Procesos de Fabricacion y Productos

8/17/2019 Procesos de Fabricacion y Productos

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POSGRADO INGENIERIA DE LA CONSTRUCCION

Jorge Humberto Pérez R

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Acero

Estructural

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DEFINICION

El acero es una aleación metálica constituida

básicamente por hierro (98%), pequeñas cantidades de

carbono (de 0,002% hasta 2,00%) y otros minerales, que

le proporcionan al acero propiedades específicas, sobre

todo de resistencia y ductilidad, las que son muy

importantes para sus aplicaciones en Ingeniería Civil.

Esta aleación es obtenida por el afino del arrabio enaparatos especiales, que consiste en la reducción de los

contenidos de carbono, silicio y azufre (que en principio

son perjudiciales para el acero).

ACERO ESTRUCTURAL




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MINERALES ALEANTES

Además de los componentes principales (hierro y carbono), los aceros incorporan otros elementos

químicos; algunos son perjudiciales (impurezas) y provienen de la chatarra, el mineral o el

combustible empleado en el proceso de fabricación; es el caso del azufre y el fósforo; otros se

añaden intencionalmente para mejorar las características del acero (aleantes). Los aleantes pueden

utilizarse para incrementar la resistencia, la ductilidad, la dureza, etcétera, o para facilitar algún

proceso de fabricación como puede ser el mecanizado. Elementos habituales para estos fines son elníquel, el cromo, el molibdeno y otros.

ACERO ESTRUCTURAL

C Carbono

Mn Manganeso

Si Silicio

S Azufre

P Fosforo

Cu Cobre

Ti Titanio

Cr Cromo

Nb Niobio

Ni NíquelV Vanadio




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PROCESO SIDERURGICO

El proceso siderúrgico es el proceso de obtención del acero, desde la llegada del mineral de hierro hasta el

producto final que es utilizado en diferentes sectores del mercado.

La planta siderúrgica puede ser integrada. Hay, en este caso, dos alternativas principales según los procesos

sucesivos de reducción y aceración al que es sometido el mineral de hierro:

a) Alto horno seguido del convertidor al oxígeno.b) Horno de reducción directa seguido del Horno eléctrico de arco.

También puede ser semi-integrada, en la que el acero es obtenido a partir de chatarra, caso en el que no

hay etapa de reducción.

El proceso de obtención del acero puede ser resumido en las siguientes tres grandes etapas:

i) Preparación de las Materias Primas

ii) Reduccióniii) Aceración.

ACERO ESTRUCTURAL




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DIAGRAMA DE FLUJO DEL PROCESO SIDERURGICO

En los aceros utilizados en la construcción, el contenido de carbono es del orden de 0.10% a

0.27%. El acero tiene algunos elementos residuales (azufre, silicio, fósforo, etc.) resultantes del

proceso de fabricación y también otros elementos de aleación (cromo, manganeso, níquel, etc.)

agregados a propósito a la aleación hierro-carbono para obtener propiedades especiales.

ACERO ESTRUCTURAL




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Para la obtención de acero se necesitan básicamente tres materias primas: el mineral de hierro, el carbón

mineral o el gas natural (según los procesos de reducción elegidos) y fundentes (materiales calcáreos).

El mineral de hierro (principalmente hematita) y el carbón mineral no se encuentran en estado puro, ya que

vienen acompañados por elementos indeseables para el proceso, los cuales se deben eliminar para aumentar la

eficiencia del proceso de producción del acero y reducir el consumo de energía.

ACERO ESTRUCTURAL




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En el caso de la vía del Alto Horno, los dos principales

procesos de preparación de materias primas son: la

Coquización y la Sinterización.

Coquización – es el proceso de destilación del carbón

mineral en ausencia de aire, con liberación de substancias

volátiles. Esto ocurre en los hornos de coquización a una

temperatura de 1.300 C durante 18 horas. El productoresultante, el coque metalúrgico, es un residuo poroso

compuesto básicamente por carbono que tiene gran

resistencia mecánica y un alto punto de fusión.

Sinterización – es el proceso de aglomeración de las

materias primas debido a que los finos de mineral son

indeseables para el proceso de obtención del arrabio en

el alto horno, el producto final del proceso es el sínter,que es en promedio posee dimensiones superiores a 5

mm de diámetro.

