Universidad De San Carlos De Guatemala Centro Universitario De Occidente División De Ciencias De La Ingeniería Nombre: Julio Roberto Ríos Cuellar Carne: 200630465 Curso: Metalurgia y metalografía Quetzaltenango, febrero de 2011
Extracción de materias para fabricación de acero Introducción El Acero es una aleación de hierro que contiene entre un 0,04 y un 2,25% de carbono y a
la que se añaden elementos como níquel, crom o, manganeso, silicio o vanadio, entre otros. La Siderurgia es la tecnología relacionada con la producción del hierro y sus aleaciones, en especial las que contienen un pequeño porcentaje de carbono, que constituyen los diferentes tipos de acero y las fundiciones. A veces, las diferencias entre las distintas clases de hierro y acero resultan confusas por la nomenclatura empleada. En general, el acero es una aleación de hierro y carbono a la que suelen añadirse otros
elementos. Algunas aleaciones denominadas “hierros” contienen más carbono que algunos aceros comerciales. El hierro de crisol abierto y el hierro forjado contienen un porcentaje de carbono de sólo unas centésimas. Los distintos tipos de acero contienen entre el 0,04 y el 2,25% de carbono. El hierro colado o fundición contiene entre un 2,25 y un 5% de
carbono. Hay una forma especial de hierro maleable, prácticamente sin aplicaciones (sólo se emplea para construir núcleos de hierro en las bobinas eléctricas), que no contiene casi carbono. Para fabricar aleaciones de hierro y acero se emplea un tipo especial de aleaciones de hierro denominadas ferroaleaciones, que contienen entre un 20 y un 80% del
elemento de aleación, que puede ser manganeso, silicio o cromo. Extracción del Mineral de Hierro
El mineral extraído de una mina de fierro puede ser de carga directa a los altos hornos o puede requerir de un proceso de peletización para ser utilizado en la producción del ac ero, esto según sea su calidad. Es importante destacar que si el mineral posee bajo contenido de impurezas (principalmente fósforo y azufre), puede ser utilizado para carga directa, requiriendo sólo tratamientos de molienda y concentración. Si, por el contrario, el contenido de impurezas es relativamente alto, se realiza también la molienda y concentración, pero requiere además de un proceso químico de peletización, donde se reducen significativamente dichas impurezas. Proceso De Extracción Proceso de Peletización del Hierro
El proceso productivo se inicia con la extracción del mineral de hierro. Si el mineral posee bajo contenido
de impurezas (principalmente fósforo y azufre), puede ser utilizado para carga directa a Altos Hornos,
requiriendo sólo tratamientos de molienda y concentración. Si, por el contrario, el contenido de impurezas es relativamente alto, se realiza también la molienda y concentración, pero requiere además de un proceso químico de peletización, donde se reducen significativamente dichas impurezas. Proceso De Peletizacion Del Mineral De Hierro
Hemos dispuesto gráficamente este proceso en 2 etapas. Molienda y Concentración
Peletización y Endurecimiento Térmico
Producción de arrabio
El arrabio es el primer proceso que se realiza para obtener Acero, los materiales básicos empleados son Mineral de Hierro, Coque y Caliza. El coque se quema como combustible
para calentar el horno, y al arder libera monóxido de carbono, que se combina con los óxidos de hierro del mineral y los reduce a hierro metálico. La ecuación de la reacción química fundamental de un alto horno es: Fe2O3 + 3 CO
3 CO2 + 2 Fe
La caliza de la carga del horno se emplea como fuente adicional de monóxido de carbono y como sustancia fundente. Este material se combina con la sílice pre sente en el mineral (que no se funde a las temperaturas del horno) para formar silicato de calcio, de menor
punto de fusión. Sin la caliza se formaría silicato de hierro, con lo que se perdería hierro
metálico. El silicato de calcio y otras impurezas forman una escoria que flota sobre el metal fundido en la parte inferior del horno. El arrabio producido en los altos hornos tiene la
siguiente composición: un 92% de hierro, un 3 o 4% de carbono, entre 0,5 y 3% de silicio, del 0,25% al 2,5% de manganeso, del 0 ,04 al 2% de fósforo y algunas partículas de azufre. El Alto Horno es virtualmente una planta química que reduce continuamente el hierro del mineral. Químicamente desprende el oxígeno del óxido de hierro existente en el mineral para liberar el hierro. Está formado por una cápsula cilíndrica de acero forrada con un material no metálico y resistente al calor, como ladrillos refractarios y placas refrigerantes. El diámetro de la cápsula disminuye hacia arriba y hacia abajo, y es máximo en un punto situado aproximadamente a una cuarta parte de su altura total. La parte inferior del horno
está dotada de varias aberturas tubulares llamadas toberas, por donde se fuerza el paso del aire. Cerca del fondo se encuentra un orificio por el que fluye el arrabio cuando se
sangra (o vacía) el alto horno. Encima de ese orificio, pero debajo de las toberas, hay otro agujero para retirar la escoria. La parte superior del horno, cuya altura es de unos 30 m, contiene respiraderos para los gases de escape, y un par de tolvas redondas, cerradas por válvulas en forma de campana, por las que se introduce la carga en el horno. Los materiales se llevan hasta las tolvas en
pequeñas vagonetas o cucharas que se suben por un elevador inclinado situado en el exterior del horno.
