Afino Del Acero

7/18/2019 Afino Del Acero

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Autor: Arturo Carrasco

Hornos al vacio

Afnamiento del

Acero

202015



Afinamiento del Acero

Introducción

En los procesos de fabricación del acero, ¿ se obtiene en la colada la calidad, pureza y

composiciones deseadas?. La respuesta a esta pregunta, en general, es no.

Cualquiera que sea el proceso de obtención del acero, siempre trae consigo la presencia de

impurezas, gases, incrustaciones y segregaciones que hacen necesario la implementación de

procesos de refinación posterior, comúnmente conocidos como afino! del acero.

"unque casi todo el hierro y acero que se fabrica en todo el mundo se obtienen a partir de

arrabio producido en altos hornos, hay otros m#todos de refinado del hierro que se han

practicado de forma limitada. $no de ellos es el denominado m#todo directo para fabricar

hierro y acero a partir del mineral, sin producir arrabio. En este proceso se mezclan mineral de

hierro y coque en un horno de calcinación rotatorio y se calientan a una temperatura de unos%&' (C. el coque caliente desprende monó)ido de carbono, igual que en un alto horno, y

reduce los ó)idos del mineral a hierro met*lico. +in embargo, no tienen lugar las reacciones

secundarias que ocurren un alto horno, y el horno de calcinación produce la llamada espona

de hierro, de mucha mayor pureza que el arrabio. -ambi#n puede producirse hierro

pr*cticamente puro mediante electrólisis, haciendo pasar una corriente el#ctrica a tra#s de

una disolución de cloruro de hierro. /i el proceso directo ni el electrol0tico tienen importancia

comercial significatia.

1inalmente, las t#cnicas y procedimientos de refinación del acero, no se encuenntran

f*cilemente en la litereatura t#cina, por cuanto constituyen secretos industriales, que son labase de la competitiidad.

En el presente trabao se har* una descripción de los proecsos de obtención del acero, una

clasificación de los metódos de afino y su descripción y, adem*s el proceso de afino del acero

fuera del horno el#ctrico de arco.

Generalidades de la Obtención del Acero

El acero se obtiene a partir de dos materias primas fundamentales2 el arrabio obtenido enhorno alto y la chatarra.

"utor2 "rturo Carrasco - 2 - 2015

Afnamiento del Acero




La fabricación del acero en s0ntesis se realiza eliminando las impurezas del arrabio y

a3adiendo las cantidades conencionales de 4g, +i y de los distintos elementos de aleación.

Los m#todos m*s importantes de fabricación de aceros son los siguientes2

Métodos antiguos: 5ornos de 6eerbero 7+iemens84artin9: Conertidor ;essemer.

Métodos modernos: Conertidor L.<.: 5ornos el#ctricos de arco 5.E.".: Conertidor ".=.6.:

5orno de inducción.

Métodos actuales: 4etalurgia secundaria en cuchara.

La metalurgia secundaria se llea a cabo en equipos diersos, tales como cucharas,

conertidores u hornos especiales.

PROCESO DE CRISOL ABIERTO.

Cualquier proceso de producción de acero a partir de arrabio consiste en quemar el e)ceso de

carbono y otras impurezas presentes en el hierro. $na dificultas para la fabricación del acero

es su eleado punto de fusión, >'' (C, que impide utilizar combustibles y hornos

conencionales. @ara superar la dificultad se desarrolló el horno a crisol abierto, que funciona a

altas temperaturas gracias al precalentado regeneratio del combustible gaseoso y el aire

empleados para la combustión. En el precalentamiento regeneratio los gases que escapan del

horno se hacen pasar por una serie de c*maras llenas de ladrillos, a los que ceden la mayor

parte de su calor. " continuación se inierte el fluo a tra#s del horno, y el combustible y el aire

pasan a tra#s de las c*maras y son calentados por los ladrillos, con este m#todo, los hornos

de crisol abierto alcanzan las temperaturas de hasta >.A&' (C.

El horno propiamente dicho suele ser un crisol de ladrillo plano y rectangular de unos A)>' m,

con un techo de unos B,& m de altura. $na serie de puertas da a una planta de trabao situada

delante del crisol. -odo el crisol y la planta de trabao est*n situados a una altura determinada

por encima del suelo, y el espacio situado bao el crisol lo ocupan las c*maras de regeneración

de calor del horno. $n horno del tama3o indicado produce unas >'' toneladas de acero cada

>> horas.

El horno se carga con una mezcla de arrabio 7fundido o fr0o9, chatarra de acero y mineral de

hierro, que proporciona o)0geno adicional. +e a3ade caliza como fundente y fluorita para hacer

que la escoria sea mas fluida. Las proporciones de la carga ar0an mucho, pero una carga

t0pica podr0a consistir en A'.''' g de chatarra de acero, >>.''' g de arrabio fr0o, &.''' g

de arrabio fundido, >B.''' g de caliza, >.''' g de mineral de hierro y B'' g de fluorita. $na

ez cargado el horno, se enciende, y las llamas oscilan de un lado a otro del crisol a medida

que el operario inierte su dirección para regenerar el calor.

<esde el punto de ista qu0mico la acción del horno de crisol abierto consiste en reducir por

o)idación el contenido de carbono de la carga y eliminar impurezas como silicio, fósforo,manganeso y azufre, que se combinan con la caliza y forman la escoria. Estas reacciones

"utor2 "rturo Carrasco - - 2015




tienen lugar mientras el metal del horno se encuentra a la temperatura de fusión, y el horno se

mantiene entre >.&&' y >.A&' (C durante arias horas hasta que el metal fundido tenga el

contenido de carbono deseado. $n operario e)perto puede uzgar el contenido de carbono del

metal a partir de su aspecto, pero por lo general se prueba la fundición e)trayendo una

peque3a cantidad del metal del horno, enfri*ndola y someti#ndola a e)amen f0sico o an*lisis

qu0mico. Cuando el contenido en carbono de la fundición alcanza el niel deseado, se sangra

el horno a tra#s de un orificio situado en la parte trasera. El acero fundido fluye por un canal

corto hasta una gran cuchara situada a ras del suelo, por debao del horno. <esde la cuchara

se ierte el acero en moldes de hierro colado para formar lingotes, que suelen tener una

sección cuadrada de unos &' cm de lado, y una longitud de >,& m. Estos lingotes, la materia

prima para todas las formas de fabricación de acero, pesan algo menos de D toneladas.

