Presentacin de PowerPoint

1 Proceso de obtencin del hierro y el aceroProcesos de fabricacinIng. Esbn Isa Escobedo lvarezUnidad 11.1Proceso Tecnolgico de la Obtencin de Hierro de primera fusin1.2Funcionamiento del proceso tecnolgico y otros Productos Obtenidos 1.3Afino del Acero 1.4Procesos Tecnolgicos de Obtencin de Acero Horno Elctrico Convertidores Bessemer Thomas

Principales Minerales del que se extra HierroHematita (mena roja)70% de hierroMagnetita (mena negra)72.4% de hierroSiderita (mena caf pobre)48.3% de hierroLimonita (mena caf)60-65% de hierro

Para la produccin de hierro y acero son necesarios cuatro elementos fundamentales:Mineral de hierro Coque Piedra caliza Aire

AceroEs la denominacin que comnmente se le da eningeniera metalrgicaa unaaleacindehierrocon una cantidad decarbonovariable entre el 0,1 y el 2,1% en peso de su composicin, aunque normalmente estos valores se encuentran entre el 0,2% y el 0,3%.

Una planta integral tiene todas las instalaciones necesarias para la produccin de acero en diferentes formatos.Hornos de coque: obtener del carbn coque y gas.Altos Hornos: convertir el mineral en hierro fundidoAcera: conversin del hierro fundido o el arrabio en acero

Moldeado: producir grandes lingotes (tochoso grandes piezas de fundicin de acero)Trenes de laminacin desbastadores: reducir el tamao de los lingotes produciendoblomsyslabsTrenes de laminacin de acabado: estructuras y chapas en calienteTrenes de laminacin en fro: chapas y flejesElementos con los que el acero se puede alearAluminioBoroCobaltoCromoMolibdenoNitrgenoNquelPlomoSilicioTitanioTungstenoVanadio

A la caliza, el coque y el mineral de hierro se les prepara antes de introducirse al alto horno para que tengan la calidad, el tamao y la temperatura adecuada, esto se logra por medio del lavado, triturado y cribado de los tres materiales.Elementos qumicos presentes en la fundicin del HierroCarbono. Arriba del 4% baja la calidad del hierro, sin embargo se debe decir que es el elemento que da la dureza al hierro y por medio de sus diferentes formas en las que se presenta, se pueden definir varias propiedades de las aleaciones y su grado de maquinabilidad.Silicio. Este elemento hasta un 3.25% es un ablandador del hierro y es el elemento predominante en la determinacin de las cantidades de carbono en las aleaciones de hierro. El silicio arriba de 3.25% acta como endurecedor.

Manganeso. Es un elemento que cuando se agrega a la fundicin arriba del 0.5% sirve para eliminar al azufre del hierro. Como la mezcla producto del azufre y el manganeso tiene baja densidad flota y se elimina en forma de escoria. Tambin aumenta la fluidez, resistencia y dureza del hierro.Azufre. No sirve de nada en el hierro, debe ser eliminado y controlado.

ALTO HORNO Alto Horno, funcionamientoProductos Obtenidos

Productos Obtenidos

Clasificacin y Propiedades del AceroEl acero en sus distintas clases est presente de forma abrumadora en nuestra vida cotidiana en forma de herramientas, utensilios, equipos mecnicos y formando parte deelectrodomsticosy maquinaria en general as como en lasestructuras de lasviviendasque habitamos y en la gran mayora de los edificios modernos.

Los fabricantes de medios de transporte de mercancas (camiones) y los demaquinaria agrcolason grandes consumidores de acero.

Tambin son grandes consumidores de acero las actividades constructoras de ndole ferroviario desde la construccin de infraestructuras viarias as como la fabricacin de todotipo de material rodante.

Otro tanto cabe decir de la industria fabricante dearmamento, especialmente la dedicada a construirarmamento pesado, vehculosblindadosyacorazados.

Tambin consumen mucho acero los grandesastillerosconstructores debarcosespecialmentepetroleros, y gasistas u otros buquescisternas.

Tipos de AceroDe baja aleacin: UltrarresistentesBaratos

Inoxidables:Contienen cromo, nquel y otros elementos.Duros y muy resistentesSe emplean muchas veces con fines decorativos. Utilizado en tuberas, tanques, equipos quirrgicos, etc.

Aceros para Herramientas

Contienen Wolframio, Molibdeno y otros elementos para tener mayor dureza.

