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FABRICACIÓN DEL ACERO
TITANIC
1. Los métodos de fabricación del acero son de relativa
importancia.
2. Cuando el contenido en N es relativamente elevado el acero
presenta baja ductilidad.
3. Otras impurezas, como azufre y fósforo, ejercen efectos
perjudiciales en los aceros, por lo que se les limita a un
cierto rango de composiciones (< 0,05 % en peso).
6. Para la obtención del acero se pueden seguir dos caminos:
a) Partiendo de los minerales de hierro, o
b) A partir de la chatarra (reciclando el acero)
7. A partir del mineral de hierro, es que se obtienen la mayor parte
de los aceros que utiliza la industria. Básicamente aceros al
carbono como: perfiles, planchas, barras corrugadas, etc.
8. Mediante la refusión de la chatarra, generalmente, se producen la
mayor parte de los aceros especiales: aceros de mediana aleación
(AISI 4340), aceros de alta aleación (acero inoxidable AISI 304).
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alto horno convertidor máquina de colada continua
MINERAL de Fe ARRABIO ACERO LAMINACIÓN
reducción oxidación palanquilla o planchones
horno eléctrico máquina de colada continua
CHATARRA ACERO LAMINACIÓN
oxidación-reducción palanquilla o planchones
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OBTENCIÓN DEL ARRABIO
7 CRISOL
ETALAJE
VIENTRE
CUBA
TRAGANTE
AIRE
CALIENTE
Reducción directa
FeO + C Fe + CO
ESCORIA
ARRABIO
SECADO
1 900 ºC
200 ºC
1 200 ºC
600 ºC
1 500 ºC
COMBUSTIÓN DEL
COQUE
ALT
O H
OR
NO
gases gases
Temperaturas
al interior
Mineral de Fe
Coque
Fundente
Reducción indirecta
FeO + CO Fe + CO2
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Consiste en un cuerpo casi cilíndrico de plancha de acero con
espesor: 25 mm – 40 mm.
Revestido interiormente por material refractario (cerámico).
Su diámetro varía de 2 m a 5 m; su altura de 30 m a 120 m.
Por la parte superior, tragante, se carga al alto horno.
Las toberas se encuentran por encima del crisol a través de las
cuales se inyecta aire caliente (800 °C – 1 000 °C). También se
puede introducir oxigeno para aumentar la eficiencia.
I.- ALTO HORNO
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LA REDUCCIÓN (descomponer los óxidos separar el oxígeno
del hierro) LA PRODUCE EL CARBÓN DEL COQUE O CARBÓN
VEGETAL.
FeO + CO Fe + CO2
FeO + C Fe + CO
La parte inferior: CRISOL de forma circular, sirve de depósito para
el ARRABIO y la escoria.
ALTO HORNO
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ALTO HORNO
http://www.fisicanet.com.ar/quimica/procesos/ap1/metalurgia01.gif
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1. Minerales de hierro en forma de Pellets: 1 cm a 2 cm de
• Magnetita (Fe3O4), 74 % de Fe
• Hematita (Fe2O3), 40 a 65 % de Fe
MATERIAS PRIMAS
Pellets
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2. Normalmente se emplea el Coque (carbón mineral). Es el agente
reductor y combustible. Coque. Se obtiene al calentar el carbón
mineral en una horno de destilación seca, se logra eliminar
elementos en forma de gas y se convierte el carbón mineral en
carbón puro poroso.
El coque cuando se introduce en el alto horno, será quemado y
transformado en (CO), al reaccionar con el oxigeno.
MATERIAS PRIMAS
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3. Fundentes: El mineral usado mayormente como fundente es
la caliza(CaCO3). Su función principal es la de combinarse
con las impurezas existentes en los pellets y coque y formar
la escoria. La escoria se encarga de proteger al arrabio de la
oxidación
4. Aire precalentado a 800 °C – 1 000 ºC u oxígeno.
5. PARA OBTENER UNA TONELADA DE ARRABIO SE EMPLEAN
APROXIMADAMENTE 1600 kg DE MINERAL DE HIERRO.
MATERIAS PRIMAS
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FORMACIÓN DEL GAS REDUCTOR: CO
C + O2 CO2
C + CO2 2 CO
• REDUCCIÓN INDIRECTA: el agente reductor es el CO
3 Fe2O3 + CO 2 Fe3O4 + CO2
Fe3O4 + CO 3 FeO + CO2
FeO + CO Fe + CO2
• REDUCCIÓN DIRECTA: agente reductor es el C
Alta temperatura
Contacto íntimo entre el oxido de hierro y el coque
FeO + C Fe + CO
REACCIONES
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Elementos que no se reducen: pasan totalmente a la escoria.