6ecientemente se han puesto en pr*ctica m#todos para procesar el acero en forma continua

sin tener que pasar por el proceso de fabricación de lingotes.

1.2 PROCESO BASICO DE OXIGENO.

El proceso m*s antiguo para fabricar acero en grandes cantidades es el proceso ;essemer,

que empleaba un horno de gran altura en forma de pera, denominado conertidor de

;essemer, que pod0a inclinarse es sentido lateral para la carga y el ertido. "l hacer pasar

grandes cantidades de aire a tra#s del metal fundido, el o)0geno del aire se combinaba

qu0micamente con las impurezas y las eliminaba.

En el proceso b*sico de o)0geno, el acero tambi#n se refina en un horno en forma de pera que

se puede inclinar en sentido lateral. +in embargo, el aire se sustituye por un chorro de o)0geno

casi puro a alta presión. Cuando el horno se ha cargado y colocado en posición ertical, se

hace descender en su interior una lanza de o)0geno. La punta de la lanza, refrigerada por

agua, suele estar situada a unos B m por encima de la carga, aunque esta distancia se puede

ariar según interese. " continuación se inyectan en el horno miles de metros cúbicos de

o)0geno a elocidades supersónicas. El o)0geno se combina con el carbono y otros elementos

no deseados e inicia una reacción de agitación que quema con rapidez las impurezas del

arrabio y lo transforma en acero. El proceso de refinado tarda &' minutos o menos, y es posible

fabricar unas B& toneladas de acero en una hora.

1.3 ACERO DE HORNO EEC!RICO.

En algunos hornos el calor para fundir y refinar el acero procede de la electricidad y no de la

combustión de gas. Como las condiciones de refinado de estos hornos se pueden regular m*s

efectiamente que las de los hornos de crisol abierto o los hornos b*sicos de o)0geno, los

hornos el#ctricos son sobre todo útiles para producir acero ino)idable y aceros aleados que

deben ser fabricados según unas especificaciones muy e)igentes. El refinado se produce en

una c*mara herm#tica, donde la temperatura y otras condiciones se controlan de forma

rigurosa mediante dispositios autom*ticos. En las primeras fases de este proceso de refinado

se inyecta o)0geno de alta pureza a tra#s de una lanza, lo que aumenta la temperatura del

horno y disminuye el tiempo necesario para producir el acero. La cantidad de o)0geno que

entra en el horno puede regularse con precisión en todo momento, lo que eita reacciones de

o)idación no deseadas.

"utor2 "rturo Carrasco - ! - 2015




En la mayor0a de los casos, la carga est* formada casi e)clusiamente por material de

chatarra. "ntes de poder utilizarla, la chatarra debe ser analizada y clasificada, porque su

contenido en aleaciones afecta a la composición del metal refinado. -ambi#n se a3aden otros

materiales, como peque3as cantidades de mineral de hierro y cal seca, para contribuir a

eliminar el carbono y otras impurezas. Los elementos adicionales para la aleación se

introducen con la carga o despu#s, cuando se ierte a la cuchara el acero refinado.

$na ez cargado el horno se hacen descender unos electrodos hasta la superficie del metal. La

corriente el#ctrica fluye por uno de los electrodos, forma un arco el#ctrico hasta la carga

met*lica, recorre el metal y uele a formar un arco hasta el siguiente electrodo. La resistencia

del metal al fluo de corriente genera calor que, unto con el producido por el arco el#ctrico,

funde el metal con rapidez. 5ay otros tipos de horno el#ctrico donde se emplea una espiral

para generar calor.

Clasi"cación de los #$todos de A"no

+egún el obeto que tratan de conseguir se clasifican en tres grandes categor0as2

Trata#iento de des%asi"cación: El acero contiene elementos perjudicialesque deben eliminarse. Entre éstos están los gases disueltos durante el proceso defabricación; idrógeno; !"#geno; $itrógeno. %ara reducir el tama&o al má"imo delcontenido de estos gases' en especial el idrógeno' se somete al acero l#quido al

(ac#o' seg)n distintos procesos' que pueden agruparse en tres técnicas principales:

A.1." Desgasificación del chorro de colada: Consiste en situar el recipiente receptor del

acero l0quido 7cuchara o lingotera9 en una c*mara de ac0o, sobre la que se austa la cuchara

que contiene el acero l0quido. El chorro de acero, por efecto del ac0o, se fracciona en gotas

que faorecen las eliminación de los gases.

A.2." Desgasificación del acero en la cuchara2 La cuchara se sitúa preiamente en una

c*mara de ac0o. @ara facilitar la desgasificación, el acero se remuee por una corriente de gas

inerte 7"rgón9 o electromagn#ticamente.

A.3." Desgasificación por recirculación2 Consiste en hacer circular repetidas eces el acero

por un recipiente que actúa de c*mara de ac0o.

B." !ratamiento de afino de lo# acero# ino$ida%le#2 La chatarra se funde en un horno

el#ctrico de arco de inducción. <espu#s de colada la cuchara con el acero fundido en la

c*mara y hecho el ac0o, se inyecta o)0geno con una lanza situada en la parte superior, que

elimina el carbono con un m0nimo de o)idación met*lica. "l mismo tiempo, se pasa "rgón a

tra#s de un tapón poroso situado en el fondo de la cuchara, para homogeneizar la masa del

acero l0quido.