Aceros al CarbonoMas del 90% de todos los aceros, son aceros al carbono.Contienen pocos manganeso, silicio y cobre

Aceros al carbono de baja aleacinSon de precios moderados, tienen poca cantidad de elementos de 0,06% a 0,25% de Carbono

AFINO DEL ACERODesde comienzos de la poca victoriana, los mtodos de afinacin del acero ha sido de gran importancia, anteriormente se utilizaba el carbn mineral que usualmente contiene sustancias voltiles indeseables para la fabricacin del arrabio lo que llevo a la necesidad de buscar mtodos de afino de estas sustancias para tener una mejor calidad en el acero, y fabricar instrumentos para la milicia, construccin, productos de uso casero, etc. Convertidores de arrabio en acero inventado por Henry Bessemer y Martin-Siemens implementaron procesos que a la fecha siguen siendo utilizados, o procesos nuevos mejorados para el afinamiento del acero.En la actualidad el acero juega un papel muy importante para la industria de la construccin, la industria medica, entre otras aplicaciones tecnolgicas o comunes por las que es necesario conocer todos estos procesos.28Afino: proceso de descarburizacin y eliminacin de impurezas al que se somete el arrabio (hierro de primera fundicin con alto porcentaje de carbono) para la obtencin del acero.Cualquiera que sea el proceso de obtencin del acero, siempre trae consigo la presencia de impurezas, gases, incrustaciones y segregaciones que hacen necesario la implementacin de procesos de refinacin posterior, comnmente conocidos como afino del acero.Acero: Fe: -------------- 0.5 a 2% de C (Carbono).Fundicin: Fe: --------------- Mayor al 2% de C (Carbono)

29Las principales materias primas son:

La cal, la chatarrametlica, la fluorita, lospellets de hierro, y elarrabio liquido tradodirectamente del altohorno.Fe--------------93%C---------------3% (mayor)P---------------1%S---------------1%Y otros--------4%COMPOSICIN DEL ARRABIO

30Se efecta por los siguientes mtodos

convertidor u horno bsico de oxgenoBOFhorno Martin-Siemens o de hogar abiertohornos elctricoCubiloteAfino del Acero31Tambien conocido por de SOPLO Consiste en quemar por medio de oxgeno tanto las impurezas (fsforo, azufre) como el exceso de carbono del arrabio lquido, ademas de aprovechar el calor de la oxidacion como fuente de energia para la fusion.

Los problemas de estos convertidores es que producen xido de hierro y nitrgeno por lo que los aceros obtenidos son de calidad media aptos para elaborar tubos, chapas, perfiles laminados, alambre.Afino en convertidor o horno bsico de oxgeno Bessemer :Un flujo de aire se inyecta por la parte inferior del horno para que elimine gran parte del carbono y otras impurezas del arrabio por oxidacin. El oxgeno reacciona con las impurezas del arrabio produciendo escoria que sube y flota en la superficie del acero lquido.

32Consiste en una olla de acero recubierta en su interior con material refractario del tipo bsico, por ejemplo xido de magnesio. La lanza se enfra con serpentines de agua, interiores para evitar que se funda. La carga y la descarga de la olla se hacen tambin por la parte superior y por eso la olla est montada en ejes rotatorios.

Mediante un chorro de oxgeno con polvo de piedra caliza el arrabio es convertido en acero. El oxgeno reacciona con el carbono del arrabio y lo elimina en forma de bixido (o monxido) de carbono. La caliza sirve para eliminar impurezas, entre las que destaca el fsforo.Convertidor De Inyeccin De Oxigeno BOF (Basic Oxygen Furnace) 33El horno se inclina desde su posicinvertical y se carga la cal, la fluorita, lachatarra metlica (cerca de un 25%)y luego con arrabio calienta tradosdirectamente del alto horno.

Despus de ser devuelto a su posicin vertical, se hace descender hacia la carga una lanza de oxgeno (refrigerada poragua) y se fuerza sobre ella un flujode oxgeno puro a alta velocidaddurante 20 minutos.

Este acta como fuente de calor y para la oxidacin delas impurezas.Proceso de afinacin BOF

34El oxigeno se combina con elcarbono formando dixido decarbono (O2C). y el carbonodebe estar menor al 2%.

La cal elimina el fsforo, elazufre y otros elementos nodeseados contenido en elarrabio.

Una vez eliminados todas lasimpurezas contenido en elarrabio es transformado enACERO.Fe---------------------98%C----------------------2%P----------------------0.005%S----------------------0.005%Y otros--------------0.005%COMPOSICION QUIMICA DEL ACEROProceso de afinacin BOF35Son hornos de gas que funden en su interior a 1 800C lingotes de arrabio solidificado y chatarra. Al alcanzar dicha temperatura se destruyen todas las impurezas y se consiguen aceros de calidad aptos para fabricar piezas de maquinaria.Afino en horno Martin-Siemens o de hogar abierto:

36El horno es un recipiente rectangular con puertas para combustible y gases en ambos extremos.

Estas puertas deben dirigir los gases hacia abajo, hacia la carga o bao del metal.

La llama y los gases calientes pasan por encima del bao y salen por el extremo opuesto del horno.

