensilios de hierro
y se sabe que antes de esa época se empleabany se sabe que antes de esa época se empleaban
adornos de hierro.
� 1000 a.C. los griegos conocían la técnica, de
cierta complejidad, para endurecer armas de hierro
mediante tratamiento térmico.
� En el siglo XIV d. C. se obtenían aleaciones
calentando una masa de mineral de hierro y carbón
vegetal en un horno o forja con tiro forzado.
Este tratamiento reducía el mineral a una masa
esponjosa de hierro metálico llena de una escoria
formada por impurezas metálicas y cenizas deformada por impurezas metálicas y cenizas de
carbón vegetal.
Esta esponja de hierro se retiraba, y mientras
permanecía incandescente se golpeaba con
pesados martillos para expulsar la escoria y
consolidar el hierro.
� Después del siglo XIV se aumentó el tamaño de
los hornos utilizados para la fundición y se
incrementó el tiro para forzar el paso de los gases
de combustión por la carga o mezcla de materias
primas.
� Se mezclaba el hierro forjado con carbón vegetal
y el producto era el arrabio.
Arrabio: Aleación que funde a una temperatura
menor que el acero o el hierro forjado. Luego de
refinado se obtiene acero.
ELABORACIÓN DE HIERRO Y ACERO
• Podemos mencionar dos caminos para obtener el
acero:
- Método usando altos hornos
- Método de reducción directa
FUNDENTE
CHATARRA
Chatarra:
Formada por aceros o fundiciones de hierro, en
forma de piezas inutilizadas o de sobrantes de
operaciones anteriores de elaboración.
I- Método usando alto horno:
Producción de arrabio o Fusión primaria del hierro
Para la producción de arrabio son necesarios
tres elementos fundamentales:
1) Mineral de hierro
2) Combustible
3) Fundentes
Explotación de Explotación de
carbón
1) Minerales de hierro:
Los minerales de hierro de uso comercial en la
industria siderúrgica, son aquellos compuestos que
contienen el hierro en cantidad y pureza quecontienen el hierro en cantidad y pureza que
pueden ser procesados para la fabricación del
arrabio.
• Se utilizan minerales que contienen al hierro en
forma de óxidos, carbonatos o silicatos.
• Sólo en forma excepcional se emplean minerales
de hierro que lo contengan en forma de sulfuros.
• Cuando se utilizan minerales que contienen al
hierro en forma de silicatos o carbonatos, estoshierro en forma de silicatos o carbonatos, estos
compuestos son previamente transformados en
óxido de hierro.
• Este proceso se realiza, por lo general, en los
mismos hornos en los que se produce la reducción
de los óxidos para obtener al arrabio.
Los minerales de hierro más usados son:
Magnetita u óxido de hierro magnético (Fe3O4):
- Debe su nombre a las propiedades magnéticas
que posee.
- Es el mineral más rico en hierro, puede tener
hasta un 72.4%.hasta un 72.4%.
- Su color es negro o gris oscuro y se convierte
en pardo cuando contiene Mn.
Oxido férrico o hematita roja ( Fe2O3):
- Posee hasta un 70% de hierro,
- En forma de polvo es de color rojo.
Oxido férrico hidratado o hematita parda
o limonita ( Fe2O3. H2O):
- Tienen un 60% de Fe.
- Es la de mayor utilización en la actualidad,- Es la de mayor utilización en la actualidad,
existen grandes yacimientos de este mineral en
Estados Unidos y en Suecia.
Hematita (mena roja) 70% de hierro
Magnetita (mena negra) 72.4% de hierro
Siderita (mena café pobre) 48.3% de hierro
Limonita (mena café) 60-65% de hierro
Pirita (sulfuro de hierro)
Se encuentra en forma muy abundante, pero no es
utilizable por su gran contenido de azufre.
Se utiliza para la fabricación de ácido sulfúrico dondeSe utiliza para la fabricación de ácido sulfúrico donde
sufre un proceso de tostación que deja como residuo
un óxido de hierro anhidro, con alto contenido de
hierro, que puede utilizarse para la fabricación del
arrabio.
� El proceso de transformación del mineral de
hierro comienza desde su extracción en las minas.
� Cuando se procesa un mineral se deben
separan dos partes:
a) La mena: Es la parte que contiene al mineral es
decir la parte que se utiliza en la fabricación del
acero.
b) La ganga: Es el resto de los minerales que se
separa en forma no aprovechable y está formada
por sílice, alúminas, carbonatos, fosfatos, silicatos,
etc.
Procesos de transformación del mineral de hierro
Antes de llevarse al alto horno debe transformarse
mecánicamente hasta tenerlo en condiciones óptimas
de utilización.
