PROCESO DE ACERACION.

Carlos Rubén Barrera Hernández

Ingeniería Mecánica

Ing. De los Materiales Metálicos

INTITUTO TECNOLOGICO DE MORELIA

INTRODUCCIONDurante toda la Edad Media y El Renacimiento el acero era producido en

pequeñas cantidades por corporaciones de artesanos que guardaban en secreto

el método de fabricación. El primer proceso de obtención industrial del acero fue

ideado por el relojero inglés B.Huntsman en 1740; el proceso se llamó “al crisol”,

porque consistía en cementar ( es decir, enriquecer en contenido de carbono ) el

hierro con carbón vegetal y fundir sucesivamente en un crisol el producto obtenido.

La fundición se conocía en Europa ya en el siglo XIV, como producto secundario

de los hornos altos de producción de hierro; en un principio sólo se utilizó como

sustitutivo del bronce. Antes de que pudiera emplearse en gran escala en la

producción del acero, fue necesario que el inglés H. Cort inventase en 1874 un

procedimiento de afina, en el que se producía el hierro en un horno de reverbero

alimentado con carbón mineral; el carbón era quemado sobre una parrilla cuya

solera estaba constituida por una capa que contenía óxido de hierro. Durante el

proceso, llamado “pudelado”, la fundición era removida a mano con unas largas

varillas de hierro, y luego comprimida en una prensa; el lingote resultante se

laminaba al calor. Con tales procedimientos la producción de hierro fundido dejó

de estar supeditada al consumo de carbón vegetal, solucionando el gravísimo

problema que representaba para muchos países europeos el incremento de la tala

de bosques.

El acero producido al crisol era de óptima calidad, pero el coste de producción era

muy superior al fabricado por pudelado. Ambos métodos fueron abandonados al

introducirse los procedimientos modernos de producción en gran escala de

Bessemer y de Tomas.

El proceso Bessemer, ideado en 1856 por Henry Bessemer, consiste en obtener

directamente acero mediante el afino de la fundición, introduciendo una corriente

de aire en un aparato, actualmente llamado “convertidor” y entonces, por su forma,

“pera de Bessemer”. En él, el calor que mantiene líquida la colada lo suministra la

reacción exotérmica de oxidación del Si.Dado que el convertidor ( la cuba de

afino ) está revestido de sílice (ácida), el proceso es idóneo para una función de

estas características. En el mismo período se patentaba en América un proceso

análogo, el de William Kelly. En 1877, el inglés Sydney Gilchrist Thomas tuvo la

idea de sustituir el revestimiento ácido del convertidor Bessemer por un

revestimiento básico (dolomía), lo que permitía obtener escorias básicas; por

consiguiente, se podía convertir fundición fosforosa en aceros. Entre 1860 y 1865

el francés Pierre Martín y los alemanes Wilhelm y Friedrich Siemens desarrollaron

un tipo de horno alimentado por gas, denominado posteriormente “horno Martín-

Siemens”. Este tipo de horno permite obtener acero fundiendo en la solera

grandes cantidades de chatarra de hierro y fundición o bien fundición y minerales.

W. Siemens, entre 1878 y 1879, efectuó los primeros intentos de obtener acero a

partir de chatarra de fundición de hierro en hornos de arco eléctrico. En 1898, E.

Stassano instaló en Roma un horno de arco eléctrico para fabricar acero

directamente del mineral, horno en que la colada era calentada por irradiación.

Casi simultáneamente, en 1900, el francés P. T. L. Héroult, en América, iniciaba

sus ensayos para obtener acero en un horno también de arco, siguiendo un

procedimiento muy similar al Martín-Siemens.

Los procesos Bessemer, Thomas, Martín-Siemens y más tarde los de acerería

eléctrica inauguran la edad del acero, desplazando rápidamente a la madera como

material estructural en las obras de ingeniería civil, y después al hierro fundido con

materia prima de la construcción de raíles, barcos, cañones, etc.

MINERAL DE HIERRODespués del aluminio, el hierro es el elemento metálico más abundante en la

superficie terrestre. Las especies minerales en en las que el hierro entra a formar

parte pueden contarse por cientos. Es posible encontrarlo en muchos materiales

terrosos, tales como arcillas, sales y arenas en general. En mayor o menor

proporción se le puede encontrar prácticamente en todas las rocas, especialmente

en aquellas que contienen anfiboles, piroxenos, micas u divina. Sin embargo, los

minerales de hierro más corrientes son sus óxidos, sulfuros, carbonatos y silicatos.

La magnetita y la hematita son óxidos de hierro; la limonita es un hidróxido. La

siderita, un carbonato, es relativamente poco importante como material de partida

en la fabricación del hierro.

ACEROEl acero es una aleación de hierro con pequeñas cantidades de otros elementos,

es decir, hierro combinado con un 1% aproximadamente de carbono, y que hecho

ascua y sumergido en agua fría adquiere por el temple gran dureza y elasticidad.

Hay aceros especiales que contienen además, en pequeñísima proporción, cromo,

níquel, titanio, volframio o vanadio. Se caracteriza por su gran resistencia,

contrariamente a lo que ocurre con el hierro. Este resiste muy poco la def0rmacion

plástica, por estar constituida solo con cristales de ferrita; cuando se alea con

carbono, se forman estructuras cristalinas diferentes, que permiten un gran

incremento de su resistencia. Ésta cualidad del acero y la abundancia de hierro le

colocan en un lugar preeminente, constituyendo el material básico del S.XX. Un

92% de todo el acero es simple acero al carbono; el resto es acero aleado:

aleaciones de hierro con carbono y otros elementos tales como magnesio, níquel,

cromo, molibdeno y vanadio.

CLASIFICACION DE LOS MODERNOS PROCESOS DE OBTENCION DEL ACERO.

Desde el punto de vista químico-metalúrgico, todos los procesos de fabricación de

acero se pueden clasificar en ácidos y básicos (según el refractario y composición

de la escoria utilizada ), y cada proceso tiene funciones específicas según el tipo

de afino que puede efectuar. Los procesos ácidos utilizan refractarios de sílice, y

por las condiciones de trabajo del proceso hay que poder formar escorias que se

saturen de sílice. Los procesos ácidos pueden utilizarse para eliminar carbono,

manganeso y silicio; no son aptos para disminuir el contenido en fósforo y azufre,

y por esto requieren el consumo de primeras materias seleccionadas, cuyo

contenido en fósforo y azufre cumple las especificaciones del acero final que se

desea obtener. Los procesos básicos utilizan refractarios de magnesita y dolomía

en las partes del horno que están en contacto con la escoria fundida y el metal. La

escoria que se forma es de bajo contenido de sílice compensada con la cantidad

necesaria de cal. El proceso básico elimina, de manera tan eficaz como el proceso

ácido, el carbono, manganeso y silicio, pero además eliminan el fósforo y

apreciables contenidos de azufre. De aquí las grandes ventajas del proceso

básico, por su gran flexibilidad para consumir diversas materias primas que

contengan fósforo y azufre, y por los tipos y calidades de acero que con él se

pueden obtener. Desde el punto de vista tecnológico existen tres tipos

fundamentales de procesos:

1) Por soplado, en el cual todo el calor procede del calor inicial de los materiales

de carga, principalmente en estado de fusión.

2) Con horno de solera abierta, en el cual la mayor parte del calor proviene de la

combustión del gas o aceite pesado utilizado como combustible; el éxito de este

proceso se basa en los recuperadores de calor para calentar el aire y así alcanzar

las altas temperaturas eficaces para la fusión de la carga del horno.

3) Eléctrico, en el cual la fuente de calor más importante procede de la energía

eléctrica (arco, resistencia o ambos); este calor puede obtenerse en presencia o

ausencia de oxígeno; por ello los hornos eléctricos pueden trabajar en atmósferas

no oxidantes o neutras y también en vacío, condición preferida cuando se utilizan

aleaciones que contienen proporciones importantes de elementos oxidables.

