proceso obtención del hierro y acero

8/17/2019 Proceso Obtención Del Hierro Y Acero

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Proceso Obtención del Hierro Y Acero

• Concepto

El Hierro, es un elemento metálico, magnético, maleable y de color blanco plateado.Tiene de número atómico ! y es uno de los elementos de transición del sistemaperiódico. También, es uno de los elementos metálicos más abundantes en el planeta."onstituye apro#imadamente el $.%& de la corte'a terrestre. E#isten pe(ue)ascantidades de *ierro combinadas con aguas naturales, en las plantas, y además es uncomponente de la sangre. El *ierro puro tiene una dure'a (ue oscila entre $ y %. Esblando, maleable y dúctil. +e magneti'a ácilmente a temperatura ordinaria, y es di-cil

magneti'arlo en caliente. A unos /0 1" desaparecen las propiedades magnéticas. Elpunto de usión del *ierro, es de unos 2.%3% 1", un punto de ebullición de .%0 1".4a densidad relati5a de este metal es de ,6!. +u masa atómica es %%,6$. 4asimpure'as más corrientes del mineral de *ierro son con s-lice, titanio y ósoro.

• Obtención

El *ierro generalmente es encontrado en orma de ó#ido de magnetita, *ematita,

limonita, u ó#idos *idratados. +e e#trae del mineral por medio de los *ornos altos talcomo puede 5ol5erse a undir y colar para darle cual(uier orma, o bien reinarse paratransormarlo en acero o *ierro or7ado. Hoy en d-a los *ornos pueden producir entre%00 y 200 toneladas de *ierro por d-a.

El mineral se reduce a metal en el *orno alto por medio del co(ue cargado en elmineral y las impure'as se escoriican mediante la castina cargada también con elmineral. El aire inyectado a tra5és del *orno, se calienta pre5iamente en estuas (ueconstituyen una parte importante de la instalación del *orno alto. 4a combustión del

co(ue suministra el calor necesario, y el ó#ido de carbono ormado por la combustiónparcial del co(ue, 7unto con el co(ue, producen el *ierro.

El *ierro l-(uido y la escoria se depositan en el ondo del *orno, de donde se sacanperiódicamente por medio de sangrados. El mineral, co(ue y castina se ele5an desdeel ni5el del suelo al tragante del *orno mediante dos 5agonetas (ue se mue5en sobreplanos inclinados. 4os materiales se pesan cuidadosamente con el in de (ue se


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carguen en proporciones correctas, las cuales 5ar-an según sea el *orno y la calidadde mineral usado.

4as 5agonetas descargan su contenido en el tragante y cae sobre la campana inerioral ba7ar la campana superior8 de esta orma, al ba7ar la campana inerior entra dentrodel *orno el empleo de estas dos campanas impide (ue los gases llamas salgan al

e#terior por el tragante del *orno cada 5e' (ue se carga. El aire caliente se inyecta porlas toberas, cerca del ondo del *orno.

4os gases producidos se sacan a ni5el pró#imo al tragante y a continuación se *acenpasar por el separador de pol5o y por un la5ador. Estos gases contienen nitrógeno,an*-drido carbónico y ó#ido de carbono. El ó#ido de carbono es combustible y puede(uemarse para producir energ-a o calor. Apro#imadamente un tercio de estos gasesse emplea para calentar los recuperadores los cuales a su 5e' calientan el aireinyectado en el *orno alto.

Al (uemarse los gases calientan los ladrillos y una 5e' calientes se suspende lacirculación de los gases y en su lugar se *ace pasar el aire (ue se *a de inyectar en el*orno. A medida (ue se orma el *ierro y la escoria 5an cayendo en el crisol situado enel ondo del *orno debido a (ue el *ierro es más denso (ue la escoria, se deposita enel ondo, mientras (ue la escoria lota sobre el *ierro undido. "erca del ondo del*orno e#isten dos oriicios. El más ba7o, o pi(uera, sir5e para sangrar el *ierro y setapa con bolas de arcilla disparadas mediante aire comprimido.

