Proceso de obtención de arrabio

• Aceros Zapla ex Altos Hornos Zapla es un complejo minero forestal siderurgico que se encuentra en el departamento Palpalá, provincia de Jujuy, Argentina. Fue el primer centro siderúrgico de Argentina, donde se realizó la primera colada de arrabio el 11 de octubre de 1945. La planta se encuentra a 13 km de Palpalá, la ciudad cabecera del departamento homónimo.

• Cuenta con 15.000 ha de un bosque de 30 millones de árboles de eucaliptos para extraer el carbón necesario en el proceso. El complejo integraba dos minas de mineral de hierro: "9 de Octubre" y "Puesto Viejo", a no más de 27 km del alto horno; y la explotación de caliza.

• Hallazgo e Historia• El descubrimiento de la zona minera de Zapla ocurrio de la manera fortuita

una mañana de 1939, el baquiano Wenceslao Gallardo junto al italiano Angel Canderle, partieron de la ciudad de Jujuy donde residian a casar sobre los bosques de Zapla, Canderle conocedor de la minerales, se intereso por el color rojizo del suelo que recorrian, por eso tomo unas muestras y las envio a Buenos Aires el informe previo destaco la importancia del descubrimiento, sosteniendo que el mismo contenia el mineral hematita.

• En coincidencia con Gral. Manuel Savio heredero y continuador de las tesis esgrimidas y materializadas por el general Enrique Mosconi, quienes pretendian transformar una economía nacional agro-pastoril exportadora en otra que tuviera a las industrias de base como motor del crecimiento.

• Savio fuerte impulsor de la industria de base en 1938 eleva un proyecto de ley para crear la Dirección General de Fabricaciones Militares (DGFM), en dicha ley promulga a realizar exploraciones y explotaciones tendientes a la obtención de cobre, hierro, plomo, estaño, manganeso, wolframio, aluminio y berilio.

• Febrero de 1942 se declara zona de reserva al Yacimiento, mediante decretos del P.E.N. y del Gobierno de Jujuy.

• 23 de enero de 1943 por decreto N° 141.462 se crea el Establecimiento "Altos Hornos Zapla", con la planta piloto, merced a la visión del propulsor de la Siderurgia, General Savio. La empresa pasa a depender de la Dirección Gral. de Fabricaciones Militares

• 1943 y 1944, se construye el primer Alto Horno, instalándose el Cable Carril, que se reemplazó luego por una línea férrea para el transporte del mineral desde Mina 9 de Octubre al Centro Siderúrgico.

• 11 de octubre de 1945, marca el hito trascendental del nacimiento de la siderurgia Argentina, pues en esta fecha se produce la primera colada de arrabio argentino.

• La actividad explotadora impulsa la industria siderurgica y esta a su vez atrae mano de obra especializada de otras provincias y una corriente migratoria de paises limitrofes, especialmente de Bolivia, que se traduce en un importante incremento en la poblacion provincial.

• El 20 de febrero de 1951, se procedio a dar funcionamiento al segundo alto horno, el que fue construido integramente con direccion tecnica, ejecucion y materiales nacionales, segun destacan los periodicos de la epoca. A fines de 1952 se completa el ciclo siderurgico con la construccion de: cuatro Altos Hornos (con una capacidad diaria de 150 toneladas de produccion por cada uno); dos hornos electricos (de 10 toneladas de colada cada ano); una Planta de laminacion (con produccion de 120.000 toneladas anuales de hierro).

• 1957 a 1962: siderurgia integrada e integral: durante este lapso se integra la planta con las ampliaciones realizadas, acontecimiento que posibilita el proceso siderúrgico en forma "integral", desde la extracción del mineral hasta el semiterminado y terminados (barras, redondos y perfiles). Se destaca que tanto el mineral, carbón y fudentes, como las instalaciones y el personal, son argentinos. De esto se desprende que A.H.Z produce el único acero 100% Argentino.