En la fabricación de acero existen las fases hierro, escoria y gases. Este sistema

heterogéneo tiende a un estado de equilibrio si se adicionan unos elementos

reaccionantes o varía la temperatura o la presión. Al fabricar un acero se pretende

eliminar de la fase hierro los elementos perjudiciales en acceso y añadir los que

faltan para conseguir el análisis final previsto. Por las reacciones reversibles entre

las tres fases (hierro, escoria y gases) se consigue, al producirse un desequilibrio,

la segregación o paso de elementos, eliminar del hierro la escoria, o viceversa. Es

necesario un profundo conocimiento de estas reacciones para fabricar un acero

con buen resultado. Todo el proceso de obtención de acero consta de un primer

período oxidante o de afino, en el que se elimina el Carbono en fase gaseosa; el

silicio y el manganeso se oxidan formando compuestos complejos con la escoria,

que puede eliminarse; si la escoria es además básica, se elimina el fósforo. El

segundo período es reductor y debe eliminar el exceso de óxido de hierro disuelto

en el baño del hierro durante el período oxidante, a fín de poder eliminar después

el azufre; o puede también recuperar el manganeso oxidado que pasó a la escoria.

Finalmente, hay un período de desoxidación o refino por acción de las ferro-

aleaciones de manganeso y silicio, que se adicionan en el baño a la cuchara, y de

aluminio metálico, en la lingotera. Estos períodos pueden tener mayor o menor

duración e importancia y realizarse netamente separados o entrelazados, y a

mayor o menor velocidad en unos procesos que en otros. El desescoriado puede

ser total o parcial en cada período, o transformar las primeras escorias oxidantes

en reductoras. Todo ello dependerá del horno o proceso utilizado, de las

condiciones de las materias primas, de los elementos que interesa que pasen a la

escoria y no retornen de ésta al baño de hierro, etc.

Proceso por soplado, Bessemer ácido y Thomas básico.El proceso Bessemer ácido ha sido el primero utilizado y el más sencillo. Desde su

inicio permite obtener en una sola operación, partiendo de hierro líquido, coladas

de 10-25 tm al ritmo de 1 tm/ min. Por ser ácido, no defosfora ni desulfura y debe

utilizar hierro líquido de análisis adecuado. La gran abundancia de mineral de

hierro rico en fósforo, que al ser tratado en horno alto pasan gran parte al hierro

líquido, provoca el desarrollo de procesos que pueden defosforar, y ha sido causa

de que los procesos básicos se empleen en Europa mucho más que el Bessemer

ácido, limitado éste a utilizar hierro bajo en fósforo, mucho más escaso. La

operación se realiza en el convertidor, cuba de acero revestida de refractario, con

toberas en su fondo y abierta en su parte superior, montada sobre apoyo con

mecanismo basculante. La carga de hierro líquido se realiza con el convertidor en

posición horizontal, lo que deja abiertas las toberas. Se insufla el aire necesario a

través de uno de los soportes huecos a la caja de viento, que lo distribuye a través

de las toberas a una presión de 2 kg / cm2. Se inicia el soplado al mismo tiempo

que se pone el convertidor vertical; el aire a presión pasa a través del hierro

líquido, introduciéndose así el oxígeno necesario para el afino.

El silicio contenido en el hierro líquido es el factor termoquímico más importante

para regular y obtener la temperatura necesaria. La llama expulsada por la boca

del convertidor cambia de color y luminosidad, lo que permite juzgar el desarrollo

del afino e interrumpir el soplado en el momento final adecuado; entonces se hace

bascular el convertidor y se cuela el acero líquido en una cuchara de transporte. El

revestimiento ácido de este tipo de convertidores proporciona el exceso de sílice

indispensable para formar escoria, además del silicio que contiene el hierro

líquido.

En el caso del convertidor básico, llamado “proceso Thomas”, el revestimiento es

de magnesita o dolomía calcinada y alquitrán. Por la acción fuertemente oxidante

del soplado se elimina primero el carbono y después se oxida el fósforo, que actúa

de importante elemento termógeno. La cal necesaria se añade con la carga; se

funde durante el soplado y se combina con el fósforo oxidado, formando la escoria

Thomas, utilizada como fertilizante. Este proceso ha sido un factor muy importante

del desarrollo industrial alcanzado en Europa a fines del siglo pasado. Se controla

como el Bessemer por el aspecto de la llama. El tiempo necesario del soplado es

sólo de 15 min, por lo que el éxito del proceso depende de la pericia del operario.

Tan corto tiempo no permite efectuar control por análisis de muestras.

Proceso sobre solera, básico y ácido.Desde principios de siglo este proceso es el que domina en todos los países

merced al tonelaje producido, siempre en aumento; sin embargo, en la actualidad,

aunque se perfeccione, puede perder terreno, debido a las mejoras del convertidor

y del horno eléctrico.

Los dos procesos, de afino por soplado y de afino por solera, constituyen la base

de la moderna producción de acero a bajo coste y elevado tonelaje. El rápido auge

inicial del proceso Bessemer se debió a su sencillez. El predominio final del

proceso sobre solera obedece, a su posibilidad de utilizar con ventaja chatarra

para poder fundirla, a su flexibilidad en el uso de otras materias primas y a su

cualidad de obtener una gama más amplia de aceros de muy buena calidad. Se

puede trabajar en forma ácida o básica con refractarios adecuados, y en ambos

casos son posibles amplias variaciones de trabajo. La solera, en un horno básico,

está revestida con magnesita o dolomía calcinada y, en horno ácido, con

refractarios o arenas silicosas. La bóveda, que forma un amplio arco de medio

punto, se construye de ladrillo de sílice, pero en la actualidad se tiende a fabricarla

con ladrillos básicos formando arcos suspendidos. El tipo de refractario de la

bóveda es independiente del de la solera, ya que la bóveda no está en contacto

con la escoria fundida en el baño. Los quemadores situados en ambos extremos

del horno funcionan alternativamente en ciclo controlado, por lo general de 10-15

min. Los combustibles que se suelen utilizar son gas de hulla, gas natural o aceite

pesado; su elección depende de lo que se disponga y de su coste, sin ninguna

otra condición. Para conseguir en el horno una temperatura suficiente ( superior a

1650 º C ) con coste mínimo de combustible, se precalienta el aire para la

combustión en un sistema de recuperadores de calor reversibles. El régimen de

trabajo del horno es continuo para conseguir un mejor aprovechamiento del calor,

un descascarillado mínimo del refractario y una producción máxima en toneladas

de acero

( 200-300 tm por colada ). Los materiales que se cargan fríos en el horno son

caliza o cal, mineral de hierro y chatarra de acero, y se colocan por este orden en

el horno. La chatarra constituye algo más de la mitad del peso de hierro necesario

para una colada. Se forma así una mezcla de material ligero, voluminosa y

pesada; distribuido de esta manera, se consigue una rápida absorción de calor,

economía de espacio y que se mantengan en el fondo, durante el mayor tiempo

posible, la cal y el mineral. Se calculan las cantidades necesarias de cal y mineral,

que dependerán del tipo de chatarra y del análisis de la carga de hierro, con vistas

a seguir un correcto análisis del acero y escoria final. Durante el calentamiento, y

conseguida la fusión de la carga, aumenta su oxidación por la acción de la

atmósfera del horno, que debe contener un exceso de oxígeno para mantener una

combustión eficaz. Cuando la chatarra está parcialmente fundida, se añade el

hierro líquido necesario para completar el peso total de la carga. La acción

oxidante tiene su origen en el proceso de afino por solera, en la atmósfera del

horno, en el aire y productos de la combustión y en el mineral de hierro que pasa a

la escoria fundida en gran cantidad en forma de óxido de hierro. Cualquiera que

sea el origen del oxígeno, existirá suficiente presión del mismo, y el acero líquido

disolverá, de acuerdo con su temperatura y composición, una cantidad de

oxígeno. Éste oxígeno disuelto reacciona a su vez con otros elementos del baño

de acero. Para un contenido dado de carbono la cantidad de oxígeno disuelto en

el baño aumentará con la temperatura, mientras que para una temperatura

determinada los contenidos de carbono y oxígeno del baño están en proporción

inversa. La escoria es un producto de la calcinación de la pieza caliza durante el

período de fusión.

