PROCESOS DE OBTENCION DEL HIERRO Y EL ACERO.docx

7/29/2019 PROCESOS DE OBTENCION DEL HIERRO Y EL ACERO.docx

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PROCESOS DE OBTENCION DEL HIERRO Y EL ACERO.

Proceso tecnolgico en la obtencin del hierro primera fundicin.

PROCESO DE FABRICACION: conjunto de operaciones necesarias para modificar las caractersticas

de las materias primas.

OBTENCIN DEL HIERRO PRIMERA FUNDICIN.

Materias primas: los tres materiales bsicos son: mineral de hierro, piedra caliza y el coque; el

hierro es uno de los elementos de mayor abundancia en el mundo, formado aproximadamente del

5% de la corteza terrestre, los principales minerales de hierro son:

|Taconita (roca negra) |52% |

|Hematita (mena roja) |70%|

|Magnetita (mena negra) |72.4%|

|Siderita (mena caf pobre) |48.3%|

|Limonita (mena caf) |60 65% |

El coque se obtiene de grados especiales de carbn bituminoso, el cual se calienta en hornos

verticales hasta temperaturas de 1150 (2100 F) y luego se enfra en agua en torres de

enfriamiento. El coque tiene varias funciones en la fabricacin del acero, entre otras, es generar

el elevado nivel de calor requerido para que ocurran las reacciones qumicas, un segundo es

producir monxido de carbono para producir oxido de hierro a hierro.

La piedra caliza (carbonato de calcio) tiene la funcin de remover impurezas del hierro fundido.

La caliza reacciona qumicamente con las impurezas, actuando como fundente. La caliza se

combina con las impurezas y forma una escoria, que es ligera y flota sobre el metal fundido para

ser eliminada.


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FABRICACION DEL HIERRO.

Es la forma ms antigua de fabricar hierro por el hombre. Su contenido de carbono es muy bajo.

Las tres materias primas la caliza, el coque y el mineral de hierro son transportados y preparados

antes de que se introduzcan al sistema.

El resultado de esta combinacin (caliza, coque y mineral) es el arrabio, el cual es un hierro de

poca calidad.

La preparacin consiste en utilizar las tres materias primas con buena calidad, tamao adecuado y

temperatura ideal.

La mezcal de la carga se funde en una reaccin a 1650C (3000F) con aire, precalentado a 1100C

(2000F) aproximaamente.

El material fundido se acumula en la parte inferior del horno (llamado alto horno), las impurezas

flotan hacia la parte superior del metal. A intervalos de 4 a 5 horas, el metal fundido es vaciado

en carros.

Tiene una composicin tpica del 4% de carbono, 1.5% de silicio, 1% de manganeso, 0.04% de

azufre y 0.04% fosforo, siendo el resto de hierro.

DIAGRAMA GENERAL DE LA FUSION PRIMARIA DEL HIERRO:

ALTO HORNO:

Los altos hornos por lo general tienen un dimetro mayor a 8 m. y llegan a tener una altura

superior a los 60 m.

Estn revestidos con refractario de alta calidad.


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Pueden producir entre 800 y 1600 toneladas de arrabio cada 24 horas.

Los tres elementos de fundicin

Se introducen por la parte superior del horno por medio de vagones.

Para producir 1000 toneladas de arrabio se necesitan 2000 toneladas de mineral de hierro, 800

toneladas de coque, 500 toneladas de piedra caliza y 4000 toneladas de aire caliente, la inyeccin

de aire se hace a 550C lo cual reduce el consumo de coque en un 70%.

Los sangrados del horno se hacen cada 5 o 9 horas y por cada tonelada de hierro se produce

media tonelada de escoria.

Algunos elementos qumicos en la funcin del hierro.

CARBONO; arriba del 4% baja la calidad del hierro, es el que le da dureza al hierro.

SILICIO; hasta un 3.25% es un ablandador del hierro y es el elemento predominante de las

cantidades de carbono en las aleaciones del hierro.

MANGANESO; cuando se emplea por arriba del 0.5% sirve para eliminar al azufre del hierro.

AZUFRE; no sirve de nada en el hierro, deber ser controlado y eliminado.

ACERO:

El hierro en estado puro no posee la resistencia y dureza necesaria para las aplicaciones de uso

comn.


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Cuando se combina con pequeas cantidades de carbono se obtiene un metal denominado acero.

Las propiedades varan en funcin del contenido del carbono y otros elementos de aleacin tales

como el magnesio, el cromo, el silicio o el aluminio entre otros.

El acero se produjo por primera vez en China y Japon aproximadamente en 600 a 600 aos a.c.

El contenido del carbono en los tipos de aceros se halla comprendido entre 0.08 y 1.4%.

Todos los aceros se fabrican partiendo del hierro, en estado de fusin y el carbono se aade al

hierro lquido.

El acero se obtiene de dos maneras fundamentales:

El arrabio: obtenido del alto horno.

Las chatarras frricas.

La calidad de la chatarra depende de tres factores:

Facilidad para ser cargada en el horno.

Su comportamiento de fusin.

Su composicin.

La chatarra se puede clasificar en tres grupos:

CHATARRA RECICLADA: originada en la propia fbrica.

CHATARRA DE TRANSFORMACIN: viruta de mquinas, herramientas, recortes de pieza, etc.


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CHATARRA DE RECUPERACIN:

Estructuras de acero, plantas industriales. Barcos, autos, electrodomsticos, etc.

Los controles a los que se somete la chatarra se producen ene tres niveles:

Inspeccin en origen por personal capacitado.

Inspeccin visual en el momento de la descarga.

Control de recepcin en fabrica (eliminar elementos nocivos, metales no ferrosos, etc).

LAS FERROALEACIONES.

Son combinaciones de hierro con magnesio y silicio principalmente y de bajo contenido de fosforo

y azufre que se aaden para conseguir la composicin final deseada en el acero. En ocasiones se

aaden metales puros; los ms utilizados suelen ser el nquel, el cobalto, cobre y aluminio.

LOS FUNDENTES.

Su misin principal es la formacin de escoria, el fundente ms utilizado es la cal.

Existen otros fundentes como la ferrita y el fluorestato y el de cloruro de calcio del fluorestato

para escorias reductoras.

PROCESOS DE FABRICACION DEL ACERO.

Se divide bsicamente en dos fases:

1.-FASE DE FUSIN: Una vez introducida la chatarra en el horna y los agentes reactivos y

escorificantes, se funden completamente los materiales cargados y eso se repite hasta completar

la capacidad del horno, dependiendo del tamao del horno estar comprendida entre 100 y 150

toneladas.


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2.-FASE DE AFINO: El afino se lleva en dos etapas, la primera en el propio horno y la segundo en

el horno cuchara. El acero obtenido se vacia en la cuchara para ser transportado, el afino es para

ajustar la composicin del acero.

DIAGRAMA

DEL PROCESO DE FABRICACION DEL ACERO.

FUNCIONAMIENTO Y PRODUCTOS OBTENIDOS.

En virtud de su amplia gama de propiedades mecnicas, fsicas y qumicas, los materiales y sus

aleaciones ferrosas son las mas tiles de todos los metales.

Para fabricar los diferentes objetos tiles en la industria, es necesarios que el hierro se presente

en barras, laminas, alambres, placas, tubos o perfiles.

Las aleaciones ferrosas se producen en forma de:

Laminas de acero.

Placas.

Miembros estructurales como vigas.

Engranes y materia prima para herramientas.

Alambres.

Sujetadores como pernos, remaches y tuercas.


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Un automvil norteamericano comn, contiene aproximadamente 500 kilogramos de acero, las

herramientas ferrosas primitivas aparecieron por primera vez alrededor de 3000 a 4000 aos a.c.,

se fabricaron de meteoritos cados sobre la tierra.

METALURGIA DE POLVOS:

Se define como el arte de elaborar productos comerciales, a partir de los polvos metlicos.

En este proceso no siempre se utiliza el calor, pero cuando se utiliza debe mantenerse por debajo

de la temperatura de fusin de los materiales a trabajar. Cuando se aplica calor la metalurgia de

los polvos se le conoce como sintetizado, este proceso genera la unin de partculas finas con el

que se mejora la resistencia de los productos, y otras de sus propiedades.

Se puede obtener metales con cobalto, tungsteno o grafito segn para que va a ser utilizado el

material que se fabrica.

El proceso de manera general consiste en:

1. Produccin de polvo de los materiales que seran utilizados para la fabricacin de la pieza.

2. Mezclado de los materiales participante.

3. Conformado de las piezas por medio de prensas.

4. Sintetizado de las piezas.

5. Tratamientos trmicos.

DIAGRAMA PARA LA PRODUCCION DE PIEZAS POR MEDIO DE POLVOS.


