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8/17/2019 Procesos de Fabricacion y Productos
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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.
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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.
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i) Preparación de las Materias Primas
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.
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i) Preparación de las Materias Primas
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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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
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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
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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
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EDIFICIOS METALICOS
Edificio Metálico – Parque de los Deseos EE.PP.M Edificio Metálico – Colegio San Rafael - Guajira
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PUENTES METALICOS
Puente Parque de las Tres Aguas Puente peatonal Centro Comercial El Tesoro
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CUBIERTAS METALICAS
Cubierta Productos Familia - Girardota Cubierta Pintuco Rionegro
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PASAMANOS METALICOS
Pasamanos – Plaza de Toros La Macarena Pasamanos – Metro Cable Medellín
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ANDAMIOS DE CARGA METALICOS
Andamios de carga Andamio autoajustable
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TORRES METALICAS
Torres de Transmisión de energía eléctrica Torres de Telecomunicaciones
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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.
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PROYECTOS ESPECIALES – ESTRUCTURAS DE PROTECCION AL METRO DE MEDELLIN
Proyecto Madre Laura, Puente Moravia.
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Puente 77 Sur.