Proceso del horno eléctrico.El progreso de la electricidad permitió, hacia el año 1900, que el horno eléctrico se

introdujera a escala industrial para fabricar acero ( 50 años después de los

procesos de afino por soplado y por solera ). El horno de arco calienta

directamente el baño de acero por debajo de la escoria y consigue la alta

temperatura necesaria de trabajo. Sin requerir la presencia de oxígeno en su

atmósfera, el horno eléctrico ocupa una posición privilegiada para la fabricación de

una amplia gama de calidades de aceros finos aleados, con elevados contenidos

de elementos de aleación oxidables, tales como el carbono, vanadio y wolframio.

El horno de tres electrodos ha alcanzado gran auge y perfeccionamiento, no sólo

por la alta calidad del acero que se obtiene, sino también en muchos casos por ser

competitivo con el proceso de afino por solera para cualquier calidad de acero;

parece que continúa aumentando su importancia, incluso para la producción de

grandes tonelajes, merced a la menor inversión necesaria o también cuando se

dispone de energía eléctrica a coste inferior o similar a la caloría gas. Existen

asimismo las dos variedades, básico y ácido, con los mismos fundamentos que en

los procesos anteriores, pero con notable predominio del horno básico dadas las

dificultades y fluctuaciones que experimenta el mercado para poder adquirir

primeras materias suficientes para el trabajo ácido. El tamaño del horno es muy

variable, desde 500 kg hasta 200 tm. Los más pequeños tienden a desaparecer;

los de 5 tm y más se utilizan para el moldeo y aceros aleados, y las grandes

unidades para la producción en serie de lingotes. Normalmente trabajan con carga

sólida; en algunas acerías lo hacen con carga de acero líquido en proceso duplex,

conjunto de convertidor u horno de solera y horno eléctrico para el acabado. La

carga de los grandes hornos es un factor determinante de su rendimiento; en

general se ha adoptado la bóveda desplazable para carga por encima del horno

abierto, con recipiente metálico de fondo de fácil abertura, o por otros rápidos

procesos mecanizados. La marcha de la colada se inicia con la carga sólida de

mineral, caliza o cal, según se disponga, chatarra y lingote de afino. La proporción

de estos materiales dependerá del acero que se quiera fabricar y del análisis que

convenga que tenga la carga fundida a la temperatura necesaria; para el afino

oxidante, el mineral y las batiduras de laminación proporcionan el oxígeno que

necesitan el silicio, manganeso, fósforo y carbono que contiene la carga; se

introduce suficiente cal para que la escoria tenga la basicidad que requiere el

fósforo para pasar a ella. En el horno eléctrico el aire de su atmósfera interior está

en contacto con los electrodos de grafito, y su oxígeno es rápidamente consumido

para mantener el equilibrio y conseguir la temperatura de régimen del horno. La

escoria básica y oxidante contendrá el fósforo que fue oxidado durante el afino; se

bascula el horno para facilitar el desescoriado. Eliminada la escoria, si la

especificación de calidad del acero requiere adiciones de elementos aleables, la

siguiente etapa es preparar una escoria reductora, añadiendo cal apagada y

electrodos o coque triturados. En todo momento se pueden sacar muestras del

baño para su análisis y ajustar los elementos aleados hasta que se cumpla la

especificación pedida, y también regular la temperatura hasta que el baño esté a

punto para colar. Aunque con menor intensidad que en otros procesos de

obtención de aceros, es necesaria la adición de desoxidantes en la cuchara.

CLASIFICACION DE LOS ACEROS.

El acero puede ser clasificado de muchas y muy variadas formas, a continuación

se dan algunas de ellas:

Clasificación según UNE-EN 10020:2001Por composición químicaSegún la norma UNE EN 10020:2001, y atendiendo a la composición química, los

aceros se clasifican en:

• Aceros no aleados, o aceros al carbono: Son aquellos en el que, a parte del carbono, el contenido de cualquiera de otros

elementos aleantes es inferior a la cantidad mostrada en la tabla 1 de la UNE EN

10020:2001. Como elementos aleantes que se añaden están el manganeso (Mn),

el cromo (Cr), el níquel (Ni), el vanadio (V) o el titanio (Ti). Por otro lado, en

función del contenido de carbono presente en el acero, se tienen los siguientes

grupos:

I) Aceros de bajo carbono (%C < 0.25)

II) Aceros de medio carbono (0.25 < %C < 0.55)

III) Aceros de alto carbono (2 > %C > 0.55)

• Aceros aleados: Aquellos en los que, además del carbono, al menos uno de sus otros elementos

presentes en la aleación es igual o superior al valor límite dado en la tabla 1 de la

UNE EN 10020:2001. A su vez este grupo se puede dividir en:

I) Aceros de baja aleación (elementos aleantes < 5%)

II) Aceros de alta aleación (elementos aleantes > 5%)

• Aceros inoxidables: Son aquellos aceros que contienen un mínimo del 10.5% en Cromo y un máximo

del 1.2% de Carbono.

Según la calidad

A su vez, los anteriores tipos de aceros la norma UNE EN 10020:2001 los clasifica

según la calidad del acero de la manera siguiente:

Aceros no aleadosLos aceros no aleados según su calidad se dividen en:

Aceros no aleados de calidad:Son aquellos que presentan características específicas en cuanto a su tenacidad,

tamaño de grano, formabilidad, etc.

Aceros no aleados especiales: Son aquellos que presentan una mayor pureza que los aceros de calidad, en

especial en relación con el contenido de inclusiones no metálicas. Estos aceros

son destinados a tratamientos de temple y revenido, caracterizándose por un buen

comportamiento frente a estos tratamientos. Durante su fabricación se lleva a cabo

bajo un control exhaustivo de su composición y condiciones de manufactura. Este

proceso dota a estos tipos de acero de valores en su límite elástico o de

templabilidad elevados, a la vez, que un buen comportamiento frente a la

conformabilidad en frío, soldabilidad o tenacidad.

Aceros aleados

Los aceros aleados según su calidad se dividen en:

Aceros aleados de calidad:

Son aquellos que presentan buen comportamiento frente a la tenacidad, control

de tamaño de grano o a la formabilidad. Estos aceros no se suelen destinar a

tratamientos de temple y revenido, o al de temple superficial. Entre estos tipos de

aceros se encuentran los siguientes:

Aceros destinados a la construcción metálica, aparatos a presión o tubos,

de grano fino y soldables.

Aceros aleados para carriles, tablestacas y cuadros de entibación de

minas.

Aceros aleados para productos planos, laminados en caliente o frío,

destinados a operaciones severas de conformación en frío.

Aceros cuyo único elemento de aleación sea el cobre.

Aceros aleados para aplicaciones eléctricas, cuyos principales elementos

de aleación son el Si, Al, y que cumplen los requisitos de inducción

magnética, polarización o permeabilidad necesarios.

Aceros aleados especiales:

Son aquellos caracterizados por un control preciso de su composición química y

de unas condiciones particulares de elaboración y control para asegurar unas

propiedades mejoradas. Entre estos tipos de acero se encuentran los siguientes:

Aceros aleados destinados a la construcción mecánica y aparatos de

presión;

Aceros para rodamientos;

Aceros para herramientas;

Aceros rápidos;

Otros aceros con características físicas especiales, como aceros con

coeficiente de dilatación controlado, con resistencias eléctricas, etc.