Estos son: CaO, MgO y Al2O3.
Elementos que parcialmente se reducen: parte que se reduce
pasa al arrabio y parte que no se reduce pasa a la escoria. Estos
generalmente son: SiO2, MnO, y S.
El arrabio será mejor y más apreciado cuanto menor sea su
contenido en azufre.
Se debe actuar de manera que sea mínima la parte que
vaya al arrabio y máxima la que vaya a la escoria.
REACCIONES
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ARRABIO
El contenido de C varía usualmente entre 3 % y 4 %
ARRABIO GRIS: alto Si, el C en forma de grafito fundiciones
ARRABIO BLANCO: bajo Si, el C en forma de Fe3C PARA LA
OBTENCIÓN DEL ACERO
Subproductos
ESCORIA: fabricación de cemento y asfalto
PRODUCTOS
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Tabla 2
ARRABIO % C % Si % Mn % P % S
Acero 3,0 – 4,0 0,2 – 1,0 0,8 – 1,3 < 1,5 < 0,07
Fundición 3,4 – 4,5 1,0 – 6,0 0,7 – 1,5 0,5 – 2,0 < 0,06
Ferromanganeso > 2,0 < 2,0 30 – 90 < 0,5 < 0,04
Ferrosilicio > 2,0 9 – 90 < 3,0 < 0,4 < 0,04
TIPOS DE ARRABIO
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ALTO HORNO
Colada del arrabio en carros torpedo para ser transportado a la
Acería de Convertidores al Oxígeno.
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OBTENCIÓN DEL ACERO
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1. La fabricación del acero implica: eliminar las impurezas del
arrabio o de la chatarra y controlar los contenidos de los
elementos que influyen en sus propiedades.
2. Los materiales que se utilizan para la fabricación del acero son:
Carga metálica: arrabio, chatarra, ferroaleaciones
Fundentes: ácido o básico (caliza o cal)
Aire u oxígeno
Desoxidantes (Al, Si o Mn).
FABRICACIÓN DEL ACERO FABRICACIÓN DEL ACERO
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4. Aparte del tipo de refractario, la fabricación del acero se diferencia
en función del origen del calor requerido en el proceso:
Procesos en los que el calor necesario se obtiene mediante
gas, combustibles derivados de petróleo o energía eléctrica:
HORNOS (carga principal CHATARRA)
Procesos donde el calor se consigue por medio de una
reacción directa entre el O2 e impurezas tales como Si, P,
Mn, S, C, etc. contenidas en el arrabio (elementos
termógenos):
CONVERTIDORES (carga principal ARRABIO)
FABRICACIÓN DEL ACERO
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CONVERTIDOR LD
23
CONVERTIDOR LD
Arrabio al
convertidor
http://juliocorrea.files.wordpress.com/2008/03/proceso-siderurgico.pdf
Fases del convertidor LD
• Fase de llenado: se inclina el
convertidor y se introduce en
él, en primer lugar, el arrabio
líquido procedente del alto
horno; a continuación el
fundente encargado de formar
y arrastrar la escoria. Una vez
cargado se coloca en posición
vertical
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Fases del convertidor LD
• Fase de afino: Se inyecta
oxígeno mediante la lanza
refrigerada a una presión de 12
atmósferas. Éste provoca la
oxidación del carbono hasta
reducir su contenido por debajo
de 1 %.La reacción del carbono
con el oxígeno es muy rápida y
produce altas temperaturas que
mantienen el material en
estado líquido y se elimina el
exceso de fósforo, azufre y
silicio
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Fases del convertidor LD
• Fase de vaciado: Se iniciaba una vez quemada las
impurezas. Se inclinaba de nuevo el convertidor y se
vertía el acero en las lingoteras.
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27
6. Tiempo: 20 a 50 minutos, capacidad 35 a 300 toneladas
7. El acero es de alta calidad: %N: 0,002 – 0,005
CONVERTIDOR LD
Reducción
de contenido
de impurezas
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HORNO ELÉCTRICO TIPO ARCO
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1. El horno trifásico, posee en la parte superior tres electrodos de
grafito, dispuestos en los vértices de un triángulo equilátero.
2. La tensión eléctrica oscila entre 100 V y 500 V.
3. La intensidad entre 10 000 A y 50 000 A (amperios).
4. Los electrodos operan como grandes sistemas de soldadura
dirigiendo el arco eléctrico directamente a la parte superior de la
carga, ascendiendo y descendiendo automáticamente para
controlar la corriente del arco.
HORNO ELÉCTRICO TIPO ARCO
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6. La carga del horno está constituida fundamentalmente por
chatarra.
