FABRICACIÓN DEL

ACERO

Procesos siderúrgicos,

Son los procesos que se realizan con el mineral de

hierro para obtener diferentes tipos de aleaciones

como: aceros y fundiciones de hierro que luego secomo: aceros y fundiciones de hierro que luego se

los procesa para la obtención de lingotes,

productos semielaborados y piezas en bruto.

Aceros: contiene menos del 2.1 % de carbono

Fundiciones: tienen entre 2.1 y 6.6% de carbono

Aleaciones ferrosas o base hierro:

Aceros al Carbono

Aceros de baja aleación

Aceros de alta aleación

Fundiciones

Producción de metales en el mundo

0,9% 1,9%

96%Hierro

Aluminio

Cobre

Cromo

0,9%

0,9% 1,9%

El hierro y sus aleaciones principalmente el acero,representan aproximadamente el 90% de la producciónmundial de los metales.

Se utilizan por sus: resistencia, tenacidad, ductilidad yrelativo bajo costo

Fuente ONU- 1994

Antecedente histórico

� No se conoce con exactitud la época en que se

descubrió la técnica de fundir mineral de hierro para

producir un metal que pueda ser utilizado.

� 3000 a.C. los egipcios usaban utensilios de hierro

y se sabe que antes de esa época se empleabany se sabe que antes de esa época se empleaban

adornos de hierro.

� 1000 a.C. los griegos conocían la técnica, de

cierta complejidad, para endurecer armas de hierro

mediante tratamiento térmico.

� En el siglo XIV d. C. se obtenían aleaciones

calentando una masa de mineral de hierro y carbón

vegetal en un horno o forja con tiro forzado.

Este tratamiento reducía el mineral a una masa

esponjosa de hierro metálico llena de una escoria

formada por impurezas metálicas y cenizas deformada por impurezas metálicas y cenizas de

carbón vegetal.

Esta esponja de hierro se retiraba, y mientras

permanecía incandescente se golpeaba con

pesados martillos para expulsar la escoria y

consolidar el hierro.

� Después del siglo XIV se aumentó el tamaño de

los hornos utilizados para la fundición y se

incrementó el tiro para forzar el paso de los gases

de combustión por la carga o mezcla de materias

primas.

� Se mezclaba el hierro forjado con carbón vegetal

y el producto era el arrabio.

Arrabio: Aleación que funde a una temperatura

menor que el acero o el hierro forjado. Luego de

refinado se obtiene acero.

ELABORACIÓN DE HIERRO Y ACERO

• Podemos mencionar dos caminos para obtener el

acero:

- Método usando altos hornos

- Método de reducción directa

FUNDENTE

CHATARRA

Chatarra:

Formada por aceros o fundiciones de hierro, en

forma de piezas inutilizadas o de sobrantes de

operaciones anteriores de elaboración.

I- Método usando alto horno:

Producción de arrabio o Fusión primaria del hierro

Para la producción de arrabio son necesarios

tres elementos fundamentales:

1) Mineral de hierro

2) Combustible

3) Fundentes

Explotación de Explotación de

carbón

1) Minerales de hierro:

Los minerales de hierro de uso comercial en la

industria siderúrgica, son aquellos compuestos que

contienen el hierro en cantidad y pureza quecontienen el hierro en cantidad y pureza que

pueden ser procesados para la fabricación del

arrabio.

• Se utilizan minerales que contienen al hierro en

forma de óxidos, carbonatos o silicatos.

• Sólo en forma excepcional se emplean minerales

de hierro que lo contengan en forma de sulfuros.

• Cuando se utilizan minerales que contienen al

hierro en forma de silicatos o carbonatos, estoshierro en forma de silicatos o carbonatos, estos

compuestos son previamente transformados en

óxido de hierro.

• Este proceso se realiza, por lo general, en los

mismos hornos en los que se produce la reducción

de los óxidos para obtener al arrabio.

Los minerales de hierro más usados son:

Magnetita u óxido de hierro magnético (Fe3O4):

- Debe su nombre a las propiedades magnéticas

que posee.

- Es el mineral más rico en hierro, puede tener

hasta un 72.4%.hasta un 72.4%.

- Su color es negro o gris oscuro y se convierte

en pardo cuando contiene Mn.

Oxido férrico o hematita roja ( Fe2O3):

- Posee hasta un 70% de hierro,

- En forma de polvo es de color rojo.

Oxido férrico hidratado o hematita parda

o limonita ( Fe2O3. H2O):

- Tienen un 60% de Fe.

- Es la de mayor utilización en la actualidad,- Es la de mayor utilización en la actualidad,

existen grandes yacimientos de este mineral en

Estados Unidos y en Suecia.

Hematita (mena roja) 70% de hierro

Magnetita (mena negra) 72.4% de hierro

Siderita (mena café pobre) 48.3% de hierro

Limonita (mena café) 60-65% de hierro

Pirita (sulfuro de hierro)

Se encuentra en forma muy abundante, pero no es

utilizable por su gran contenido de azufre.

