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UUFDGDS UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA

MATERIA PRIMA PARA LA PRODUCCION DE ACERO

El acero se puede obtener a partir de:

Arrabio

Hierro esponja

Chatarra

Producción de Arrabio

Los materiales básicos empleados para fabricar arrabio son mineral de hierro, coque y caliza. El coque se quema como combustible para calentar el horno, y al arder libera monóxido de carbono, que se combina con los óxidos de mineral de hierro y los reduce a hierro metálico. La ecuación de la reacción química fundamental de un alto horno es:

Fe2O3 + 3CO * 3CO2 + 2Fe

La caliza de la carga del horno se emplea como fuente adicional de monóxido de carbono y como sustancia fundente. Este material se combina con la sílice presente en el mineral (que no se funde a las temperaturas del horno) para formar silicato de calcio, de menor punto de fusión. Sin la caliza se formaría silicato de hierro, con lo que se perdería hierro metálico. El silicato de calcio y otras impurezas forman una escoria que flota sobre el metal fundido en la parte inferior del horno. El arrabio producido en los altos hornos tiene la siguiente composición: un 92% de hierro, un 3 o 4% de carbono, entre 0,5 y 3% de silicio, del 0,25% al 2,5% de manganeso, del 0,4 al 2% de fósforo y algunas partículas de azufre.

Un alto horno típico está formado por una cápsula cilíndrica de acero forrada con un material no metálico y resistente al calor, como asbesto o ladrillos refractarios. El diámetro de la cápsula disminuye hacia arriba y hacia abajo, y es máximo en un punto situado aproximadamente a una cuarta parte de su altura total. La parte inferior del horno está dotada de varias aberturas tubulares llamadas toberas, por donde se fuerza el paso del aire. Cerca del fondo se encuentra un orificio por el que fluye el arrabio cuando se sangra (o vacía) el alto horno. Encima de ese orificio, pero debajo de las toberas, hay otro agujero para retirar la escoria. La parte superior del horno, cuya altura es de unos 30 m, contiene respiraderos para los gases de escape, y un par de tolvas redondas, cerradas por válvulas en forma de campana, por las que se introduce la carga en el horno. Los materiales se llevan hasta las tolvas en pequeñas vagonetas o cucharas que se suben por un elevador inclinado situado en el exterior del horno.

Los altos hornos funcionan de forma continua. La materia prima que se va a introducir en el horno se divide en un determinado número de pequeñas cargas que se introducen a intervalos de entre 10 y 15 minutos. La escoria que flota sobre el material fundido se retira una vez cada dos horas, y el hierro se sangra cinco veces al día.

MADERA TECNOLOGIA DE MATERIALES

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El aire insuflado en el alto horno se precalienta a una temperatura comprendida entre los 550 y los 900 ºC. el calentamiento se realiza en las llamadas estufas, cilindros con estructuras de ladrillo refractario. El ladrillo se calienta durante varias horas quemando gas de alto horno, que son los gases de escape que salen de la parte superior del horno. Después se apaga la llama y se hace pasar el aire a presión por la estufa. El peso del aire empleado en un alto horno supera al peso total de las demás materias primas.

Después de la II Guerra Mundial se introdujo un importante avance en la tecnología de los altos hornos. Estrangulando el flujo de gas de los respiraderos del horno es posible aumentar la presión del interior del horno hasta 1,7 atmósferas o más. La técnica de presurización permite una mejor combustión del coque y una mayor producción de hierro. En muchos altos hornos puede lograrse un aumento de la producción de un 25%. En instalaciones experimentales también se ha demostrado que la producción se incrementa enriqueciendo el aire con oxigeno.

El proceso de sangrado consiste en retirar a golpes un tapón de arcilla del orificio del hierro cercano al fondo del horno y dejar que el metal fundido fluya por un canal cubierto de arcilla caiga a un deposito metálico forrado del ladrillo, que puede ser una cuchara o una vagoneta capaz de contener hasta 100 toneladas de metal. Cualquier escoria o sobrante que salga del horno junto con el metal se elimina antes de llegar al recipiente. A continuación, el contenedor lleno de arrabio se transporta a la fábrica siderúrgica.

Los altos hornos modernos funcionan en combinación con hornos básicos de oxígeno, y a veces con hornos de crisol abierto, más antiguos, como parte de una única planta siderúrgica. En esas plantas, los hornos siderúrgicos se cargan con arrabio. El metal fundido procedente de diversos altos hornos puede mezclarse en una gran cuchara antes de convertirlo en acero con el fin de minimizar el efecto de posibles irregularidades de alguno de los hornos.

Proceso de Reducción Directa (Hierro Esponja)

Un componente importante en la producción del acero es el hierro esponja. Este se obtiene en la planta de reducción directa a partir de la reducción del mineral de hierro que llega en forma de pellets. Se le denomina hierro esponja porque al extraerle el oxígeno al mineral de hierro se obtiene un producto metálico poroso y relativamente liviano. La materia prima para la obtención del hierro esponja es el mineral de hierro (óxido de hierro). Este, al igual que el carbón y la dolomía, se almacenan en silos antes de ingresar a los hornos. En los hornos rotatorios se reduce el mineral de hierro, liberándolo del oxígeno gracias a la acción del


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carbón, para así transformar la mayor proporción del hierro a su estado metálico y utilizarlo en el horno eléctrico como carga metálica en la fabricación del acero, con la ventaja de obtener un producto con menor cantidad de residuales y mejores propiedades. Para tener un mejor control en los procesos de Acería y Laminación, así como mejorar la calidad de nuestros productos, pusimos en funcionamiento en 1996 esta planta, que opera con dos hornos tubulares rotatorios inclinados tipo "kiln", donde se producen alrededor de 12 toneladas de hierro esponja por hora. Lo que hace un promedio de 45,000 t/a (toneladas anuales) cada uno; siendo la producción total de 90,000 t/a.