• CuriosidadesPara la fábrica eléctrica y los soplantes, ventiladores gigantes que hacen las veces de pulmón del alto horno, se requería un motor de 500 HP y en el país se fabricaban apenas de 80 HP. Savio reunió a los industriales argentinos y por último, el ingeniero Torcuato Di Tella se comprometió a construir seis motores de 85 HP para seis soplantes en paralelo, de manera que la presión de uno no ahogara al otro. Se debía quemar el gas del alto horno en una caldera y pasarlo a turbina.

• Actualidad En octubre de 1999, Sergio Taselli, empresario ítalo-argentino la compró, asumiendo la deuda de u$s 70 millones, al Citibank. Hoy Aceros Zapla S.A. produce 5.000 toneladas de aceros especiales por mes, y duplicará su producción, tras la instalación de un nuevo horno, cuenta con una facturación anual que ronda los u$s 60 millones y una patrimonio cercano a u$s 40 millones. Zapla provee a las industrias petrolera, gasífera y automotriz, entre otras. Se fabrica el 90% de las variedades de acero que se consumen dentro de la Argentina.

• Extracción del Mineral de Hierro • El mineral extraído de una mina de hierro puede ser de carga directa a

los altos hornos o puede requerir de un proceso de peletización para ser utilizado en la producción del acero, esto según sea su calidad.

• Es importante destacar que si el mineral posee bajo contenido de

impurezas (principalmente fósforo y azufre), puede ser utilizado para carga directa, requiriendo sólo tratamientos de molienda y concentración. Este es el caso de las minas en Jujuy "9 de Octubre" y "Puesto Viejo".

• Si, por el contrario, el contenido de impurezas es relativamente alto, se realiza también la molienda y concentración, pero requiere además de un proceso químico de peletización, donde se reducen significativamente dichas impurezas. Como se hace en sierra grande.

• El 90% de todos los metales fabricados a escala mundial son de hierro y acero. Los procesos para la obtención de hierro fueron conocidos desde el año 1200 ac.

• El arrabio contiene un 7% de impurezas (C, Si, P, Mn,S)

• Para producir 1 tn de arrabio, se requieren:-2 tn mineral de hierro u otras fuentes (sinterizado): 50 a 65 % Fe-1 tn de coque (Calor + CO p/reaccionar)-1/2 tn caliza (Fundentes)-3 ½ tn de aire

Los tres primeros se extraen de minas y son transportados y prepararlos antes de que se introduzcan al sistema en el que se producirá el arrabio.

• Los principales minerales de los que se extrae el hierro son: -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

• El arrabio es un hierro de poca calidad, su contenido de carbón no está controlado y la cantidad de azufre rebasa los mínimos permitidos en los hierros comerciales. Sin embargo es el producto de un proceso conocido como la fusión primaria del hierro y del cual todos los hierros y aceros comerciales proceden.

• El coque se quema como combustible para calentar el horno, y al arder libera monóxido de carbono, que se combina con los óxidos de hierro del mineral y los reduce a hierro metálico.

• La caliza de la carga del horno se emplea como fuente adicional de monóxido de carbono y como sustancia fundente. Este material se combina con la sílice presente en el mineral (que no se funde a las temperaturas del horno) para formar silicato de calcio, de menor punto de fusión. Sin la caliza se formaría silicato de hierro, con lo que se perdería hierro metálico.

• El silicato de calcio y otras impurezas forman una escoria que flota sobre el metal fundido en la parte inferior del horno. El arrabio producido en los altos hornos tiene la siguiente composición: un 92% de hierro, un 3 o 4% de carbono, entre 0,5 y 3% de silicio, del 0,25% al 2,5% de manganeso, del 0,04 al 2% de fósforo y algunas partículas de azufre.

• El Alto Horno es virtualmente una planta química que reduce continuamente el hierro del mineral. Químicamente desprende el oxígeno del óxido de hierro existente en el mineral para liberar el hierro. Está formado por una cápsula cilíndrica de acero forrada con un material no metálico y resistente al calor, como ladrillos refractarios y placas refrigerantes.