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PRODUCCIN Y CARACTERIZACIN DE POLVOS.

Forma.

Finura.

Distribucin.

Capacidad para fluir.

Propiedades qumicas.

Comprensibilidad.

Densidad.

Propiedades de sintetizacin.

VENTAJAS:

La produccin de carbonos sintetizados congruentes, porosos y bimetlicos, solo se pueden

producir por este mtodo.

Porosidad controlada.

Tolerancia reducida y acabado superficial de alta calidad.

Se puede obtener piezas de alta pureza.

No hay prdida de material.

No se requieren expertos de alta capacitacin.


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LIMITACIONES:

1. Los polvos son caros y difciles de almacenar.

2. El costo del equipo para la produccin de los polvos es alto.

3. Algunos productos pueden fabricarse por otros procedimientos ms econmicamente.

4. Es difcil hacer productos con diseos complicados.

5. Existen algunas dificultades trmicas en el proceso de sintetizado, especialmente con los

materiales de bajo punto.

6. Algunos polvos de granos finos presentas riesgo de explosin, como el aluminio, magnesio,

zirconio y titanio.

7. Difcil fabricar productos uniformes de alta calidad.

ALGUNOS PRODUCTO FABRICADOS POR ESTE PROCEDIMIENTO.

1. Filtros metalicos.

2. Carburos cementados.

3. Engranes y rotores para bombas.

4. Escobillas para motores.

5. Cojines porosos.


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6. Magnetos.

7. Contactos elctricos.

AFINO DEL ACERO.

En los procesos de fabricacin del acero siempre trae consigo la presencia de impurezas, gases,

incrustaciones y segresiones que hacen necesario la implementacin de procesos de refinacin

posterior.

La fabricacin del acero en sntesis. Se realiza eliminando las impurezas del arrabio aadiendo las

cantidades convencionales de magnesio, silicio, y de las distintos elementos de aleacin.

1. Mtodos antiguos: horno reverbero.

2. Mtodos modernos: hornos elctricos.

3. Mtodos actuales: metalurgia secundaria en cuchara.

CLASIFICACION DE LOS METODOS DE AFINO.

1. Tratamiento de desgasificacin: se debe eliminar los gases disueltos como: hidrogeno, oxigeno

y nitrgeno; para eliminarlos el acero liquido se somete al vacio en una cmara.

2. Tratamiento de homogenizacin: consiste en la agitacin de liquido mediante la inyeccin de

un gas inerte, generalmente a travs del fondo de la cuchara con una lanza.

3. Tratamiento de desulfuracin y desoxidacin: se mezclan productos en polvo por medio de un

gas inerte. Tales como el silicio y calcio, lo que mejora su composicin y su limpieza.


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4. Desoxidacin del acero: el carbono y oxigeno disueltos en el liquido del acero reaccionan entre

si, formando CO, de esta forma se elimina el oxigeno sin dejar residuos.

5. Tratamiento de afino de acero: por este procedimiento se obtienen aceros de bajo contenido

de azufre y gases, muy limpios y con control de la morfologa.

PROCESOS TECNOLOGICOS PARA LA OBTENCION DEL ACERO BOF, HORNO ELECTRICO,

CONVERTIDORES BESSMER, THOMAS.

DIAGRAMA CON LOS PRINCIPALES PROCESOS DE FABRICACION DE LOS HIERROS Y ACEROS

COMERCIALES.

PROCESOS TECNOLOGICOS DEL ACERO BOF (BASIC OXIGEN FURNANCE) (HORNO DE OXIGENO

BASICO).

Es un elemento eficaz para convertir los lingotes de hierro en acero inyectando oxigeno.

Con la inyeccin de oxigeno se eleva mucho mas la temperatura que en el Bessmer y en un tiempo

muy reducido.

La carga del horno esta constituida por un 75% de arrabio y el resto de chatarra o cal.

La temperatura de operacin del horno es superior a los 1650C y es considerado como el sistema

mas eficiente para la produccin de acero de alta calidad.


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PROCESO DE HORNO ELECTRICO:

El progreso de la electricidad permiti, hacia el ao 1900, que el horno elctrico se introdujera a

escala industrial para fabricar acero. El horno elctrico calienta directamente el bao de acero

por debajo de la escoria y consigue la alta temperatura de trabajo.

El tamao del horno es muy variable, desde 500 kilogramos hasta 200 toneladas.

Para fundir 115 toneladas se necesitan aproximadamente

3 horas y 50,000 kilowatts de potencia.


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1. PROCESOS DE OBTENCION DEL HIERRO Y DEL ACERO

1.1procesos tecnolgicos de la obtencin del hierro primera fundicin

Obtencin del hierro y del acero.

Ordinariamente los termino hierro, hierro colado y acero con referencia a un metal en el cual el

elemento hierro es el elemento principal no se refieren a una aleacin o metal especifico, sino que

se usan en forma algo ambigua para indicar un tipo general de aleacin.

El termino hierro debe usarse solamente cuando se hace referencia al elemento hierro. Al hablar

de formas comerciales de hierro pueden emplearse trminos tales como lingote de hierro, hierro

colado gris, hierro forjado, etc. Cada uno de estos trminos representa alguna forma comercial del

elemento hierro y, por otra parte, cada forma puede presentarse en muchas variantes de

composicin qumica, la cual influye en las funciones encomendadas dentro de cada clase.

Acero

Metal fundamental: se puede obtener en grandes cantidades ya s colado o forjado. Su

plasticidad, ya sea a temperatura ambiente o a altas temperaturas permite trabajarlo en fri o en

caliente. La combinacin de su resistencia mecnica con su plasticidad le hacen el metal ms

importante para la construccin de grandes estructuras variando el contenido de carbono y con

tratamiento trmicos apropiados pueden variase sus prop. Desde muy blando a acero mecanizable

del tipo empleado en piezas de metal prensado, alambre y materiales

similares, a duro, acero resistente, apropiado para maquinas y herramientas en que se requiera

gran resistencia mecnica y dureza.

Esencialmente, el acero es un a aleacin de hiero y carbono. El contenido de carbono en los tipos

de acero corrientes se halla comprendido entre, aproximadamente, entre 0.08 y 1.4%. el

porcentaje de carbono del acero es el factor mas importante que gobierna sus propiedades y

aplicaciones. En ciertos aceros especiales el contenido de carbono puede ser ms grande de 1.4 %.

En un principio el acero se fabricaba por un proceso de adicin de carbono al hierro forjado en el

estado slido, esto es, cementacin. En la actualidad todos los aceros se fabrican partiendo del

hierro en estado de fusin y el carbono se aade al hierro liquido.

Hierro forjado:

Es la forma ms antigua fabricada por el hombre. Fue originariamente producido por una

reduccin lenta del metal en el hogar de la forja partiendo de mineral de hierro. Este proceso de


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reduccin daba un hierro muy impuro, el cual requera un ulterior afino de tipo mecnico, esto es ,

martillndolo para darle la forma en la cual era utilizado. El hierro forjado es un metal que

contiene hierro de elevada pureza y silicato de hierro en asociacin fsica. Su contenido de

carbono es muy bajo, y el silicato de hierro o escoria, se halla distribuido por todo el metal base en

forma de fibras que le dan un aspecto fibroso cuando se le fractura.

Hierro colado:

Es una aleacin cuyos principales elementos son hierro silicio y carbono. En el comercio existen

hierro colados con una gran variedad de propiedades. Las especificaciones A.S.T.M. prevn clases

de hierro colado con resistencias mnimas a la traccin comprendidas entre 1400 y 5600

kilogramos/cms2 (20000 y 80000 libras/pulgadas2 ). Cada clase tiene sus caractersticas y dentro

de cada una puede haber regulaciones y modificaciones para adaptarla mejor al servicio particular

de que se trate. El lingote de hierro, hierro colado gris, hierro colado blanco, hierro colado

templado y hierro colado maleable se consideran todos como hierro colado, principalmente

debido a que estas formas de hierro no son suficientemente plsticas, incluso en caliente, para

poderse forjar. Por esta razn se obtienen siempre comercialmente por un proceso de fusin y

colado para darle la forma prevista. La forma comercial de cada unos de estos metales es la de

piezas coladas.

Mineral de hierro:

El principal mineral de hierro es el hematitis, el cual cuando es puro contiene 70% hierro. Cuando

este oxido de hierro contiene agua se denomina limonita, y contiene 60% de hierro cuando es

puro. La magnetita se halla con menos abundancia. La siderita se a empleado como mineral, pero

debido a su pequeo contenido en hierro no se emplea con frecuencia en la actualidad.