Aceros inoxidables

Los aceros inoxidables según su calidad se dividen en:

Según su contenido en Níquel:

Aceros inoxidables con contenido en Ni < 2.5%;

Aceros inoxidables con contenido en Ni ≥ 2.5%;

Según sus características físicas:

Aceros inoxidables resistentes a la corrosión;

Aceros inoxidables con buena resistencia a la oxidación en caliente;

Aceros inoxidables con buenas prestaciones frente a la fluencia.

Por su aplicación

Según el uso a que se quiera destinar, los aceros se pueden clasificar en los

siguientes:

Aceros de construcción:

Este tipo de acero suele presentar buenas condiciones de soldabilidad.

Aceros de uso general:

Generalmente comercializado en estado bruto de laminación.

Aceros cementados:

Son aceros a los cuales se les ha sometido a un tratamiento termoquímico que le

proporciona dureza a la pieza, aunque son aceros también frágiles (posibilidad de

rotura por impacto). El proceso de cementación es un tratamiento termoquímico en

el que se aporta carbono a la superficie de la pieza de acero mediante difusión,

modificando su composición, impregnado la superficie y sometiéndola a

continuación a un tratamiento térmico.

Aceros para temple y revenido:

Mediante el tratamiento térmico del temple se persigue endurecer y aumentar la

resistencia de los aceros. Para ello, se calienta el material a una temperatura

ligeramente más elevada que la crítica y se somete a un enfriamiento más o

menos rápido (según características de la pieza) con agua, aceite, etc. Por otro

lado, el revenido se suele usar con las piezas que han sido sometidas previamente

a un proceso de templado. El revenido disminuye la dureza y resistencia de los

materiales, elimina las tensiones creadas en el temple y se mejora la tenacidad,

dejando al acero con la dureza o resistencia deseada. Se distingue básicamente

del temple en cuanto a temperatura máxima (unos 50° C menor que el templado) y

velocidad de enfriamiento (se suele enfriar al aire). La estructura final conseguida

es martensita revenida;

Aceros inoxidables o para usos especiales:

Los aceros inoxidables son aquellos que presentan una aleación de hierro con un

mínimo de 10% de cromo contenido en masa. El acero inoxidable es resistente a

la corrosión, dado que el cromo, u otros metales que contiene, posee gran afinidad

por el oxígeno y reacciona con él formando una capa exterior pasivadora, evitando

así la corrosión del hierro en capas interiores. Sin embargo, esta capa exterior

protectora que se forma puede ser afectada por algunos ácidos, dando lugar a que

el hierro sea atacado y oxidado por mecanismos intergranulares o picaduras

generalizadas. Algunos tipos de acero inoxidable contienen además otros

elementos aleantes, como puedan ser el níquel y el molibdeno;

Aceros para herramientas de corte y mecanizado:

Son aceros que presentan una alta dureza y resistencia al desgaste;

Aceros rápidos:

Son un tipo de acero especial para su uso como herramienta de corte para ser

utilizados con elevadas velocidades de corte. Generalmente van a presentarse

con aleaciones con elementos como el W, Mo y Mo-Co.

Según AISIAdemás de los números anteriores, las especificaciones AISI pueden incluir un

prefijo mediante letras para indicar el proceso de manufactura. Decir que las

especificaciones SAE emplean las mismas designaciones numéricas que las AISI,

pero eliminando todos los prefijos literales.

El significado de los anteriores campos de numeración es la siguiente:

XX indica el tanto por ciento (%) en contenido de carbono (C) multiplicado por 100.

Y indica, para el caso de aceros de aleación simple, el porcentaje aproximado del

elemento predominante de aleación.

Z indica el tipo de acero (o aleación). Los valores que puede adoptar Z son los

siguientes:

Z=1: si se trata de aceros al Carbono (corriente u ordinario);

Z=2: si se tarta de aceros al Níquel;

Z=3: para aceros al Níquel-Cromo;

Z=4: para aceros al Molibdeno, Cr-Mo, Ni-Mo, Ni-Cr-Mo;

Z=5: para aceros al Cromo;

Z=6: si se trata de aceros al Cromo-Vanadio;

Z=7: si se trata de aceros Al Tungsteno-Cromo;

Z=8: para aceros al Ni-Cr-Mo;

Etc.

Como ya se indicó, la anterior designación puede incorpora también letras

adicionales para indicar lo siguiente:

E . . . . : para indicar Fusión en horno eléctrico básico.

. . . . H: para indicar Grados de acero con templabilidad garantizada.

C . . . .: para indicar Fusión en horno por arco eléctrico básico.

X . . . .: para indicar alguna desviación del análisis de norma.

TS . . .: para indicar que se trata de una Norma tentativa.

. . B . .: para indicar que se trata de Grados de acero con un probable

contenido mayor de 0.0005% en boro.

. . . LC: para indicar Grados de acero con extra-bajo contenido en carbono

(0.03% máx.).

. . . F: Grados de acero automático.

A continuación se incluyen algunos ejemplos de designación de tipos de aceros

según la norma AISI, que incluyen algunas notas aclaratorias:

AISI 1020:

1: para indicar que se trata de un acero corriente u ordinario;

0: no aleado;

20: para indicar un contenido máx. de carbono (C) del 0.20%.

 

AISI C 1020:

La letra C indica que el proceso de fabricación fue SIEMENS-MARTIN-básico.

Puede ser B (si es Bessemer-ácido) ó E (Horno eléctrico-básico).

 

AISI 1045:

1: acero corriente u ordinario;

0: no aleado;

45: 0.45 % en C.

 

AISI 3215:

3: acero al Níquel-Cromo;

2: contenido del 1.6% de Ni, 1.5% de Cr;

15: contenido del 0.15% de carbono (C).

 

AISI 4140:

4: acero aleado (Cr-Mo);

1: contenido del 1.1% de Cr, 0.2% de Mo;

40: contenido del 0.40% de carbono (C).

A continuación se adjunta una tabla resumen de distintos tipos de aceros y su

contenido aproximado de elementos principales de aleación, según AISI:

No obstante, la composición de los aceros no es exacta, sino que existe un rango

de tolerancia aceptable en referencia a los valores indicados en normas o

catálogos. Así por ejemplo, las tolerancias en la composición del acero AISI 4140

que indicamos anteriormente serían las siguientes:

C : 0,38-0,43 %

Mn : 0,75-1,00 %

Cr : 0,80-1,10 %

Mo : 0,15-0,25 %

Si : 0,15-0,35 %

P menor o igual que 0,035 %

S menor o igual que 0,040 %

 ACEROS INOXIDABLES:

Por otro lado, la norma AISI especifica a los aceros inoxidables utilizando 3

números:

Aceros Inoxidables martensíticos:4XX: Base Cr. Medio-alto carbono.

5XX: Base Cr, Mo. Bajo carbono.

Ejemplos: AISI 410, AISI 416, AISI 431, AISI 440, AISI 501, AISI 502, AISI 503,

AISI 504.

Inoxidables ferríticos:4XX: Base Cr. Bajo carbono.

Ejemplos: AISI 430, AISI 442, AISI 446.

Inoxidables austeníticos:3XX: Base Cr, Ni. Bajo carbono.

2XX: Base Cr, Ni, Mn. Bajo carbono.

Ejemplos: AISI 302, AISI 304, AISI 316, AISI 303, AISI 202.