ACERO ESTRUCTURAL




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ii) Reducción

Alto Horno – La transformación del mineral de

hierro en arrabio tiene lugar en un equipo llamado

alto horno, que es una enorme cápsula cilíndrica

de 50 a 100 m de altura, en presencia de coque

metalúrgico y de fundentes.

El principio básico de operación de un alto horno

consiste en la eliminación del oxígeno del mineral,

que es reducido así a hierro. Esta reducción es

producto de la combinación del carbono presente

en el coque con el oxígeno del mineral, en una

reacción exotérmica. Simultáneamente, la

combustión del carbón con el oxígeno del aire

suministra el calor necesario para fundir el metalreducido.

ACERO ESTRUCTURAL




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ii) Reducción

Horno de Reducción Directa – El horno es alimentado con mineral de hierro y en

la parte media del reactor se inyecta el gas reductor, rico en monóxido de

carbono e hidrógeno, que fluye en el interior del reactor en contracorriente a la

mezcla de mineral. El gas reacciona con el óxido de hierro y le remueve el

oxígeno, convirtiéndolo en hierro metálico.

ACERO ESTRUCTURAL




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iii) Aceración

El arrabio o el hierro de reducción directa aún contiene varios elementos indeseables para el

proceso y la composición química adecuada del acero. Por lo tanto, es necesario recurrir a una

reducción complementaria de los contenidos de esos elementos, lo que se logra mediante la

operación de afino en la unidad industrial denominada Acería. La finalidad de la acería es

transformar el arrabio o el hierro de reducción directa en acero.

Hay dos procesos alternativos:

1. La aceración en el Convertidor Básico al Oxígeno

2. El Horno Eléctrico de Arco.

ACERO ESTRUCTURAL




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iii) Aceración

Convertido al oxígeno – En este equipo el oxígeno reacciona con los productos cargados (arrabio

líquido y cierta proporción de chatarra), generando altas temperaturas (1.700 C), combinándolos con el

silicio, manganeso, carbono, etc., lo que caracteriza el proceso de afino o reducción. Los productos

indeseables son eliminados por la escoria que se forma en la superficie del baño, o en forma de gases

que se utilizan nuevamente en el proceso.

ACERO ESTRUCTURAL




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iii) Aceración

Horno Eléctrico de Arco – los hornos eléctricos son alimentados con la energía térmica

obtenida por la generación de arcos eléctricos entre los electrodos y la carga metálica

contenida en el horno. Durante el proceso de producción del acero líquido, se inyecta oxígeno

para remover las impurezas. En este proceso puede cargarse únicamente con chatarra o

proporciones variables de hierro de reducción directa y chatarra.

ACERO ESTRUCTURAL




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iii) Aceración

Hornos cuchara – los productos de la acería provenientes de los convertidores o de los hornos

eléctricos de arco pasan por la así llamada metalurgia secundaria, en el horno de cuchara,

donde se completa el proceso del afino y de homogeneización que confiere al acero las

características químicas y la pureza adecuada.

ACERO ESTRUCTURAL




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iii) Aceración

Colada Continua – En este proceso, el acero con la composición correcta, es

transferido directamente de la cuchara al distribuidor y de éste al molde de

la máquina de colada continua. Al inicio de la operación, una barra limita la

cantidad de metal líquido en el molde – en constante movimiento y enfriado

por agua. Aquí se inicia la solidificación del acero, que es retirado en forma

continua por rodillos extractores, constituyéndose en una larga veta

metálica que más adelante es enfriada y finalmente cortada a soplete paraadquirir la forma de tochos, palanquillas o planchones, llamados productos

semiterminados que son transformados en productos terminados en una

serie de máquinas (laminadores) compuestas de cilindros de acero que,

girando en sentido contrario, comprimen las masas de metal.

ACERO ESTRUCTURAL




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Perfiles laminados de alas paralelas

Perfiles Laminados de alas paralelas – son producidos por medio de una deformación

mecánica en caliente, con secciones transversales con formas “I” y “H”, obtenidas por

el sistema de laminación universal .

PRODUCTOS




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Los perfiles laminados de alas paralelas son muy utilizados en todo el mundo para la construcción de

estructuras metálicas, tanto en la construcción civil como para las aplicaciones en la industria.