Las impurezas mas corriente del mineral de hierro son con slice, titanio y fsforo. Los minerales

que contienen las cantidades ms pequeas de estas impurezas son los que tienen mas valor. Una

gran cantidad de slice y titanio resulta perjudicial porque requiere cantidades extras de fundentes

para escorificarlos en el horno alto, mientras que el fsforo y el azufre son perjudiciales debido a

su efecto nocivo sobre el hierro y acero. Los minerales de hierro suecos estn casi enteramente

extensos de fsforos y azufre, lo cual explica la fama de los aceros y hierro suecos por su gran

pureza. Casi las tres cuartas partes del mineral de hierro empleado en los Estados Unidos vienen

del distrito del Lago Superior. El mineral de estos depsitos naturales es hematites y contiene un


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68% de hierro. La mayor parte del mineral de este distrito se presenta tan cerca de la superficie

que puede extraer econmicamente a cielo abierto.

Coque:

El calor requerido para fundir el mineral en los hornos altos se obtienen de la combustin del

coque. El coque es el residuo que queda despus de calentar ciertos carbones en ausencia de aire.

Es un material duro quebradizo y poroso, que contiene de 85% a 90% de carbono, junto con alto

de cenizas, azufre y fsforo. La resistencia mecnica, fragilidad e impurezas del coque dependen

del carbn empleado y del mtodo de fabricacin utilizado. Exciten dos maneras de hacer coque.

En el procedimiento antiguo, en el cual las materias voltiles se destruan, se fabricaban en hornos

de mufla sin aprovechar los subproductos destilados. En el proceso moderno se fabrica en retortas

y se obtienen al mismo tiempo de los productos destilados muchos subproductos, tales como

brea, amoniaco y benzol.

Chatarra:

Solo los metales pueden ser utilizados varias veces. Otros materiales, tales como la madera, vidrio

y hormign constituyen u escombro cundo han perdido su utilidad. En cambio, os metales

procedentes de estructuras inservibles, tales como calderas, puentes, buques, automviles, etc.,

se convierten en chatarra aprovechable.

La necesidad de chatarras en la fabricacin de metales y aleaciones frricos y no frricos es unos

de los principales problemas que se le presentan al fabricante, particularmente en la industria del

acero, en la que se necesitan grandes cantidades de chatarras clasificadas. Durante los periodos

ordinarios de productividad no es seria la dificultad de obtener chatarra de buena calidad en

suficiente cantidad; no obstante, constituye un factor importante en el funcionamiento cotidiano

de una acerera.

La mayor parte de la chatarra llega como subproducto de los procesos de manipulacin de metal,

o bien de material anticuado, o perdidas y producto de metal considerados como intiles,

comprendidos entre pequeas piezas y acorazados.

La chatarra requiere una clasificacin apropiada con el fin de que resulten satisfactoria. La

clasificacin comprende la separacin por tamaos, forma, clasificacin de composicin, etc.; as

como la separacin completa de los metales no frricos y frricos, separacin de los aceros


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aleados de los aceros al carbono, y la clasificacin de calidades y composicin de aceros aleados,

esto es, al cromo tungsteno, etc.

Horno alto:

El hierro se extrae del mineral por medio de los hornos altos el hierro tal como se obtiene del

horno alto puede volverse a fundir

y colar para darle cualquier forma, o bien refinarse para transformarlo en acero o hierro forjado.

Hoy en da los hornos pueden producir entre 500 y 1200 toneladas de hierro por da.

El mineral se reduce a metal en el horno alto por medio del coque cargado con el mineral, las

impurezas se escorifican mediante la castina cargada tambin con el m mineral.

El aire inyectado a travs del horno, se calienta previamente en estufas que constituyen una parte

importante de la instalacin del horno alto. La combustin del coque suministra el calor necesario,

y el xido de carbono formado por la combustin parcial del coque, junto con el coque, producen

el hierro. El hierro lquido y la escoria se depositan en el fondo del horno, de donde se sacan

peridicamente por medio de sangrados.

El mineral, coque y castina se elevan desde el nivel del suelo al tragante del horno mediante dos

vagonetas que se mueven sobre planos inclinados. Los materiales se pesan cuidadosamente con el

fin de que se carguen en proporciones correctas, las cuales varan segn sea el horno y la calidad

de mineral usado. Las vagonetas descargan su contenido en el tragante y cae sobre la campana

inferior al bajar la campana superior; de esta forma, al bajar la campana inferior entra dentro del

horno el empleo de estas dos campanas impide que los gases llamas salgan al exterior por el

tragante del horno cada vez que se carga. El aire caliente se inyecta por las toberas, cerca del

fondo del horno. Los gases producidos se sacan a nivel prximo al tragante y a continuacin se

hacen pasar por el separador de polvo y por un lavador. Estos gases contienen nitrgeno,

anhdrido carbnico y xido de carbono. El xido de carbono es combustible y puede quemarse

para producir energa o calor. Aproximadamente un tercio de estos gases se emplea para calentar

los recuperadores los cuales a su vez calientan el aire inyectado en el horno alto. Al quemarse los

gases calientan los ladrillos y una vez calientes se suspende la circulacin de los gases y en su lugar

se hace pasar el aire que se ha de inyectar en el horno.


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A medida que se forma el hierro y la escoria van cayendo en el crisol situado en el fondo del horno

debido a que el hierro es ms denso que la escoria, se deposita en el fondo, mientras que la

escoria flota sobre el hierro fundido. Cerca del fondo del horno existen dos orificios. El ms bajo, o

piquera, sirve para sangrar el hierro y se tapa con bolas de arcilla disparadas mediante aire

comprimido. El orificio superior o bigotera sirve para sacar la escoria y se cierra por medio de un

tapn metlico. El hierro se sangra cada cuatro o cinco horas quitando el tapn de arcilla; la

escoria se saca dos o tres veces entre cada dos sangrados de hierro. Muchas de las impurezas del

mineral son recogidas y evacuadas con la castina fundida formando la escoria.

El hierro que sale del horno alto se conduce por canales a la cuchara, sobre dichos canales se

coloca un espumador para separar la escoria y el verterla en una vagoneta. El hierro vertido en la

cuchara se calienta a continuacin en lingoteras, o bien se transporta en estado lquido a los

hornos para fabricar acero. Algunas veces las escorias son apropiadas para la fabricacin de

cemento, pero la mayora de los casos se descargan en los escriales.

El hierro tal como sale del horno tiene de 3 a 4% de carbono y cantidades variable de silicio,

azufre, fsforo y manganeso. Las cantidades de silicio y azufre se regulan entre ciertos lmites con

la conduccin del horno pero el contenido de fsforo depende exclusivamente de las materias

empleadas. El azufre y fsforo son dos de las impurezas ms perjudiciales, y como quiera que la

eliminacin del azufre resulta difcil, excepto si se emplean tratamientos elctricos especiales, es

importante producir hierro con bajo porcentaje de azufre.

Proceso de fabricacin del acero

El proceso de fabricacin se divide bsicamente en dos fases: la fase de fusin y la fase de afino.

Fase de fusin

Una vez introducida la chatarra en el horno y los agentes reactivos y escorificantes (principalmente

cal) se desplaza la bveda hasta cerrar el horno y se bajan los electrodos hasta la distancia

apropiada, hacindose saltar el arco hasta fundir completamente los materiales cargados. El

proceso se repite hasta completar la capacidad del horno, constituyendo este acero una colada.


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Fase de afino

El afino se lleva a cabo en dos etapas. La primera en el propio horno y la segunda en un horno

cuchara.

En el primer afino se analiza la composicin del bao fundido y se procede a la eliminacin de

impurezas y elementos indeseables (silicio, manganeso, fsforo, etc.) y realizar un primer ajuste de

la composicin qumica por medio de la adicin de ferroaleaciones que contienen los elementos

necesarios (cromo, nquel, molibdeno, vanadio, titanio, etc.).

El acero obtenido se vaca en una cuchara de colada, revestida de material refractario, que hace la

funcin de cuba de un segundo horno de afino en el que termina de ajustarse la composicin del

acero y de drsele la temperatura adecuada para la siguiente fase en el proceso de fabricacin.

El control del proceso

Para obtener un acero de calidad el proceso debe controlarse en todas sus fases empezando,

como ya se ha comentado, por un estricto control de las materias primas cargadas en el horno.

