Procesos tecnológicos para la obtención del acero.

- Convertidores Bessemer, Thomas.- Horno eléctrico- Clasificación y Aplicación del acero.

El MINERAL DE HIERRO lleva mezclados:

La MENA o parte útil: óxidos de hierro

La GANGA o parte no útil: sílices, cal, alúmina, etc.

MINERAL NOMBRE CIENTÍFICO% en Fe del

mineralCARACTERÍSTICAS

ÓXIDOS

MAGNETITA

(Fe3O4) 72%Mineral más puro y rico. Color

gris-negruzco, magnético.

HEMATITES

(Fe2O3) 70%Tiene poco fósforo. Color

rojizo, gris

LIMONITAS

2Fe2O3 +3 H2O 60%Color ocre. Blandas y fáciles de reducir. Contiene fósforo.

CARBONATOSSIDERITA

Fe CO348%

Debe calcinarse en horno de cuba para pasar a óxido de

hierro.

SULFUROSPIRITA

Fe S2< 48%

Mineral de hierro mezclado con cobre. Color amarillo.

CARBÓN DE COQUE

El CARBÓN es la materia prima para obtener COQUE. Sólo son aptas las hullas grasas y semigrasas de llama corta, con contenido en materias volátiles entre 22% y 30%, azufre <1% y cenizas <9%

Misión del coque en el proceso siderúrgico:

Producir por combustión el calor necesario para la reacción de reducción (eliminar oxígeno) y fundir la mena dentro del horno.

Soportar las cargas en el alto horno

Producir el gas reductor (CO) que transforma los óxidos en arrabio.

¿Cómo se obtiene el coque?

Calentando a >1000 ºC las hullas.

Características de un buen coque:

Buena resistencia al aplastamiento

Baja humedad (<3%)

Bajo contenido en azufre (<1%)

Bajo contenido en cenizas (<9%)

Alto poder calorífico (6500 – 8750 kcal/kg)

Mínimo contenido en fósforo y azufre (hacen frágil la fundición)

FUNDENTES

Su misión es:

Combinarse con la ganga y bajar su punto de fusión, para hacer que la escoria se encuentre fluida.

Combinarse con las impurezas, pasándolas a ganga.

Los fundentes más utilizados: sílice, caliza (carbonato cálcico) y la dolomía (carbonato magnésico).

La cantidad de fundente y su naturaleza debe establecerse con mucho cuidado, dependiendo de la naturaleza y composición de la ganga y la proporción de impurezas.

Si ganga ácida SiO2 → fundente básico Al2O3, MgO, CaO

Si ganga básica MgO, CaO → fundente ácido SiO2

Si ganga neutra → fundente neutro CrO

La chatarra

• La chatarra de acero es otra materia utilizada para la fabricación de acero.

• Conjunto de piezas, partes metálicas, etc., de acero, inservibles y sin ninguna utilidad industrial.

• Puede ser: reciclada, de trasformación, de recuperación.

EL ALTO HORNO

Es un horno de cuba formado por dos troncos de cono desiguales unidos por sus bases mayores.

Parte interior de mampostería de ladrillos refractarios de 60-100 cm de espesor

Parte exterior revestida de plancha de acero reforzada con zunchos.

Partes del alto horno: (de arriba abajo)

a) Tragante

b) Cuba

c) Vientre

d) Etalajes

e) Crisol

PROCESO DE OBTENCIÓN DEL ARRABIO

En la parte superior de la cuba se produce el secado, precalentamiento y deshidratación a Tª 200 – 450ºC

En la parte inferior de la cuba, es la zona de reducción 400 – 1200ºC

En los etalajes zonas de carburación y fusión 1800ºC

La ganga se ha combinado con el fundente formando la escoria que sale por la bigotera.

Por la piquera sale el arrabio

PRODUCTOS DEL ALTO HORNO

ARRABIO, producto principal del Alto Horno. 90-95% de hierro. Puede ser de dos tipos:

a) Hematites, para piezas fundidas en molde

b) Básico, para fabricación de acero en convertidor soplado por oxígeno.

ESCORIA, material de desecho que sobrenada el arrabio en el crisol, por su menor densidad. Sus aplicaciones son:

a) Áridos para hormigón

b) Aislantes térmicos

c) cementos

PROCESOS TECNOLOGICOS PARA LA OBTENCIONDEL ACERO

Para la obtención del acero se utilizan como materias primas el arrabio liquido del alto horno y la chatarra de acero.

Se diferencian en la forma y tipo de energía aportada:

MARTIN - SIEMENS

BESSEMER - THOMAS

CONVERTIDOR LD

HORNOS ELÉCTRICOS

PROCEDIMIENTO MARTIN - SIEMENS

• Permite cargas de tipo sólido, líquido o mixto.

• Permite distintos tipos de mezclas, luego se obtienen productos definidos.

• La solera puede ser ácida, básica o neutra.

• Según la proporción de gas-aire podemos tener una atmósfera oxidante (para quemar o descarburar), reductora (para eliminar el oxígeno) o neutra (para mantener la Tª).

• Los gases del horno se les hace pasar por cámaras calentándolas; luego se invierte el sentido, hacía otras cámaras frías. La corriente gaseosa atraviesa el horno en un sentido y otro alternativamente

CONVERTIDOR BESSEMER - THOMAS

• Permite descarburar la fundición gracias a una corriente de aire comprimido que atraviesa la masa de fundición líquida contenida en el convertidor.