Carga típica en Alto Horno de CSH
Composición
química
del
Arrabio
Componentes
kg/t kg/carga
Elementos
%
Mineral de Hierro
490
9.600
Fierro (Fe)
93,70
Pellets
995
19.600
Carbono (C)
4,50
Chatarra
15
300
Manganeso (Mn)
0,40
Mineral de Mn
22
450
Silicio (Si)
0,45
Caliza
112
2.300
Fósforo (P)
0,110
Cuarzo
12
250
Azufre (S)
0,025
Coque
451
9.200
Vanadio (V)
0,35
Petróleo + Alquitrán 44
899
Titanio (Ti)
0,06
Aire Insuflado
1.530
Temperatura en Alto
m3/min
Horno : 1.460ºC
Temperatura
Aire
1.030ºC
Insuflado
Las materias primas se cargan (o se vacían) en la parte superior del horno. El aire, que ha sido precalentado hasta los 1.030ºC aproximadamente, es forzado dentro de la base del horno para quemar el coque. El coque en combustión genera el intenso calor req uerido para fundir el mineral y produce los gases necesarios para separar el hierro del mineral.
En forma muy simplificada las reacciones son:
Oxígeno
Carbono (Coque)
+ (aire)
2C Oxido Hierro Fe2O3
Calor Calor
O2 de
Monóxido
de
+ Carbono 3CO
Impurezas en el Mineral Derretido
Hierro Fundido 2Fe Hierro
Monóxido
de
+ Carbono Gaseoso 2CO
Dióxido de Carbono + Gaseoso 3CO2
+ Piedra Caliza
ESCORIA
Los altos hornos funcionan de forma continua. La materia prima que se va a introducir en
el horno se divide en un determinado número de pequeñas cargas que se introducen a intervalos de entre 10 y 15 minutos. La escoria que flota sobre el metal fundido se retira
una vez cada dos horas, y el arrabio se sangra cinco veces al día. El aire insuflado en el alto horno se precalienta a una temperatura aproximada de 1.030 ºC.
El calentamiento se realiza en las llamadas estufas, cilindros con estructuras de ladrillo refractario. El ladrillo se calienta durante varias horas quemando gas de alto horno, que
son los gases de escape que salen de la parte superior del horno. Después se apaga la llama y se hace pasar el aire a presión por la estufa. El peso del aire empleado en un alto horno supera el peso total de las demás materias
primas. Esencialmente, el CO gaseoso a altas temperaturas tiene una mayor atracción por el oxígeno presente en el mineral de hierro (Fe 2O3) que el hierro mismo, de modo que reaccionará con él para liberarlo. Químicamente entonces, el hierro se ha reducido en el mineral. Mientras tanto, a alta temperatura, la piedra caliza fundida se convierte en cal, la cual se combina con el azufre y otras impurezas. Esto forma una escoria que flota encima del hierro derretido.
Después de la II Guerra Mundial se introdujo un importante avance en la tecnología de altos hornos: la presurización de los hornos. Estrangulando el flujo de gas de los respiraderos del horno es posible aumentar la presión del interior del horno hasta 1,7 atmósferas o más. La técnica de presurización permite una mejor combustión del coque y una mayor producción de hierro. En muchos altos hornos puede lograrse un aumento de la producción de un 25%. En instalaciones experimentales también se ha demostrado que la producción se incrementa enriqueciendo el aire con oxígeno. Cada cinco o seis horas, se cuelan desde la parte interior del horno hacia una olla de colada o a un carro de metal caliente, entre 150 a 375 toneladas de arrabio. Luego se transportan a un horno de
fabricación de acero. La escoria flotante sobre el hierro fundido en el horno se drena separadamente. Cualquier escoria o sobrante que salga del horno junto con el metal se
elimina antes de llegar al recipiente. A continuación , el contenedor lleno de arrabio se transporta a la fábrica siderúrgica (Acería). Los altos hornos modernos funcionan en combinación con hornos básicos de oxígeno o convertidores al oxígeno, y a veces con hornos de crisol abierto, más antiguos, como parte de una única planta siderúrgica. En esas plantas, los hornos siderúrgicos se cargan con arrabio. El metal fundido procedente de diversos altos hornos puede mezclarse en una gran cuchara antes de convertirlo en acero con el fin de minimizar el efecto de posibles
irregularidades de alguno de los hornos. El arrabio recién producido contiene demasiado carbono y demasiadas impurezas para ser provechoso. Debe ser refinado, porque esencialmente, el acero es hierro altamente refinado que contiene menos de un 2% de
carbono. El hierro recién colado se denomina "arrabio". El oxígeno ha sido removido, pero aún contiene demasiado carbono (aproximadamente un 4%) y demasiadas impurezas (silicio, azufre, manganeso y fósforo) como para ser útil, para eso debe ser refinado, porque esencialmente el acero es hierro altamente refinado que