Durante el proceso se toman varias muestras del bao y de las escorias para comprobar la marcha

del afino y poder ir ajustando la composicin del acero. Para ello se utilizan tcnicas

instrumentales de anlisis (espectrmetros) que permiten obtener resultados en un corto espacio

de tiempo, haciendo posible un control a tiempo real y la adopcin de las correcciones precisas de

forma casi instantnea, logrndose as la composicin qumica deseada.

Los dos elementos que ms pueden influir en las caractersticas y propiedades del acero obtenido,

el carbono y el azufre, se controlan de forma adicional mediante un aparato de combustin LECO.

Pero adems de la composicin del bao y de la escoria, se controla de forma rigurosa la

temperatura del bao, pues es la que determina las condiciones y la velocidad a la que se

producen las distintas reacciones qumicas durante el afino.


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1.2 funcionamiento y productos obtenidos

La estructura de la pirmide de Louvre, las latas de conserva, las plataformas petroleras, las

cmaras catalticas, los clips de las oficinas, y los soportes de los circuitos integrados son de acero.

Una relacin completa seria imposible: desde el objeto mas corriente hasta el instrumento mas

sofisticado, desde lo microscpico ( piezas menores de un gramo en los micromotores de relojes

elctricos) hasta lo gigantesco ( cubas de metanero, capaces de alojar el volumen del arco del

triunfo), el acero esta en el origen de la infinidad de productos elaborados por la industria

humana.

EN LA CONSTRUCCIN DE PUENTES O DE EDIFICIOS

El acero puede tener mltiples papeles. Sirve para armar el hormign, reforzar los cimientos,

transportar el agua, el gas u otros fluidos.Permite igualmente formar el armazn de edificios, sean estos de oficinas, escuelas, fabricas,

residenciales o polideportivos. Y tambin vestirlos (fachadas, tejados).

En una palabra, es el elemento esencial de la arquitectura y de la esttica de un proyecto.

EN EL SECTOR DE LA AUTOMOCIN

Este sector constituye el segundo mercado acero, despus de la construccin y las obras publicas.

Chasis y carroceras, piezas de motor, de la direccin o de la transmisin, instalaciones de escape,

carcasas de neumticos,.... el acero representa del 55 al 70% del peso de un automvil.

EN LO COTIDIANO: LATAS, BOTES, BIDONES.

Numerosos envases son fabricados a partir de hojas de acero, revestidas en ambas caras de una

fina capa de estao que les hace inalterables.

Denominados durante largo tiempo hierro blanco (debido al blanco del estao), los aceros para

envase se convierten en latas de conserva o de bebidas y tambin en botes de aerosol para laca,

tubos para carmn de labios, botes, y latas o bidones para pinturas, grasas, disolventes u otros

productos que requieren un medio hermtico de conservacin.

EN EL CORAZN DE LA CONSERVACIN ALIMENTARA

El acero no aleado, llamado al carbono, requiere una proteccin contra la corrosin: una capa de

zinc y pintura para las carroceras de automvil, una capa de estao y barniz para las latas de

conserva o de bebidas.


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El inox, acero aleado al nquel y al cromo, puede permanecer desnudo: es inalterable en la masa.

Platos, cazos, cuberteras.... el acero inoxidable resiste indefinidamente al agua y a los

detergentes, es perfectamente sano y no altera ni el sabor ni el color de los alimentos.

EN LA COMUNICACIN

Los componentes electrnicos utilizados en la informtica o en las telecomunicaciones, as como

los elementos funcionales del tubo de los televisores en colero, son piezas delicadas con

exigencias particulares: por ello, se fabrican en aleaciones adaptadas a cada coso.

EN LA ENERGA

El petrleo y la industria nuclear requieren infraestructuras, equipos y redes de conductos de

fluidos muy especficos.

El acero se muestra como un material clave en este mundo que, como la industria qumicas, debe

hacer frente a numerosos desafos: medios altamente corrosivos, altas temperaturas, condiciones

mecnicas altamente exigentes.

EN LA SANIDAD

Inalterable y perfectamente neutro de cara al los tejidos humanos, el acero inoxidable es idneo

para convertirse en prtesis de cadera, rotulas, tornillos, pacas, bisturs..... Y hasta agujas, que se

fabrican a partir de una hoja de acero inoxidable de 0.15 a 0.45 mm de grosor.

El hierro puro preparado por la electrolisis de solucin del sulfato frreo, ha limitado su uso. El

hierro comercial invariablemente contiene cantidades pequeas de carbono y otras impurezas que

alteran sus propiedades fsicas, que son mejoradas considerablemente por la suma extensa de

carbono y otros elementos ligando. La gran mayora del hierro se utiliza en formas procesadas,

como hierro forjado, hierro del lanzamiento, y acero. El hierro puro comercialmente se usa para la

produccin de metal en plancha, galvanizado, y de electroimanes, los elementos de hierro son

empleados para los propsitos medicinales en el tratamiento de anemia, cuando la cantidad de

hemoglobina o el numero de los corpsculos de sangres rojas en la sangre se baja. El hierro

tambin se usa en tnicas. Pero Principalmente se usa en la fabricacin del acero.

PROCESO DE PRODUCCIN Y OBTENCIN

El acero se fabrica partiendo de la fundicin o hierro colado; ste es muy impuro, pues contiene

excesiva cantidad de carbono, silicio, fsforo y azufre, elementos que perjudican

considerablemente la resistencia del acero y reducen el campo de sus aplicaciones.


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La fabricacin verdadera del acero se inici hacia 1856, cuando se introdujo en la siderurgia el

empleo del convertidor Bessemer, consistente en un recipiente de gran capacidad y de forma de

pera, de paredes de hierro y fondo provisto de numerosos orificios, a travs de los cuales se haca

llegar una potente corriente de aire, que remova con violencia la masa de hierro colado fundido

que llenaba el convertidor.

La reaccin entre el oxgeno del aire y los componentes de la fundicin era violentsima y tal el

calor desarrollado dentro del convertidor que la masa de la fundicin se mantena lquida por s

misma. En la reaccin indicada se combinaba la mayor parte del carbono, fsforo y azufre con el

oxgeno del aire insuflado, pero no se eliminaba el silicio, lo que constitua un grave inconveniente,

razn por la cual no podan utilizarse los minerales de hierro ricos en aqul.

Por otra parte, el primitivo convertidor Bessemer slo poda utilizarse un reducido nmero de

veces, pues la fundicin lquida y a elevada temperatura atacaba las paredes de hierro del aparato,

Estos inconvenientes fueron subsanados por el oficinista britnico Thomas, quien logr afinar el

hierro colado revistiendo las paredes internas del convertidor Bessemer con una mezcla de greda

y dolomita pulverizada (carbonato de calcio y magnesio), y al mismo tiempo agregaba a la

fundicin un poco de cal viva, insuflando aire comprimido caliente por el fondo del aparato. El

silicio y gran parte del manganeso contenidos en la fundicin se queman con rapidez y el xido de

manganeso que se forma se combina con el silicio; el silicato manganoso funde con dificultad y

flota sobre la masa incandescente lquida en forma de escoria, el carbonato arde a su vez y el

fsforo se combina con la cal del revestimiento del convertidor y se forma fosfato clcico bsico, el

cual flota tambin en forma de escoria (escories Thomas) sobre la masa lquida, y de la cual se

separa con las escorias restantes. Posteriormente mejoraron el procedimiento de afinacin del

acero Martn, francs, y Siemens, alemn; que introdujeron en la siderurgia los hornos de sus

respectivos nombres. En estos hornos, calentaba la fundicin o hierro fundido en una atmsfera

de gases de gasgeno y se le mezclan chatarra de acero viejo o de hierro dulce. Al alemn Krupp se

le debe el mtodo Industrial de obtencin de aceros al crisol, que consiste en refundir el acero

Martn-Siemens dentro de grandes crisoles fabricados con una mezcla de arcilla, grafito, coque y

carbn vegetal en polvo, donde el acero se aflna y purifica ms an. As se obtiene el acero

fundido, empleado en la fabricacin de herramientas de corte.


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Ms modernos an son los aceros elctricos, obtenidos en hornos elctricos, en stos se afina el

acero obtenido en los hornos Martn-Siemens, y se le re carbura con carbono puro o aglomerados

de limaduras de hierro y carbn vegetal. Las propiedades del acero se modifican con relativa

facilidad, calentndolo a temperatura prxima a 1.000 C y sumergindolos con rapidez

en agua, aceite o mercurio fros (temple) se aumenta su elasticidad; si, por el contrario, se le

calienta a elevada temperatura y se le deja enfriar lentamente (recocido) se obtiene acero menos

elstico pero ms tenaz y resistente al choque. El acero es una aleacin de hierro y carbono, esto,

es, un carburo de hierro, por eso no existe de l un tipo nico; sus propiedades (tenacidad,

elasticidad, etc.) varan segn el contenido de carbono y la clase empleada en su fabricacin

(martensita, perlita, ferrita o hierro puro; tambin influye en l, el mtodo seguido en su

fabricacin. Existen aceros duros, rpidos (resistentes a la lima), etc., el acero es de gran

importancia a causa de las mltiples aplicaciones que recibe. Se pueden modificar sus propiedades

alendolo con otros metales; de este modo se obtienen los aceros especiales.