"utor2 "rturo Carrasco - & - 2015




C." !ratamiento de &omo'enei(aci)n *or %ar%oteo2 Consiste en la agitación del ba3o

mediante la inyección de un gas inerte, generalmente "rgón, a tra#s del fondo de la cuchara o

por una lanza.

D." !ratamiento# de de#+lf+raci)n , de#o$idaci)n2 +e insuflan estos productos en polo, a

tra#s de una lanza, por medio de un gas inerte. Los productos m*s frecuentes para insuflar

son el 7+FLFCF=8C"LCF=9 G+i8CaG y diersas escorias sint#ticas. La agitación del acero por el

paso del gas produce e)celente homogeneidad de composición y temperaturadel ba3o y una

meora de la limpieza.

E." De#o$idaci)n del acero *or el car%ono en el -aco o /0CD"2 "l ser tratado el acero en el

ac0o conteniendo carbono y o)0geno disueltos estos elementos reaccionan entre s0, dando

origen a C=, de esta forma se elimina el o)0geno del acero sin dear residuos sólidos

7inclusiones no met*licas9. El C= 7gas9 es eliminado del sistema 7ac0o9, siguiendo la reacción

hasta pr*cticamente la eliminación total del o)0geno. La deshidrogenación tambi#n es m*s

eleada, al ser ayudada por el desprendimiento de burbuas de C=, que facilitan el arrastre del

hidrógeno.

." !ratamiento# de afino con calentamiento de acero en c+c&ara2 @or este proceso

pueden conseguirse aceros con muy bao contenido de azufre y gases, muy limpios y con

control de la morfolog0a de las inclusiones. -ambi#n se consigue e)celente control de la

composición y la temperatura. Las cucharas se montan con tampones porosos por los que se

inyecta "rgón. $na ez obtenido el grado de desulfuración deseado se a3aden las

ferroaleaciones requeridas obteni#ndose el acero programado.

G." Adici)n de Al+minio , Calcio *or medio de alam%re o de *ro,ectile#2 El alambre se

introduce a gran elocidad en el acero mediante un mecanismo especial. "l mismo tiempo se

remuee el acero de la cuchara inyectando "rgón. En el caso de adición por proyección, los

proyectiles se lanzan a una elocidad controlada para que almacenen el fondo de la cuchara,

por medio de un aparato que funciona como una metralleta de aire comprimido.

H." Ref+#i)n *or arco %ao -aco /0AR" , %ao e#coria electrocond+ctora /E.S.R." 2 @or

estos m#todos se producen lingotes de acero de gran pureza. "mbos m#todos consisten en la

refusión de un electrodo de la composición qu0mica deseada, en un crisol enfriado por agua,

realiz*ndose simult*neamente la fusión del electrodo y la solidificación del acero.

D. @roceso de la 1*brica Herdau "I".

Como se mencionó en la introducción, pocas empresas describen en detalle o con alguna

profundidad, el proceso que realizan para obtener el acero bao especif0caciones deseadas.

-ranscribo a continuación el proeco Herdau "I".

El proceso metalúrgico que se desarrolla atraiesa por dos etapas, denominadas2 fusión y

afino.

"utor2 "rturo Carrasco - ' - 2015




<urante la fusión, toda la carga pasa de estado sólido a l0quido.

En el afino, ocurre un conunto de reacciones qu0micas en la masa l0quida, las que permiten

obtener la composición y purezas deseadas. <urante esta etapa, se inyectan al horno,

importantes cantidades de o)0geno para remoer y e)traer las impurezas. Las diferentes

calidades del acero Herdau "I" se obtienen as0, de un cuidadoso control en la composición

qu0mica y mediante la adicción de ferroaleaciones.

Cuando el acero l0quido cumple con las especificaciones requeridas,se retira mediante una

cuchara en la nae de "cer0a. La cuchara con su contenido de acero l0quido a >.''(C, es

luego trasladada a la m*quina de colada continua. Con este equipo, se aplica un proceso

distinto al conencional para transformar el acero l0quido, en un producto semiterminado2 la

palanquilla.

El acero l0quido que se encuentra en la cuchara de colada, es transferido a una artesa o

distribuidor llamado -$/<F+5, desde donde pasa a las 0as de colada. <esde el -$/<F+5 el

acero cae dentro de tres lingoteras de cobre de doble pared, refrigeradas por agua. Las

lingoteras, tienen una sección cuadrada que puede medir >D')>D' mm de lado, en ellas

comienza la solidificación del acero, con la formación de una delgada c*scara superficial

solidificada que contiene un núcleo de metal aún l0quido.

@ara ayudar a acelerar la formación de dicha c*scara, las lingoteras tienen un moimiento de

oscilación ertical.

<espu#s de dear las lingoteras, el acero superficialmente sólido, es tomado por uegos de

rodillos refrigerados con chorros de agua a alta presión. <urante el paso por los rodillos, el

acero se solidifica completamente y ya conertido en palanquilla, es enderezado y cortado

autom*ticamente a la medida deseada, por medio de sopletes cortadores.

PROCESO DE (ACIO )DESGASI*ICACI+, DELACERO *,DIDO

<espu#s de ser producido en cualquiera de los hornos de fabricación de acero, el acero

derretido puede refinarse aún m*s para producir acero de alza pureza y homogeneidad. Esto

se logra remoiendo los gases 7o)0geno, hidrógeno y nitrógeno9 en el acero derretido que

fueron absorbidos o formados durante el proceso de fabricación.

