Producción de acero.

La producción de acero y fundiciones de hierro en la actualidad, se basa en la aplicación de procesos siderúrgicos diferentes, que son:

El alto horno, con reducción de convertidor al oxigeno.

La reducción directa, con hornos eléctricos.

La diferencia básica entre ellos consiste en que el alto horno, el tratamiento se lleva acabo utilizando coke como combustible y agente reductor, mientras que en la reducción directa, los minerales de hierro se llevan al estado liquido mediante el uso de la energía eléctrica, la cual permite elevar la temperatura en el horno hasta alcanzar el punto de fusión.

El alto horno.

Un alto horno es en esencia una gran cuba con forma tubular de hasta 40m de altura y unos 7 m diámetro interno máximos, construido de acero y revestido interiormente con material refractario.

Debido a las altas temperaturas dentro de alto horno, el material al ser descargado, pierde su agua higroscópica, y en la parte superior de la cuba se disocia el oxido de carbono, mientras que en la inferior, se lleva a cabo la reducción de los óxidos de manganeso, la carburación del hierro y el comienzo de la fusión, con la considerablemente, y se fusiona el materia. De esta manera, pasa del estado sólido con espacios llenos de aire, al de una masa pastosa donde se ha eliminado el aire y los gases de la combustión.

Por las tuberías penetra aire a presión, previamente calentado en calderas a temperatura de unos 900’C e inyectado desde turbogeneradores ubicados en las instalaciones anexas al alto horno, el cual, al entrar en contacto con el coke, lo hace arder, elevando la temperatura dentro del crisol hasta unos 2000C. Ignición de coke lleva al metal al estado de fusión y produce la forma de escorias que posteriormente deben ser eliminadas.

A) Materiales de carga.

Los minerales de hierro son aquellos que contienen hierro en forma de óxidos, silicatos o carbonatos, y excepcionalmente en forma de sulfuros. El porcentaje del contenido de hierro en estos minerales se conoce por riqueza y de ella depende el rendimiento de la carga. De las características químicas de los componentes de la ganaga dependen los de la escoria que resulta el final el proceso de reducción en el alto horno.

Todos los materiales de carga mencionados, y el coke como combustible, se hacen penetrar en el horno a través del tragante y de allí recorren un camino vertical descendente hasta transformarse en arrabio y escoria al final del proceso.

B) Combustibles.

El combustible de más alta calidad usando para la primera reducción de minerales de hierro en el alto horno en el coke, que se obtiene por la combustión del carbón de piedra. El coke es un producto de carbono casi puro, la estructura porosa y la elevada resistencia mecánica, que se obtiene a partir de carbones naturales de piedra de óptima calidad y elevado precio. Otro material apto para servir de energético en los altos hornos es el carbón de leña o carbón vegetal. Sin embargo, su residencia mecánica es muy inferior a la del coke, por lo cual no se utiliza en hornos de considerables dimensiones.

C) Materiales refractarios

La pared anterior del alto horno se reviste con ladrillos refractarios para asegurar que el proceso de reducción no deteriore las instalaciones, las cuales deben soportar no solo las elevadas temperaturas, sino también los esfuerzos mecánicos a que son sometidas durante la producción del acero.

Usualmente los materiales refractarios se mantienen en condiciones aceptables de servicio durante 2 o 3 años, luego de lo cual se debe preceder a la reparación de los daños que se detecten. Los refractarios utilizados en los hornos son los de composición silicona, las magnesitas, los aluminosos y los grafitos.

D) Inyección de aire caliente.

El aire calentado a 900C que se inyecta en el alto horno a través de las toneladas conectadas en la parte inferior del crisol, proviene de las caldearas ubicadas en instalaciones complementarias. La primera parte del combustible que arde es el depositado en la parte inferior del vientre y luego las llamas se van propagando hacia las capas superiores de coke y metales ferrosos alterados en la zona alta de la cuba.

Como resultado de los procesos mencionados, se obtiene un gas depurado que luego es utilizado como combustible gaseoso en los hogares de calderas de centrales eléctricas. Cuando se desea usar este gas como combustible en motores que accionan generadores eléctricos o turbo compresores, se debe firmar la purificación de gas mediante alguno de los siguientes tratamientos: lavado disgregador, precipitación electrostática, los cuales terminaron por eliminar las

finas partículas que aún permanecen en suspensión en el gas, de mozo de evitar factores de desgaste en los cilindros de los motores de alta revolución. El lavado disgregador es un proceso mediante el cual se somete al gas a una circulación forzada de alta velocidad, haciendo chocar contra una barrera en barras próximas, humedecidas permanentemente. Con ello se logra que en la barrera se fijen las últimas partículas solidas que luego son recogidas para su posterior reutilización.