El acero lquido se elabora a partir del mineral (procedimiento de fundicin) o de chatarras

(procedimiento elctrico).

A continuacin, el acero lquido se solidifica por moldeo en una mquina de colada continua.

A la salida, se obtienen los SEMI-PRODUCTOS: barras de seccin rectangular (desbastes) o

cuadrada (tochos o palanquillas), que son las piezas en bruto de las formas finales.

Por ltimo, las piezas en bruto se transforman en PRODUCTOS TERMINADOS mediante el

laminado, y algunos de ellos se someten a tratamiento trmico. Ms de la mitad de las planchas

laminadas en caliente son re laminadas en fro y eventualmente reciben un revestimiento de

proteccin anticorrosin.

FBRICA

DE AGLOMERACIN:

Para preparar el mineral de hierro: ste se tritura y calibra en granos que se aglomeran (se

aglutinan) entre ellos. El aglomerado as obtenido se compacta, cargndolo despus en el alto

horno junto con el coque. El coque es un potente combustible, que se obtiene como residuo slido

de la destilacin de la hulla (una clase de carbn muy rico en carbono).


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1.3 Afino del acero

Afino en convertidor: El arrabio recogido en las cucharas se lleva hasta la mezcladora donde se

mantiene en estado lquido hasta meterlo en los convertidores.

El convertidor es un recipiente enorme con una cubierta exterior en chapa de acero y un

revestimiento interior de material refractario. El aire entra por el conducto lateral y entra x el

fondo del convertidor. All esta la parrilla, que perforada por unos agujeros permite que el aire

entre en contacto con la masa liquida del arrabio para poner atravesar esta masa e impedir que

entre los agujeros de la parrilla el acero llega a gran presin.

Afino en horno Martin_Siemens: Se utiliza como materia prima el arrabio olidificado en lingotes y

mezclado con chatarra de piezas y maquinas que ya no se usan:

Funcionamiento: Se funde la mezcla cargada a travs de las puertas de carga debido al calor que

se produce al quemarse el combustible que mezclado con el aire llega a los quemadores pasados

por las bocas de entrada, estas bocas se comunican con los recuperadores unas vlvulas permiten

distribuir los gases y el aire, los gases sobrantes calientan los recuperadores mientras el gas y el

aire absorben el calor de los recuperadores. Cuando los recuperadores se enfran con lo que unos

recuperadores se calientan y otros les dan el calor adquirido.

Afino en horno elctrico: Para transformar la energa elctrica en calor hay dos tipos electricos:

Hornos electricos de arco: La carga se funde debido al calor que desprende el arco elctrico que

salta entre los electrodos Hornos electricos de induccin: El crisol refractorio lleva un tubo de

cobre rectangular, por este circula una corriente elctrica que induce otra corriente en la carga.

b) Afino de la fundicin:

Afino en cubilote

Procesos de afino del acero

Fuera del horno elctrico de arco.

Los procesos de afino fuera del horno elctrico, tambin llamados secundarios, estn dirigidos a

eliminar las inclusiones, los gases y la segregacin. La metalurgia de estos procesos se basa en el


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afino en vaco, en la reduccin de la presin parcial del CO, en la refusin y en la solidificacin

dirigida.

Para poder hacer comparaciones metalrgicas, estableceremos una clasificacin por grupos, segn

que el afino metalrgico se lleve a efecto en vaco o no y que las materias primas sean acero

lquido o slido.

Grupo 1. Se incluyen en este grupo procesos metalrgicos de afino que tienen lugar en vaco y en

los que parte de la materia prima es acero lquido.

Afino en vaco sin aportacin trmica: BV, DH, RH, KD, GAZIL.

Afino en vaco con aportacin trmica: ASEA-SKF, FINKL.

Afino en vaco con O2: WITTEN, V-R, ASV, AVR.

Grupo 2.

Comprende los procesos metalrgicos de afino que tienen lugar en vaco partiendo de materia

prima slida.

Refusin por haz de electrones: EB (elcetron beam).

Refusin por electrodo en vaco VAR (vacuum arc-remelting).

Fusin y afino en alto vaco con aportacin trmica: H de I en V (VIM) AIRCO-TEMESCAL.

Grupo 3. Comprende los procesos metalrgicos de afino que tiene lugar sin vaco partiendo de

materia prima slida.

Descarburacin por argn-oxgeno: AOD.

Descarburacin por vapor de agua-oxgeno: UDDERHOLM.

Descarburacin por argn-nitrgeno-oxgeno: AOD-N2.

Grupo 4. Comprende el proceso metalrgico que tiene lugar sin vaco partiendo de la materia

prima slida.

Refusin de electrodo bajo escoria electroconductura: ESR o ESU.

4.1 GRUPO 1.

Efecto del vaco en los gases disueltos en el acero.

La ley de accin de masas se aplica a los equilibrios

H2 H, CO C+O y

La eliminacin del H2 es fcil, pues no forma compuestos estables en el acero, mientras que la del

N2 es ms difcil, ya que forma nitruros estables.

La afinidad de los elementos desoxidantes corrientes, como el Si, Ti, Al, Etc. (fig 1), no depende de

la presin.


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El carbono es el nico elemento de utilizacin industrial que origina una fase de desoxidacin

gaseosa y constituye un enrgico desoxidante, igual que el Al o el Ti, pero al ser sensible a las

variaciones de presin, resulta ms verstil que stos. A 1600oC, el AL2O3 es reducido por el C ( a

< 2.3 Torr de presin). Los xidos de Si y Mg

son igualmente reducidos por el C en vaco y, mientras que el Al y el Si pasan al acero, el Mg se

volatiliza.

El examen de las energas libres de las reacciones de formacin de los xidos evidencia la

posibilidad de la reduccin de los xidos metlicos por el C (fig. 2). Este es el fundamento del afino

por vaco en muchos nuevos procesos, consiguindose con ellos aceros mucho ms limpios, al

hacerse desoxidacin va CO.

La metalurgia del vaco se introdujo hacia el ao 1955. Las roturas catastrficas que se produjeron

en varias centrales elctricas de Estados Unidos aceleraron la puesta en marcha de los procesos

alemanes de desgasificacin por vaco (eliminacin del H2). La ley de Siebert rige el fenmeno y

basta un vaco menor de 10 Torr para bajar el O2 a niveles inocuos. El vaco elimina parcialmente

el H2, O2 y el N2.

El acero fabricado en horno elctrico convencional con escoria bsica y reductora (calmado en

horno) contiene:

H2 4 a 80 ppm 0.0004 - 0.0008 %

N2 80 a 100 ppm 0.0080 - 0.0100 %

O2 50 a 80 ppm 0.0050 - 0.0080 %

El acero fabricado en horno elctrico convencional y desgasificado en vaco contiene:

H2 1 a 2 ppm 0.0001 - 0.0002 %

N2 40 a 80 ppm 0.0040 - 0.0080 %

O2 20 a 50 ppm 0.0020 - 0.0050 %

El acero desgasificado en alto vaco (10-2 a 10-4 Torr) contiene:

H2 < 1 ppm.N2 < 20 ppm.

O2 < 10 ppm.

Con contenidos de H2 inferiores a 2 ppm no hay problemas de copos y la segregacin disminuye

de forma importante.

El vaco se emplea con objetivos diferentes:


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Eliminacin parcial de gases en el acero. Se elimina en parte ms o menos importante de los

gases disueltos en el acero.

Desoxidacin del acero por el C en vaco. Se puede eliminar la mayor parte del oxgeno disuelto

en el acero (unas decenas de ppm).

Descarburacin del acero por O2 en vaco. . Se puede descarburar a fondo el acero sin oxidarlo

apreciablemente, lo que requiere eliminar unos millares de ppm de gases.

Afino en Vaco sin Aportacin Trmica.

Procedimiento Bochumer Verein (BV). Consiste en una desgasificacin dinmica o en chorro que

sea realiza en cuchara o en tanque; el acero entra en el tanque o en la cuchara y se rompe en

multitud de pequeas gotas. Este procedimiento se emplea fundamentalmente en la

desgasificacin del acero para grandes lingotes (figs. 3 y 4).