+i los gases no se remueen antes que el acero se solidifique, su presencia o sus con otros

elementos en el acero puede producir defectos tales como2 inclusiones 7part0culas sólidas de

ó)ido9, sopladuras 7bolsas de gas9, descascarillamiento 7grietas internas9 y fragilidad 7p#rdida

de ductibilidad9.

La desgasificación del acero fundido se llea a cabo e)poni#ndolo a un ac0o. La presiónenormemente reducida sobre la superficie del l0quido permite que los gases escapen.

"utor2 "rturo Carrasco - / - 2015




El acero fundido puede desgasificarse de arias maneras. Las dos m*s comunes son2

<E+H"+F1FC"CF=/ @=6 1L$J=

<E+H"+F1FC"CF=/ E/ L" =LL" <E C=L"<".

<E+H"+F1FC"CF=/ @=6 1L$J=

En este proceso, el acero fundido se ierte desde la olla de colada dentro de una lingotera, la

cual est* completamente encerrada en una c*mara de ac0o. 4ientras el fluo de acero fundido

cae dentro del ac0o, se separa en gotitas. <ebido a la reducida presión sobre el l0quido, los

gases disueltos reientan y se e)traen fuera de la c*mara por medio de una bomba de ac0o.

Libre ya de gases en la lingotera, #ste se solidifica en un acero de alta pureza.

DESGASI*ICACIO, E, LA OLLA DE COLADA

En este proceso, el acero derretido se desgasifica en la olla de colada. +e hace descender un

recipiente de ac0o calentado de modo que su boquilla de absorción quede por debao del niel

l0quido del acero fundido.

La presión atmosf#rica impulsa el acero fundido hacia arriba dentro de la c*mara de ac0o, en

donde los gases reientan y se e)traen mediante la bomba de ac0o. La eleación del

recipiente de ac0o permite que el acero fundido fluya de uelta, por la fuerza de graedad,

dentro de la olla de colada. Este ciclo se repite arias eces hasta que la totalidad el acero

fundido en la olla se ha desgasificado.

Procesos de a"no del acero

f+era del &orno elctrico de arco.

Los procesos de afino fuera del horno el#ctrico, tambi#n llamados secundarios!, est*ndirigidos a eliminar las inclusiones, los gases y la segregación. La metalurgia de estos

procesos se basa en el afino en ac0o, en la reducción de la presión parcial del C=, en la

refusión y en la solidificación dirigida.

@ara poder hacer comparaciones metalúrgicas, estableceremos una clasificación por grupos,

según que el afino metalúrgico se llee a efecto en ac0o! o no y que las materias primas sean

acero l0quido o sólido.

Grupo 1. +e incluyen en este grupo procesos metalúrgico de afino que tienen lugar en ac0o y

en los que parte de la materia prima es acero l0quido.

"fino en ac0o sin aportación t#rmica2 ;K, <5, 65, <, H"IFL.





"fino en ac0o con aportación t#rmica2 "+E"8+1, 1F/L.

"fino en ac0o con =B2 F--E/, K86, "+K, "K6.

Grupo 2. Comprende los procesos metalúrgicos de afino que tienen lugar en ac0o partiendo

de materia prima sólida.

• *efusión por +a, de electrones: E- elcetron beam/.

• *efusión por electrodo en (ac#o * (acuum arcremelting/.

• 3usión 4 ano en alto (ac#o con aportación térmica: de 6 en 67/ 6*8! 9E7E8.

Grupo 3. Comprende los procesos metalúrgicos de afino que tiene lugar sin ac0o partiendo de

materia prima sólida.

• <escarburación por argóno"#geno: !<.

• <escarburación por (apor de aguao"#geno: =<<E*!7.

• <escarburación por argónnitrógenoo"#geno: !<$2.

Grupo 4. Comprende el proceso metalúrgico que tiene lugar sin ac0o partiendo de la materia

prima sólida.

• *efusión de electrodo bajo escoria electroconductura: E* o E=.

4.1 GR5PO 1.

Efecto del vacío en los gases disueltos en el acero.

La ley de acción de masas se aplica a los equilibrios

5B M M5, C= M CN= y MM M MM

La eliminación del 5B es f*cil, pues no forma compuestos estables en el acero, mientras que la

del /B es m*s dif0cil, ya que forma nitruros estables.

La afinidad de los elementos deso)idantes corrientes, como el +i, -i, "l, Etc. 7fig >9, no

depende de la presión.

El carbono es el único elemento de utilización industrial que origina una fase de deso)idación

gaseosa y constituye un en#rgico deso)idante, igual que el "l o el -i, pero al ser sensible a las

ariaciones de presión, resulta m*s ers*til que #stos. " >A''oC, el "LB=D es reducido por elC 7 a O B.D -orr de presión9. Los ó)idos de +i y 4g son igualmente reducidos por el C en ac0o

y, mientras que el "l y el +i pasan al acero, el 4g se olatiliza.





El e)amen de las energ0as libres de las reacciones de formación de los ó)idos eidencia la

posibilidad de la reducción de los ó)idos met*licos por el C 7fig. B9. Este es el fundamento del

afino por ac0o en muchos nueos procesos, consigui#ndose con ellos aceros mucho m*s

limpios, al hacerse deso)idación 0a C=.

La metalurgia del ac0o se introduo hacia el a3o >%&&. Las roturas catastróficas que se

produeron en arias centrales el#ctricas de Estados $nidos aceleraron la puesta en marcha de

los procesos alemanes de desgasificación por ac0o 7eliminación del 5B9. La ley de +iebert rige

el fenómeno y basta un ac0o menor de >' -orr para baar el =B a nieles inocuos. El ac0o

elimina parcialmente el 5B, =B y el /B.

