Metales

• Ferrosos
  • Aceros
    • Al carbono
    • Aleados
• No Ferrosos
  • Metales Pesados: Cu, Sn, Pb, Bronce, Latones, Zn, Mn.
  • Metales Ligeros: Al, Mg, Duraluminio.

Propiedades Mecánicas

Respuesta de materiales sólidos a fuerzas externas:

• Def. Elástica
• Def. Permanente
• Fractura

Tracción: Fuerza que estira.

Compresión: Reducción de volumen.

PlastoDef: Deformación permanente gradual, causada por una fuerza continua, si se prolonga mucho “ruptura”.

Fatiga: Fractura progresiva, no hay deformación aparente (Existencia de grietas).

Propiedades Técnicas

Peso específico: Peso de un volumen, respecto al peso del mismo volumen en agua (gr/cm³, kg/dm³; ton/m³).

Tenacidad: Resistencia total antes de ruptura.

Resiliencia: Resistencia al romperse por un impacto.

Resistencia a la fatiga: Carga máxima (10.000.000) sin romperse.

Acero

Aleación fierro y carbono, contenido generalmente de 0,008 a 2 % de C.

Hierro en estado natural

• Magnetita (Fe₃O₄): 72,4% Fe, 27.6% O. Mineral más importante en Chile, color negro, densidad: 5,18 g/cc. Cristaliza en sistema cúbico y es fuertemente magnética.
• Hematita (Fe₂O₃): 70% Fe, 30% O. Mineral más importante a nivel mundial (Segundo en Chile), color castaño rojizo, densidad: 5,26 g/cc, cristaliza en sistema hexagonal, no presenta propiedades magnéticas.

Minas de hierro: Ley (x 60%>)

Sistema de extracción y reducción de tamaño

Colpas: 1-8”; Granza 1/4- 1 (1/2)” (Adecuada para carga en Alto horno); Finos: 3/8”.

Carbón y coque

• Carbón mineral: Material sólido. A diferencia del petróleo (formado por hidrocarburos), el carbón está formado por carbono puro o carbón en forma de carbohidrato oxidado.
• Se forma por la descomposición de materia vegetal en condiciones de humedad y ausencia de oxígeno.
• Se forma en suelos porosos (Bosques, pantanos).
• Se acumula materia vegetal y se expulsa oxígeno y agua quedando como resultado el carbón.

Tres grados de carbono:

• Carbón grado bajo (Turba): Acumulación restos troncos y plantas de descomposición parcial, color pardo.
• Carbón grado mayor (Bituminosos): Color negro, fractura brillante, mayor contenido de carbono.
• Carbono grado avanzado (Antracita): Formada prácticamente por carbono puro, no se distinguen vegetales que lo originaron.

Coquificación: Destilación del carbono para eliminar su contenido volátil, entrega el coque.

Coque: Carbón procesado que posee granulometría y resistencia mecánica necesaria para el alto horno.

Proceso de coquificación

Se efectúa en baterías de coques, formadas por series de hornos largos y angostos construidos por ladrillos de sílice. El carbón se calienta en ausencia de aire mediante la combustión de gases en cámaras adyacentes a las paredes de cada horno, se transfiere el calor por conducción a través del refractario de las paredes.

La parte superior del horno tiene normalmente 4 orificios (Tapas removibles por donde se introduce el carbón), carga del carbón mediante máquina Larry-car, que viaja por rieles a lo largo de la batería, provista de buzones de carga que coinciden con los orificios. El carbón cargado normalmente es mezcla de carbones preparada para obtener una mezcla homogénea de granulometría 80% inferior a 1/8”, humedad cercana a 6,5% y densidad aparente entre 650-700 kg/m³.

Alto horno

Estructura de acero revestida interiormente con ladrillos refractarios, parte inferior denominada crisol (Bloques de carbón).

Proceso de alto horno

Mineral de hierro, coque y caliza se cargan por capas, por la parte superior del alto horno denominada tragante, se inyecta aire calentado en estufas junto con petróleo para incendiar el coque, por las toberas ubicadas sobre el crisol, elementos más temperatura reducen mineral.

En el interior de los hornos se produce hierro en estado líquido (Arrabio), la caliza que actúa como fundente produce escoria, la que flota sobre el arrabio debido a su menor densidad (escoria → cemento), los gases residuales también se guardan y luego son limpiados para poder utilizarse en procesos futuros.

1 ton arrabio: 300 kg escoria y 6 ton de gas.

Alto horno: Es un horno de cuba de gran tamaño, emplea carbono en forma de coque para reducir óxidos de hierro obteniéndose el líquido denominado arrabio (Materia prima para la refinación del acero).

Reacciones químicas en el proceso

Combustión frente a las toberas: Frente a toberas ocurre combustión del coque con aire insuflado, originando gases reductores y energía para la reducción del mineral, calcinación de la caliza, formación de escoria, carburación del arrabio, y fusión de escoria y arrabio, pasa aire seco insuflado al horno.

Reacción global de combustión:

1. 2C + 0₂ + 3,76 N₂ = 2CO + 3.76N₂

Reacción humedad en aire:

2) H₂O + C = H₂ + CO

Gas producto de la combustión del coque → Gas etalaje (CO, H, N), los dos primeros gases reductores por excelencia.

Reducción indirecta del mineral de hierro: En la columna de carga, parte del óxido de hierro es reducido por la acción del CO presente en los gases, cuando el CO₂ originado abandona el horno sin volver a reaccionar, estas reacciones son reducciones indirectas ocurren cuando el óxido de hierro aún están en estado sólido.

3) Fe₂O₃ + CO = 2FeO + CO₂

4) Fe₃O₄ + CO = 3FeO + CO₂

5) FeO + CO = FE + CO₂

Reducción directa óxido de hierro: Cuando óxido de hierro no se reduce en forma indirecta en la cuba, alcanza zonas inferiores de alta temperatura donde se funde y reduce directamente, por acción del coque.

6) FeO + C = Fe + CO

Descomposición de la caliza (Carbonato de calcio): Cuando se emplea como fundente caliza, esta se descompone por acción térmica en la cuba, para formar óxido respectivo que finalmente será incorporado a la escoria.

7) CaCO₃ = CaO + CO₂

Arrabio: Hierro bruto (frágil), posee entre 4-5-6% de C, 3% de Si, 6% Mn, poco S y P.

Procesos a los que puede ser sometido el acero

Afino: Limpieza, reducción de sustancias acompañantes del hierro.

Recarburación: Fijar contenido correcto de carbono.

Aleación: Mejorar propiedades (Añadir elementos).