Se utiliza para la fabricación de ácido sulfúrico dondeSe utiliza para la fabricación de ácido sulfúrico donde

sufre un proceso de tostación que deja como residuo

un óxido de hierro anhidro, con alto contenido de

hierro, que puede utilizarse para la fabricación del

arrabio.

� El proceso de transformación del mineral de

hierro comienza desde su extracción en las minas.

� Cuando se procesa un mineral se deben

separan dos partes:

a) La mena: Es la parte que contiene al mineral es

decir la parte que se utiliza en la fabricación del

acero.

b) La ganga: Es el resto de los minerales que se

separa en forma no aprovechable y está formada

por sílice, alúminas, carbonatos, fosfatos, silicatos,

etc.

Procesos de transformación del mineral de hierro

Antes de llevarse al alto horno debe transformarse

mecánicamente hasta tenerlo en condiciones óptimas

de utilización.

Las operaciones mecánicas que se deben realizar

son:

I- Concentración:

El objeto de esta operación es enriquecer el contenido

de hierro.

II- Reducción de tamaño:

Deben poseer un tamaño uniforme y adecuado.

- si son grandes la acción de los agentes

reductores no llaga al interior

- si el tamaño es pequeño surgen otros- si el tamaño es pequeño surgen otros

inconvenientes de mayor importancia.

El tamaño de los trozos está fijado por la altura del

horno y por la potencia de las máquinas que generan

la corriente de aire.

Si son muy pequeñas producen resistencia al paso

del aire que es necesario para activar la

combustión y permitir las reacciones químicas

correspondientes.

III- Formación de aglomerados o briquetas:

El mineral en forma de polvo o de tamaño muyEl mineral en forma de polvo o de tamaño muy

pequeño no puede cargarse en el horno por lo que

debe aglomerarse y darle forma de briquetas.

Se forma una pasta con materiales como cemento,

cal, arcilla, etc.

IV- Calcinación:

Los minerales de hierro formados por carbonatos, se

calcinan para convertirlos en óxido férrico anhidro.

La reacción química que se produce es:

CO Fe OFe + COCO3Fe OFe + CO2

La calcinación puede realizarse:

- al aire libre (método muy antiguo que no se usa)

- en hornos especiales.

Ventajas del procedimiento de calcinación

1º La composición más conveniente para el mineral

del alto horno es Fe2O3 por lo que no solo se

transforman los carbonatos sino que también se

reduce la magnetita (Fe3O4).

2º El calor necesario para esta operación puede2º El calor necesario para esta operación puede

suministrarse con un combustible de bajo costo, tal

como el mismo gas del alto horno.

3º Es menor la cantidad de combustible de mayor

costo que debería emplearse en el alto horno si se

utilizara directamente magnetita.

4º Durante esa combustión se eliminan elementos

volátiles como el agua, el acido carbónico y otras

sustancias volátiles.

5º El desprendimiento del agua otorga al mineral

mayor porosidad que permite un mayor acceso de

los agentes reductores.los agentes reductores.

6º En el proceso se elimina en parte el azufre que

se encuentra como anhídrido sulfuroso, esto es

muy importante cuando se quiere obtener material

libre de este elemento tan nocivo.

2) Combustibles:

Se usa:

- Carbón de piedra.

- Carbón de leña o carbón vegetal.

Carbón de piedra:

Por combustión controlada del carbón de piedra se

obtiene el coque. Es el combustible más utilizado

para la obtención del arrabio .

El carbón de piedra contiene carbono, hidrógeno,

oxigeno y otros gases volátiles adsorbidos dentro de

la sus micro grietas.

El proceso de coquización consiste en la destilación

seca del carbón y la extracción de los gases

volátiles para elevar la concentración de carbono yvolátiles para elevar la concentración de carbono y

aumenta su poder calorífico.

Durante la destilación seca se calienta el carbón, en

ausencia de oxígeno, para evitar que se queme .

Proceso de coquización

Este proceso se realiza generalmente en las

plantas siderúrgicas ya que se obtienen

subproductos (gases volátiles) que también son

utilizados en la misma planta como combustibles

líquidos y gaseosos.

Producto de la coquización coque

Coque:Combustible artificial que posee alto contenido de

carbono, prácticamente es carbono puro con gran

resistencia y una estructura porosa.

Estas propiedades son muy importantes para el

funcionamiento de los altos hornos.

Carbón de leña o carbón vegetal:

Permite obtener un arrabio de buena calidad.

Se evita la presencia del azufre que si es una

impureza del coqueimpureza del coque

Presenta como inconveniente el alto costo y su baja

resistencia, que impide su empleo en hornos de

gran altura.

3) Fundente:

Son sustancias que se agregan junto al mineral en

el alto horno, para facilitar la separación de la

ganga.

A alta temperatura el fundente reacciona

químicamente dando un producto de más fácil

fusión.

Si la ganga es ácida conviene un fundente básico

y si es básica el fundente será ácido.

Fundentes básicos:Fundentes básicos:

- piedra de cal o castina (carbonato de

calcio impuro)

- dolomita.