¿Cómo se extrae el oxigeno del mineral de hierro?

El mineral de hierro, junto con el carbón y la caliza ingresan a los hornos rotatorios en proporciones adecuadas mediante el uso de balanzas dosificadoras (weight feeders) y el tiempo de permanencia en su interior se controla mediante la velocidad de rotación. El interior de los hornos está recubierto de material refractario para evitar las pérdidas térmicas. Por efecto de la combustión controlada y de la temperatura alcanzada (aproximadamente 1000°C) se favorece la generación del monóxido de carbono, el cual permite la reducción del mineral de hierro. Para el control de la temperatura se dispone de 7 ventiladores a lo largo del horno y de un quemador central ubicado en la zona de descarga, los que brindan el aire necesario para la combustión del carbón y del gas natural inyectado como combustible. El hierro esponja obtenido pasa luego al enfriador rotatorio donde mediante un intercambio indirecto de calor con agua, se le disminuye la temperatura a aproximadamente 130 °C. Luego es clasificado por tamaños y vía separadores magnéticos, en donde el hierro esponja es separado de los residuos de carbón y cenizas, para que finalmente la carga metálica así obtenida se apile en la bahía de consumo de metálicos en espera de su utilización.

Chatarra

La chatarra es otra materia prima para la obtención de acero debido a que el acero se puede reutilizar las veces que se requieran solo es cuestión de adecuar la composición requerida. La cesta introduce a un horno eléctrico toda su carga de chatarra, donde se logra el paso del estado sólido (chatarra) al estado líquido (acero líquido), mediante la energía liberada por un arco eléctrico entre tres electrodos de grafito. Mediante la inyección de oxígeno gaseoso y la


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introducción de un carburante, se logra fundir toda la chatarra a su alrededor. El oxígeno colabora entregando más energía y acelerando el proceso de fusión. Toda la escoria, más liviana, flota sobre el acero líquido, del que es separada y podría ser reutilizada en la construcción de caminos.

Una vez que el acero líquido está libre de escoria, se vierte en otro recipiente, denominado cuchara, donde se termina de ajustar la composición química definitiva. Posteriormente, en esta cuchara se transporta hacia el proceso de solidificación. Esto ocurre en unos moldes refrigerados con agua donde entra el acero líquido por la parte superior y sale por la parte inferior continuamente. Este proceso es conocido como colada continua y permite producir las palanquillas, las que posteriormente son laminadas para producir barras de acero.

TIPOS DE ACERO EN LA CONSTRUCCION El acero, en ingeniería metalúrgica, es una fusión de hierro con una cantidad de carbono

variable entre el 0,03% y el 1,075% en peso de su composición, según su grado. Sin embargo, esta composición metálica ha sido sometida a nuevos procesos de aleación con otros metales o metaloides, buscando mejorar sus características para una mejor aplicabilidad, en base a la función que se desee practicar con este material en la industria de la construcción actualmente.

Asimismo, como parte de esta búsqueda por variar los tipos de aceros, los elementos añadidos por lo general, son: níquel, cromo, vanadio, molibdeno, magnesio, silicio, tungsteno,


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cobalto, aluminio, entre otros; consiguiendo con ello aumentar o reducir sus niveles de resistencia y elasticidad, para incrementar las formas en que se puede aplicar este metal en la ingeniería contemporánea. Por consiguiente, se presentan a continuación una breve clasificación de los más utilizados:

Aceros al níquel Son inoxidables y magnéticos, y adquieren una carga de rotura y el límite de elasticidad, alargamiento y resistencia al choque, disminuyendo las dilataciones por efecto del calor; cuando tienen entre el 10% al 15% del níquel, se mantienen templados aún si se los enfría.

Aceros al cromo Tienen mayor dureza y penetración del calor, por lo que pueden ser templados al aceite. Son utilizados para la fabricación de láminas por su gran resistencia, ya que tienen de 1,15% a 1,30% de carbono y de 0,80% a 1% de cromo.


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Aceros al cromo-níquel Su uso es más corriente que el primero, y se utilizan como aceros de cementación, con una proporción de carbono al 0,10%, de cromos al 0,70% y níquel al 3%; y uno de sus usos corrientes sería el que tiene carbono 0,30%, cromo 0,7% y níquel 3%.

Aceros al cromo-molibdeno Son los más sencillos de trabajar con máquinaria pesada y herramientas, y se emplean cada vez más


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en construcción, tendiendo a la sustitución del acero al níquel. Entre los más corrientes son los de carbono al 0,10%, el cromo al 1%, el molibdeno al 0,2%; y el de carbono 0,3%, cromo 1% y molibdeno 0,2%.

Aceros al cromo-níquel molibdeno Son de muy buena característica mecánica y el de mayor aplicación es el que tiene una aleación de carbono 0,15% a 0,2%, cromo 1 a 1,25%, níquel 4% y molibdeno 0,5%.


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Aceros inoxidables Son los más resistentes a la acción de los agentes atmosféricos y químicos, y por tal motivo, los primeros fueron destinados para la elaboración de cuchillería, con una proporción de 13% a 14% de cromo; así como otros fueron utilizados para la fabricación de aparatos de cirugía, siendo también resistentes a la acción del agua de mar.


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Aceros anticorrosivos Tienen alta resistencia y bajo tenor de sus componentes de aleación, compuestos por carbono, silicio, azufre, manganeso, fósforo, níquel o vanadio, cromo y cobre, y aunque a la intemperie se cubren de óxido, este efecto impide la corrosión interior, permitiendo que sean utilizados sin otro tipo de protección


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