EL ACEROFabricación y los procesos de transformación en caliente

1) DEFINICIÓN DE ACERO:Según la norma UNE 36-004 es la siguiente:"Material en el que el hierro es predominante y cuyo contenido en carbono es, generalmente, inferior al 2% y contiene otros elementos. Aunque un limitado número de aceros puede tener contenidos en carbono superiores al 2% este es el límite habitual que separa el acero de la fundición"

2) ORÍGENES DEL ACERO:Nuestros antepasados metalúrgicos se las ingeniaron para producir la "reducción directa" del mineral que contenía el hierro, rodeándolo totalmente de carbón de leña y provocando la combustión de este último.

Los métodos rudimentarios de que disponían para activar la combustión, no permitían lógicamente obtener una temperatura lo suficientemente elevada para fundir el metal. En su lugar, obtenían una masa esponjosa, pastosa, mezcla de hierro y escoria, que había que martillear repetidamente al rojo vivo, para eliminar la escoria e impurezas. Estos martilleos, además, lo endurecían, consiguiendo así barras de hierro forjado resistente y maleable, que no eran otra cosa que un tipo primitivo del acero.

Más tarde conseguirían pasar el mineral a la forma líquida ("hierro colado") con la combustión del carbono vegetal. Para llegar al acero que ahora conocemos, hubo que sustituir el carbono vegetal por el coque, aumentar (progresivamente) las alturas de los hornos y aumentar la ventilación para avivar la combustión.

3) FABRICACIÓN DEL ACERO:El acero se obtiene a partir de dos materias primas fundamentales: el arrabio obtenido en horno alto y la chatarra.

La fabricación del acero en síntesis se realiza eliminando las impurezas del arrabio y añadiendo las cantidades convencionales de Mg, Si y de los distintos elementos de aleación.

Los métodos más importantes de fabricación de aceros son los siguientes: Métodos antiguos: Hornos de Reverbero (Siemens-Martin); Convertidor Bessemer. Métodos modernos: Convertidor L.D.; Hornos eléctricos de arco H.E.A.; Convertidor

A.O.R.; Horno de inducción. Métodos actuales: Metalurgia secundaria en cuchara.

CONVERTIDOR LD

1) DefiniciónEl proceso de oxígeno básico L-D (BOS, BOF, Linz-Donawitz-Verfahren, LD-convertidor) es un método de producir acero en el cual el hierro fundido rico en carbono se transforma en acero. El proceso es una mejora sobre el proceso de Bessemer históricamente importante. El convertidor L-D es conocido por los topónimos austriacos Linz y Donawitz (un distrito de Leoben).

2) Proceso históricoTras la segunda guerra mundial se iniciaron experimentos en varios países con oxígeno puro en lugar de aire para los procesos de refinado del acero. El éxito se logró en Austria en 1948, cuando una fábrica de acero situada cerca de la ciudad de Linz y de Donawitz desarrolló el proceso del oxígeno básico o L-D.

El primer proceso de acería de oxígeno básico era el proceso de LD desarrollado en 1952 por AG voestalpine en Linz, { 1952} Austria. Algunas compañías de acería principales en los EE.UU. no se convirtieron a este proceso durante décadas, con el último convertidor Bessemer aún operando comercialmente en 1968. El proceso de LD sustituyó tanto el proceso de Siemens-Martin antes común, también conocido como el proceso de hogar abierto, como el proceso de Bessemer.

Actualmente es el procedimiento más empleado en todo el mundo.

3) Aceración: Convertidor LD En la acería se convierte el arrabio en acero, mediante una serie de procesos que

cumplen la función de calentar y ajustar la composición de los elementos que contiene.

La aceración en el proceso LD, se basa en la reacción exotérmica que produce la inyección de oxígeno sobre elementos del arrabio líquido a alta temperatura, tales como Silicio, Carbono, etc. Al reducirse el porcentaje de estos elementos convertimos al arrabio en acero.

Sopladura del convertidor y agregado de ferroaleaciones

4) Proceso en el convertidor LDCuando el vagón temo llega a la estación de vuelco, descarga el arrabio líquido en un recipiente llamado cuchara de colada. Luego, la cuchara pasa a la estación de desulfurado en donde se le extrae el azufre que es un elemento que perjudica las propiedades del acero. De la estación de desulfurado la cuchara se vuelca dentro del convertidor, que es basculante, es decir se puede inclinar para los costados, previo ingreso de chatarra que se ingresa con anterioridad al arrabio para proteger los refractarios del convertidor y para evitar que se generen reacciones violentas que pueden despedir arrabio y escoria.

Se cargan con chatarra y arrabio y luego se agregan fundentes (cales) para lograr una escoria metalúrgicamente activa y captar azufre y demás impurezas del baño. El proceso en Convertidor se inicia cuando se introduce una lanza de inyección de oxígeno

La carga y la descarga se hacen por la boca superior. Se introduce una lanza por la boca a una presión determinada. Se suele

inyectar oxígeno puro, así la reacción es más violenta, más instantánea. El proceso de carga es inclinando el convertidor. Lo primero que se carga

es chatarra sólida, restos de material. Después se echa la fundición líquida, se coloca en posición vertical y se produce el soplado a través de la lanza.