El oriicio superior o bigotera sir5e para sacar la escoria y se cierra por medio de un

tapón metálico. El *ierro se sangra cada cuatro o cinco *oras (uitando el tapón dearcilla8 la escoria se saca dos o tres 5eces entre cada dos sangrados de *ierro.9uc*as de las impure'as del mineral son recogidas y e5acuadas con la castinaundida ormando la escoria. El *ierro (ue sale del *orno alto se conduce por canalesa la cuc*ara, sobre dic*os canales se coloca un espumador para separar la escoria yel 5erterla en una 5agoneta. El *ierro 5ertido en la cuc*ara se calienta a continuaciónen lingoteras, o bien se transporta en estado l-(uido a los *ornos para abricar acero.

Algunas 5eces las escorias son apropiadas para la abricación de cemento, pero lamayor-a de los casos se descargan en los escoriales. El *ierro tal como sale del *orno

tiene de 3 a $& de carbono y cantidades 5ariable de silicio, a'ure, ósoro ymanganeso. 4as cantidades de silicio y a'ure se regulan entre ciertos l-mites con laconducción del *orno pero el contenido de ósoro depende e#clusi5amente de lasmaterias empleadas.


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El a'ure y ósoro son dos de las impure'as más per7udiciales, y como (uiera (ue laeliminación del a'ure resulte di-cil, e#cepto si se emplean tratamientos eléctricosespeciales, es importante producir *ierro con ba7o porcenta7e de a'ure.

• Procesos para la obtención del Acero

+e introducen en el alto *orno los materiales necesarios tales como el mineral de*ierro, el carbón de co(ue (ue *ace de combustible y también se introduce la piedracali'a (ue reali'a la unción de acelerar la undición del *ierro y su usión con elcarbono. :el alto *orno salen dos productos uno llamado escoria (ue son los residuosdel propio alto *orno y otro es el producto deseado (ue se llama arrabio pero elarrabio es un acero con alto contenido en carbono por eso se transporta cuando saledel alto *orno en 5agonetas llamadas torpedos *asta el con5ertidor donde este arrabio

y se le ba7a el contenido de carbono mediante erroaleaciones, undentes o c*atarra8estos tres productos pueden ir directamente al con5ertidor para ayudar en la obtencióndel acero o también puede ser con5ertidos en acero en un *orno eléctrico y pasardirectamente al paso posterior al con5ertidor (ue es el transportado en cuc*aras *astalos tres tipos de colada (ue son;

• COLADA CONTINUA: +e produce cuando el acero l-(uido se 5ierte sobre unmolde de ondo despla'able cuya sección tiene la orma (ue nosotrosdeseamos (ue tenga el producto inal < cuadrados, redondos, triangulares,planc*as...< se le llama colada continua por(ue el producto sale sin parar *asta

(ue se acaba el contenido de la cuc*ara, por lo tanto con este método sea*orra muc*o dinero ya (ue no se necesita moldes, se consume menosenerg-a, etc.

• COLADA DE LINGOTES: El acero se 5ierte sobre unas lingoteras o moldes(ue tienen una orma determinada y (ue al enriarse y solidiicarse dan unproducto deseado para su transormación.

• COLADA CONVENCIONAL: El acero se 5ierte sobre unos moldes (ue tienen

la orma del producto inal y (ue cuando se enr-a tiene la orma del mismo delas tres coladas 5istas es la única (ue no necesita una transormación posterioral proceso.

:esde el punto de 5ista (u-mico-metalúrgico, todos los procesos de abricación deacero se pueden clasiicar en ácidos y básicos =según el reractario y composición dela escoria utili'ada>, y cada proceso tiene unciones espec-icas según el tipo de aino(ue puede eectuar. 4os procesos ácidos utili'an reractarios de s-lice y por las


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condiciones de traba7o del proceso *ay (ue poder ormar escorias (ue se saturen des-lice. 4os procesos ácidos pueden utili'arse para eliminar carbono, manganeso ysilicio8 no son aptos para disminuir el contenido en ósoro y a'ure, y por estore(uieren el consumo de primeras materias seleccionadas, cuyo contenido en ósoroy a'ure cumple las especiicaciones del acero inal (ue se desea obtener.