Las principales características técnicas de los perfiles laminados son sus alas paralelas y rectilíneas, que

facilitan las soluciones de conexiones y encajes, uniformidad estructural, por no presentar soldaduras o

costuras, e inclusive, un bajo nivel de tensiones residuales localizadas, gracias a la ausencia de soldaduras

en su proceso de fabricación.

PRODUCTOS

Perfiles laminados de alas paralelas




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Perfiles laminados normales americanos de alas inclinadas son utilizados en vigas solamente por

momentos flectores, en tirantes y traviesas de cierre, en barras de riostras y la composición de perfiles.

Perfiles laminados americanos de alas inclinadas

PRODUCTOS




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Perfiles soldados son aquellos fabricados mediante el corte, la composición y soldadura de chapas planas

de acero. Lo que permite obtener una gran variedad de formas y dimensiones de secciones.

Pueden ser fabricados con acero al carbono (ASTM A-36), acero de baja aleación y alta resistencia

mecánica (ASTM A-572), acero de baja aleación, alta resistencia mecánica y alta resistencia a la corrosión

atmosférica (ASTM A242 ó ASTM A-588)

Perfiles soldados

PRODUCTOS




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Los perfiles electrosoldados son fabricados a partir de bobinas de acero por el proceso de soldadura por

resistencia eléctrica, también conocido por electrofusión. Este sistema de electrosoldadura de alta

frecuencia, se basa en el uso de corriente eléctrica con una frecuencia de 400.000 Hz; es un proceso de

alta productividad, pues permite soldar a gran velocidad (30 m/min) con bajo consumo de calor; además,

no hay introducción ni deposición de otro material.

Perfiles electrosoldados

PRODUCTOS




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Los perfiles conformados en frio son obtenidos por conformación en frio de productos planos, como son

las chapas y los flejes. Las chapas puedes ser conformadas o dobladas tanto por plegadoras como por

perfiladoras y su uso es recomendado para construcciones livianas y en elementos estructurales como

barras de celosías, tirantes, correas o perlines para cubiertas y cerramientos, etc.

Perfiles conformados en frio

PRODUCTOS




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Los perfiles tubulares con costura se fabrican por cilindrado o por el prensado de las chapas, con

soldadura por arco sumergido y por la conformación continua, con soldadura por electrofusión.

Pueden ser fabricados con acero de mediana resistencia mecánica (ASTM A-36 ó ASTM A-1011 Gr. 36 con

Fy=250 MPa) o con aceros de alta resistencia mecánica (ASTM A-572 Gr. 50 con Fy=345 MPa)

Perfiles tubulares circulares

PRODUCTOS




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Procesos de producción continua a partir de bobinas. La bobina pasa por preformadores, constituidos por

un conjunto de rodillos cóncavos que promueven una preconformación gradual, en la cual la banda inicia

su proceso de transformación en tubo. Al final el tubo puede alterar su sección transversal a cuadrada o

rectangular mediante la presión lateral en sus paredes superior e inferior, transformándolas en superficies

planas de cantos redondeados.

Perfiles tubulares circulares, cuadrados y rectangulares

PRODUCTOS




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EDIFICIOS METALICOS

Edificio Metálico – Parque de los Deseos EE.PP.M Edificio Metálico – Colegio San Rafael - Guajira

APLICACIONES




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PUENTES METALICOS

Puente Parque de las Tres Aguas Puente peatonal Centro Comercial El Tesoro

APLICACIONES




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CUBIERTAS METALICAS

Cubierta Productos Familia - Girardota Cubierta Pintuco Rionegro

APLICACIONES




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PASAMANOS METALICOS

Pasamanos – Plaza de Toros La Macarena Pasamanos – Metro Cable Medellín

APLICACIONES




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ANDAMIOS DE CARGA METALICOS

Andamios de carga Andamio autoajustable

APLICACIONES




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TORRES METALICAS

Torres de Transmisión de energía eléctrica Torres de Telecomunicaciones

APLICACIONES




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FORMALETAS METALICAS

Formaleta para vaciado de vigas de Puentes Formaleta para vaciado muros.

APLICACIONES




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PROYECTOS ESPECIALES - DRAGAS METALICAS

Draga 14 . Mineros S.A.

APLICACIONES




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PROYECTOS ESPECIALES – ESTRUCTURAS DE PROTECCION AL METRO DE MEDELLIN

Proyecto Madre Laura, Puente Moravia.

APLICACIONES



Puente 77 Sur.

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