Industria Siderúrgica

INDUSTRIAS II INDUSTRIA SIDERRGICA

TEMARIO A DESARROLLAR

1. Mineral de hierro 2. Produccin de coque y caliza 3. Proceso en el alto horno/subproductos 4. Produccin de acero/convertidores OBM 5. Reduccin directa 6. Hornos elctricos 7. Productos siderrgicos 8. Datos de produccin

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MINERAL DE HIERRO: forma el 4,7% de la corteza terrestre y es el ms abundante luego del Al.Existe como xido ferroso FeO (hierro II), xido frrico Fe2O3 (hierro III - hematita roja) y como una combinacin de ambos Fe3O4 (magnetita Fe2O3.FeO), no en estado puro sino acompaado por la ganga (silicatos); el mineral se llama mena Se lo obtiene por reduccin en los altos hornos reduccin directa HIERRO ESPONJA ARRABIO, o por

Ucrania 20% Brasil Rusia 16% RESERVAS 160.000 m Tm (79.000 m Tm hierro) Productores Australia Brasil 14% Importantes China China 13% HIERRO (hierro dulce): metal alotrpico composicin tpica C 0.012% Mn 0.017% P 0.005% S 0.025% METALURGIA DEL HIERRO: hierro forjado, estructura de dos componentes (Fe de alta pureza y escoria SiO3Fe)3


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INDUSTRIAS II

INDUSTRIA SIDERRGICA

Formas alotrpicas del hierrolquido

bcc

fcc no magntico

bcc no magntico bcc magntico

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PRODUCCION DE ARRABIO EN ALTOS HORNOS

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INDUSTRIAS II INDUSTRIA SIDERRGICA PRODUCCIN DE COQUECombustin (destilacin) en ausencia de O2 de la hulla o carbones disponibles, cuya finalidad es eliminar los componentes voltiles, fijando el C. Son interesantes los subproductos (creosota) Bateras de hornos en un proceso que dura entre 10 y 24 horas El producto liviano y poroso obtenido se emplea como combustible y reductor en los altos hornos

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PRODUCCIN DE ARRABIO (hierro de primera fusin)Metalurgia: obtencin de metales a partir del mineral Proceso del alto horno: mineral + fundente + coque (carbn) + aire Se utiliza principalmente Fe2O3 (hematita)

Fundente: si ganga cida (SiO2) fundente bsico Al2O3, MgO, CO3Ca si ganga bsica (MgO, CaO) fundente cido SiO2 si ganga neutra fundente neutro (CrO)Combustible y reductor: coque o carbones (minerales o de madera)

Aire insuflado: desde abajo hacia arriba (puede agregarse gas natural, que mediante cracking aumenta temperatura del alto horno, reduce consumo de otros combustibles y acta como reductor. Con presin 1,7 atm se incrementa 25% la produccin.8


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INDUSTRIAS II INDUSTRIA SIDERRGICA CORTE ESQUEMTICO DE UN ALTO HORNO

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ACCION DEL FUNDENTE La caliza de la carga del horno se emplea para formar adicionalmente monxido de carbono y fluidificar la escoria. Este material se combina con la slice presente en el mineral (que no se funde a las temperaturas del horno) para formar silicato de calcio, de menor punto de fusin. Sin la caliza se formara silicato de hierro, con lo que se perdera hierro metlico. El silicato de calcio y otras impurezas forman una escoria que flota sobre el metal fundido en la parte inferior del horno.

COMPOSICIN QUMICA DEL ARRABIO Elementos ( % ): Hierro (Fe) 93,7, Carbono (C) 4,50, Manganeso (Mn) 0,40, Silicio (Si) 0,45, Fsforo (P )0,11, Azufre (S) 0,025, Vanadio (V) 0,35, Titanio (Ti), 0,06 Temperatura en Alto Horno : 2000C

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REACCIONES DENTRO DEL ALTO HORNO INDUSTRIAS II INDUSTRIA SIDERRGICAFeO se reduce T< 983oC por CO T> 983oC por C T fusin Fe 1539oC

200oC

Deshidratacin Reduccin indirecta

400oC700oC 1000oC

3Fe2O3 + CO Fe3O4 + CO

2Fe3O4 + CO2 3FeO + CO2

CaCO3Fe3O4 + 2C

OCa + CO23Fe + 2CO2 4Fe + 3CO2 2Fe + CO2

Reduccin directa1200oC

2Fe2O3 + 3C 2FeO + C

2000oC toberas escoria

FusinC + O2 CO2 + C CO2 CO CaO + SiO2 CaSiO3

arrabio

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El acero es un hierro suficientemente carburado, ocupando un lugar intermedio entre el hierro y la fundicin. Es una solucin intersticial de hierro y carburo de hierro

Diagrama de fases Hierro-Carburo de hierro1539

LLL+

0,5%C

1539

1493

L+austenita

+1401

austenita ledeburita perlita

0,1%C0,18%C

100 Fe puro 16


Fases slidas: Es una solucin slida intersticial en una red BCC Es una solucin slida intersticial en una red BCC Es una solucin slida intersticial en una red FCC

Es un compuesto intermetlico

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INDUSTRIAS II INDUSTRIA SIDERRGICAAceros Eutectoides (0.76%C) Cuando un acero de composicin eutectoide (0.76%C) se calienta hasta la austenizacin (T>727C) y se deja enfriar lentamente hasta una temperatura inferior a la temperatura eutectoide (T0