Procedimiento Dortmund Holder (DH). La desgasificacin se lleva a cabo en una vasija especial que

se introduce parcialmente en una cuchara; al hacer el vaco en la vasija, el acero penetra en la

misma y se desgasifica (fig. 5); sta operacin se repite varias veces. A travs de una esclusa se

pueden efectuar tambin adiciones.

ProcedimientoRuhr-Heraus (RH). Es una variante del anterior; en vez de un tubo, la vasija donde se

hace el vaco tiene dos; por medio del argn se hace circular el acero de la cuchara a la vasija, por

la que la desgasificacin se realiza en una sola operacin.

Procedimiento KD. Desoxidacin del acero por vaco. Este procedimiento se lleva a cabo en un

tanque de vaco; el acero procedente del horno elctrico o LD, con un contenido de

Si inferior 0.07% y sin Al u otro desoxidante, se cuela en una lingotera de baja presin; el C y el O

del acero se combinan, desoxidndose el acero por el C a la vez que se eliminan el H2 y el N2.

Procedimiento GAZIL. Desgasificacin del acero por vaco en cuchara, en la que el argn se insufla

por el fondo a travs de un tapn poroso.

Afino en vaco por aportacin trmica.

Procedimiento ASEA-SKF. El acero procedente de un horno elctrico de arco se trasvasa a una

cuchara bsica de acero inoxidable austentico para poder emplear la bobina agitadora. Segn se

des gasifica, el acero se calienta, emplendose un tapa de vaco o una tapa con tres electrodos. El

proceso no descarbura y, por lo tanto, no hay eliminacin de P. Este procedimiento se emplea

para obtener aceros de alta y media aleacin con bajos contenidos de H y alto grado de pureza.


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La caracterstica fundamental del procedimiento ASEA-SKF es que se consiguen contenidos de S

muy bajos, empleando en la desoxidacin del acero aluminio en polvo y mischmetal. Un equipo

ASEA-SKF comprende:

Cuchara de acero inoxidable austentico con revestimiento neutro y bsico.

Bobina agitadora de induccin.

Equipo de calentamiento elctrico trifsico de arco.

Tapa de vaco.

Tapa para calentamiento por arco.

El tiempo del tratamiento es de 2 h 45 min y la marcha del proceso se esquematiza en la figura 8.

Procedimiento FINKL (VAD). El acero procedente de un horno elctrico se trasvasa a una cuchara

bsica con buza deslizante y tapn poroso para agitacin por argn. La cuchara se introduce en un

tanque de vaco y se cierra con una tapa especial que lleva tres electrodos para calentamiento por

arco elctrico; a la vez se hace un vaco para des gasificar el acero y afinar. La desulfuracin se

efecta igual que en el horno elctrico de arco, pero con la ventaja de una agitacin continua por

argn y vaco. Las adiciones de elementos aleantes y reductores se realizan en vaco a travs de

una esclusa.

Este procedimiento se emplea para el afino de los mismos aceros que el ASEA-SKF. Los contenidos

de H2 son bajos y el grado de limpieza del acero muy bueno. El equpi FINKL comprende:

Cuchara bsica o neutra con tapn poroso para argn.

Instalacin de vaco por eyectores.

Una tapa de vaco y calentamiento por arco.

Equipo elctrico trifsico para calentamiento por arco.

Tanque de vaco.

Afino en Vaco con O2.

Los procedimientos incluidos en este apartado se basan en la misma reaccin. Las bajas presiones

favorecen el desplazamiento hacia la derecha del equilibrio

C + 0.5 O2 (disuelto) CO

As mismo la preferencia de sta reaccin sobre la oxidacin del Cr,

3Cr + 4 O Cr3O4,

Hace que sea posible la descarburacin de las coladas altas en Cr sin prdida del mismo, como se

ve en el diagrama de equilibrio a presiones reducidas (Fig. 10.a).


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A 1 700oC y presin normal una colada con 18% de Cr slo puede ser descarburada hasta 0.22%

de C sin oxidar el cromo (fig. 10.b). A 0.5 atm se puede descarburar 0.12% de C sin perder Cromo

y a 0.1 atm hasta 0.02% de C sin prdida de cromo.

Procedimientos WITTEN, V-R y ASV.

En un horno elctrico o similar se funde una colada con un contenido elevado de Cr y Ni y con un

contenido de 0.5% a 1% de C.

Al final de la fusin se homogeniza y agrega el cromo necesario para alcanzar 18.5% de Cr y el

nquel pedido en especificacin. Se vuelca el acero en una cuchara bsica con buza deslizante y se

introduce en un tanque de vaco.

Se hace el vaco y se inyecta O2 puro a travs de una lanza refrigerada a una velocidad de 14

m3/min, para una carga de 45T, a la vez que por el fondo de la cuchara se inyecta el argn (0.056

m3/min), consumindose durante el afino 0.2 m3/T.

Se agrega la mezcla necesaria para la reduccin de los xidos de Cr y Mn de la escoria y el Si

necesario para cumplir las exigencias de la especificacin.

Se elimina el vaco, se saca la tapa y se hacen las adiciones para ajustar el acero a lo establecido

por la especificacin, agitando con argn. Si es necesario se agrega cal-espato u otro desulfurante;

se elimina as el 50% de S.

Finalmente, si la temperatura es elevada, se puede introducir chatarra de inoxidable para enfriar.

El vaco a que se trabaja es generalmente de 20 Torr. Si se quiere fabricar un tipo L, de muy bajo

contenido de carbono, se puede bajar el vaco a menos de 10 Torr.

Las diferencias entre los tres procesos residen exclusivamente en los mecanismos de toma de

muestras, lanzas de O2 y vaco empleado.

En la figura 11 puede verse el conjunto del equipo.

La tapa del tanque lleva una esclusa por donde se efectan las adiciones sin perder el vaco. La

lanza refrigerada est situada en el centro de la tapa y con una inclinacin determinada va a un

tubo para la toma de muestras, que se pueden extraer sin necesidad de reducir el vaco. La

temperatura de trabajo se puede controlar perfectamente y no se deben superar los 1 700oC, ya

que en caso contrario se elevara el consumo de refractario.

El rendimiento del Cr es de 98-99%, y el del Mn, del 80%.


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Procedimiento ALLEGHENY VACUUM REFINING (AVR).

Este proceso es similar al WITTEN, V-R y ASV, ya que el principio en que se funda es la oxidacin

del carbono (descarburacin del acero) por O2 en vaco, ayudndose de un equipo ASEA-SKF.

El metal procedente de un horno elctrico de arco se trasvasa a una cuchara de acero inoxidable

austentico que lleva acoplada una bobina agitadora. La cuchara se cubre con una tapa con cierre

de vaco; una lanza consumible para soplado con O2 atraviesa la tapa y se sumerge 15 cm por

debajo del nivel del acero; el desgaste de la lanza es de 2.5 cm/ min. El proceso se realiza entres

etapas.

Soplado con oxgeno. El soplado se lleva a cabo de acuerdo con el contenido de carbono. Se

empieza con un vaco de 170 Torr hasta bajar el carbono a 0.40%, despus se intensifica el vaco

hasta 30 Torr y, cuando se ha conseguido bajar el contenido de carbono a 0.10%, se hace el vaco a

1 Torre hasta finalizar el soplado.

Reduccin. La reduccin de los xidos de Cr y Mn se efecta con Fe-Si-Cr y Fe-Si-Mn, cal y espato;

para facilitar la reduccin se insufla argn a travs de un tapn poroso colocado en el fondo.

Terminado. Generalmente se hace con Fe-Si y Fe-Mn afinados; slo algunas veces se necesario

realizar pequeas adiciones de aleantes; en este caso, se puede homogeneizar el bao

rpidamente por medio de la bobina. Cuando es necesario se puede emplear una tapa con tres

electrodos para calentar el acero (ASEA-SKF).

Grupo II.

Comprende los procesos de afino metalrgico en vaco partiendo de la fase slida:

Horno de fusin por haz de electrones (Electrn Beam, EB).

Refusin del electrodo en vaco (Vacuum Arc Remelting, VAR)

Fusin y afino en alto vaco. Horno de induccin en vaco (VIM) y AIRCO - TEMESCAL.

Estos procesos trabajan con vacos de 10-2 a 10-4 Torr.

Procedimiento EB. Es un proceso de fusin por medio de haces electrnicos en el que se puede

partir de chatarra, viruta, esponja, etc.