4os procesos básicos utili'an reractarios de magnesita y dolomita en las partes del*orno (ue están en contacto con la escoria undida y el metal. 4a escoria (ue seorma es de ba7o contenido de s-lice compensada con la cantidad necesaria de cal. Elproceso básico elimina, de manera tan eica' como el proceso ácido, el carbono,manganeso y silicio, pero además eliminan el ósoro y apreciables contenidos dea'ure.

:e a(u- las grandes 5enta7as del proceso básico, por su gran le#ibilidad paraconsumir di5ersas materias primas (ue contengan ósoro y a'ure y por los tipos ycalidades de acero (ue con él se pueden obtener. :esde el punto de 5ista tecnológicoe#isten tres tipos undamentales de procesos;

• Proceso por soplado !esse"er #cido $ T%o"as b#sico&

El proceso ?essemer ácido *a sido el primero utili'ado y el más sencillo. :esde suinicio permite obtener en una sola operación, partiendo de *ierro l-(uido, coladas de20@% tm al ritmo de 2 tm min. Por ser ácido, no deosora ni desulura y debe utili'ar

*ierro l-(uido de análisis adecuado. 4a gran abundancia de mineral de *ierro rico enósoro, (ue al ser tratado en *orno alto pasan gran parte al *ierro l-(uido, pro5oca eldesarrollo de procesos (ue pueden desosorar y *a sido causa de (ue los procesosbásicos se empleen en Europa muc*o más (ue el ?essemer ácido, limitados éstos autili'ar *ierro ba7o en ósoro.

4a operación se reali'a en el con5ertidor, cuba de acero re5estida de reractario, contoberas en su ondo y abierta en su parte superior, montada sobre apoyo conmecanismo basculante. 4a carga de *ierro l-(uido se reali'a con el con5ertidor enposición *ori'ontal, lo (ue de7a abiertas las toberas. +e insula el aire necesario a

tra5és de uno de los soportes *uecos a la ca7a de 5iento, (ue lo distribuye a tra5és delas toberas a una presión de Bg cm. +e inicia el soplado al mismo tiempo (ue sepone el con5ertidor 5ertical8 el aire a presión pasa a tra5és del *ierro l-(uido,introduciéndose as- el o#-geno necesario para el aino.

El silicio contenido en el *ierro l-(uido es el actor termo(u-mico más importante pararegular y obtener la temperatura necesaria. 4a llama e#pulsada por la boca del


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con5ertidor cambia de color y luminosidad, lo (ue permite 7u'gar el desarrollo del ainoe interrumpir el soplado en el momento inal adecuado8 entonces se *ace bascular elcon5ertidor y se cuela el acero l-(uido en una cuc*ara de transporte. El re5estimientoácido de este tipo de con5ertidores proporciona el e#ceso de s-lice indispensable paraormar escoria, además del silicio (ue contiene el *ierro l-(uido.

En el caso del con5ertidor básico, llamado Cproceso T*omasD, el re5estimiento es demagnesita o dolom-a calcinada y al(uitrán. Por la acción uertemente o#idante delsoplado se elimina primero el carbono y después se o#ida el ósoro, (ue actúa deimportante elemento termógeno. 4a cal necesaria se a)ade con la carga8 se undedurante el soplado y se combina con el ósoro o#idado, ormando la escoria T*omas,utili'ada como ertili'ante.

Este proceso *a sido un actor muy importante del desarrollo industrial alcan'ado enEuropa a ines del siglo pasado. +e controla como el ?essemer por el aspecto de lallama. El tiempo necesario del soplado es sólo de 2% minutos, por lo (ue el é#ito delproceso depende de la pericia del operario. Tan corto tiempo no permite eectuarcontrol por análisis de muestras.