El acero fabricado en horno el#ctrico conencional con escoria b*sica y reductora 7calmado en

horno9 contiene2

5B a P' ppm '.''' 8 '.'''P Q

/B P' a >'' ppm '.''P' 8 '.'>'' Q

=B &' a P' ppm '.''&' 8 '.''P' Q

El acero fabricado en horno el#ctrico conencional y desgasificado en ac0o contiene2

5B > a B ppm '.'''> 8 '.'''B Q

/B ' a P' ppm '.''' 8 '.''P' Q

=B B' a &' ppm '.''B' 8 '.''&' Q

El caero desgasificado en alto ac0o 7>'8B a >'8 -orr9 contiene2





5B O > ppm./B O B' ppm.

=B O >' ppm.

Con contenidos de 5B inferiores a B ppm no hay problemas de copos! y la segregación

disminuye de forma importante.

El ac0o se emplea con obetios diferentes2

Eliminación parcial de gases en el acero. e elimina en parte más o menosimportante de los gases disueltos en el acero.

<eso"idación del acero por el 8 en (ac#o. e puede eliminar la ma4or parte delo"#geno disuelto en el acero unas decenas de ppm/.

<escarburación del acero por !2 en (ac#o. . e puede descarburar a fondo elacero sin o"idarlo apreciablemente' lo que requiere eliminar unos millares de ppmde gases.

A"no en (ac4o sin A5ortación T$r#ica

Procedimiento Bochumer erein !B". Consiste en una desgasificación din*mica o en chorro

que sea realiza en cuchara o en tanque: el acero entra en el tanque o en la cuchara y se rompeen multitud de peque3as gotas. Este procedimiento se emplea fundamentalmente en la

desgasificación del acero para grandes lingotes 7figs. D y 9.

Procedimiento Dortmund #older !D#". La desgasificación se llea a cabo en una asia

especial que se introduce parcialmente en una cuchara: al hacer el ac0o en la asia, el acero

penetra en la misma y se desgasifica 7fig. &9: #sta operación se repite arias eces. " tra#s de

una esclusa se pueden efectuar tambi#n adiciones.

Procedimiento$uhr%#eraus !$#". Es una ariante del anterior: en ez de un tubo, la asia

donde se hace el ac0o tiene dos: por medio del argón se hace circular el acero de la cuchara ala asia, por la que la desgasificación se realiza en una sola operación.

Procedimiento &D. <eso)idación del acero por ac0o. Este procedimiento se llea a cabo en

un tanque de ac0o: el acero procedente del horno el#ctrico o L<, con un contenido de +i

inferior '.'Q y sin "l u otro deso)idante, se cuela en una lingotera de baa presión: el C y el =

del acero se combinan, deso)id*ndose el acero por el C a la ez que se eliminan el 5B y el /B.

Procedimiento G'()*. <esgasificación del acero por ac0o en cuchara, en la que el argón se

insufla por el fondo a tra#s de un tapón poroso.





A"no en 6ac4o 5or a5ortación t$r#ica

Procedimiento '+E'%+&, . El acero procedente de un horno el#ctrico de arco se trasasa a

una cuchara b*sica de acero ino)idable austen0tico para poder emplear la bobina agitadora.

+egún se desgasifica, el acero se calienta, emple*ndose un tapa de ac0o o una tapa con tres

electrodos. El proceso no descarbura y, por lo tanto, no hay eliminación de @. Este

procedimiento se emplea para obtener aceros de alta y media aleación con baos contenidos

de 5 y alto grado de pureza.

La caracter0stica fundamental del procedimiento "+E"8+1 es que se consiguen contenidos de

+ muy baos, empleando en la deso)idación del acero aluminio en polo y mischmetal. $n

equipo "+E"8+1 comprende2

• 8uc+ara de acero ino"idable austen#tico con re(estimiento neutro 4 básico.

• -obina agitadora de inducción.

• Equipo de calentamiento eléctrico trifásico de arco.

• 9apa de (ac#o.

• 9apa para calentamiento por arco.

El tiempo del tratamiento es de B h & min y la marcha del proceso se esquematiza en la figuraP.

Procedimiento ,)-&* !'D". El acero procedente de un horno el#ctrico se trasasa a una

cuchara b*sica con buza deslizante y tapón poroso para agitación por argón. La cuchara se

introduce en un tanque de ac0o y se cierra con una tapa especial que llea tres electrodos

para calentamiento por arco el#ctrico: a la ez se hace un ac0o para desgasificar el acero y

afinar. La desulfuración se efectúa igual que en el horno el#ctrico de arco, pero con la entaa

de una agitación continua por argón y ac0o. Las adiciones de elementos aleantes y reductores

se realizan en ac0o a tra#s de una esclusa.

Este procedimiento se emplea para el afino de los mismos aceros que el "+E"8+1. Los

contenidos de 5B son baos y el grado de limpieza del acero muy bueno. El equpi 1F/L

comprende2

• 8uc+ara básica o neutra con tapón poroso para argón.

• 6nstalación de (ac#o por e4ectores.

• =na tapa de (ac#o 4 calentamiento por arco.

• Equipo eléctrico trifásico para calentamiento por arco.





• 9anque de (ac#o.

La marcha del proceso es la que se muestra en la figura %.

A"no en (ac4o con O2

Los procedimientos incluidos en este apartado se basan en la misma reacción. Las baas

presiones faorecen el desplazamiento hacia la derecha del equilibrio

C N '.& =B 7disuelto9 R C= M

"s0 mismo la preferencia de #sta reacción sobre la o)idación del Cr,

DCr N = R CrD=,

hace que sea posible la descarburación de las coladas altas en Cr sin p#rdida del mismo, como

se e en el diagrama de equilibrio a presiones reducidas 71ig. >'.a9.

" > ''oC y presión normal una colada con >PQ de Cr sólo puede ser descarburada hasta

'.BBQ de C sin o)idar el cromo 7fig. >'.b9. " '.& atm se puede descarburar '.>BQ de C sin

perder Cromo y a '.> atm hasta '.'BQ de C sin p#rdida de cromo.

