El Proceso Siderúrgico

Materias Primas

Hierro: Solo dos tipos de este mineral son aprovechados (variedades de óxidos y carbonatos). Los minerales constan de mena y ganga. Los elementos químicos y su proporción influyen significativamente en el costo y la calidad del arrabio.

Carbón de Coque: Las hullas para fabricar el coque son grasas y semigrasas. Su función es producir el calor necesario para extraer el oxígeno y fundir la mena, soportar las cargas del alto horno, generar el gas reductor (CO) para transformar los óxidos en arrabio y darle permeabilidad al alto horno.

Fundentes: Las impurezas del mineral se eliminan con la acción de los fundentes. Su función es combinarse con la ganga y reducir su punto de fusión, además de combinarse con impurezas, transformándolas en escoria. Los fundentes comunes son sílice, caliza y dolomía.

Chatarra: Conjunto de piezas y partes metálicas de acero, inservibles y sin utilidad industrial. Puede ser reciclada, de transformación o de recuperación.

El Alto Horno

Es un horno de cuba formado por dos troncos de cono desiguales unidos por sus bases mayores, con una base cilíndrica intermedia. La parte interior es de ladrillos refractarios y la exterior de una plancha de acero reforzada con zunchos. El mineral de hierro, el coque y los fundentes se vierten por el tragante. Los materiales descienden a la cuba, luego a la parte más ancha (vientre), y en el etalaje se produce la fusión del hierro y la escoria. Del etalaje, pasan al crisol, donde se recoge el metal líquido y la escoria flotante. Por las toberas se inyecta aire a gran presión. La piquera es un orificio debajo del crisol por donde se extrae el arrabio, y la bigotera es similar pero para la escoria. Una mezcla típica podría ser mineral de hierro (1000 kg), coque (500 kg) y fundente (250 kg), obteniéndose aproximadamente 500 kg de arrabio.

Proceso de Obtención del Arrabio

Para obtener hierro, es necesario liberarlo del oxígeno mediante operaciones químicas (secado, precalentamiento y reducción). En la zona de reducción, el hierro se libera del oxígeno. Al fundirse el hierro y disolverse el carbono, combinándose parcialmente con él, se pasa por las zonas de carburación y fusión. El hierro, combinado con carbono y fundido, gotea al crisol, que una vez lleno se sangra por la piquera.

Productos del Alto Horno

Arrabio: Es el producto principal, compuesto por hierro (90-95%), carbono, silicio, fósforo y magnesio. El arrabio puede ser de dos tipos: hematites, para piezas fundidas en molde, y básico, para la fabricación de acero.

Escoria: El coque y el hierro contienen impurezas. Al adicionar fundente, este se combina con ellas, originando el material de desecho.

Procedimientos para Obtener el Acero

Se utiliza el arrabio líquido y la chatarra de acero.

Sistema Martin-Siemens

Horno de reverbero calentado por gas, con solera de revestimiento ácido, básico o neutro.

Características del Procedimiento

• Permite cargas sólidas, líquidas o mixtas.
• Permite un control de refino puntual y preciso.
• Admite distintos tipos de mezclas.
• La llama ejerce sobre la carga una acción térmica y química.
• Según la proporción de gas-aire, la atmósfera puede ser oxidante (para quemar o descarburar), reductora (eliminar el oxígeno) o neutra (mantener la temperatura).

Funcionamiento

Se calienta hasta 1800 °C. Los gases se hacen pasar por dos cámaras, calentándolas. Cuando se calientan, se invierte el sentido de la corriente a otras cámaras, y cuando estas alcanzan los 1000 °C, se vuelve a invertir.

Procedimiento

Se inclina el convertidor y se llena (1/6) de su volumen. Se insufla aire a presión por los orificios. Se endereza el convertidor y se sigue soplando aire para quemar el carbono. Cuando cesan las llamas y se oye un ruido sordo, es el momento de vaciarlo. Se inclina y se vierte el acero en las cucharas.

Ventajas

Permite obtener aceros con distintas cantidades de carbono, silicio y manganeso.

Desventajas

Solo se puede utilizar en fundiciones bajas en fósforo.

Convertidor LD

Recipiente tipo pera, donde se sopla oxígeno. El oxígeno se inyecta a través de una lanza hasta conseguir acero.

Materias Primas Utilizadas

Arrabio, chatarra (20%), fundente (caliza) y ferroaleantes.

Partes

Convertidor, lanza y sistema de captación y depuración de humos.

Fases del Proceso LD

Carga, soplado y afino (15 minutos), colada o vaciado.

Tipos de Aceros

Bajo contenido en nitrógeno, carbono e impurezas, de uso general, sin aleaciones especiales, de alta calidad.

Control del Proceso LD

Se basa en los datos de la anterior hornada, por medio de ordenadores. Se controla la composición del arrabio, el peso y proporción de la carga, la cantidad de oxígeno insuflado, las temperaturas y la composición de las escorias.