ACEROS PARA HERRAMIENTAS.Para los aceros para herramientas, la norma AISI ha formulado códigos

específicos según la siguiente tabla:

Codificación de Aceros para Herramientas, según AISI

Grupo Símbolo Descripción

Alta velocidad (rápidos) T Base Tugsteno (%W: 11.75-19)

Alta velocidad (rápidos) M Base Molibdeno (%Mo: 3.25-10.0)

Trabajo en caliente H Base Cr, W, Mo

Trabajo en frío A Media aleación, temple al aire

Trabajo en frío D Alto Cr, alto C (%Cr: 11.5-13.5)

Trabajo en frío O Templables al aceite

Resistencia al impacto S Medio carbono, al Si

Propósitos específicos L Baja aleación, medio-alto carbono

Propósitos específicos F Alto carbono, al W

Moldes P Baja aleación, bajo carbono

Templables al agua W Alto carbono

OBTENCION DE ACERO Y FUNDICIONES.En la entrada de producción de arrabio hemos visto cuales son los materiales de

partida y el funcionamiento de un alto horno para convertir la mena de hierro en

arrabio, con un alto contenido en hierro, pero con algunas impurezas (0.6-1.2% de

silicio, cerca de un 0.2% de fósforo, 0.4-2% de manganeso y cerca de un 0.03%

de azufre, entre otros). Una pequeña parte del arrabio producido se destina

directamente al moldeo de primera fusión (fundiciones moldeadas). La mayor

parte se destina a la fabricación de acero (transportado en estado líquido hacia la

planta que lo fabrica), y el resto se cuela en lingoteras para ser sometido a una

nueva fusión para obtener las fundiciones de segunda fusión.

Aunque la mayor parte del oxígeno de los óxidos de hierro ya ha sido removido en

el alto horno, el arrabio aún contiene demasiado carbono y demasiadas impurezas

(silicio, fósforo, manganeso....) que lo hace demasiado frágil y poco adecuado

para la fabricación de objetos tecnológicos; siendo necesario su purificación  en un

proceso que tiene como principales objetivos:

Reducir el contenido en carbono

Eliminar impurezas

Añadir otros elementos que les confiera las características o propiedades

deseadas.

Básicamente, el proceso de refinación consiste en un proceso de oxidación,

llamado afino. Dicha operación puede lograrse con el oxígeno de aire y óxidos

férricos en forma de chatarra. Así, al oxidarse (quemarse) el carbono con el aire se

libera monóxido y dióxido de carbono escapando ambos en forma de gas,

mientras que el silicio, el manganeso y el fósforo forman óxidos que se escapan

con la escoria.

Una dificultad para la fabricación de los derivados del arrabio es su alto punto de

fusión (1400-1500ºC) lo que impide que el proceso de refinado sea llevado a cabo

en hornos convencionales.

OBTENCION DE ACERO.En el afino del arrabio se emplean los siguientes materiales de partida:

Arrabio: procedente del alto horno suele transportarse en estado fundido.

Chatarra: aporta óxidos de hierro.

Fundentes: con las mismas funciones que en el alto horno, y la cuál conllevará la

formación de escoria.

Ferroaleaciones: aleaciones con altos contenidos en otros elementos (cromo,

boro, wolframio, molibdeno, cobre, niquel...) para aportar nuevas propiedades y

facilitar tratamientos posteriores del acero (como por ejemplo el temple).

A lo largo de la historia se han desarrollado diferentes tipos de hornos o

convertidores (horno de hogar abierto, horno Martin-Siemens, convertidores

Thomas-Bessener, hornos de arco eléctricos, hornos de inducción) siendo el

horno de oxígeno básico, LD o BOF el más usado para el tratamiento de arrabios.

Convertidor de oxígeno básico, BOF o LD

Convertidor de oxígeno básico, BOF o LDEl convertidor LD consta de una cubeta

vasculante de acero recubierta interiormente de material refractario. En posición

inclinada se carga el arrabio líquido y la chatarra (25%). A continuación, en

posición vertical, se hace descender una lanza de oxígeno puro o de oxígeno

disuelto en argón refrigerado durante unos 20 min, al mismo tiempo que se añade

el fundente.

Convertidor de oxígeno básico, BOF o LDAl lanzar el oxígeno se producen una

serie de reacciones de oxidación(no voy a entrar en ellas) que altamente

exotérmicas (desprenden mucho calor), por lo que no precisa de combustible. Tras

cesar el aporte de oxígeno, se obtiene una muestra del metal fundido, la cual se

somete a análisis para determinar su composición. De acuerdo con los resultados,

se puede añadir más oxígeno, inyectándolo o más mineral. Cuando se obtiene la

composición deseada, se elimina la escoria inclinando el horno, se vierte el acero

en una cuchara y se añade carbón (normalmente antracita) y/o las ferroaleaciones

para ajustar la composición fina y producir aceros con diferentes propiedades. Las

ventajas de este convertidor frente a otros son que proporciona aceros de alta

calidad con bajos contenidos en carbono, dosajes exactos, bajos costes, altos

rendimientos y todo ello en un espacio corto de tiempo.

OBTENCION DE FUNDICIONES.El horno más empleado para afinar las fundiciones es el horno de cubilote, los

cuales permiten la adición de otros elementos. Estos hornos, son de cuba

cilíndrica recubiertos interiormente por material refractario donde se carga el

arrabio  y el combustible (normalmente coque) a través de aberturas laterales

introduciéndose aire por las toberas que rodean el horno por encima del crisol,

situado en la parte inferior.

Este tipo de equipo es muy parecido al alto horno, sólo que sus dimensiones

disminuyen notablemente. Debido al contacto directo entre el metal, las cenizas y

el oxígeno el acero colado producido no puede ser rigurosamente controlado

desde el punto de vista metalúrgico.

COLADAUna vez obtenido el acero propiamente dicho, es necesario llevarlo a estado sólido

mediante su colada o vaciado. Habitualmente se distinguen dos tipos de colada:

Colada en lingotes: Es el procedimiento convencional. Por medio de una

cuchara se va vertiendo el acero fundido en lingoteras, que una vez

enfriadas dan lugar a lingotes manejables para seguir con el resto de

procesos.

Colada en continuo: El método más empleado hoy en día, procedimiento

mediante el cual se producen unas barras, perfiles o planchas que se

solidifican a medida que se va vertiendo el metal líquido en una lingotera sin

fondo, que se alimenta indefinidamente. En la siguiente animación podéis

ver el proceso A continuación os dejo otra infografía, elaborada por Ternium

Argentina, que puede ayudaros e entender cómo funciona el horno alto.

PROCESOS DE ACERACIÓN

PROCESO BESSEMER O PROCESO ÁСIDO (1855)

Este es un proceso de refinación de acero dentro de un convertidor con

revestimiento ácido, a través del cual se inyecta aire a presión por el fondo

perforado del recipiente. El mecanismo metalúrgico de refinación es mediante la

oxidación de la carga por el oxígeno que contiene el aire, oxidándose primero el

Si, luego el Mn, С y algo de Fe.

Con este proceso no es factible eliminar el azufre y el fósforo ya que estos

elementos se eliminan con CaO, por lo que requiere una escoria de carácter

básico y como el revestimiento presenta carácter ácido esto se hace imposible.

Este proceso no necesita combustible, por lo que sus costos de producción son

muy bajos, tiene una duración de 20 minutos aproximadamente y la cinética es

gobernada por el calor que desprenden las reacciones presentes en la refinación

Esquema del Convertidor Bessemer

En el proceso de conversión del arrabio en acero, ocurren tres periodos

importantes:

Primer Periodo: Se caracteriza por la aparición de abundantes chispas por encima

de la boca del homo convertidor. La aparición de las chispas se explica por la

acción del aire en el hierro fundido; arrastrando pequeñas gotas de hierro, las

cuales se queman en el aire produciendo las chispas. En este periodo empieza la

oxidación enérgica de las impurezas del hierro, principalmente la del silicio que va

acompañado por un desprendimiento considerable de calor y un aumento brusco

de la temperatura en el convertidor.

Fe + '/2O2 = FeO 64430 cal

2 FeO + Si = 2 Fe + SÌO2 78990 cal

FeO + Mn = Fe + MnO 32290 cal

Segundo Periodo:

Empieza con el aumento de la temperatura hasta 1500°C, lo que crea condiciones

para una combustión intensa del carbono.