Estos hornos se desarrollaron a partir del ao de 1960 al empezar a fabricarse en Alemania Federal

las fuentes de emisin de electrones, como son los caones de difusin de electrones planos,

circulares y anulares.

Igual que ocurre en la fusin en horno de induccin al vaco hay volatilizacin de oligoelementos y

adems prdida de Mn.


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Procedimiento VAR. Se basa en la refusin de un electrodo de composicin qumica conocida por

arco en vaco. La presin de trabajo es de 10-2 a 10-4 Torr; sin embargo, entre el electrodo y el

metal lquido la presin es de 1 Torr debido al desprendimiento de gases.

Bajo la influencia del arco elctrico, el electrodo funde en forma de gotas tan pronto como se

alcanza el punto de fusin, por lo cual no hay sobre calentamiento superficial del bao lquido u y

la temperatura se mantiene de 15 a 40oC por encima del punto de fusin.

Anlogamente al procedimiento ESR, lo ideal es tener un bao lquido lo ms plano posible para

evitar segregaciones. Este procedimiento permite hacer la refusin en una atmsfera determinada

de Ar, N2, etc.; adems se puede refundir bajo escoria si se desea.

La eliminacin del O2 se realiza por reaccin con el C para formar CO o por flotacin de los xidos,

no se consigue desulfuracin, pero se elimina por vaporizacin parte de los oligoelementos, Pb,

Cu, Sn, Sb, Bi, etc.

1.4Proceso Tecnolgico Para La Obtencin Del Acero Bof Horno Elctrico Convertidores

Bessemer Thomas

Desde el punto de vista qumicometalrgico, todos los procesos de fabricacin de acero se

pueden clasificar en cidos y bsicos (segn el refractario y composicin de la escoria utilizada), y

cada proceso tiene funciones especficas segn el tipo de afino que puede efectuar. Los procesos

cidos utilizan refractarios de slice, y por las condiciones de trabajo del proceso hay que poder

formar escorias que se saturen de slice. Los procesos cidos pueden utilizarse para eliminar

carbono, manganeso y silicio; no son aptos para disminuir el contenido en fsforo y azufre, y por

esto requieren el consumo de primeras materias seleccionadas, cuyo contenido en fsforo y

azufre cumple las especificaciones del acero final que se desea obtener. Los procesos bsicos

utilizan refractarios de magnesita y doloma en las partes del horno que estn en contacto con la

escoria fundida y el metal. La escoria que se forma es de bajo contenido de slice compensada con

la cantidad necesaria de cal. El proceso bsico elimina, de manera tan eficaz como el proceso

cido, el carbono, manganeso y silicio, pero adems eliminan el fsforo y apreciables contenidos

de azufre. De aqu las grandes ventajas del proceso bsico, por su gran flexibilidad par consumir

diversas materias primas que contengan fsforo y azufre, y por los tipos y calidades de acero que


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con l se pueden obtener. Desde el punto de vista tecnolgico existen tres tipos fundamentales de

procesos:

1) Por soplado, en el cual todo el calor procede del calor inicial de los materiales de carga,

principalmente en estado de fusin. 2) Con horno de solera abierta, en el cual la mayor parte del

calor proviene de la combustin del gas o aceite pesado utilizado como combustible; el xito de

este proceso se basa en los recuperadores de calor para calentar el aire y as alcanzar las altas

temperaturas eficaces para la fusin de la carga del horno. 3) Elctrico, en el cual la fuente de

calor ms importante procede de la energa elctrica (arco, resistencia o ambos); este calor puede

obtenerse en presencia o ausencia de oxgeno; por ello los hornos elctricos pueden trabajar en

atmsferas no oxidantes o neutras y tambin en vaco, condicin preferida cuando se utilizan

aleaciones que contienen proporciones importantes de elementos oxidables. En la fabricacin de

acero existen las fases hierro, escoria y gases. Este sistema heterogneo tiende a un estado de

equilibrio si se adicionan unos elementos re accionantes o vara la temperatura o la presin. Al

fabricar un acero se pretende eliminar de la fase hierro los elementos perjudiciales en acceso y

aadir los que faltan para conseguir el anlisis final previsto. Por las reacciones reversibles entre

las tres fases (hierro, escoria y gases) se consigue, al producirse un desequilibrio, la segregacin o

paso de elementos, eliminar del hierro la escoria, o viceversa. Es necesario un profundo

conocimiento de estas reacciones para fabricar un acero con buen resultado. Todo el proceso de

obtencin de acero consta de un primer perodo oxidante o de afino, en el que se elimina el

Carbono en fase gaseosa; el silicio y el manganeso se oxidan formando compuestos complejos con

la escoria, que puede eliminarse; si la escoria es adems bsica, se elimina el fsforo. El segundo

perodo es reductor y debe eliminar el exceso de xido de hierro disuelto en el bao del hierro

durante el perodo oxidante, a fn de poder eliminar despus el azufre; o puede tambin recuperar

el manganeso oxidado que pas a la escoria. Finalmente, hay un perodo de desoxidacin o refino

por accin de las ferroaleaciones de manganeso y silicio, que se adicionan en el bao a la

cuchara, y de aluminio metlico, en la lingotera. Estos perodos pueden tener mayor o menor

duracin e importancia y realizarse netamente

separados o entrelazados, y a mayor o menor velocidad en unos procesos que en otros. El

desescoriado puede ser total o parcial en cada perodo, o transformar las primeras escorias

oxidantes en reductoras. Todo ello depender del horno o proceso utilizado, de las condiciones de


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las materias primas, de los elementos que interesa que pasen a la escoria y no retornen de sta al

bao de hierro, etc.

Proceso del horno elctrico.

El progreso de la electricidad permiti, hacia el ao 1900, que el horno elctrico se introdujera a

escala industrial para fabricar acero ( 50 aos despus de los procesos de afino por soplado y por

solera ). El horno de arco calienta directamente el bao de acero por debajo de la escoria y

consigue la alta temperatura necesaria de trabajo. Sin requerir la presencia de oxgeno en su

atmsfera, el horno elctrico ocupa una posicin privilegiada para la fabricacin de una amplia

gama de calidades de aceros finos aleados, con elevados contenidos de elementos de aleacin

oxidables, tales como el carbono, vanadio y wolframio. El horno de tres electrodos ha alcanzado

gran auge y perfeccionamiento, no slo por la alta calidad del acero que se obtiene, sino tambin

en muchos casos por ser competitivo con el proceso de afino por solera para cualquier calidad de

acero; parece que contina aumentando su importancia, incluso para la produccin de grandes

tonelajes, merced a la menor inversin necesaria o tambin cuando se dispone de energa

elctrica a coste inferior o similar a la calora gas.

Existen

asimismo las dos variedades, bsico y cido, con los mismos fundamentos que en los procesos

anteriores, pero con notable predominio del horno bsico dadas las dificultades y fluctuaciones

que experimenta el mercado para poder adquirir primeras materias suficientes para el trabajo

cido. El tamao del horno es muy variable, desde 500 kg hasta 200 toneladas. Los ms pequeos

tienden a desaparecer; los de 5 toneladas y ms se utilizan para el moldeo y aceros aleados, y las

grandes unidades para la produccin en serie de lingotes. Normalmente trabajan con carga slida;

en algunas aceras lo hacen con carga de acero lquido en proceso dplex, conjunto de convertidor

u horno de solera y horno elctrico para el acabado. La carga de los grandes hornos es un factor

determinante de su rendimiento; en general se ha adoptado la bveda desplazable para carga por

encima del horno abierto, con recipiente metlico de fondo de fcil abertura, o por otros rpidos

procesos mecanizados. La marcha de la colada se inicia con la carga slida de mineral, caliza o cal,

segn se disponga, chatarra y lingote de afino. La proporcin de estos materiales depender del

acero que se quiera fabricar y del anlisis que convenga que tenga la carga fundida a la

temperatura necesaria; para el afino oxidante, el mineral y las batiduras de laminacin


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proporcionan el oxgeno que necesitan el silicio, manganeso, fsforo y carbono que contiene la

carga; se introduce suficiente cal para que la escoria tenga la basicidad que requiere el fsforo

para pasar a ella.

En el horno elctrico el aire de su atmsfera interior est en contacto con los electrodos de grafito,

y su oxgeno es rpidamente consumido para mantener el equilibrio y conseguir la temperatura de

rgimen del horno. La escoria bsica y oxidante contendr el fsforo que fue oxidado durante el

afino; se bascula el horno para facilitar el desescoriado. Eliminada la escoria, si la especificacin de

calidad del acero requiere adiciones de elementos aleables, la siguiente etapa es preparar una

escoria reductora, aadiendo cal apagada y electrodos o coque triturados. En todo momento se

pueden sacar muestras del bao para su anlisis y ajustar los elementos aleados hasta que se

cumpla la especificacin pedida, y tambin regular la temperatura hasta que el bao est a punto

para colar. Aunque con menor intensidad que en otros procesos de obtencin de aceros, es

necesaria la adicin de desoxidantes en la cuchara.