Es un tratamiento térmico en el que se aglomeran

distintos materiales

Se realiza en un sinter.

Los materiales procesados son:

Sinterizado

Los materiales procesados son:

- Polvos que quedan en forma de sobrante.

- Productos de desechos de otros procesos en la

planta también son reciclados y utilizados como

materia prima

Estos productos (con alto contenido de hierro)

formará parte de la carga.

Características del alto horno:

� El óxido de hierro (mineral) se mezcla con el

coque y son sometidos a una corriente de gases

reductores a alta temperatura.

� El producto de este proceso es el hierro de� El producto de este proceso es el hierro de

primera fusión o arrabio.

� Es un tubo de ladrillos refractarios de unos

10m o más de alto por 7 m de diámetro interior,

revestido exteriormente por chapa de acero.

Tragante

Cuba

Etalaje

Crisol

Tragante: Parte superior por donde se introducen los

minerales.

Posee un sistema de doble campana de cierre que

permite introducir los materiales en el horno sin que

se escapen los gases a la atmósfera.

Cuba:Se une en el vientre con el etalaje.

Crisol:Es la parte inferior, de forma cilíndrica.

En él se acumula el metal líquido para ser extraído

periódicamente.

ToberasSon orificios que se encuentran en la parte superior

del crisol.

Por ellas se insufla aire a presión a una temperatura

de 760ºC, que asegura la combustión del coque y

activa la formación de gases reductores.

Orificio de salida de escoria (bigoteras):Orificio de salida de escoria (bigoteras):Ubicado próximo a las toberas, por el mismo se

retira la escoria que por tener menor densidad, flota

sobre el hierro líquido contenido en el crisol.

Orificio de sangría:El arrabio se extrae por un orificio colocado en el

fondo. La sangría se realiza 4 a 6 veces por día.

Orificio para la evacuación de los gases:

Se encuentra en la parte superior de la cuba.

Para que el aire evacuado sea reutilizado se le

deben eliminar las partículas sólidas lo que se

logra mediante los siguientes dispositivos:

1º Pescador de polvo: el polvo se deposita

por disminución de la velocidad de los gases.por disminución de la velocidad de los gases.

2º Lavador de gases: se separa el polvo por

acción de una lluvia de agua sobre los gases.

3º Precipitador electrostático: completa la

separación del polvo mediante el depósito de las

partículas previamente electrizadas en las paredes

de tubos condensadores.

- Después de la eliminación del polvo, el gas se

quema en las estufas (provee el calentamiento del

aire).

- El resto de gas puede utilizarse para alimentar

calderas o para otras aplicaciones dentro de la

planta.

o El mineral es agregado al alto horno por el

extremo superior, sigue un camino descendente en

contracorriente con los gases de combustión.

o La carga se hace alternando el agregado de

coque, fundente (caliza) y mineral.coque, fundente (caliza) y mineral.

o A medida que se consume el coque el mineral

baja y paralelamente aumenta su temperatura.

o En la parte inferior de la cuba comienza la

reducción indirecta provocada por el monóxido de

carbono (CO) contenido en los gases ascendentes.

Fe2O3 + CO 2 FeO + CO2

o Luego se produce la reducción directa donde el carbono suministrado por el coque se combina con

el OFe

2 FeO + C 2 Fe + CO2

Hierro puro

o El hierro puro se funde ya que se encuentra en

una zona donde la temperatura es de 1700 ºC que

es mayor a su temperatura de fusión (1535 ºC).

o El hierro absorbe carbono, contiene entre un

3 y 6.7% de carbono y se convierte en arrabio en

estado líquido y baja la temperatura de fusión.estado líquido y baja la temperatura de fusión.

o La escoria se recoge o se convierte en escoria

granular para su posterior utilización para la

elaboración de pavimento, ladrillos para

mampostería, en la fabricación del vidrio, etc.

II) Método de Reducción Directa.

- Emplea agentes reactivos reductores (gas natural,

coque, aceite combustible, monóxido de carbono,

hidrógeno o grafito).

o Se agrega al reactor la mena de hierro

previamente triturada con los agentes reductores.

o Se obtiene como producto el hierro esponja que

es un producto de bajo contenido metálico obtenidoes un producto de bajo contenido metálico obtenido

a temperaturas inferiores a la de fusión del hierro y

que puede contener hasta 1.5% de carbono.

Existen numerosos procedimientos, los más utilizados

son:

• Midrex:

Es de origen norteamericano y ha sido difundido por

el grupo KDRF (alemán).el grupo KDRF (alemán).

En nuestro país hay dos plantas, una en Villa

Constitución (ACINDAR) y otra en Campana

(SIDERCA) .

• H y L

De origen Méjico

• Kinglur – Meteor:

Es un procedimiento Suizo – Italiano.

Emplea carbón de baja calidad, se obtiene un

concentrado ferroso (nódulos ferrosos) que luegoconcentrado ferroso (nódulos ferrosos) que luego

pasan a los hornos eléctricos.

Las plantas son económicas tanto en la instalación

como en el mantenimiento.