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Bloque4.Siderurgia

MetalurgiaySiderurgia

MaríaLuisaPaynoHerreraJesúsSe3énMarquínez

DPTO.DECIENCIAEINGENIERÍADELTERRENOYDELOSMATERIALES

EstetemasepublicabajoLicencia:CreaIveCommonsBY‐NC‐SA3.0

http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/es/

Bloque4.Siderurgia


MaríaLuisaPaynoHerrera/JesúsSeIénMarquínez

SIDERURGIA

Acero:generalidadesEsunaaleacióndehierro,carbonoyotroselementostalqueSi,P,S(nometálicos)y

Mn,Ti,Cr,Va,Ni,Mo,…..(metálicos)

Propiedades:•  ExcelentescaracterísIcasmecánicasyestructuralesenrelaciónconsupeso•  Excelentescalidadestécnicasydefabricación:

  fácildeconformarencalienteyenfrío,  fácildemecanizar  fácildeensamblar(soldadurayremaches),  fácildeprotegercontralacorrosión(inoxidables,galvanizado,pintura…)

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PROPIEDADES

•  Bajocosteunitario,observablecuandosecomparaconotrosmetalesalternaIvos.Paraobtenerprestacionesequivalentes,elaluminioes2,8vecesmáscaroqueelaceroyprecisamenorconsumoenergéIco(un25%delnecesarioparaproducirAl)

•  GranabundanciadelmineraldeFequeconsItuyelamateriaprimabásica

•  GrandisponibilidaddediferentesIposdeacerosegúnelusoaquevayadesInado(corte,fricción,choque,…)

•  Respetuosoconelmedioambiente,destacándosesufacilidadparaelreciclaje.ElnuevoacerouIlizaunpromediodel40%deacerorecicladoochatarra

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APLICACIONES

•  MúlIplesusos:

 Automóvil(entreun50‐70%delpesodelautomóvil)

 Construcción(hormigónarmado,estructuras,cubiertas,fachadas)

 Envases(latasdebebidas)

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PROCESOSIDERÚRGICOINTEGRAL

LasiderurgiaintegraluIlizalarutadelhornoaltoparalareduccióndelosmineralesdehierro,eliminandoeloxígenoyobteniendounhierroconcontenidostotalessuperioresal95‐96%,quesedenominaarrabio

LauIlizacióndelhornoaltoanivelmundialcontribuyeaproximadamenteal60%delaproduccióntotaldeacerovíaLD,siendolospaísesmásdesarrolladoslosqueIenenunacuotamásaltaenestaruta

Larutadelhornoeléctricosebasaenelempleodechatarra,perolaescasezdechatarraslimpiashapotenciadolanecesidaddeencontrarprocesosdeobtencióndeprerreducidosdehierro,enbasealareduccióndirectaenfasesólidademineralesdehierro,conagentesreductores,talescomogasnaturalocarbón

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Instalacionesdecabecera

•  Encabecera,seproduceelprocesodereduccióndelmineral(óxidosocarbonatosdeFe)ahierro

Materiasprimasbásicas•  Lasmateriasprimasdeunprocesoseconsideranaquellosmaterialesde

entradaalmismoyquetrassutransformaciónseconsItuyenenelproductoomaterialdesalidadelcitadoproceso

•  Materiasprimasrequeridasenlosprocesosdeproduccióndearrabioyaceroson:–  MineraldeFequeparafacilitarsumanejoymejorarsueficienciade

reaccionessepelleIzaosinteriza–  CarbónmineralconaltocontenidoenvoláIlesparasutransformaciónencok:

actúacomoreductor,combusIbleosoportemecánicoenelhornoalto–  Fundentesparadisminuirtemperaturasdurantelareaccióndereduccióny

facilitarlaeliminacióndeimpurezasenlaescoria

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•  Procesos•  Reduccióndirecta,congas

naturalocarbón,obteniéndoseunprerreducidoqueseuIlizacomomateriaprimaenlaaceríadehornoeléctrico

Infograia:Lafabricacióndelacero.Unesid.hkp://www.unesid.org/main.asp?id_pagina=31

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Hornoalto•  EsunreactorverIcal,decubaenelqueseefectúaelprocesodereduccióndirecta

delosminerales,obteniéndoseunproductointermedio:elarrabio•  Estearrabioserátratadofueradelhorno,normalmenteenunaplantade

desulfuraciónyseráposteriormenteafinadoenlaaceríaLDparaobteneracero


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Proceso

•  Poreltragantesecargamineraldehierro,cokyfundentes

•  PorlastoberasseinyectaaireycombusIblesauxiliares

•  El aire caliente hace que el cok entre en combusIón formando CO2 que alascenderencontactoconelCsereduceaCO