• Proceso sobre solera b#sico $ #cido&

:esde principios de siglo este proceso es el (ue domina en todos los pa-ses por eltonela7e producido, siempre en aumento8 sin embargo, en la actualidad, aun(ue se

pereccione, puede perder terreno, debido a las me7oras del con5ertidor y del *ornoeléctrico. 4os dos procesos, de aino por soplado y de aino por solera, constituyen labase de la moderna producción de acero a ba7o coste y ele5ado tonela7e. El rápidoauge inicial del proceso ?essemer se debió a su sencille'.

El predominio inal del proceso sobre solera obedece, a su posibilidad de utili'ar con5enta7a c*atarra para poder undirla, a su le#ibilidad en el uso de otras materiasprimas y a su cualidad de obtener una gama más amplia de aceros de muy buenacalidad. +e puede traba7ar en orma ácida o básica con reractarios adecuados, y enambos casos son posibles amplias 5ariaciones de traba7o. 4a solera, en un *orno

básico, está re5estida con magnesita o dolomita calcinada y en *orno ácido conreractarios o arenas silicosas.

4a bó5eda, (ue orma un amplio arco de medio punto, se construye de ladrillo des-lice, pero en la actualidad se tiende a abricarla con ladrillos básicos ormando arcossuspendidos. El tipo de reractario de la bó5eda es independiente del de la solera, ya(ue la bó5eda no está en contacto con la escoria undida en el ba)o. 4os (uemadores


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situados en ambos e#tremos del *orno uncionan alternati5amente en ciclo controlado,por lo general de 20@2% min. 4os combustibles (ue se suelen utili'ar son gas de *ulla,gas natural o aceite pesado8 su elección depende de lo (ue se disponga y de sucoste, sin ninguna otra condición.

Para conseguir en el *orno una temperatura suiciente =superior a 2!%0 "> con coste

m-nimo de combustible, se precalienta el aire para la combustión en un sistema derecuperadores de calor re5ersibles. El régimen de traba7o del *orno es continuo paraconseguir un me7or apro5ec*amiento del calor, un descascarillado m-nimo delreractario y una producción má#ima en toneladas de acero =00@300 tm por colada>.4os materiales (ue se cargan r-os en el *orno son cali'a o cal, mineral de *ierro yc*atarra de acero, y se colocan por este orden en el *orno.

4a c*atarra constituye algo más de la mitad del peso de *ierro necesario para unacolada. +e orma as- una me'cla de material ligero, 5oluminosa y pesada8 distribuidode esta manera, se consigue una rápida absorción de calor, econom-a de espacio y(ue se mantengan en el ondo, durante el mayor tiempo posible, la cal y el mineral. +ecalculan las cantidades necesarias de cal y mineral, (ue dependerán del tipo dec*atarra y del análisis de la carga de *ierro, con 5istas a seguir un correcto análisis delacero y escoria inal.

:urante el calentamiento, y conseguida la usión de la carga, aumenta su o#idaciónpor la acción de la atmósera del *orno, (ue debe contener un e#ceso de o#-genopara mantener una combustión eica'. "uando la c*atarra está parcialmente undida,se a)ade el *ierro l-(uido necesario para completar el peso total de la carga.

4a acción o#idante tiene su origen en el proceso de aino por solera, en la atmóseradel *orno, en el aire y productos de la combustión y en el mineral de *ierro (ue pasa ala escoria undida en gran cantidad en orma de ó#ido de *ierro. "ual(uiera (ue sea elorigen del o#-geno, e#istirá suiciente presión del mismo, y el acero l-(uido disol5erá,de acuerdo con su temperatura y composición, una cantidad de o#-geno. Fste o#-genodisuelto reacciona a su 5e' con otros elementos del ba)o de acero. Para un contenidodado de carbono la cantidad de o#-geno disuelto en el ba)o aumentará con latemperatura, mientras (ue para una temperatura determinada los contenidos decarbono y o#-geno del ba)o están en proporción in5ersa. 4a escoria es un producto de

la calcinación de la pie'a cali'a durante el per-odo de usión.