• Tres fases: llenado, soplado y vaciado.

• El proceso se puede detener cerrando la entrada de aire.

• Bessemer revestimiento ácido, Thomas básico.

4.3. CONVERTIDOR LD

• El oxígeno se inyecta a alta presión (10-14 at.)a través de un tubo refrigerado (lanza).

• Fases del proceso:

Carga

soplado y afino

Colada o vaciado

HORNO ELÉCTRICO

Fusión de chatarra por medio de una corriente eléctrica y posterior afino del baño fundido. Hay dos tipos de hornos:

a) DE ARCO ELÉCTRICO

b) DE INDUCCIÓN

Ventajas:

Fácilmente regulable.

Calentamiento rápido.

Se mantiene la Tª a voluntad, y muy elevadas.

No hay gases en la combustión (menos impurezas).

El revestimiento interior puede ser ácido o básico (distintos tipos de fundiciones).

COLADA DEL ACERO

• El ACERO sale del horno en estado líquido, hay que solidificarlo, varios métodos:

Vertiendo el acero sobre moldes de forma establecida (acero moldeado)

Colar el acero líquido sobre moldes prismáticos (lingoteras), para transformarlo luego por laminación o forja.

Colada continua del acero obteniendo directamente el semiproducto deseado.

OBTENCIÓN DE PRODUCTOS COMERCIALES

• Hay distintos caminos para obtener el acero sólido, pero es necesario transformarlo en productos comerciales. Se realiza por los siguientes procedimientos:

Laminación

Forja

Estampación

Moldeo

La laminación consiste en hacer pasar un material entre dos rodillos o cilindros que giran a la misma velocidad y en sentidos opuestos, y reducen la sección transversal mediante la presión ejercida por éstos.

Puede realizarse en frío o en caliente (800 – 1250º C)

CLASIFICACIÓN GENERAL DEL ACERO.

Los aceros se clasifican según se obtengan, ya sean:

En estado sólido

En estado líquido y

De acuerdo a su composición química.

CLASIFICACIÓN GENERAL DEL ACERO.

En estado sólido pueden ser: soldados, batidos o forjados y en estado líquido pueden ser: homogéneos y de fusión

Al grupo de los sólidos pertenecen los llamados: Directos; y al grupo de los líquidos los llamados: Indirectos ó de Afino.

Según su composición química se clasifican en: Aceros ordinarios, al carbono y especiales; de estas clasificaciones se derivan una diversidad de calidades y propiedades.

CLASIFICACIÓN DE LOS ACEROS

PRESENTACIÓN COMERCIAL DEL ACERO

Productos planos, planchas y chapas de 0.5 – 3 mm

Productos largos, sección pequeña y gran longitud, barras de distintas secciones:

Cuadrada

Rectangular (pletina)

Redonda

Exagonal

Media caña

Triangular

Alambre

COMPOSICIÓN

DESIGNACIÓN NUMÉRICA

UNE 36000

ACEROS AL CARBONO O NO ALEADOS

ACEROS ESPECIALES O ALEADOS

Presencia de otros elementos < 0.7%

De baja aleación: 1 – 5 %

De alta aleación: > 5%

F significa producto ferroso

1ª cifra indica la serie

2ª cifra indica el grupo

3º cifra indica el individuo

4º cifra numeración cronológica

Perfiles, formas variadas y longitud variable: angular de lados iguales (L), angular de lados desiguales (L), angular en I, H (o doble T), en U, en T, perfiles tubulares (redondo, cuadrado, perfilado)

FUNDICIONES

FUNDICIÓN GRIS, presenta el C en forma de grafito laminar:

Funde a 1200º C

Tenaz, pero poca dureza

Soporta altas presiones y temperaturas sin dilatarse

FUNDICIÓN BLANCA, presenta el carbono en forma de carburo de hierro Fe3C (cementita) de color blanco.

Funde a 1150º C

Es muy dura, pero frágil

Difícil de mecanizar por su dureza.

FUNDICIÓN ATRUCHADA, propiedades mezcla de las anteriores.

FUNDICIÓN MALEABLE PERLÍTICA, mediante recocido a 900º C de la fundición blanca se produce a su descarburación (de 2-4% a 1-1.5%), eliminando la fragilidad, aumentando la resistencia a tracción.

FUNDICIÓN MALEABLE BLANCA, el C de la cementita, ha desaparecido total o parcialmente.

FUNDICIÓN MALEABLE NEGRA, C de la cementita precipita en copos de grafito.

FUNDICIÓN DE GRAFITO ESFEROIDAL O NODULAR, por adición de Cerio o Mg

FERROALEACIONES

PRODUCTOS SIDERÚRGICOS QUE CONTIENEN ADEMÁS DEL HIERRO, UNO O VARIOS ELEMENTOS QUE LO CARACTERIZAN. Se emplean como materia prima para procesos metalúrgicos: Ferromanganesos, Ferrocromos, Ferrosilicios, Ferrovanadios, Ferroníquel, Ferrovolframio.

CONGLOMERADOS FÉRREOS

Formados por la unión entre sí de distintos tipos de polvos metálicos. Se pueden comprimir en un molde a altas presiones y temperaturas, obteniéndose una masa compacta solidificada. El proceso se llama siterizado o metalúrgia de polvos.