FeO + C = CO + Fe 34460 cal

El CO que se forma provoca una enérgica ebullición del baño y la aparición de una

brillante y blanca llama por encima de la boca del convertidor, debido a la

combustión completa en el aire del monóxido de carbono para quemar CO2.

CO + /1O2 = CO2

Tercer Periodo:

Se caracteriza por la aparición de un humo pardo que es indicio de la oxidación

enérgica del Fe. En ese momento termina el proceso.

Características principales del proceso

La escoria es de carácter ácido, muy viscosa y con altos contenidos de

SIO2 (70%), FeO y MnO.

El revestimiento es de tipo ácido con una campaña de 15 a 25 coladas de

acero y su composición química es de:

SIO2 93%

AI2O3 4%

FeO 3%

La presión del aire de soplo está en función de la viscosidad del metal

(mayor viscosidad implica mayor presión), aproximadamente se suministran

presiones de 0.30-0.35 MPa.

Su capacidad es de 25 a 30 toneladas.

Los aceros obtenidos en el convertidor Bessemer son de baja calidad

debido al alto contenido de P, S, H y N; por lo que se usan solamente para

fabricar tornillos, clavos y chapas de baja calidad.

PROCESO THOMAS O PROCESO BASICO (1878).

Aquí el acero se refina en un convertidor con forma cilíndrica el que representa un

revestimiento de material refractario tipo básico hecho de dolomita (CaMg(C03)2)

El afino del acero se lleva a cabo con soplo de aire por la parte inferior del

convertidor, siendo el oxígeno aquí aportado quién se encarga de oxidar el Si, Mn,

С y P.

Debido a que la escoria que se obtiene en este proceso es de carácter básico,

existe la posibilidad de eliminar el P y el S.

Características:

La campaña del refractario dura aproximadamente 100 coladas en el piso y

1000 coladas en las paredes.

La capacidad de estos convertidores es de 60 toneladas en su mayoría.

La escoria obtenida en este proceso es muy rica en P2O5 lo que se emplea

en la industria agrícola como fertilizante.

El arrabio tiene poco Si ya que éste se oxida durante la fusión s SIO2

formando escorias acidas que corroen el revestimiento básico del

refractario.

El acero aquí obtenido es de baja calidad y se emplea para la producción

de chapas, tubos soldados, perfiles laminados para construcción, alambres

y otros productos cuya obtención exige una gran cantidad de metal barato.

PROCESO SIEMENS-MARTTNEste proceso se puede definir como la refinación de un acero dentro de un homo

de flama con revestimiento ácido o básico y con un a principal característica que

es el calentamiento regenerativo, es decir, aprovechar al máximo el calor

generado por los combustibles que se inyectan al homo y por las reacciones

químicas que al efectuarse dentro del mismo generan calor. Para este efecto, el

homo cuenta con instalaciones adecuadas llamadas; "Cámaras de Recuperación",

por donde se hacen pasar los gases calientes generados, antes de salir a la

chimenea. El calor que es absorbido por el refractario de las cámaras sirve para

precalentar el aire de combustión.

El gran éxito que tuvo este proceso se debió en principio a su capacidad para

fundir chatarra, lo que antes de su introducción en 1870, llegó a representar un

inconveniente para las acerías que usaban el proceso Bessemer debido a que

éste no consume chatarra. Además, el proceso Bessemer ácido no podía retinar

en absoluto el fósforo o azufre de la carga, mientras que el proceso Siemens

Martin, en principio ácido y por lo tanto inadecuado para refinarlos, se modificó

rápidamente a la variante con revestimiento básico.

Principales Características del Proceso:

El tipo de revestimiento puede ser ácido:

Arcillas 18-45% AI2O3 y 55-82% SÍO2

Sílice 94-98% SÍO2

bien de carácter básico:

Magnesita 94-98% MgO

Dolomita 30% CaO; 22% MgO; 48% CO2

Cromita 30% Cr203; 18% MgO; 14% FeO; 24% AI2O3

El tipo de combustibles pueden ser gaseosos tales como:

Gas Natural

Gas de Coque

Gas de Alto Homo

Y pueden ser líquidos tales como:

Diesel

Aceite Combustible

Aceite de Alquitrán

Sus capacidades van desde 5 toneladas hasta 500 toneladas.

Las principales materias primas utilizadas son:

Arrabio Líquido

Chatarra Sólida de Acero

Fundentes (cal, caliza, fluorita, etc.)

Carburantes (antracita, coque, grafito)

Materiales Oxidantes (O2 gaseoso, cascarilla de laminación, mineral

de Fe)

Materiales Desoxidantes y de Aleación (Al, Ca02, SiCa, FeSi, FeMn,

etc.)

Ventajas del Proceso.

1.- Fácil control de la temperatura del homo y de la composición del acero

2.- Bajos contenidos de H, N, P y S.

3.- Se puede producir una amplia gama de aceros (bajo C, alto C, aleados, micro-

aleados).

4.- Es un proceso flexible, por la vialidad de las materias primas y combustibles

que acepta.

Desventajas del Proceso.

1.- El contenido de O2 es elevado por lo que se consumen grandes cantidades de

materiales desoxidantes.

2.- Existe la posibilidad de incrementar el contenido de azufre, ya que este

proviene del combustible.

3.- Costos elevados de inversión inicial.

PROCESO STORA-KALDOEn este proceso se introduce oxígeno a un determinado ángulo con respecto a la

superficie del baño metálico, el que se encuentra en un homo rotatorio inclinado.

El convertidor usado es muy similar al usado en los procesos Bessemer y Thomas

pero con fondo sólido. Además tiene la capacidad de inclinarse en diferentes

posiciones para que se lleven a cabo las diferentes operaciones de carga y

descarga, al mismo tiempo el homo puede girar sobre su eje longitudinal, a una

velocidad de 30 rpm.

Secuencia de Operaciones.

En la Figura se muestran las diferentes posiciones que puede tener este

convertidor así se tiene que:

En la posición 1 el homo está inclinado hacia atrás de 15 a 200 para cargar

cal, caliza y mineral.

En la posición 2 se inclina el homo hacia el lado contrario en donde se

carga arrabio líquido.

En la posición 3 se hace circular agua de enfriamiento a través de la lanza y

se introduce la lanza por la boca del homo para iniciar el soplo de oxígeno,

al mismo tiempo el homo comienza a rotar hasta completar la refinación del

acero.

En la posición 4 se lleva a cabo la etapa de sangrado del horno.

Principales características del Proceso

El oxígeno usado tiene 95% de pureza y se inyecta a una presión

aproximada de 4 atm.

El grado de oxidación de la escoria y de los elementos principalmente C y P

se regula haciendo variar el número de revoluciones del convertidor, la

situación de la lanza y el consumo de oxígeno. De esta manera se tiene

que al aumentar la velocidad de rotación, el ángulo de inclinación de la

lanza con respecto al baño y el consumo de oxígeno se acelera la oxidación

del carbono y disminuye el grado de oxidación de la escoria. Al desacelerar

la rotación y disminuir el ángulo de inclinación de la lanza, aumenta el grado

de oxidación de la escoria, lo que acelera la desfosforación. En este caso la

oxidación del C es más lenta.

Se puede manejar de 30 a 40% en peso de chatarra.

Las capacidades de estos convertidores varían entre 50 y 150 ton.

El revestimiento del horno es de carácter básico y tiene una campaña de

100 coladas aproximadamente.

Ventajas:

La homogeneidad del baño es muy buena tanto en composición química

como en temperatura, debido a la rotación del convertidor.

La rotación disminuye el sobrecalentamiento local del baño, en el lugar

donde el metal está en contacto con el chorro de oxígeno.

La baja presión de oxígeno y su suministro bajo un ángulo respecto a la

superficie del baño, dan lugar a que no todo el oxígeno sea asimilado por el

baño, así el oxígeno que queda en la cavidad del convertidor permite

quemar una parte considerable de CO.