•  Losmineralesoxidadosquedesciendendesdeeltragantesonreducidosahierrofundidoporlatemperaturadelhorno,queabsorbeciertacanIdaddecarbonoyotroselementospresentesenelmineral

•  Las temperaturas varían según la zona del alto horno desde 500ºC hasta2.000ºC

•  En el crisol se obIenen fundidos la escoria y el arrabio que son coladosperiódicamente

•  ElarrabioesunaaleacióndeFeyC(4%aproximadamente)yotrasimpurezas

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Equipos

•Sistemadeevacuacióndegases•  Tragante•  Cuerpodelhorno

  Parteinferior:crisol  Etalajes:zonadeinyección

delairecaliente  Etalajesparalelosovientre  Cuba

•  Instalacionesauxiliares  Sistemasdecontrol

(temperatura,presión,análisisdegas)

  Recuperadoresdecalor  Zonadecolada  Depuracióndegases

c)Desulfuracióndelarrabio.Se tratade rebajarel%deazufreenel arrabio, antes del proceso delconverIdor


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Fabricacióndelacero

•  Elarrabioproducidoenelhornoalto,despuésdeladesulfuración,conIeneimpurezasyelementosquedebeneliminarseovariarseparaobtenerlascaracterísIcasdelproductodeseado:unaceroconcreto

•  Existendosprocedimientos:  Siderurgiaintegral:hornoaltoyaceríaLD  Hornoeléctricodearco

•  EnamboscasoselobjeIvoesvariarlacomposicióndelarrabio(disminucióndelcontenidoencarbono,eliminacióndeelementoscomoazufreofósforoquedisminuyenlaspropiedadesmecánicasoadicionarelementosqueledanalacerocualidadesespecíficas)

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Conver3doraloxígenoLD(Linz‐Ddonawitz)

Procesodeafino

•  Alinsuflaroxígenoenelarrabioseproduceunadescarburaciónexotérmica(C+O2=CO2+calor)quetambiénfacilitalaoxidacióndeelementosperjudicialesquepasaranalaescoria(reduccióndelcontenidoenSi,Mn,P)asícomounadesoxidaciónposterior(eliminacióndelcontenidoenoxígeno)añadiendoferrosilicio(Fe‐Si)

•  Tambiénenestafaseseadicionanferroaleacionesdeaquelloselementosqueconfierenalaceropropiedadesespeciales(Cr,Mn,Va,Ni,Ti,…)

•  El reactor en el que se realiza la operación se llama converIdor. El procesocomienza con la carga de chatarra, se vierte el arrabio fundido, fundentes,escorificantesyporlapartesuperiorconunalanzaseintroduceeloxígeno.Enlafasefinalseadicionanlasferroaleaciones.

•  FinalmentesebasculaelconverIdorysecuelanlaescoriayelacero

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•  Materiasprimas

•  Arrabiolíquido,quesetransportaencucharastorpedodesdeelhornoaltoconuncontenidoencarbonoaproximadodel4,5%yunatemperaturadelordende1.350ºC

•  Chatarra

•  Fundentes(caldolomíIca,espatodeflúor)

•  AdiIvos(Fe‐Si,ferroaleaciones)

•  Oxígeno,degranpureza

Elsopladodeoxígenopuedeser:  PorlapartesuperiorobocadelconverIdor  Sopladoporelfondo  Sopladocombinado


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Hornoeléctricodearco

•  Enestecasoelfundamentodelprocesoeslafusióndelacarga(chatarra,prerreducidos,arrabio)porelcalorproducidoporelarcoeléctricoestablecidoentreloselectrodosydichacarga.Eselsistemaquepermiteunreciclajemasivodelachatarra.


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Hornoeléctricodearco

•  Lasventajasdeesteprocedimientoson:

 FabricacióndecualquierIpodeaceroenfuncióndelIpodecarga AmpliaversaIlidaddecarga Bajainversión,comparadaconlarutaintegral

 Altaeficienciadelproceso FacilidaddecontrolyautomaIzación

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Componentesdelhornoeléctrico

•  CubadelhornocondisposiIvodecoladaysistemadecierre

•  Sistemadevuelco(colada)

•  Bóvedagiratoriarefrigeradaporagua

•  Electrodosdegrafitoqueatraviesanlabóvedayestablecen

elarcoeléctricoaparIrdelpasodelacorrienteeléctrica

•  Brazosportaelectrodos

•  Depuracióndehumos

Horno eléctrico

Proceso •  Carga de la chatarra, junto con los fundentes •  Conexión de la corriente eléctrica e inicio del proceso de fusión •  Inyección de oxígeno y desfosforación •  Calentamiento •  Colada

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Metalurgiassecundarias

•  SuobjeIvoescompletarlasoperacionesdeafinoajustandolasconcentracionesdeimpurezasdeformaquepermitancumplirlasexigenciastécnicaspropiasdelIpodeproductoafabricarconelacero

•  Lasprincipalesoperacionesson:  Ajustedelasconcentracionesdeloselementosdealeación  Descarburación  Desulfuración  Defosforación  Desoxidación  Limpieza

•  Estasoperacionessuelenefectuarseenlaspropiascucharasdecoladaconadaptacionesespecialesparaelcalentamiento,controldelasatmósferas,inyeccióndegases,etc.