Procedimientos )//E-0 %$ '+.

En un +orno eléctrico o similar se funde una colada con un contenido ele(ado de8r 4 $i 4 con un contenido de 0.5> a 1> de 8.

l nal de la fusión se +omogenei,a 4 agrega el cromo necesario para alcan,ar1?.5> de 8r 4 el n#quel pedido en especicación. e (uelca el acero en una cuc+arabásica con bu,a desli,ante 4 se introduce en un tanque de (ac#o.

e +ace el (ac#o 4 se in4ecta !2 puro a tra(és de una lan,a refrigerada a una(elocidad de 1@ mABmin' para una carga de @59' a la (e, que por el fondo de lacuc+ara se in4ecta el argón 0.05C mABmin/' consumiéndose durante el ano 0.2mAB9.

e agrega la me,cla necesaria para la reducción de los ó"idos de 8r 4 7n de laescoria 4 el i necesario para cumplir las e"igencias de la especicación.

e elimina el (ac#o' se saca la tapa 4 se +acen las adiciones para ajustar el aceroa lo establecido por la especicación' agitando con argón. i es necesario se agregacalespato u otro desulfurante; se elimina as# el 50> de .

3inalmente' si la temperatura es ele(ada' se puede introducir c+atarra deino"idable para enfriar.





El ac0o a que se trabaa es generalmente de B' -orr. +i se quiere fabricar un tipo L, de muy

bao contenido de carbono, se puede baar el ac0o a menos de >' -orr.

Las diferencias entre los tres procesos residen e)clusiamente en los mecanismos de toma de

muestras, lanzas de =B y ac0o empleado.

En la figura >> puede erse el conunto del equipo.

La tapa del tanque llea una esclusa por donde se efectúan las adiciones sin perder el ac0o.

La lanza refrigerada est* situada en el centro de la tapa y con una inclinación determinada a a

un tubo para la toma de muestras, que se pueden e)traer sin necesidad de reducir el ac0o. La

temperatura de trabao se puede controlar perfectamente y no se deben superar los > ''oC,

ya que en caso contrario se elear0a el consumo de refractario.

El rendimiento del Cr es de %P8%%Q, y el del 4n, del P'Q.

Procedimiento '**EG#E- '5 $E,)-)-G !'$".

Este proceso es similar al F--E/, K86 y "+K, ya que el principio en que se funda es la

o)idación del carbono 7descarburación del acero9 por =B en ac0o, ayud*ndose de un equipo

"+E"8+1.

El metal procedente de un horno el#ctrico de arco se trasasa a una cuchara de acero

ino)idable austen0tico que llea acoplada una bobina agitadora. La cuchara se cubre con una

tapa con cierre de ac0o: una lanza consumible para soplado con =B atraiesa la tapa y sesumerge >& cm por debao del niel del acero: el desgaste de la lanza es de B.& cmS min. El

proceso se realiza entres etapas.

Soplado con oxígeno. El soplado se lle(a a cabo de acuerdo con el contenido decarbono. e empie,a con un (ac#o de 1D0 9orr +asta bajar el carbono a 0.@0>'después se intensica el (ac#o +asta A0 9orr 4' cuando se +a conseguido bajar elcontenido de carbono a 0.10>' se +ace el (ac#o a 1 9orr +asta nali,ar el soplado.

Reducción. a reducción de los ó"idos de 8r 4 7n se efect)a con 3ei8r 4 3ei

7n' cal 4 espato; para facilitar la reducción se insua argón a tra(és de un tapónporoso colocado en el fondo.

Terminado. Feneralmente se +ace con 3ei 4 3e7n anados; sólo algunas(eces se necesario reali,ar peque&as adiciones de aleantes; en este caso' se puede+omogenei,ar el ba&o rápidamente por medio de la bobina. 8uando es necesario sepuede emplear una tapa con tres electrodos para calentar el acero EG3/.

4.2 Gr+*o II.

Comprende los procesos de afino metalúrgico en ac0o partiendo de la fase sólida2

"utor2 "rturo Carrasco - ! - 2015




orno de fusión por +a, de electrones Electron -eam' E-/.

*efusión del electrodo en (ac#o acuum rc *emelting' */

3usión 4 ano en alto (ac#o. orno de inducción en (ac#o 67/ 4 6*8! 9E7E8.

Estos procesos trabaan con ac0os de >'8B a >'8 -orr.

Procedimiento EB. Es un proceso de fusión por medio de haces electrónicos en el que se

puede partir de chatarra, iruta, espona, etc.

Estos hornos se desarrollaron a partir del a3o de >%A' al empezar a fabricarse en "lemania

1ederal las fuentes de emisión de electrones, como son los ca3ones de difusión de electrones

planos, circulares y anulares.

Fgual que ocurre en la fusión en horno de inducción al ac0o hay olatilización de

oligoelementos y adem*s p#rdida de 4n.

Procedimiento '$ . +e basa en la refusión de un electrodo de composición qu0mica conocida

por arco en ac0o. La presión de trabao es de >'8B a >'8 -orr: sin embargo, entre el electrodo

y el metal l0quido la presión es de > -orr debido al desprendimiento de gases.

;ao la influencia del arco el#ctrico, el electrodo funde en forma de gotas tan pronto como se

alcanza el punto de fusión, por lo cual no hay sobre calentamiento superficial del ba3o l0quido u

y la temperatura se mantiene de >& a 'oC por encima del punto de fusión.

"n*logamente al procedimiento E+6, lo ideal es tener un ba3o l0quido lo m*s plano posible

para eitar segregaciones. Este procedimiento permite hacer la refusión en una atmósfera

determinada de "r, /B, etc.: adem*s se puede refundir bao escoria si se desea.