• El alto horno tiene alrededor de 30 a 40 m de alto y un diámetro máximo interno de 7 a 10 m. Está revestido de material refractario, en su mayor parte de arcilla (Al2O3 + SiO2).

• La zona del horno de mayor temperatura donde se produce la mezcla del aire con el combustible coque, o sea, la zona de las toberas y el crisol es de la mejor calidad de ladrillo refractario, duro, denso y de alta resistencia.

• Algunos hornos son revestidos por bloques de carbono. El espesor de las capas de refractarios es alrededor de 75 cm sobre las toberas y con serpentines de refrigeración de agua y de 1 a 2 m en la parte de la cuba.

Refinación de arrabio y obtención de acero

• En el alto horno, el oxígeno fue removido del mineral por la acción del CO (monóxido de carbono) gaseoso, el cual se combinó con los átomos de oxígeno en el mineral para terminar como CO2 gaseoso (dióxido de carbono).

• Ahora, el oxígeno se empleará para remover el exceso de carbono del arrabio. A alta temperatura, los átomos de carbono (C) disueltos en el hierro fundido se combinan con el oxígeno para producir monóxido de carbono gaseoso y de este modo remover el carbono mediante el proceso de oxidación.

• En forma simplificada la reacción es :

2C + O2 2CO

• El punto de partida fue un experimento hecho por Henry Bessemer en Inglaterra, 1855, independientemente por William Kelly en E.E.U.U. Tratando de mejorar el proceso de pudelado por aplicación de un chiflón de aire caliente al arrabio hizo dos descubrimientos. Primero, el aire removía rápidamente el carbono y silicio del hierro. Segundo, y más sorprendente, el calor liberado por la oxidación de las impurezas del hierro fue suficiente para mantener al hierro en estado líquido y aún más aumentar su temperatura hacia el rango de la fabricación de acero (1600-1650ºC).

• Inmediatamente se vio la importancia de esto y trabajando con celeridad y coraje, desarrolló su proceso de convertidor que anunció a la Asociación Británica en 1856.

• El proceso es espectacular tanto en su concepción como operación. El convertidor es un recipiente con forma de huevo revestido de material refractario capaz de contener varias toneladas de hierro líquido (Figura 2 y 3). Tiene la boca abierta en la parte superior, toberas para introducir el aire a una presión de 15 libras en la parte inferior y puede ser rotado hacia la posición vertical de modo que el arrabio fundido descansa sobre el chorro de aire que entra por debajo por 49 toberas de ½” de diámetro, que atraviesan el ladrillo.

• Este es un proceso muy barato de fabricación del acero. El recipiente es simple. No requiere combustible, más que el proveído por las impurezas en el metal. Se obtienen grandes cantidades, por ejemplo, 25 t de acero hecho en 20 minutos.

Fabricación de Acero al O2• Más de la mitad del acero producido mundialmente se lleva a cabo en el proceso

básico al oxígeno (basic oxygen process, BOP), el cual usa oxígeno puro para convertir la carga líquida del alto horno de hierro y chatarra en acero. El horno básico al oxígeno basic oxygen furnace, BOF) esta enladrillado con refractario, puede voltear verticalmente, una lanza refrigerada con agua inyecta el soplado de oxígeno a través de orificios a una velocidad supersónica sobre la carga .

• El uso de oxígeno a altos flujos de soplado produce una rápida oxidación de los elementos contenidos en el arrabio en alrededor de 20 minutos y suministra todo el calor requerido para refinar la carga. Los tamaños de los convertidores son variables y se operan para refinar desde 30 a 360 t.

• Cuando el oxígeno contacta el arrabio, se genera una gran cantidad de calor debido ala exotermicidad de las reacciones.Por esta razón se agrega carga fría (chatarra). La fusión de la chatarra consume alrededor de 340 kcal/kg, lo cual enfría eficientemente el proceso. Por lo tanto, una carga BOP típica, se compone de alrededor de 75 % de arrabio líquido y 25 % de chatarra.