Materiales Ferrosos

1

FABRICACIÓN DEL ACERO

TITANIC

1. Los métodos de fabricación del acero son de relativa

importancia.

2. Cuando el contenido en N es relativamente elevado el acero

presenta baja ductilidad.

3. Otras impurezas, como azufre y fósforo, ejercen efectos

perjudiciales en los aceros, por lo que se les limita a un

cierto rango de composiciones (< 0,05 % en peso).

6. Para la obtención del acero se pueden seguir dos caminos:

a) Partiendo de los minerales de hierro, o

b) A partir de la chatarra (reciclando el acero)

7. A partir del mineral de hierro, es que se obtienen la mayor parte

de los aceros que utiliza la industria. Básicamente aceros al

carbono como: perfiles, planchas, barras corrugadas, etc.

8. Mediante la refusión de la chatarra, generalmente, se producen la

mayor parte de los aceros especiales: aceros de mediana aleación

(AISI 4340), aceros de alta aleación (acero inoxidable AISI 304).

5

alto horno convertidor máquina de colada continua

MINERAL de Fe ARRABIO ACERO LAMINACIÓN

reducción oxidación palanquilla o planchones

horno eléctrico máquina de colada continua

CHATARRA ACERO LAMINACIÓN

oxidación-reducción palanquilla o planchones

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OBTENCIÓN DEL ARRABIO

7 CRISOL

ETALAJE

VIENTRE

CUBA

TRAGANTE

AIRE

CALIENTE

Reducción directa

FeO + C Fe + CO

ESCORIA

ARRABIO

SECADO

1 900 ºC

200 ºC

1 200 ºC

600 ºC

1 500 ºC

COMBUSTIÓN DEL

COQUE

ALT

O H

OR

NO

gases gases

Temperaturas

al interior

Mineral de Fe

Coque

Fundente

Reducción indirecta

FeO + CO Fe + CO2

8

Consiste en un cuerpo casi cilíndrico de plancha de acero con

espesor: 25 mm – 40 mm.

Revestido interiormente por material refractario (cerámico).

Su diámetro varía de 2 m a 5 m; su altura de 30 m a 120 m.

Por la parte superior, tragante, se carga al alto horno.

Las toberas se encuentran por encima del crisol a través de las

cuales se inyecta aire caliente (800 °C – 1 000 °C). También se

puede introducir oxigeno para aumentar la eficiencia.

I.- ALTO HORNO

9

LA REDUCCIÓN (descomponer los óxidos separar el oxígeno

del hierro) LA PRODUCE EL CARBÓN DEL COQUE O CARBÓN

VEGETAL.

FeO + CO Fe + CO2

FeO + C Fe + CO

La parte inferior: CRISOL de forma circular, sirve de depósito para

el ARRABIO y la escoria.

ALTO HORNO

10

ALTO HORNO

http://www.fisicanet.com.ar/quimica/procesos/ap1/metalurgia01.gif

http://www.fisicanet.com.ar/quimica/procesos/ap1/metalurgia01.gif

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1. Minerales de hierro en forma de Pellets: 1 cm a 2 cm de

• Magnetita (Fe3O4), 74 % de Fe

• Hematita (Fe2O3), 40 a 65 % de Fe

MATERIAS PRIMAS

Pellets

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2. Normalmente se emplea el Coque (carbón mineral). Es el agente

reductor y combustible. Coque. Se obtiene al calentar el carbón

mineral en una horno de destilación seca, se logra eliminar

elementos en forma de gas y se convierte el carbón mineral en

carbón puro poroso.

El coque cuando se introduce en el alto horno, será quemado y

transformado en (CO), al reaccionar con el oxigeno.

MATERIAS PRIMAS

13

3. Fundentes: El mineral usado mayormente como fundente es

la caliza(CaCO3). Su función principal es la de combinarse

con las impurezas existentes en los pellets y coque y formar

la escoria. La escoria se encarga de proteger al arrabio de la

oxidación

4. Aire precalentado a 800 °C – 1 000 ºC u oxígeno.

5. PARA OBTENER UNA TONELADA DE ARRABIO SE EMPLEAN

APROXIMADAMENTE 1600 kg DE MINERAL DE HIERRO.

MATERIAS PRIMAS

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FORMACIÓN DEL GAS REDUCTOR: CO

C + O2 CO2

C + CO2 2 CO

• REDUCCIÓN INDIRECTA: el agente reductor es el CO

3 Fe2O3 + CO 2 Fe3O4 + CO2

Fe3O4 + CO 3 FeO + CO2

FeO + CO Fe + CO2

• REDUCCIÓN DIRECTA: agente reductor es el C

Alta temperatura

Contacto íntimo entre el oxido de hierro y el coque

FeO + C Fe + CO

REACCIONES

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Elementos que no se reducen: pasan totalmente a la escoria.