La eliminación del =B se realiza por reacción con el C para formar C= o por flotación de los

ó)idos, no se consigue desulfuración, pero se elimina por aporización parte de los

oligolementos, @b, Cu, +n, +b, ;i, etc.

Proceso de 7usión 8 a"no #etal9r%ico en alto6ac4o

Con a*ortaci)n trmica.

Estos proceso se llean a cabo en ac0o de >'8B a >'8 -orr, lo cual hace necesarias

instalaciones muy costosas. La colada y solidificación se hace tambi#n en ac0o. @ertenecen a

#ste apartado los procedimientos2 KF4 y "F6C=8-E4E+C"L.

"utor2 "rturo Carrasco - & - 2015




Procedimiento )5. La fusión en horno de inducción en ac0o, o procedimiento KF4, consiste

en fundir una carga sólida o en trasasar una carga l0quida afinada en un horno el#ctrico de

arco y desgasificado por ac0o a un horno de inducción en ac0o, donde se llea a cabo la

aleación y el afino. El problema principal es el reestimiento, ya que, con materiales b*sicos o

neutros, como el "lB=D o 4g=, no es posible baar el =B a nieles inferiores de D' ppm al

reaccionar el o)0geno del reestimiento con el carbono contenido en el acero. Los

reestimientos de estos hornos se hacen con cal fundida o con cal cristalina.

/o hay desfosforación y la eliminación del azufre en fase gaseosa es tanto m*s dif0cial cuanto

menos es el contenido de =B. Los oligoelementos, @b, Cu, +n, ;i, etc., se eliminan

parcialmente por aporización.

Procedimiento ')$6 % /E5E+'*. +e trata de una combinación de los procedimientos KF4

y E;. El acero fundido en horno de inducción al ac0o pasa a una c*mara de ac0o con horno

de mantenimiento t#rmico donde se corrige la composición qu0mica: desde all0 fluye a un

antecrisol de arias soleras planas de Cu en cascada, refrigerado por agua 7fig. >B9, los

ca3ones de proyección plana de electrones 7E;9 compensan las p#rdidas de temperatura en

un ac0o de >'8 -orr.

La parte final del proceso consiste en controlar la solidificación para eitar segregaciones y dar

al producto la forma adecuada.

GR5PO III.

Como se ha indicado, se incluyen en este grupo los procedimientos en los que el afino

metalúrgico se hace sin ac0o partiendo de fase l0quida.

Estos procedimientos se conocen como "=<, $<8<E65=L4, "=<8/B y se basan en la

reacción

'.B& CrD= N C T '.& Cr N Co 7gas9

" una temperatura constante una reducción de la presión parcial del Co da lugar a una p#rdida

de carbono en el ba3o al reaccionar con el CrD= o con el o)0geno aportado al mismo.

El Co se diluye con argón, /B o apor de 5B=, según el procedimiento que se emplee, por lo

cual y mientras en el sistema e)istanm C y = reaccionan hasta eliminarse mutuamente.

Procedimiento '6D !'rgon%o7gen decar8uration". "unque teóricamente se puede aplicar

a toda clase de aceros, este procedimiento solo se emplea industrialmente para descarburar

aceros con alto contenido de Cr. El acero l0quido, rico en cromo y con un contenido de carbonode '.& a >.'Q, procedente de un horno el#ctrico, se trasasa a un conertidor a una

"utor2 "rturo Carrasco - ' - 2015




temperatura superior a > &''oC 7fig. >D9. En el proceso global cabe distinguir las siguientes

etapas2

16 Eta*a. +e sopla "rS=B en la proporción D 2 > hasta subir la temperatura a > AD'oC o)idando

el silicio y parte del cromo y del carbono. La eleación de >D'oC se efectúa a una elocidad de

P8>' oSmin. <urante esta etapa el contenido de carbono disminuye a '.B'8'.B&Q, el cromo se

reduce en un '.&'Q y el +i se elimina.

26 Eta*a. +e baa la proporción "rS=B a B 2 >. +e sopla durante P8>' min subiendo la

temperatura hasta > ''oC, el carbono baa a '.'%8'.> Q y se o)ida un '.&Q de Cr.

36 Eta*a. +e modifica la relación "rS=B a > 2 B. @ara baar el carbono hasta '.'Q hay que

eliminar un '.'AQ min. /o se produce aumento de temperatura por el efecto refrigerador del

argón.

46 Eta*a. 6educción. +e agrega al conertidor una mezcla reductora para recuperar los ó)idos

de Cr y 4n que hay en la escoria y para austar a la especificación los contenidos de silicio y

manganeso del acero, se insufla argón durante D8 minutos para homogeneizar. +i es

necesario, la desulfuración se llea a cabo en esta etapa, para lo que se desescoria, se agrega

la cantidad de cal8espato precisa y se agita con argón durante 8& minutos: la tyemperatura

baa a unos D'8&'oC, lo que hay que tener siempre en cuenta. $n contenido de azufre de

'.'B'Q disminuye a '.'>BQ. +e pueden hacer arios escalones de desulfuración.

Este procedimiento se emplea en la fabricación de aceros ino)idables, refractarios y para

*lulas.

Procedimiento DDE$#6*5. Este procedimiento se desarrolló en +uecia, y sigue el mismo

sistema "=< con la ariante de emplear apor de agua en ez de argón.

El apor de agua se disocia en o)0geno e hidrógeno, razón por la cual al final del soplado el

acero est* saturado de 5B, que mediante un gas inerte, > mDS-, se elimina hasta nieles de &

cmD S >'' g.

Este procedimiento presenta la entaa de sustituir el argón, con lo cual el precio por tonelada

de acero debe ser inferior al obtenido con el "=<.

Procedimiento '6D%-2 . Cuando se fabrican aceros L, muy baos en carbono 7CT '.'DQ9, el

argón de la BU etapa se puede sustituir por /B, con lo cual es posible reducir gastos.