Los gases de la combustin atraviesan uno o dos regeneradores antes de perderse en la chimenea; frecuentemente se colocan calderas despus de los regeneradores para recuperar el calor perdido y conseguir la mejor recuperacin posible de los productos de la combustin mediante vlvulas refrigeradas con agua y entonces al horno se le calienta desde el extremo opuesto.Proceso de Afino en horno Martin-Siemens o de hogar abierto:

37Afino en horno elctrico:

Transforman la energa elctrica en calor por lo que alcanzan temperaturas superiores a los anteriores. Al no generarse llama slo se queman las impurezas y no el metal. Los aceros son de alta calidad o aleados.

Los dos tipos de hornos elctricos son: De arco y de induccin.

Una vez afinado el acero se recoge en cuchara y vierte en lingoteras obteniendo lingotes de acero que tras calentarse en pozos de inmersin se forjarn o laminarn para obtener piezas comerciales.

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En estos hornos el calentamiento viene a causa de la corrientes inducidas en la masa metlica por una bobina, que circunda el crisol, alimentada por una corriente alterna.

La bobina es constituida de muchos espirales de tubo de cobre refrigerado por agua , las corrientes inducidas se ponen en la periferia de la masa metlica y circulan en un estado anular de pequeo espesor.

Este anillo constituye un espiral cerrado en corto circuito y funciona como el secundario de un transformador cuyo primario es la bobina exterior.

Como se trata de un solo espiral las corrientes inducidas tienen una intensidad elevada y por est razn el calentamiento de la masa metlica viene con rapidez ( se puede alcanzar temperaturas entre 2800 y 3000 o C). Proceso Horno De Induccin Elctrica 39

En el horno elctrico se introduce chatarra de acero y una pequea cantidad de carbono y de cal a travs del techo abierto. (Los hornos elctricos tambin se pueden cargar con 100% de chatarra.)

El techo se cierra y se bajan los electrodos. Se establece la conexin y dentro de un periodo de aproximadamente 2 horas, el metal se funde.

La corriente entonces es desconectada, se elevan los electrodos, el horno es inclinado y el metal fundido es vaciado en una olla de traslado, que es un recipiente utilizado para la transferencia y vaciado del metal fundido. Proceso de Arco ElctricoEl calor se genera, por la resistencia que la masa de hierro presenta al paso de la corriente. Se funde en un crisol de arcilla refractaria, hierro dulce de elevada pureza, con cantidades perfectamente medidas de fundicin de hierro. La fuente de calor es un arco elctrico continuo, que se forma entre los electrodos y el metal cargado . Existen normalmente tres electrodos de grafito, que pueden ser de hasta 750 mm (30 pulg) de dimetro y de 1.5 a 2.5 m (5 a 8 pies) de longitud. Su altura dentro del horno se puede ajustar en respuesta a la cantidad de metal presente y al desgaste de los electrodos. 40Afino de la fundicin Cubilote:

El cubilote es un horno cilndrico con una altura de 10 m, recubierto de ladrillo refractario, en el cual se introducen capas alternadas de arrabio y de carbn de coque (tras encender con maderas) hasta sobrepasar la altura de las toberas. Una vez incandescente se aade el fundente y se inyecta aire por las toberas. El metal fundido cae en un crisol y cuando est lleno se abre la piquera y se recoge el metal en cucharas de colada para despus verter en los moldes de fundicin.Las toberas son boquillas a travs de las cuales pasa el aire al interior del horno desde la caja de viento.

41Proceso afino de la fundicin Cubilote:

El encendido del cubilote se hace de 2 a 3 horas para que alcance una temperatura entre los 1200 y 1500 grados centgrados, antes de que se deba tener el primer metal fundido, deber utilizarse la suficiente cantidad de lea para quemar la primera cama de coque.

se aade coque poco a poco hasta que la cama crece a una altura conveniente.

Cuando la cama del coque esta encendida completamente se carga arrabio y la chatarra con una proporcin de una parte de coque por 10 de hierro, esta relacin es en masa.

Adems se suministra alrededor de 34 Kg., de fundente por tonelada de hierro, por lo general es piedra caliza, cuyo objetivo es eliminar impurezas en el hierro, protegerlo de la oxidacin y hacer la escoria mas fluida para retirarla con mayor facilidad del cubilote.

42El desarrollo de las tecnologas del acero de esta contribuir a una mayor comprensin del tema y a su eleccin en funcin de las materias primas excelentes. Se puede concluir que la siderurgia y sus procesos de afinamiento de acero y aleaciones juegan un papel importante en el desarrollo industrial de los pueblos y las aplicaciones que se le de al acero, ya sea para aplicaciones tecnolgicas, medicas, o cotidianas. Conclusin Precisamente por la diferencia de todas estas aplicaciones para poder llevar una conciencia de la fabricacin de aceros comunes o especiales, es necesaria la utilizacin de ciertos procesos, los cuales son capaces de transmitir importantes propiedades, los grados de pureza que favorecen al acero, dependiendo del rubro en el cual se va a utilizar. 43