Se tienen bajos contenidos de H y N.

Desventajas:

Necesidad de un equipo mecánico muy complejo.

Tiempo de fusión más largo (65%) comparado con el BOF.

Mayores gastos de instalación y afino.

PROCESO ROTOROtro proceso de aceración básico con inyección de oxígeno es el proceso Rotor,

desarrollado en Oberhausen en Alemania Federal. Se emplea principalmente para

refinar aceros partiendo de arrabios con alto contenido de fosforo, este proceso

está basado en el mismo principio de rotación del proceso Kaldo, solo que este

rota a una velocidad mucho menor que es de 0.5 a 2 rpm.

El convertidor es cargado por uno de sus extremos y sangrado por el otro. El

oxígeno se inyecta por el lado de carga, por medio de dos lanzas, las que se

encuentran en una plataforma móvil y son enfriadas con agua. A través de una

lanza se inyecta oxígeno de alta pureza (95%) al baño metálico y con la otra lanza

se inyecta oxígeno de menor pureza (45%) con el propósito de quemar el СО

formado durante el proceso.

Principales Características del Proceso.

El revestimiento del convertidor es de carácter básico y debido a las

elevadas temperaturas de trabajo, su campaña es de 100 coladas

únicamente.

Sus capacidades van de las 25 ton a las 70 ton.

Para un convertidor de 66 ton de capacidad, el proceso dura 2 horas

aproximadamente, llevándose a cabo la inyección de oxígeno durante 1.5

horas aproximadamente.

Ventajas:

Debido a la rotación del homo, el área de contacto metal-escoria es muy

grande, razón por la cual la desfosforación y la desulfuración se llevan a

cabo muy eficientemente.

Las altas temperaturas alcanzadas permiten el uso de hasta 40% de

chatarra así como el uso de mineral de fierro, de pellets y de sinter.

Se producen aceros bajos en H y N.

Desventajas:

Instalaciones muy complejas y costosas

El uso de arrabios con altos contenidos de fosforo (1.8 2.2%) obligan a

trabajar en un proceso de doble escoria.

La primera con alto contenido de fosforo se extrae cuando se tiene 2% de С

y de 0.1 a 0.2% de P. La segunda escoria se deja en el convertidor después

del sangrado del acero, para ayudar a la formación de escoria en la

siguiente colada.

PROCESO OBM у Q-BOPEn 1960 la empresa Air Liquid de Canadá diseño una tobera para la inyección de

oxígeno dentro de un convertidor de acero.

En 1967 la empresa Eisenwerk Gesellschaft Maximilianchutte de Alemania

Federal uso industrialmente esa tobera, al proceso se le llamo OBM (Oxigen

Bottom Maximilianchute).

Al inyectar oxígeno y gas natural a través del fondo de convertidores Thomas

empleando esa tobera se comprobó que debido a las altas temperaturas que

había en el convertidor se descomponían instantáneamente los hidrocarburos que

llegaban a la boca de la tobera envolviendo el oxígeno, esta descomposición

endotérmica, absorbía el calor y producía una fuerte refrigeración del refractario

próximo a las toberas, dando mayor vida de servicio al mismo. El proceso se usó

en Europa Central usando siempre fundiciones ricas en fosforo, de las usadas en

el proceso Thomas, la calidad del acero obtenido es media debido a los altos

contenidos de P e H en el mismo.

En 1971 U.S. Steel instala un homo OBM y tiene gran éxito por lo que se aplica el

proceso a nivel industrial con algunos cambios bautizando el proceso como Q

BOP (Quiet, Quality, Basic Oxigen Process). En el cual se utilizan arrabios pobres

en fosforo, además se instala una tobera extra en el convertidor, por donde se

inyectan polvos de CaO, mejorando de esta manera la calidad del acero

producido.

Principales Características del Proceso.

El oxígeno se sopla con flujos de 200m3/min y P = 10 atm; el propano se

sopla flujos de 0.5m3/min y P = 6 atm.

El consumo de oxígeno es de 60m3/ton acero, el consumo de CaO es de

80kgs/ ton acero.

El soplo dura aproximadamente 20 minutos.

El revestimiento del horno es de carácter básico, teniendo una campaña de

1000 coladas en las paredes y 300 en el fondo.

La capacidad de estos convertidores va de 25 a 200 toneladas.

PROCESO LD O BOFLa idea de producir acero inyectando oxígeno puro sobre la superficie del arrabio

fundido filé de Bessemer quien patento en 1856 este proceso, sin embargo no lo

pudo desarrollar dado la imposibilidad de obtener la cantidad suficiente de oxígeno

y además de alta pureza en esa época.

Fue en 1946 que las plantas de aceración austríacas en Linz y Donavitz hicieron

experimentos para producir acero dentro de un convertidor con el soplo de

oxígeno de alta pureza sobre la superficie del arrabio, por medio de una lanza que

se encuentra en posición perpendicular al baño y a una cierta distancia del mismo.

El nombre de proceso LD se lo debe a las iniciales de las dos empresas donde se

desarrolló (Linz y Donavitz) y el nombre de BOF como es mejor conocido en

America es por las iniciales de Basic Oxigen Furnace (Horno Básico al Oxígeno).

Ventajas y Desventajas del Proceso.

Ventajas:

El uso de oxígeno de alta pureza, permite producir aceros bajos en H y N.

Gracias al calor generado, se puede usar gran cantidad de chatarra (50%

en peso de la carga).

El mineral de Fe se reduce fácilmente.

El exceso de calor permite afinar muy bien los arrabios altos en Si y P.

La calidad del acero producido es muy buena.

La eliminación del azufre es satisfactoria.

Desventajas:

Se presentan derrames durante la inyección de oxígeno.

Se tiene un elevado consumo de oxígeno.

La inversión inicial es elevada.

Se tienen muchos criterios para la ubicación de la lanza.

PROCESOS DE ACERACIÓN EN HORNOS

ELÉCTRICOS

PROCESO DE HORNO DE ARCO ELÉCTRICOLos hornos son conectados a fuentes de corriente alterna trifásica y tienen tres

electrodos colocados en forma vertical, el calentamiento y la fusión se llevan a

cabo a costa del calor generado por los arcos eléctricos producidos entre los

electrodos y el metal. Con el objetivo de disminuir el calentamiento y la oxidación

de los electrodos se colocan unos anillos alrededor de estos sobre la parte exterior

de la bóveda. Estos anillos se enfrían con agua por lo que a su vez estos ayudan a

enfriar la bóveda.

La fuente de calor es el bombardeo de la superficie de los electrodos por

partículas cargadas con iones positivos en el cátodo y electrones en el ánodo.

Durante el inicio de la operación del homo, la carga metálica está fría, y debido a

que la conductividad térmica del metal es alta, el calor rápidamente se difunde por

todos lados, desde las partes calentadas por el arco eléctrico. En el momento en

que la carga metálica se convierte en cátodo por el cambio de polaridad, su

temperatura no es suficiente para la emisión de electrones y por eso el arco se

interrumpe (se apaga).

Debido a que la conductividad térmica del carbono es aproximadamente menor

100 veces que la del hierro, el carbono se enfría lentamente y el arco se vuelve a

formar fácilmente. En cuanto la carga metálica se calienta lo suficiente y

parcialmente se funde, el arco se forma sin interrupción.

Un arco que se interrumpe constantemente no es deseable ya que no se

aprovecha toda la capacidad del transformador, con lo cual el tiempo de fusión es

más largo.

Para que el arco no se interrumpa se colocan pedazos de coque o grafito sobre la

carga fría, en los puntos de contacto del arco de los electrodos.

Periodos del Proceso de Fusión.

1. Preparación del homo.- Consiste en la corrección de las zonas desgastadas y

deterioradas del revestimiento por medio de polvos de magnesita.