En el caso del procedimiento básico hay que introducir al principio la escoria (la cal).

El proceso de reacciones es el mismo pero en un tiempo menor. El proceso se controla mejor en este convertidor.

por la boca del convertidor. La lanza es un tubo de 21 metros de largo y 30 cm. de diámetro con la cabeza de cobre de alta pureza. El convertidor utiliza el oxígeno para oxidar los constituyentes del arrabio no deseados en el acero, como son el Carbono, el Silicio, el fósforo, etc.; mientras que para eliminar el azufre, se generan escorias metalúrgicamente activas mediante la adición de fundentes (presencia de óxidos de calcio y magnesio).

Esas oxidaciones son reacciones químicas que elevan la temperatura del baño líquido. Para regular ese calor que se libera en el baño, se carga alrededor de un 20% de chatarra sólida, que se funde en el baño líquido. El nivel de carbono baja desde el 4/4,6% hasta valores inferiores al 1%.

El proceso dura entre 40 y 45 minutos pero el de soplado alrededor de 18 minutos. Una vez que se termina el soplado, se vuelca en un pote la primera capa sobrenadante que es de escoria. Después que el convertidor volcó la escoria, vuelca hacia el otro lado (por un orificio pequeño) el acero a una cuchara, la cual se enviará hacia la estación de afino, en donde se ajustarán las composiciones del acero para que reúna las propiedades deseadas.

5) Métodos Un crisol BOS típico sostiene aproximadamente 500 toneladas de acero. El crisol está recubierto con ladrillos refractarios resistentes al calor que pueden resistir la alta temperatura del metal fundido.

El proceso de acería de oxígeno básico es como sigue: El hierro fundido de un alto horno es vertido en un contenedor refractario-rayado

grande llamado un cucharón. El metal en el cucharón es enviado directamente para la acería de oxígeno

básica a una etapa de pretratamiento. El pretratamiento del metal de alto horno es usado para reducir la carga de refinado de azufre, silicio, y fósforo. En el pre-tratamiento de desulfuración, una lanza es introducida en el hierro fundido en el cucharón y varios cientos de kilogramos de magnesio pulverizado son añadidos. Las impurezas de azufre son reducidas al sulfuro de magnesio en una reacción exotérmica violenta. El sulfuro es sacado del crisol en forma de escoria. El pretratamiento similar es posible para desiliconisación y defosforilación que usa la escala de molino (óxido de hierro) y la cal como reactivo. La decisión de pretratar depende de la calidad del metal de alto horno y la calidad final requerida del acero BOS.

Volcado de arrabio líquido en el convertidor

El relleno del horno con los ingredientes es llamado culpando. El proceso de BOS es autogenerado: la energía térmica requerida es producida durante el proceso. Manteniendo el equilibrio de precio apropiado, la proporción de hot metal para desechar, es por lo tanto muy importante. El recipiente BOS es un quinto lleno de la pizca de acero. El hierro fundido de la cucharón es añadido como requerido por el equilibrio de precio. Una química típica de hot metal cobrado en el contenedor BOS es: el 4 % C, 0.2-0.8%Si, 0.08 %-0.18%P, y 0.01-0.04%S.

El recipiente es puesto entonces derecho y una lanza refrescada por agua es bajada abajo en ello. La lanza hace volar el oxígeno puro del 99 % en el acero e hierro, haciendo la temperatura elevarse a aproximadamente 1700°C. Este derrite la pizca,

baja el contenido de carbón del hierro fundido y las ayudas quitan elementos químicos no deseados. Esto es este uso de oxígeno en vez del aire que mejora en el proceso de Bessemer, para el nitrógeno (y otros gases) en el aire no reacciona con el precio cuando el oxígeno hace.

Los flujos (cal quemada o dolomite) son alimentados al contenedor para formar la escoria que absorbe impurezas del proceso de acería. Durante la sopladura del metal en el contenedor forma una emulsión con la escoria, facilitando el proceso de refinado. Cerca del final del ciclo de soplado, que toma aproximadamente 20 minutos, la temperatura es medida y las muestras son tomadas. Las muestras son probadas y un análisis de computadora del acero dado dentro de seis minutos. Una química típica del metal hecho volar es 0.3-0.6%C, 0.05-0.1%Mn,.01-0.03%Si, 0.01-0.03%S y P.

El recipiente BOS es inclinado otra vez y el acero es vertido en un cucharón gigantesco. Este proceso es llamado dando un toque al acero. El acero es refinado adelante en el horno de cucharón, añadiendo materiales de aleación para dar las propiedades especiales de acero requeridas por el cliente. A veces el gas de nitrógeno o argón es burbujeado en el cucharón para asegurarse la mezcla de aleaciones correctamente. El acero ahora contiene el carbón del 0.1-1 %. Más de carbón en el acero, más duro es, pero es también más frágil y menos flexible.

Después de que el acero es quitado del recipiente BOS, la escoria, llena de impurezas, es vaciado y refrescado.