Las operaciones mecánicas que se deben realizar
son:
I- Concentración:
El objeto de esta operación es enriquecer el contenido
de hierro.
II- Reducción de tamaño:
Deben poseer un tamaño uniforme y adecuado.
- si son grandes la acción de los agentes
reductores no llaga al interior
- si el tamaño es pequeño surgen otros- si el tamaño es pequeño surgen otros
inconvenientes de mayor importancia.
El tamaño de los trozos está fijado por la altura del
horno y por la potencia de las máquinas que generan
la corriente de aire.
Si son muy pequeñas producen resistencia al paso
del aire que es necesario para activar la
combustión y permitir las reacciones químicas
correspondientes.
III- Formación de aglomerados o briquetas:
El mineral en forma de polvo o de tamaño muyEl mineral en forma de polvo o de tamaño muy
pequeño no puede cargarse en el horno por lo que
debe aglomerarse y darle forma de briquetas.
Se forma una pasta con materiales como cemento,
cal, arcilla, etc.
IV- Calcinación:
Los minerales de hierro formados por carbonatos, se
calcinan para convertirlos en óxido férrico anhidro.
La reacción química que se produce es:
CO Fe OFe + COCO3Fe OFe + CO2
La calcinación puede realizarse:
- al aire libre (método muy antiguo que no se usa)
- en hornos especiales.
Ventajas del procedimiento de calcinación
1º La composición más conveniente para el mineral
del alto horno es Fe2O3 por lo que no solo se
transforman los carbonatos sino que también se
reduce la magnetita (Fe3O4).
2º El calor necesario para esta operación puede2º El calor necesario para esta operación puede
suministrarse con un combustible de bajo costo, tal
como el mismo gas del alto horno.
3º Es menor la cantidad de combustible de mayor
costo que debería emplearse en el alto horno si se
utilizara directamente magnetita.
4º Durante esa combustión se eliminan elementos
volátiles como el agua, el acido carbónico y otras
sustancias volátiles.
5º El desprendimiento del agua otorga al mineral
mayor porosidad que permite un mayor acceso de
los agentes reductores.los agentes reductores.
6º En el proceso se elimina en parte el azufre que
se encuentra como anhídrido sulfuroso, esto es
muy importante cuando se quiere obtener material
libre de este elemento tan nocivo.
2) Combustibles:
Se usa:
- Carbón de piedra.
- Carbón de leña o carbón vegetal.
Carbón de piedra:
Por combustión controlada del carbón de piedra se
obtiene el coque. Es el combustible más utilizado
para la obtención del arrabio .
El carbón de piedra contiene carbono, hidrógeno,
oxigeno y otros gases volátiles adsorbidos dentro de
la sus micro grietas.
El proceso de coquización consiste en la destilación
seca del carbón y la extracción de los gases
volátiles para elevar la concentración de carbono yvolátiles para elevar la concentración de carbono y
aumenta su poder calorífico.
Durante la destilación seca se calienta el carbón, en
ausencia de oxígeno, para evitar que se queme .
Proceso de coquización
Este proceso se realiza generalmente en las
plantas siderúrgicas ya que se obtienen
subproductos (gases volátiles) que también son
utilizados en la misma planta como combustibles
líquidos y gaseosos.
Producto de la coquización coque
Coque:Combustible artificial que posee alto contenido de
carbono, prácticamente es carbono puro con gran
resistencia y una estructura porosa.
Estas propiedades son muy importantes para el
funcionamiento de los altos hornos.
Carbón de leña o carbón vegetal:
Permite obtener un arrabio de buena calidad.
Se evita la presencia del azufre que si es una
impureza del coqueimpureza del coque
Presenta como inconveniente el alto costo y su baja
resistencia, que impide su empleo en hornos de
gran altura.
3) Fundente:
Son sustancias que se agregan junto al mineral en
el alto horno, para facilitar la separación de la
ganga.
A alta temperatura el fundente reacciona
químicamente dando un producto de más fácil
fusión.
Si la ganga es ácida conviene un fundente básico
y si es básica el fundente será ácido.
Fundentes básicos:Fundentes básicos:
- piedra de cal o castina (carbonato de
calcio impuro)
- dolomita.
Es un tratamiento térmico en el que se aglomeran
distintos materiales
Se realiza en un sinter.
Los materiales procesados son:
Sinterizado
Los materiales procesados son:
- Polvos que quedan en forma de sobrante.
- Productos de desechos de otros procesos en la
planta también son reciclados y utilizados como
materia prima
Estos productos (con alto contenido de hierro)
formará parte de la carga.