Estos son: CaO, MgO y Al2O3.

Elementos que parcialmente se reducen: parte que se reduce

pasa al arrabio y parte que no se reduce pasa a la escoria. Estos

generalmente son: SiO2, MnO, y S.

El arrabio será mejor y más apreciado cuanto menor sea su

contenido en azufre.

Se debe actuar de manera que sea mínima la parte que

vaya al arrabio y máxima la que vaya a la escoria.

REACCIONES

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ARRABIO

El contenido de C varía usualmente entre 3 % y 4 %

ARRABIO GRIS: alto Si, el C en forma de grafito fundiciones

ARRABIO BLANCO: bajo Si, el C en forma de Fe3C PARA LA

OBTENCIÓN DEL ACERO

Subproductos

ESCORIA: fabricación de cemento y asfalto

PRODUCTOS

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Tabla 2

ARRABIO % C % Si % Mn % P % S

Acero 3,0 – 4,0 0,2 – 1,0 0,8 – 1,3 < 1,5 < 0,07

Fundición 3,4 – 4,5 1,0 – 6,0 0,7 – 1,5 0,5 – 2,0 < 0,06

Ferromanganeso > 2,0 < 2,0 30 – 90 < 0,5 < 0,04

Ferrosilicio > 2,0 9 – 90 < 3,0 < 0,4 < 0,04

TIPOS DE ARRABIO

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ALTO HORNO

Colada del arrabio en carros torpedo para ser transportado a la

Acería de Convertidores al Oxígeno.

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OBTENCIÓN DEL ACERO

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1. La fabricación del acero implica: eliminar las impurezas del

arrabio o de la chatarra y controlar los contenidos de los

elementos que influyen en sus propiedades.

2. Los materiales que se utilizan para la fabricación del acero son:

Carga metálica: arrabio, chatarra, ferroaleaciones

Fundentes: ácido o básico (caliza o cal)

Aire u oxígeno

Desoxidantes (Al, Si o Mn).

FABRICACIÓN DEL ACERO FABRICACIÓN DEL ACERO

21

4. Aparte del tipo de refractario, la fabricación del acero se diferencia

en función del origen del calor requerido en el proceso:

Procesos en los que el calor necesario se obtiene mediante

gas, combustibles derivados de petróleo o energía eléctrica:

HORNOS (carga principal CHATARRA)

Procesos donde el calor se consigue por medio de una

reacción directa entre el O2 e impurezas tales como Si, P,

Mn, S, C, etc. contenidas en el arrabio (elementos

termógenos):

CONVERTIDORES (carga principal ARRABIO)

FABRICACIÓN DEL ACERO

22

CONVERTIDOR LD

23

CONVERTIDOR LD

Arrabio al

convertidor

http://juliocorrea.files.wordpress.com/2008/03/proceso-siderurgico.pdf




Fases del convertidor LD

• Fase de llenado: se inclina el

convertidor y se introduce en

él, en primer lugar, el arrabio

líquido procedente del alto

horno; a continuación el

fundente encargado de formar

y arrastrar la escoria. Una vez

cargado se coloca en posición

vertical

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• Fase de afino: Se inyecta

oxígeno mediante la lanza

refrigerada a una presión de 12

atmósferas. Éste provoca la

oxidación del carbono hasta

reducir su contenido por debajo

de 1 %.La reacción del carbono

con el oxígeno es muy rápida y

produce altas temperaturas que

mantienen el material en

estado líquido y se elimina el

exceso de fósforo, azufre y

silicio

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• Fase de vaciado: Se iniciaba una vez quemada las

impurezas. Se inclinaba de nuevo el convertidor y se

vertía el acero en las lingoteras.

26

27

6. Tiempo: 20 a 50 minutos, capacidad 35 a 300 toneladas

7. El acero es de alta calidad: %N: 0,002 – 0,005

CONVERTIDOR LD

Reducción

de contenido

de impurezas

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HORNO ELÉCTRICO TIPO ARCO

29

1. El horno trifásico, posee en la parte superior tres electrodos de

grafito, dispuestos en los vértices de un triángulo equilátero.

2. La tensión eléctrica oscila entre 100 V y 500 V.

3. La intensidad entre 10 000 A y 50 000 A (amperios).

4. Los electrodos operan como grandes sistemas de soldadura

dirigiendo el arco eléctrico directamente a la parte superior de la

carga, ascendiendo y descendiendo automáticamente para

controlar la corriente del arco.