La precipitación electroestática es el tratamiento mediante el cual se inyecta el gas a través de unos tubos conectados a cables de alta tensión, por lo cual las partículas de polvo reciben la carga electroestática, al ser atraídas por electrodo de polaridad opuesta, luego de lo cual son retenidas en filtros especiales.

E) Materiales de descarga

Luego que los minerales ferrosos de la carga han entrado en contacto con el coke ardiendo a temperaturas de 2000C, comienza la fase pastosa del proceso hasta alcanzar la fase liquida cuando el metal va escurriendo hacia el crisol, y es colado por el orificio de la salida ubicado en la parte inferior del horno.

F) Proceso de reducción.

Para obtener acero con fines estructurales, se deben realizar tres reducciones sucesivas del material inicial de carga, que son:

Primera reducción: en el alto horno. A partir de los minerales ferrosos de la carga, se obtiene arrabio, hierro crudo o fundición de hierro.

Segunda reducción: en el convertidor o los hornos de reverbero. Por ventilación forzada se oxida el carbono en exceso que contiene el arrabio, dando por resultada o un metal con demasiado porcentaje de oxigeno.

Tercera reducción: en los cucharones de colada. Este proceso elimina el exceso de oxigeno, para lo cual el metal fundido se asocia con agregados. También en esta etapa se realizan las aleaciones con otros metales que dan finalmente al acero las características mecánicas exigidas.

Refinación del arrabio.

La refinación del arrabio constituye la segunda reducción en la producción de acero, y se puede llevar a cabo según diferentes procesos, entre los cuales los mas omines en la actualidad son los hornos de reverbero y los convertidores. Básicamente, en ambos métodos, el tratamiento consiste en cargar con arrabio liquido un horno de acero revestido con material refractario y ponerlo en contacto

con corrientes de aire o gases de combustión, de modo que el oxigeno aportado refine por oxidación la masa metálica en estado de fusión.

Hornos tipo seiemens-martin

Este tipo de hornos fue ideado por siemens en Inglaterra, para aplicaciones siderúrgicas, y luego perfeccionado por Martin en Francia, para la producción de acero. Son hornos de tipo de reverbero, llamados así por que consisten en recipientes de poca profundidad y con tapa, revestidos interiormente de material refractario. La ventaja de este tipo de hornos cerrados es la de impedir que el metal pierda temperatura al ser refinado, ya que el calor se almacena mejor dentro del horno y luego es devuelto a la carga por radiación.

Convertidor Bessemer.

Este convertidor consiste en un horno de grandes dimensiones y revestido en su interior de material refractario de tipo acido, es decir con muy bajo contenido de sulfuros y fósforos, y alto en silicio. Este horno está sustentado por un aro metálico exterior, ubicado a la altura de su baricentro, y tiene don rotulas laterales que permiten su giro, de modo de colocarlo en cada caso, en la posición adecuada para su funcionamiento.

El convertidor Thomas.

Este convertidor es similar en su funcionamiento al tipo de Bessemer, con la diferencia de que aquí el proceso es tipo básico, utilizando refractario a base de dolomías. Por ello es posible el uso de acero fosfórico, agregando piedra caliza o cal mezclada con silicatos solubles, para mejorar la combustión.

Si bien las etapas del convertidor Bessemer, la diferencia radica en que la inyección de aire caliente se prolonga mas allá del momento e n que se reduce la altura de las llamas, lo cual da por resultado unas oxidación adicional del hierro, que se evidencia por un humo oscuro que escapa por la boca del horno. Al finalizar la refinación del arrabio, se deben retirar asimismo las escorias producidas en esta segunda reducción, las cuales también resultan de reacción química básica.

La tercera reducción.

Luego de finalizada la segunda reducción por cualquier de los métodos detallados, el metal que se obtiene resulta con execro de oxigeno. Por lo tanto, la tercera reducción consiste en menguar ente contenido superfluo de oxigeno, implando ferroaleaciones de silicio y manganeso u otros elementos ávidos de oxigeno.

Este último proceso de desoxidación, así como la adición de cierto agregados y aleaciones, da por resultado un acero refinado, apto para los fines estructurales y con características mecánicas especiales de dureza, resistencia, ductilidad, etc., así como resistencia a la abrasión, a la corrosión, al impacto y a la fatiga.

Arquitectura.

Acero.

Resumen

Encinas Ballesteros Miguel Ángel.

Matricula: 10130449

CD. Obregón, Sonora