Al elevarse la T entra en accin el OCa: SiO2 + Fe SiO3Fe + OCa SiO3Ca + FeO

y adems SiO2 + MnO 2. Decarburacin: de acuerdo con los potenciales de oxidacin le sigue el turno al C y luego al P, segn: FeO + C CO + O2 2FeP + 8FeO CO + Fe (carbono libre) y FeO + Fe3C CO2 (FeO)3 P2O5 + 11Fe y tambin (FeO)3 P2O5 + 3CaO (CO)3 P2O5 + 3FeO

SiO3Mn

CO + 4Fe (para el carbono combinado) y

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PRODUCCIN DE CAL/PIEDRA CALIZA Calcinacin de CO3Ca para obtener OCa Disposicin de piedra caliza para llevarla al horno/enfriamiento y molienda para inyeccin como fludo en el convertidor

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HIERRO ESPONJA

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HIERRO ESPONJAEl proceso de reduccin directa se desarroll a partir de los aos 70, con las miniplantas integradas. Lo impulsaron empresas que no deseaban efectuar una gran inversin, como la construccin de un alto horno, porque no requeran una gran produccin de acero. En un principio basaron la elaboracin del acero en el proceso de fusin de chatarra de acero en horno elctrico, pero el precio de sta es muy variable y an ms su calidad Se trata el mineral de hierro con un gas fuertemente reductor compuesto por H 2 y el CO, obtenidos a partir de gas metano y agua, que al oxidarse dentro del reactor retiran el oxgeno contenido en el mineral, que adquiere la forma de una esponja. Se emplea luego en los hornos elctricos mezclado con chatarra (75% hierro esponja, 35% chatarra)

Hornos rotativos para produccin de hierro esponja

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Corte esquemtico de un horno elctrico

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PRODUCTOS SIDERRGICOS

Desbastados

Fundiciones (hierro dulce) Tochos (lingotes) Palanquillas

Laminados

Planos (chapas y planchones) No planos (redondos y perfiles) desde 3mm Tubos Conformados (vas y grandes perfiles T, U)

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COLADA CONTINUA

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COLADA CONTINUA

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COLADA CONTINUASolidificacin primaria: Molde Cobre, refrigerado por agua (0.5m a 2.0m)

Movimiento oscilante Sticking Mold powder (SiCa) Calor por Radiacin Aislacin (xido) Lubricacin Molde Reduce inclusiones

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COLADA CONTINUASolidificacin primaria: Molde

Formacin de Menisco: transmisin de calor Fenmenos de: sticking, tearing, breakout, segregation

Solidificacin secundaria: Rodillos Gua y Enderezado

Rociadores: Agua / Agua+Aire Radiacin

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TREN DE LAMINACIN

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Usos del acero

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PRODUCCION MUNDIAL ACERO CRUDOLos principales productores mundiales de acero en el ao 2009 son China (567.842 MTm), Japn (87.534 MTm), Rusia (59.940 MTm), Estados Unidos de Norteamrica (58.142 MTm), India ( 56.608 MTm), Corea del Sur (48.598 MTm). Son importantes productores: Alemania, Brasil, Ucrania y Turqua. La UE produjo (139.543 MTm), liderados por Alemania;Italia produjo 19.737 MTm. Nuestro pas alcanz 4.014 MTm, que con una cada del 27,6% respecto de 2008, result el peor ao de la ltima dcada (fuente CIS). El mundo produjo 1.219.715 MTm, siendo este valor un 8,0% inferior al de 2008

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PRODUCCION NACIONAL (capacidad instalada)Laminado en caliente 2.300.000 Tm/ao Laminado en fro 1.400.000 Tm/ao Chapas tratadas 430.000 Tm/ao TOTAL 4.430.000 Tm/ao

Grupo Techint

Grupo Arcelor-Mittal Laminados no planos 1.350.000 Tm/ao

Aceros Zapla

Laminados no planos 80.000 Tm/ao

TOTAL GENERAL. 5.860.000 Tm/ao43


Exportaciones Argentinas Perodo: 2002/ Ene-Sep 2009

Importaciones (K tons) Planos Largos (Inc Tubos) Otros fundidos de Hierro y Acero Materias Primas Semiterminados Exportaciones (K tons) Planos Largos (Inc Tubos) Otros fundidos de Hierro y Acero Materias Primas Semiterminados

2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 Ene-Sep 2009 510 621 934 1.071 1.227 1.464 1.653 712 256 206 271 346 310 535 565 262 104 198 285 327 392 438 489 248 3 4 8 10 12 11 15 11 63 56 74 120 172 22 195 119 81 156 295 266 339 258 389 72 2.638 2.330 1.812 2.034 1.611 1.539 1.437 1.111 1.415 1.163 625 744 430 481 311 401 895 904 977 976 910 907 963 391 0 0 0 1 1 1 3 0 32 63 52 49 46 43 46 30 295 199 157 263 222 107 114 28944


Importaciones Argentinas

1500 1400 1300 1200 1100 1000 900 800 700 600 500 400 300 200 100 02002Planos Largos (inc tubos)

2003

2004

2005

2006Mat Prima

2007

2008

Ene-Sep. 2009

Otros Fund. En Fe o Acero

Semiterminados

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Exportaciones Argentinas

600 500 400 300 200 100 02002Planos

2003

2004

2005

2006Mat Prima

2007

2008

Ene- Sep 2009

Largos (inc tubos)

Otros Fund. En Fe o Acero

Semiterminados

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