contiene menos de un 2% de carbono. La fabricación del acero a partir del arrabio implica no sólo la remoción del carbono para llevarlo al nivel deseado, sino también la remoción o reducción de las impurezas que contiene. Se pueden emplear varios procesos de fabricación de acero para purificar o refinar el arrabio; es decir, para remover sus impurezas. Cada uno de ellos incluye el proceso básico de oxidación. Refinación Del Arrabio
En el alto horno, el oxígeno fue removido del mineral por la acción del CO (monóxido de carbono) gaseoso, el cual se combinó con los átomos de oxígeno en el mineral para terminar como CO2 gaseoso (dióxido de carbono). Ahora, el oxígeno se empleará para remover el exceso de carbono del arrabio. A alta temperatura, los átomos de carbono (C) disueltos en el hierro fundido se combinan con el oxígeno para producir monóxido de carbono gaseoso y de este modo remover el carbono mediante el proceso de oxidación. En forma simplificada la reacción es :
Carbono + Oxígeno
MONOXIDO DE CARBONO GASEOSO
2C
2CO
+ O2
Latón
El latón, es una aleación de cobre y zinc que se realiza en crisoles o en un horno de reverbero o de cubilote. Las proporciones de Cobre y Zinc se pueden variar para crear un rango de latones con propiedades variables. En los latones industriales el porcentaje de Zn
se mantiene siempre inferior al 50%. Su composición influye en las características mecánicas, la fusibilidad y la capacidad de conformación por fundición, forja, estampación y mecanizado. En frío, los lingotes obtenidos pueden transformarse en láminas de diferentes
espesores, varillas o
cortarse
en
tiras
susceptibles
de
estirarse
para
fabricar alambres. Su densidad también depende de su composición. En general, la
densidad del latón ronda entre 8,4g / cm 3 y 8,7g / cm 3. En cambio, el bronce es principalmente una aleación de cobre con estaño, No obstante,
algunos tipos de latones son denominados bronces. El latón es una aleación sustitucional, la cual es usada para decoración debido a su brillo de apariencia similar al del oro, para aplicaciones donde se requiere baja fricc ión, tales como cerraduras, válvulas, etc. Para fontanería y aplicaciones eléctricas, y extensamente en instrumentos musicales como trompetas y campanas, además de platillos de bajo coste (Power Beat, Paiste PST3, Planet Z) por sus propiedades acústicas. El latón es conocido por los humanos desde épocas prehistóricas, incluso antes de que el mismo zinc fuese descubierto. Éste se producía por la mezcla de cobre junto con calamina, una fuente natural de zinc. En las villas alemanas de Breinigerberg un antiguo sitio romano se descubrió donde existía una mina de calamina. Durante el proceso de
mezclado, el zinc es extraído de la calamina y mezclado con el cobre. El zinc puro, por otra parte, tiene un bajísimo punto de fusión como para haber sido producido por las antiguas técnicas del trabajo del metal. Existen tres grupos principales de latones en función de su porcentaje de Zn.
Latones de primer título, con porcentaje de Zn inferior a 33% Latones de segundo título, con porcentaje de Zn de 33 a 45% Latones de tercer título con porcentajes de Zn superior a 45% sin ape nas aplicaciones industriales.
Los latones de acuerdo a los elementos minoritarios que intervengan en la aleación son maleables únicamente en frío,y no caliente, y algunos no lo son a ni nguna temperatura. Todos los tipos de esta aleación se vuelven quebradizos cuando se calientan a una temperatura próxima al punto de fusión. El latón es más duro que el cobre, pero fácil de mecanizar, grabar y fundir, es resistente a la oxidación, a las condiciones salinas y es dúctil por lo que puede laminarse en planchas finas. Su maleabilidad varía según la composición y la temperatura, y es distinta si se mezcla con otros metales, incluso en cantidades mínimas. En el latón al plomo, el plomo es prácticamente insoluble en el latón, y se separa en forma de finos glóbulos, lo que favorece la fragmentación de las virutas en el mecanizado. También el plomo tiene un efecto de lubricante por su bajo punto de fusión, lo que permite disminuir el desgaste de la herramienta de corte. El latón admite pocos tratamientos térmicos y sólo se realizan recocidos de re cristalización y homogeneización.
Bibliografía
http://www.laton.biz/laton
http://apuntes.rincondelvago.com/acero-y-hierro.html