Proceso por soplado, Bessemer cido y Thomas bsico. El proceso Bessemer cido ha sido el

primero utilizado y el ms sencillo. Desde su inicio permite obtener en una sola operacin,

partiendo de hierro lquido, coladas de 1025 tm al ritmo de 1 tm/ min. Por ser cido, no defosfora

ni desulfura y debe utilizar hierro lquido de anlisis adecuado. La gran abundancia de mineral de

hierro rico en fsforo, que al ser tratado en horno alto pasan gran parte al hierro lquido, provoca

el desarrollo de procesos que pueden defosforar, y ha sido causa de que los procesos bsicos se

empleen en Europa mucho ms que el Bessemer cido, limitado ste a utilizar hierro bajo en

fsforo, mucho ms escaso. La operacin se realiza en el convertidor, cuba de acero revestida de

refractario, con toberas en su fondo y abierta en su parte superior, montada sobre apoyo con

mecanismo basculante. La carga de hierro lquido se realiza con el convertidor en posicin

horizontal, lo que deja abiertas las toberas. Se insufla el aire necesario a travs de uno de los

soportes huecos a la caja de viento, que lo distribuye a travs de las toberas a una presin de 2 kg

/ cm2. Se inicia el soplado al mismo tiempo que se pone el convertidor vertical; el aire a presin

pasa a travs del hierro lquido, introducindose as el oxgeno necesario para el afino. El silicio

contenido en el hierro lquido es el factor termoqumico ms importante para regular y obtener la

temperatura necesaria. La llama expulsada por la boca del convertidor cambia de color y

luminosidad, lo que permite juzgar el desarrollo del afino e interrumpir el soplado en el momento

final adecuado; entonces se hace bascular el convertidor y se cuela el acero lquido en una cuchara


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de transporte. El revestimiento cido de este tipo de convertidores proporciona el exceso de slice

indispensable para formar escoria, adems del silicio que contiene el hierro lquido. En el caso del

convertidor bsico, llamado proceso Thomas, el revestimiento es de magnesita o doloma

calcinada y alquitrn. Por la accin fuertemente oxidante del soplado se elimina primero el

carbono y despus se oxida el fsforo, que acta de importante elemento termgeno. La cal

necesaria se aade con la carga; se funde durante el soplado y se combina con el fsforo oxidado,

formando la escoria Thomas, utilizada como fertilizante. Este proceso ha sido un factor muy

importante del desarrollo industrial alcanzado en Europa a fines del siglo pasado. Se controla

como el Bessemer por el aspecto de la llama. El tiempo necesario del soplado es slo de 15 min,

por lo que el xito del proceso depende de la pericia del operario. Tan corto tiempo no permite

efectuar control por anlisis de muestras.

BOF (BASIC OXIGEN FURNACE)

Convertidores (BOF) - Soplado con Oxgeno El Horno de Oxgeno Bsico es un elemento muy eficaz

para convertir los lingotes de hierro en acero inyectando oxgeno. Carburos Metlicos puede

suministrar el gas, los sistemas de control de procesos y el caudal as como el know-how tcnico

(por ejemplo, en la colocacin de lanzas).

Convertidores (BOF) - Precalentamiento de la Chatarra

Se han desarrollado equipos de control y quemadores para precalentar de forma eficaz la chatarra

frrea mediante quemadores de oxi-combustible no refrigerados por agua. Se suelen conseguir

ahorros de combustible del 70% y reducciones del 50% en tiempos de calentamiento.

Convertidores (BOF) - Salpicadura de Escoria

Mediante la inyeccin de nitrgeno en la zona inferior del horno a travs de la misma lanza de

oxgeno se consigue una capa de proteccin de escoria fundida en la pared del refractario

reduciendo el gunning consumption y alargando la campaa.


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Convertidores

(BOF) - Agitacin Inferior

El metal fundido se agita mediante una inyeccin de gas de alta presin con el fin de incrementar

la produccin de acero, la recuperacin de los metales de aleacin y alargar la duracin de la

campaa.

1.5 Clasificacin y aplicacin del acero

CLASIFICACIN DEL ACERO. Los aceros se clasifican en cinco grupos principales: aceros al carbono,

aceros aleados, aceros de baja aleacin ultra resistentes, aceros inoxidables y aceros de

herramientas.

Aceros al carbono: El 90% de los aceros son aceros al carbono. Estos aceros contienen una

cantidad diversa de carbono, menos de un 1,65% de manganeso, un 0,6% de silicio y un 0,6% de

cobre.

Aceros de baja aleacin ultra resistentes. Es la familia de aceros mas reciente de las cinco. Estos

aceros son ms baratos que los aceros convencionales debido a que contienen menor cantidad de

materiales costosos de aleacin. Sin embargo, se les da un tratamiento especial que hace que su

resistencia sea mucho mayor que la del acero al carbono. Este material se emplea para la

fabricacin de vagones porque al ser ms resistente, sus paredes son ms delgadas, con lo que la

capacidad de carga es mayor. Adems, al pesar menos, tambin se pueden cargar con un mayor

peso. Tambin se emplea para la fabricacin de estructuras de edificios.

Aceros inoxidables. Estos aceros contienen cromo, nquel, y otros elementos de aleacin que los

mantiene brillantes y resistentes a la oxidacin. Algunos aceros inoxidables son muy duros y otros

muy resistentes,

manteniendo esa resistencia durante mucho tiempo a temperaturas extremas. Debido a su brillo,

los arquitectos lo emplean mucho con fines decorativos. Tambin se emplean mucho para

tuberas, depsitos de petrleo y productos qumicos por su resistencia a la oxidacin y para la

fabricacin de instrumentos quirrgicos o sustitucin de huesos porque resiste a la accin de los


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fluidos corporales. Adems se usa para la fabricacin de tiles de cocina, como pucheros, gracias a

que no oscurece alimentos y es fcil de limpiar.

Aceros de herramientas. Estos aceros se emplean para fabricar herramientas y cabezales de corte

y modelado de maquinas. Contiene wolframio, molibdeno y otros elementos de aleacin que le

proporcionan una alta resistencia, dureza y durabilidad.

Aplicaciones del acero

[pic]

Bobina de cable de acero trenzado.

El acero en sus distintas clases est presente de forma abrumadora en nuestra vida cotidiana en

forma de herramientas, utensilios, equipos mecnicos y formando parte de electrodomsticos y

maquinaria en general as como en las estructuras de las viviendas que habitamos y en la gran

mayora de los edificios modernos.En este contexto existe la versin moderna de perfiles de acero

denominada Metalcn.

Los fabricantes de medios de transporte de mercancas (camiones) y los de maquinaria agrcola

son grandes consumidores de acero.

Tambin son grandes consumidores de acero las actividades constructoras de ndole ferroviario

desde la construccin de infraestructuras viarias as

como la fabricacin de todo tipo de material rodante.

Otro tanto cabe decir de la industria fabricante de armamento, especialmente la dedicada a

construir armamento pesado, vehculos blindados y acorazados.

Tambin consumen mucho acero los grandes astilleros constructores de barcos especialmente

petroleros, y gasistas u otros buques cisternas.

Como consumidores destacados de acero cabe citar a los fabricantes de automviles porque

muchos de sus componentes significativos son de acero.

A modo de ejemplo cabe citar los siguientes componentes del automvil que son de acero:


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Son de acero forjado entre otros componentes: cigeal, bielas, piones, ejes de transmisin

de caja de velocidades y brazos de articulacin de la direccin.

De chapa de estampacin son las puertas y dems componentes de la carrocera.

De acero laminado son los perfiles que conforman el bastidor.

Son de acero todos los muelles que incorporan como por ejemplo; muelles de vlvulas, de

asientos, de prensa embrague, de amortiguadores, etc.

De acero de gran calidad son todos los rodamientos que montan los automviles.

De chapa troquelada son las llantas de las ruedas, excepto las de alta gama que son de

aleaciones de aluminio.

De acero son todos los tornillos y tuercas.

Cabe destacar que cuando el automvil pasa a desgace por su antigedad y deterioro se separan

todas las piezas de acero, son convertidas en chatarra y son reciclados de nuevo en acero

mediante hornos elctricos y trenes de laminacin o p

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