30

6. La carga del horno está constituida fundamentalmente por

chatarra.

7. Se alcanzan temperaturas de hasta 3 500 ºC.

8. Se empleaban para la fabricación de aceros de alta calidad:

aceros inoxidables

aceros para herramientas, etc.

9. En las siderurgias modernas se fabrican aceros ordinarios,

empleando cargas:

hasta 100 % de chatarra

puede admitir hasta 50 % de arrabio


31

10. En la actualidad existen hornos con capacidad mayor a las 300

toneladas

11. Ventajas:

Menores costos de instalación

Rendimiento superior a los otros procesos

Manejo fácil, amplia regulación y ocupa menos espacio

El empleo de temperaturas mas elevadas favorecen la

combustión y reducen, casi, totalmente el contenido de

azufre y fósforo


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Durante el periodo de oxidación se oxidan todas las impurezas

(excepto el azufre) debido al oxígeno del mineral o del óxido de

hierro:

2 FeO + Si SiO2 + 2 Fe

FeO + Mn MnO + Fe

5 FeO + 2 P P2O5 + 5 Fe

• Después se agrega un poco de cal y coque desmenuzado para

eliminar el azufre, mediante un proceso de reducción:

FeS + CaO + C Fe + CaS + CO

MnS + CaO + C Mn + CaS + CO

Periodo de Oxidación y Reducción

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COLADA Y SOLIDIFICACIÓN

34

COLADA A LA CUCHARA

35

1. Después de la conversión del arrabio en acero ordinario y el

vaciado en las CUCHARAS se procede al acabado, antes de

emplearla en las lingoteras o en las máquinas de colada continua

2. El acabado se refiere a tres aspectos:

ADICIÓN DE ELEMENTOS ALEANTES: Mn, Si, Cr, Mo

DESOXIDACIÓN: para eliminar el oxígeno o sus compuestos

disueltos en el baño

LA CARBURIZACIÓN: aumento del contenido de carbono

para obtener los diversos tipos de acero


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La desoxidación se realiza con la finalidad de eliminar el oxígeno o

sus compuestos disueltos en el baño metálico. Consiste en la

adición de determinados elementos desoxidantes, de los cuales el

aluminio es el más efectivo:

O (disuelto en el hierro) + Al Al2O3 escoria

Aunque menos efectivo, la desoxidación por Si y Mn, también es

posible. El silicio es el que se añade generalmente para calmar

(desoxidar) al acero:

2 FeO + Si 2 Fe + SiO2

FeO + Mn Fe + MnO

DESOXIDACIÓN

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ACERO CALMADO

Se ha eliminado el oxigeno totalmente

La solidificación en la lingotera es tranquila

ACERO SEMICALMADO

Se ha eliminado el oxigeno parcialmente

ACERO EFERVESCENTE

No se ha eliminado el oxigeno

Hay una gran agitación del metal líquido cuando solidifica en

la lingotera

DESOXIDACIÓN

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COLADA DEL CONVERTIDOR U HORNO A LA CUCHARA

COLADA DESDE LA CUCHARA

cuchara

Lingoteras lingote Moldes fundición


Palanquillas

Planchones

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1. Permite obtener directamente PALANQUILLAS o productos

planos (PLANCHONES) partiendo del acero fundido, en longitud

teóricamente ilimitada.

2. El acero fundido se vierte desde la cuchara a una artesa

intermedia, de esta manera pasa continuamente a la lingotera (sin

fondo) donde adopta su sección.

3. Comienza a solidificar en la periferia, luego un segundo

enfriamiento (con agua directa) completa el proceso.

4. Por ultimo se efectúa el corte por oxicorte o guillotina.

COLADA CONTINUA

40

COLADA CONTINUA





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PALANQUILLA – LAMINACIÓN

PRODUCTOS

Laminación de palanquilla

Alambrón

Barras lisas

Barras corrugadas

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COLADA CONTINUA – PLANCHONES

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PLANCHONES – PRODUCTOS PLANOS

Planchones Laminado de planchones

Productos planos: Planchas delgadas

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ACERO

PLANTA DE ARRABIO

ALTO HORNO CONVERTIDOR HORNO ELÉCTRICO

- PELLETS - ARRABIO - CHATARRA

- Coque - Fundente - Arrabio

- Fundente - Oxigeno - Fundente

- Aire

Proceso de:

Proceso de: Proceso de: OXIDACIÓN y

REDUCCIÓN OXIDACIÓN REDUCCIÓN

FABRICACIÓN DEL ACERO – RESUMEN

PLANTA DE ACERO

Materiales Ferrosos

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