En los aceros ino)idables austen0ticos 7aceros al Cr8/i84n9 que llean nitrógeno 7'.>''8

'.B'''Q9 el argón se sustituye totalmente por nitrógeno.

GR5PO I0.

Este grupo se reduce a un único procedimiento, el E+6, que consiste en la refusión de unelectrodo consumible bao escoria electroconductora. Est* basado en una patente americana

"utor2 "rturo Carrasco - / - 2015




de 6.. 5opVins perfeccionada por los rusos y posteriormente de EE.$$, Fnglaterra, "lemania

y "ustria.

En este procedimiento se emplea el calor originado al pasar la corriente el#ctrica a tra#s de

una escoria l0quida para refundir el electrodo. La instalación responde al esquema que se

muestra en la figura >.

<ebido a la resistencia el#ctrica en la fase escoria l0quida, la corriente se transforma en calor

por efecto Joule, por lo que se funde el electrodo sumergido en la escoria. El intenso

calentamiento de la escoria en contacto con el metal l0quido repercute faorablemente en la

reacción escoria8metal.

El electrodo se funde originando numerosas gotas, por lo que el contacto escoria8metal es muy

bueno. Las escorias est*n formadas por "lB=D, 1BCa , Ca= y +i=B.

La desulfuración en fase gaseosa es una caracter0stica del procedimiento E+6. El azufre de la

escoria se une al =B del aire para formar +=B. /o se elimina 5B y parece ser que en los

di*metros superiores a > m hay reentrada de 5B. @or tales motios, este sistema e)ige una

eliminación preia de 5B por ac0o. =tra precaución a tener en cuenta es que el electrodo que

se refunde debe ser homog#neo, es decir, sin segregación.

En el procedimiento E+6 puede utilizarse lingotera fia o móil y es importante que la forma del

ba3o l0quido sea siempre lo m*s plana posible para eitar segregaciones. El acero solidifica

r*pidamente en una lingotera de cobre refrigerada por agua.

Las entaas esenciales del procedimiento se pueden sintetizar como sigue2

• <esulfuración importante 4 deso"idación notable g. 15/

• umento de la pure,a del metal por disminución de las inclusiones no metálicas.

• 7ejora sensible de la segregación.

• !btención de estructuras de solidicación longitudinales.

CO,CLSI+,

los modernos m#todos de producción del acero utilizan el arrabio como materia prima.

El afino se efectúa por los siguientes m#todos2 conertidor 7hogar abierto9, proceso de

inyección por o)0geno 7soplado9 y con horno el#ctrico. En el primer m#todo el afino del arrabio





se efectúa dentro de un gran recipiente reestido de una materia refractaria y con el fondo

perforado. La colada a una temperatura de >D'' (C se agrega al conertidor que se mantiene

en posición horizontal que eita que el l0quido alcance los orificios. El conertidor se endereza y

comienza el soplado de aire una ez terminada la carga. Con esto se logra una temperatura de

>A''(C. El proceso con el conertidor es muy r*pido y dura alrededor de B' minutos.

$na desentaa de este m#todo se que no permite un control muy e)acto del producto. "qu0 se

emplean tres tipos de procesos2 hierro fundido8chatarra, hierro fundido8mineral y sólo con

hierro fundido. El m#todo de soplado consiste en introducir un tubo al recipiente usto en la

superficie del arrabio, insuflando o)0geno a gran presión, que permite una reducción r*pida de

los componentes logr*ndose as0 un afino en un corto tiempo y con buenos resultados de

calidad del acero.

6ecientemente ha alcanzado gran difusión el proceso de horno el#ctrico, ya sea de arco o de

inducción. Con este proceso se obtienen productos de alta calidad. El horno el#ctrico est*

constituido por un horno recubierto de una bóeda, es con frecuencia basculante para facilitar

el aciado y la colada. +e emplean hornos de arco independientes, hornos de arco directo con

solera conductora o sin ella, hornos de resistencia , hornos de inducción. Los hornos el#ctricos

alcanzan f*cilmente las P' toneladas de arrabio y algunos las B'' toneladas, y permiten la

utilización de acero homog#neo y bien deso)idado.

=tra entaa que presentan es la de f*cil control de temperatura: as0 mismo alcanzan

r*pidamente temperaturas eleadas.

-ambi#n e)iste otro proceso para el afino que es el <úple), consistente en un primer afinado

en el conertidor y luego se completa en el horno el#ctrico.





BIBIOGRA7A.

:::.in7oacero.cl;aceros

:::.in7otrac.%ale%rou5.co#.;it:en;<n6-it:

:::.%ri55o.co#.ar;ar%entina;en%lis<;business;#etlur%ica.<t#

:::.#ono%ra"as.co#

:::.e=5oindustria.net;es>-<ornocuc<ara.<t#

Contenido

6ntroducción..................................................................................................................... 2

Feneralidades de la !btención del cero........................................................................2

8lasicación de los métodos de no..............................................................................5

%*!8E! <E 86! <EF636886H$/ <E 8E*! 3=$<6<!......................................D

<EF636886!$ E$ ! <E 8!<.....................................................................D

%rocesos de ano del acero..............................................................................................?

no en ac#o sin portación 9érmica............................................................................10

no en (ac#o por aportación térmica...........................................................................11

no en ac#o con !2....................................................................................................12

%roceso de fusión 4 ano metal)rgico en alto (ac#o......................................................1@

8!$8=6H$..................................................................................................................1D

http://www.infoacero.cl/aceros

http://www.infotrac.galegroup.com./itwen/hnv-itw

http://www.grippo.com.ar/argentina/english/business/metlurgica.htm

http://www.monografias.com/

http://www.expoindustria.net/esq-hornocuchara.htm

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Afino Del Acero

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