Características del alto horno:
� El óxido de hierro (mineral) se mezcla con el
coque y son sometidos a una corriente de gases
reductores a alta temperatura.
� El producto de este proceso es el hierro de� El producto de este proceso es el hierro de
primera fusión o arrabio.
� Es un tubo de ladrillos refractarios de unos
10m o más de alto por 7 m de diámetro interior,
revestido exteriormente por chapa de acero.
Tragante
Cuba
Etalaje
Crisol
Tragante: Parte superior por donde se introducen los
minerales.
Posee un sistema de doble campana de cierre que
permite introducir los materiales en el horno sin que
se escapen los gases a la atmósfera.
Cuba:Se une en el vientre con el etalaje.
Crisol:Es la parte inferior, de forma cilíndrica.
En él se acumula el metal líquido para ser extraído
periódicamente.
ToberasSon orificios que se encuentran en la parte superior
del crisol.
Por ellas se insufla aire a presión a una temperatura
de 760ºC, que asegura la combustión del coque y
activa la formación de gases reductores.
Orificio de salida de escoria (bigoteras):Orificio de salida de escoria (bigoteras):Ubicado próximo a las toberas, por el mismo se
retira la escoria que por tener menor densidad, flota
sobre el hierro líquido contenido en el crisol.
Orificio de sangría:El arrabio se extrae por un orificio colocado en el
fondo. La sangría se realiza 4 a 6 veces por día.
Orificio para la evacuación de los gases:
Se encuentra en la parte superior de la cuba.
Para que el aire evacuado sea reutilizado se le
deben eliminar las partículas sólidas lo que se
logra mediante los siguientes dispositivos:
1º Pescador de polvo: el polvo se deposita
por disminución de la velocidad de los gases.por disminución de la velocidad de los gases.
2º Lavador de gases: se separa el polvo por
acción de una lluvia de agua sobre los gases.
3º Precipitador electrostático: completa la
separación del polvo mediante el depósito de las
partículas previamente electrizadas en las paredes
de tubos condensadores.
- Después de la eliminación del polvo, el gas se
quema en las estufas (provee el calentamiento del
aire).
- El resto de gas puede utilizarse para alimentar
calderas o para otras aplicaciones dentro de la
planta.
o El mineral es agregado al alto horno por el
extremo superior, sigue un camino descendente en
contracorriente con los gases de combustión.
o La carga se hace alternando el agregado de
coque, fundente (caliza) y mineral.coque, fundente (caliza) y mineral.
o A medida que se consume el coque el mineral
baja y paralelamente aumenta su temperatura.
o En la parte inferior de la cuba comienza la
reducción indirecta provocada por el monóxido de
carbono (CO) contenido en los gases ascendentes.
Fe2O3 + CO 2 FeO + CO2
o Luego se produce la reducción directa donde el carbono suministrado por el coque se combina con
el OFe
2 FeO + C 2 Fe + CO2
Hierro puro
o El hierro puro se funde ya que se encuentra en
una zona donde la temperatura es de 1700 ºC que
es mayor a su temperatura de fusión (1535 ºC).
o El hierro absorbe carbono, contiene entre un
3 y 6.7% de carbono y se convierte en arrabio en
estado líquido y baja la temperatura de fusión.estado líquido y baja la temperatura de fusión.
o La escoria se recoge o se convierte en escoria
granular para su posterior utilización para la
elaboración de pavimento, ladrillos para
mampostería, en la fabricación del vidrio, etc.
II) Método de Reducción Directa.
- Emplea agentes reactivos reductores (gas natural,
coque, aceite combustible, monóxido de carbono,
hidrógeno o grafito).
o Se agrega al reactor la mena de hierro
previamente triturada con los agentes reductores.
o Se obtiene como producto el hierro esponja que
es un producto de bajo contenido metálico obtenidoes un producto de bajo contenido metálico obtenido
a temperaturas inferiores a la de fusión del hierro y
que puede contener hasta 1.5% de carbono.
Existen numerosos procedimientos, los más utilizados
son:
• Midrex:
Es de origen norteamericano y ha sido difundido por
el grupo KDRF (alemán).el grupo KDRF (alemán).
En nuestro país hay dos plantas, una en Villa
Constitución (ACINDAR) y otra en Campana
(SIDERCA) .
• H y L
De origen Méjico
• Kinglur – Meteor:
Es un procedimiento Suizo – Italiano.
Emplea carbón de baja calidad, se obtiene un
concentrado ferroso (nódulos ferrosos) que luegoconcentrado ferroso (nódulos ferrosos) que luego
pasan a los hornos eléctricos.
Las plantas son económicas tanto en la instalación
como en el mantenimiento.