Horno Eléctrico

Ventajas de la corriente eléctrica: es fácilmente regulable, calentamiento rápido, se puede mantener la temperatura a voluntad, temperaturas muy elevadas, no produce gases, permite afinar aceros conseguidos por otros procedimientos, puede utilizarse para la elaboración de un acero afino de otros o fabricar aceros especiales. El revestimiento interno es ácido o básico, lo que permite tratar distintos tipos de fundiciones.

Horno Eléctrico de Arco

Tiene dos o tres electrodos de grafito que originan el arco entre ellos y el baño metálico, alcanzando hasta 3500 °C.

Materia Prima Utilizada

Chatarra de acero con los aleantes adecuados.

Funcionamiento

Carga de la chatarra más el fundente del horno, se funde el metal, se saca la escoria producida, se añaden los aleantes deseados y se vierte el acero en la cuchara.

Horno de Inducción

Se basa en el principio de la inducción electromagnética, alcanzando altas temperaturas.

Ventajas

• Fusión rápida.
• Fácil regulación del proceso.
• Homogeneidad del producto.
• Calentamiento uniforme.
• Mayor rendimiento.

Colada de Acero

Existen tres tipos:

Colada en Lingotera

Directa o indirecta.

Colada Continua

: permite pasar el acero liquido a semiproductos, el acero liquido se vierte directamente en un molde de fondo desplazable,cuya seccion transversal tiene la forma geometrica que se desea oftener

ventajas mayor productividad, eliminacion de gastos en lingoteras, reduce el consumo de energia, disminucion de mano de obra, mayor rendimiento relacion acero producido, producto acabado.

laminacion: en la laminacion se aprovecha la ductibilidad y la maleabilidad del acero. consiste en hacer pasar el material por dos rodillos que giran en sentido opuesto, a la misma velocidad y reducir la seccion tranversal mediante la presion ejercido por ellos. el proceso puede realizarse en caliente o frio.

trenes de laminacion

tren desvastador: desvaste cuadrado o bloom y desvaste plano o slab

tren de productos planos: se laminan los desbastes planos transformandose e planchas

tren de productos largos: se laminan los desvastes cuadrados, rectangulares o formas especiales

productos sidelurgicos el hierro es el elemento predominante

hierro dulce 0,008 y 0,025 % hierro elemento quimico es de color plateado, alta permeabilidad marnetica, ductil y maleable. hierro producto sidelurgico: 99,9% y 99,99% de hierro, hierro muy puro, poco carbono, al enfriarse pierde longitud

el hierro armco es hierro puro, obtenido por proces LD. mayor resistencia a la corrosion, oxidacion y agentes quimicos,, bueno para el trabajo en frio,, buena soldabilidad,, alta ductibilidad,, buenas propiedades marneticas y electricas

aceros hierro y carbono entre 0,025 y 2,21% los elementos aleantes diferentes del hierro y carbono son los que aportan las caracteristicas especiales.

elementos de la aleacion de acero

aluminio: mayor dureza / azufre: aumenta la fragilidad / cobalto: mayor dureza y buena resistencia al calor, a la corrosion y abrasion / cromo: inoxidable,aumenta la dureza, elasticidad, resistencia al roce / fosforo: aumenta la resistencia, resistencia a la corrosion y disminuye la tenacidad / manganeso facilita el forjado y aumenta la templabilidad / niquel: inoxsidable junto al cromo / plomo: favorece la maquinabilidad / silicio: aumenta la dureza, es desoxidante / vanadio: facil de forjar,buena resistencia a silicitaciones mecanicas / volframio o tugsteno: gran dureza, buena resistencia a la traccion.

clasificacion de los aceros por la composicion quimica

aceros al carbono o no aleados presencia de otros elementos -0,7%

aceros especiales o aleados baja aleacion: entre el 1 y 5%. alta aleacion: superior al 5%

presentacion comercial del acero productos planos, largos y perfiles.

fundiciones: carbono entre 2,1 y 6,67%, cuando es superior a 6,67% es grafito.

fundicion gris presenta el carbono en forma laminar. funde a 1200, tenaz pero poco dura, soporta altas presiones y temperaturas sin dilatarse.

fundicion blanca presenta el carbono combinado con el hierro en forma de carburo de hierro. funde a 1150, es muy dura y fragil.

fundicion atruchada: es una mezcla de fundicion gris y blanca

fundcion maleable perlitica: se obtiene por descomposicion de la cementina de la fundicion blanca, desaparece la fragilidad, aumento de la resistencia de la traccion y alargamiento, facil de mecanizar por ser poco dura.

fundicion maleable blanca o eurpea: en carbono de la cementita ha sido casi totalmente eliminada por descarburacion, se usa para piezas delgada

fundicion maleable negra o americana el carbono de la cementita se precipita como grafito en forma de copos, se emplea para piezas gruesas.

fundicion de grafito esferoidal o nodular presenta el carbono en forma de esferas

fundicion aleada contiene otros elementos aleantes

ferroaleantes: productos sidelurgicon sin caracter metalico necesariamente, contienen ademas del hierro unos elementos que lo caracterizan

conglomerados ferreos productos formados por la union de distintos tipos de polvos metalicos, que so comprimen en un olde a altas presiones y temperaturas, obteniendo una masa compacta solidificada. el proceso tecnico se conoce omo sinterizado