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Coladadelacero

EselprocesoenelqueelacerolíquidoseconformaenformasólidaconunaIpologíaacordeasuposteriortransformaciónenunproductodeusoindustrial

• Losprocesospuedenser:  Aceromoldeado:elacerosecuelasobreunmoldeconla

formadelproductoaobtener  Coladasobrelingotera,obteniéndoseunlingoteque

posteriormenteselaminaencalienteoseforja  ColadaconInua,elacerosecuelaenunmoldeabiertoporel

fondodelqueseextraeenformaconInuaelproductosolidificado,enformadepalanquilla,panchones,redondos,etc.

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Elllenadodelaslingoterassepuederealizardedosmaneras:Coladadirecta.‐La cuchara se sitúaencimade la lingotera, se abreelmecanismodecierre,haciendoqueelchorrocaigaadecuadamenteColadaensifón.‐Enesteprocedimiento,elllenadodelalingoterasehaceporelfondo

Coladadelacero


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Coladaencon3nuoenunmoldeabiertoporambosextremos,

obteniéndose un producto solidificado de diversas formas: palanquilla,redondos,etc.


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•  EnlaactualidadelprocesomáscomúneslacoladaenconInuoqueIenelassiguientesventajas:

 Eliminacióndelingoteras

 Menormanodeobra

 MenorconsumoenergéIco

 Mayorrelaciónaceroproducido/productoobtenido

 Mayorcalidadsuperficialdelproducto

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Transformacióndelosproductossemiacabados

Losprincipalesprocesosdeconformacióny/oacabadoson:

•  Procesodeconformación:  laminación  forja

•  procesosdeacabado:  procesosdetransformaciónenfrío(laminación,

trefilado,calibrado)  recubrimientos

•  procesosmodificadoresdelastransformacionesdelacero:

  tratamientostérmicos

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APLICACIONESDELACERO:productos

Foto:AlfredT.Palmer.Licencia:DominioPúblico.Fuente:Library of Congress. http://hdl.loc.gov/loc.pnp/fsac.1a35062

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Foto:LuigiChiesa.Licencia:CreaIveCommons3.0BYSAFoto:Johannes'volty'Hemmerlein.Licencia:CreaIveCommons3.0BYSA

Bobinadecabletrenzado Armaduraparaunpilotedeseccióncircular

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Construcción

Foto:ImmanuelGiel.Licencia:CreaIveCommons3.0BYSA

PuentedeaceroentreLudwigshafenyMannheim(Alemania)

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TorredecomunicacióndeCollserola(Barcelona)

Foto:Atarom.Licencia:DominioPúblico

Construcción

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Fotos:Kadellar.Licencia:CreaIveCommons3.0BYSA

Construcción

FarodelaMoncloa(Madrid)

TorrePicasso(Madrid))

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Foto:Tksteven.Licencia:CreaIveCommons3.0BYSA

Calderería

Tanquesindustrialesconcombus3ble

Foto:ChrisIanAmet.Licencia:CreaIveCommons2.5BY

Camióncisterna

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Foto:MariuszPaździora.Licencia:CreaIveCommons3.0BYSA

ConstrucciónnavalBuquemercante

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Foto:TailoredBlankHoeschMuseum.Licencia:CreaIveCommons3.0BYSA

Industriaautomoción

Puertadeautomóviltroquelada

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Foto:MarcusWong.Licencia:CreaIveCommons3.0BYSA

Materialferroviario

TrendepasajerosVlocity

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Foto:WalterSiegmund.Licencia:CreaIveCommons3.0BYSA

Industriaquímica

RefineríaAnacortesenEE.UU

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Foto:Id1337x.Licencia:DominioPúblico

Electrodomés3cos

Frigoríficos

Foto:Arpingstone.Licencia:DominioPúblico

Lavadoras

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Foto:SethIlys.Licencia:DominioPúblico

Envases

Latasdehojalata

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Foto:B.L.Mann.Licencia:DominioPúblico

Transformados

Guardarraíl

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