Proceso del %orno el'ctrico&

El progreso de la electricidad permitió, *acia el a)o 2/00, (ue el *orno eléctrico seintrodu7era a escala industrial para abricar acero =%0 a)os después de los procesos


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de aino por soplado y por solera>. El *orno de arco calienta directamente el ba)o deacero por deba7o de la escoria y consigue la alta temperatura necesaria de traba7o. +inre(uerir la presencia de o#-geno en su atmósera, el *orno eléctrico ocupa unaposición pri5ilegiada para la abricación de una amplia gama de calidades de acerosinos aleados, con ele5ados contenidos de elementos de aleación o#idables, talescomo el carbono, 5anadio y Golramio. El *orno de tres electrodos *a alcan'ado gran

auge y pereccionamiento, no sólo por la alta calidad del acero (ue se obtiene, sinotambién en muc*os casos por ser competiti5o con el proceso de aino por solera paracual(uier calidad de acero8 parece (ue continúa aumentando su importancia, inclusopara la producción de grandes tonela7es, merced a la menor in5ersión necesaria otambién cuando se dispone de energ-a eléctrica a coste inerior o similar a la calor-agas. E#isten asimismo las dos 5ariedades, básico y ácido, con los mismosundamentos (ue en los procesos anteriores, pero con notable predominio del *ornobásico dadas las diicultades y luctuaciones (ue e#perimenta el mercado para poderad(uirir primeras materias suicientes para el traba7o ácido. El tama)o del *orno es

muy 5ariable, desde %00 m *asta 00 m. 4os más pe(ue)os tienden a desaparecer8los de % m y más se utili'an para el moldeo y aceros aleados, y las grandes unidadespara la producción en serie de lingotes. ormalmente traba7an con carga sólida8 enalgunas acer-as lo *acen con carga de acero l-(uido en proceso duple#, con7unto decon5ertidor u *orno de solera y *orno eléctrico para el acabado. 4a carga de losgrandes *ornos es un actor determinante de su rendimiento8 en general se *aadoptado la bó5eda despla'able para carga por encima del *orno abierto, conrecipiente metálico de ondo de ácil abertura, o por otros rápidos procesosmecani'ados. 4a marc*a de la colada se inicia con la carga sólida de mineral, cali'a ocal, según se disponga, c*atarra y lingote de aino. 4a proporción de estos materiales

dependerá del acero (ue se (uiera abricar y del análisis (ue con5enga (ue tenga lacarga undida a la temperatura necesaria8 para el aino o#idante, el mineral y lasbatiduras de laminación proporcionan el o#-geno (ue necesitan el silicio, manganeso,ósoro y carbono (ue contiene la carga8 se introduce suiciente cal para (ue la escoriatenga la basicidad (ue re(uiere el ósoro para pasar a ella. En el *orno eléctrico elaire de su atmósera interior está en contacto con los electrodos de graito, y suo#-geno es rápidamente consumido para mantener el e(uilibrio y conseguir latemperatura de régimen del *orno. 4a escoria básica y o#idante contendrá el ósoro(ue ue o#idado durante el aino8 se bascula el *orno para acilitar el desescoriado.

Eliminada la escoria, si la especiicación de calidad del acero re(uiere adiciones deelementos aleables, la siguiente etapa es preparar una escoria reductora, a)adiendocal apagada y electrodos o co(ue triturados. En todo momento se pueden sacarmuestras del ba)o para su análisis y a7ustar los elementos aleados *asta (ue secumpla la especiicación pedida, y también regular la temperatura *asta (ue el ba)oesté a punto para colar. Aun(ue con menor intensidad (ue en otros procesos deobtención de aceros, es necesaria la adición de deso#idantes en la cuc*ara.


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• Prod(ctos obtenidos

)&- !arras de Constr(cción: Productos laminados en caliente de di5ersas seccionestrans5ersales (ue tienen en común las siguientes caracter-sticas; la altura *, es igual omayor de 60mm8 las supericies del alma se empalman con las caras interiores de lasalas8 las alas son generalmente simétricas y de igual anc*o8 las caras e#teriores de

las alas son paralelas8 las alas pueden ser de espesor decreciente desde el alma*acia los bordes, en este caso los periles se denominan de

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