7. Se alcanzan temperaturas de hasta 3 500 ºC.
8. Se empleaban para la fabricación de aceros de alta calidad:
aceros inoxidables
aceros para herramientas, etc.
9. En las siderurgias modernas se fabrican aceros ordinarios,
empleando cargas:
hasta 100 % de chatarra
puede admitir hasta 50 % de arrabio
HORNO ELÉCTRICO TIPO ARCO
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10. En la actualidad existen hornos con capacidad mayor a las 300
toneladas
11. Ventajas:
Menores costos de instalación
Rendimiento superior a los otros procesos
Manejo fácil, amplia regulación y ocupa menos espacio
El empleo de temperaturas mas elevadas favorecen la
combustión y reducen, casi, totalmente el contenido de
azufre y fósforo
HORNO ELÉCTRICO TIPO ARCO
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Durante el periodo de oxidación se oxidan todas las impurezas
(excepto el azufre) debido al oxígeno del mineral o del óxido de
hierro:
2 FeO + Si SiO2 + 2 Fe
FeO + Mn MnO + Fe
5 FeO + 2 P P2O5 + 5 Fe
• Después se agrega un poco de cal y coque desmenuzado para
eliminar el azufre, mediante un proceso de reducción:
FeS + CaO + C Fe + CaS + CO
MnS + CaO + C Mn + CaS + CO
Periodo de Oxidación y Reducción
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COLADA Y SOLIDIFICACIÓN
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COLADA A LA CUCHARA
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1. Después de la conversión del arrabio en acero ordinario y el
vaciado en las CUCHARAS se procede al acabado, antes de
emplearla en las lingoteras o en las máquinas de colada continua
2. El acabado se refiere a tres aspectos:
ADICIÓN DE ELEMENTOS ALEANTES: Mn, Si, Cr, Mo
DESOXIDACIÓN: para eliminar el oxígeno o sus compuestos
disueltos en el baño
LA CARBURIZACIÓN: aumento del contenido de carbono
para obtener los diversos tipos de acero
COLADA Y SOLIDIFICACIÓN
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La desoxidación se realiza con la finalidad de eliminar el oxígeno o
sus compuestos disueltos en el baño metálico. Consiste en la
adición de determinados elementos desoxidantes, de los cuales el
aluminio es el más efectivo:
O (disuelto en el hierro) + Al Al2O3 escoria
Aunque menos efectivo, la desoxidación por Si y Mn, también es
posible. El silicio es el que se añade generalmente para calmar
(desoxidar) al acero:
2 FeO + Si 2 Fe + SiO2
FeO + Mn Fe + MnO
DESOXIDACIÓN
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ACERO CALMADO
Se ha eliminado el oxigeno totalmente
La solidificación en la lingotera es tranquila
ACERO SEMICALMADO
Se ha eliminado el oxigeno parcialmente
ACERO EFERVESCENTE
No se ha eliminado el oxigeno
Hay una gran agitación del metal líquido cuando solidifica en
la lingotera
DESOXIDACIÓN
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COLADA DEL CONVERTIDOR U HORNO A LA CUCHARA
COLADA DESDE LA CUCHARA
cuchara
Lingoteras lingote Moldes fundición
COLADA Y SOLIDIFICACIÓN
Palanquillas
Planchones
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1. Permite obtener directamente PALANQUILLAS o productos
planos (PLANCHONES) partiendo del acero fundido, en longitud
teóricamente ilimitada.
2. El acero fundido se vierte desde la cuchara a una artesa
intermedia, de esta manera pasa continuamente a la lingotera (sin
fondo) donde adopta su sección.
3. Comienza a solidificar en la periferia, luego un segundo
enfriamiento (con agua directa) completa el proceso.
4. Por ultimo se efectúa el corte por oxicorte o guillotina.
COLADA CONTINUA
40
COLADA CONTINUA
http://juliocorrea.files.wordpress.com/2008/03/proceso-siderurgico.pdf
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PALANQUILLA – LAMINACIÓN
PRODUCTOS
Laminación de palanquilla
Alambrón
Barras lisas
Barras corrugadas
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COLADA CONTINUA – PLANCHONES
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PLANCHONES – PRODUCTOS PLANOS
Planchones Laminado de planchones
Productos planos: Planchas delgadas
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ACERO
PLANTA DE ARRABIO
ALTO HORNO CONVERTIDOR HORNO ELÉCTRICO
- PELLETS - ARRABIO - CHATARRA
- Coque - Fundente - Arrabio
- Fundente - Oxigeno - Fundente
- Aire
Proceso de:
Proceso de: Proceso de: OXIDACIÓN y
REDUCCIÓN OXIDACIÓN REDUCCIÓN
FABRICACIÓN DEL ACERO – RESUMEN
PLANTA DE ACERO
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