2. Carga de los materiales.- Los materiales se cargan con cestos provistos de

fondos abatibles, colocando los materiales como sigue, en el fondo se coloca una

parte de menudos para proteger el revestimiento de golpes de chatarra, a

continuación se coloca chatarra gruesa y pesada en el centro, en la periferia

chatarra de sección media y arriba la chatarra menuda restante. La colocación

apretada de los materiales mejora su conductibilidad y asegura una combustión

estable del arco, acelerando la fusión. Posteriormente se agregan los fundentes

junto con coque o grafito y los aleantes.

3. Fusión.- Una vez terminada la carga del horno, se bajan los electrodos y se

conecta la corriente. Los materiales situados bajo los electrodos se funden, el

metal líquido se vierte hacia abajo, acumulándose en la parte central de la solera y

los electrodos se bajan paulatinamente aumentando el lecho de fusión. En lo

ulterior a medida que va aumentando la cantidad de metal líquido, los electrodos

se elevan, ya que cuentan con un control automático que permite mantener

constante la altura del arco. En el periodo de fusión se asegura la formación

temprana de una escoria que evite que el metal quede saturado por gases y

carburado por los electrodos. Durante la fusión se oxidan los componentes de la

carga, se forma la escoria y se pasa el fosforo a ella. La oxidación se lleva a costa

del oxígeno atmosférico, el de la cascarilla de laminación y el de! Mineral

introducido con los materiales de carga. Con la ayuda de toberas se inyecta

oxígeno o gas combustible para acelerar la fusión (ahorrando asi hasta un 15% de

energía eléctrica) la fusión dura de 1 a 3 horas.

4. Periodo oxidante:

Los objetivos de este periodo son:

a) Disminuir el contenido de fósforo en el metal

b) Disminuir los contenidos de hidrógeno y nitrógeno en el metal

c) Calentar el metal hasta una temperatura próxima a la de sangría (120 a

130°C arriba de la temperatura del líquido).

En este periodo se elimina aproximadamente 65% de la escoria formada para

eliminar el P y se agregan más fundentes y mena de fierro con lo que se logra la

ebullición del baño debido a la abundancia de CO2 formado con lo que se

favorece la salida de H y N del baño, a la vez que se homogeniza el mismo. El

periodo de oxidación termina cuando el carbono está oxidado hasta el límite

inferior del contenido en el acero de la marca fabricada mientras que el P ha

disminuido a 0.01% y así este periodo termina con la evacuación de la escoria

oxidante. Este periodo dura unas 2 horas.

5. Periodo reductor:

La finalidad de este periodo es:

a) Desoxidar el metal.

b) Eliminar el azufre.

c) Poner en rango la composición química del acero y la temperatura de

sangría.

Todos estos objetivos se consiguen paralelamente; una vez evacuada la escoria

oxidante se agrega en el bono FeMn, FeSi y Al con el propósito de realizar una

desoxidación por precipitación del metal, a continuación se forma la escoria

agregando fundentes como CaO y CaF2 principalmente. Al final del periodo

reductor se agregan desoxidantes más fuertes como son; CaSi molido y Al en

polvo, como resultado disminuye la cantidad de FeO en la escoria obteniéndose

así lo que se conoce como escoria blanca y de acuerdo con la ley de distribución

del oxígeno este pasa a la escoria a partir del metal (desoxidación por difusión).

Durante este periodo se lleva a cabo la desulfuración ya que aquí se tienen las

condiciones idóneas. Es aquí también donde se lleva a cabo la agitación

electromagnética.

En ocasiones el periodo de reducción no se lleva a cabo con una escoria blanca,

sino con una escoria gris que es más básica y está compuesta por CaC2 (este

compuesto desoxida y desulfura más enérgicamente). El periodo dura

aproximadamente 80 min.

6. Sangría del acero.- Esta se lleva a cabo una vez que se ha homogénizado la

composición y temperatura del baño y se ejecuta aproximadamente 130°C arriba

de la temperatura del líquido.

LA FUSIÓN EN EL HORNO DE INDUCCIÓN.La fusión de los metales en el homo de inducción sin núcleo, consiste en hacer

pasar una corriente de alta frecuencia a través de una bobina cilíndrica de cobre,

produciendo así un campo magnético alterno, el cuál pasa a través de la carga

induciendo corrientes en ella y ocasionando su posterior fusión (de la carga

metálica).

La condición ideal desde el punto de vista eléctrico, sería que la carga llenara

completamente el interior de la bobina, de tal! manera que no hubiera espacios

libres entre ellas, con lo cual evitarían pérdidas de flujo. Sin embargo esto es

imposible y debe haber un crisol o revestimiento, para retener el metal cuando

este fundido además de un aislamiento térmico para proteger de bobina y evitar

las pérdidas de calor.

Principales Ventajas y Desventajas

Ventajas:

Ausencia de los electrodos, debido a lo cual el metal no se carboniza

durante la fusión, esto permite fabricar aceros de muy bajo contenido de

carbono.

Ausencia del arco eléctrico de alta temperatura, por lo que disminuye la

perdida por ignición del metal.

Agitación electromagnética, por lo tanto se tiene un metal homogéneo.

Desventajas:

Baja temperatura de la escoria, ya que esta se calienta a partir del metal,

razón que dificulta la eliminación del fosforo u azufre.

Baja resistencia del revestimiento.

Baja productividad.

Es por estás tres razones principalmente que en la actualidad los hornos de

inducción no se utilizan para la producción de acero, empleándose básicamente

en investigación y para la fusión de hierros y algunas aleaciones no ferrosas.

CONCLUSION

Podemos apreciar cómo han ido evolucionando los procesos para obtener tanto

arrabio como acero y que algunos de ellos fueron remplazado por su baja

eficiencia, otros no son tan utilizados debía sus altos costos, además de darnos

una idea de cuál es la calidad y propiedades de los aceros para así elegir el que

mejor convenga de acurdo a su aplicación o utilización.

De manera general los procesos de aceración son métodos tecnológicos que se

han desarrollado a lo largo de la historia por la necesidad de ir produciendo cada

vez más y mejores aceros de acuerdo a las necesidades específicas requeridas

por lo cual se concluye que ningún proceso se puede considerar mejor que otro ya

que su importancia radica en las necesidades de cada fabricante es decir la

utilización de algún proceso se da en función de distintos factores como pueden

ser: presupuestos, tiempo, propiedades del acero, impacto ambiental de proceso,

riesgos de producción etc.

BIBLIOGRAFIAhttp://www.quimica.unam.mx/IMG/pdf/1828Aceracion.pdf http://www.elojodeltuerto.com/tag/convertidor-bessemer/ http://es.slideshare.net/almamously/clase-convertidor-bessemer http://es.wikipedia.org/wiki/Convertidor_Thomas-Bessemer http://www.catedu.es/arablogs/blog.php?id_blog=1953&id_articulo=1 23168 http://producciondeacero.jimdo.com/procesos-de-fabricaci%C3%B3ndel-acero/aceros-bessemer-y-thomas/ http://www.academia.edu/7033982/Convertidor_ThomasBessemer_1 http://eet466savio.webcindario.com/catedras/conmateriales/bloque3. pdf http://www.catedu.es/tecnologiautrillas/materiales/web3.htm https://www.google.com.mx/search?q=horno+siemens+martin&espv= 2&biw=1366&bih=624&source=lnms&tbm=isch&sa=X&ei=dEF5VPqjI MWjNuHIgYAE&ved=0CAYQ_AUoAQ#facrc=0%3Bhorno%20siemen s%20martin%20wikipedia&imgdii=_&imgrc=_ http://oa.upm.es/1929/1/Aceria_electrica_MONO_2009.pdf http://www.lenntech.es/periodica/elementos/fe.htm

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BIBLIOGRAPHYEnrique Rocha Rangel, E. M. (2006). Aceración. México: Universidad Autonoma Metropolitana Unidad Azcapotzalco.