Procesos de Manufactura”Metales”

UNIVERSIDAD TÉCNICA DE AMBATO FACULTAD DE INGENIERÍA EN SISTEMAS ELECTRÓNICA E INDUSTRIAL CARRERA DE INGENIERÍA INDUSTRIAL EN PROCESOS DE AUTOMATIZACIÓN PERÍODO ACADÉMICO: Febrero 2017- Octubre 2017

Facultad de Ingeniería en Sistemas, Electrónica e Industrial 

Título:

Procesos de Manufactura “METALES”

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Carrera:

Ingeniería Industrial

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Área Académica:

Manufactura

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Línea de Investigación:

Industrial y Manufactura

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Ciclo Académico y Paralelo:

Octubre 2016 – Febrero 2017

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Alumnos participantes:

Hugo Muñoz Jorge López Gabriel Benítez

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I.

Módulo y Docente:

INFORME DEL PROYECTO 1. YY

Sistemas de manufactura - Ing. Rosero César


1.1 Título P R O C E S O S D E MANUFACTURA”METALES”

1.2 Objetivos Objetivo General Investigar acerca de los procesos de manufactura en la elaboración de los metales, así como también las características, metodología para realizar una presentación con la información adquirida, con la ayuda del i nternet.

Objetivos específicos 

Realizar una presentación describiendo los procesos de manufactura para la elaboración de metales (hierro, aluminio), mediante el software power point.

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Describir la maquinaria utilizada para la elaboración de los metales en cada proceso, mediante una investigación bibliográfica.

1.3 Marco teórico PROCESOS Y MANUFACTURA ANTECEDENTES HISTÓRICOS: Los minerales ferrosos son mucho más abundantes en la Tierra que el hierro meteórico; sin embargo las técnicas para aprovecharlos son mucho más complicadas. Los primeros utensilios de los metales descubiertos por los arqueólogos en Egipto datan del año 3000 a.C [2].


En un principio se usaba carbón vegetal para la obtención de hierro como fuente de calor y como agente reductor. En el siglo XVIII, en Inglaterra, comenzó a escasear y hacerse más caro el carbón vegetal, se comenzó a usarse el Coque. Fue utilizado por primera vez por Abraham Darby, a principios del siglo XVIII, que construyó un Alto Horno.

El coque se empleó como fuente de energía en la Revolución Industrial.


PROCESO MODERNO DE OBTENCIÓN DEL ACERO: OBTENCIÓN DEL ACERO: A la fabricación del acero se destina aproximadamente el 75% del arrabio que se produce en los altos hornos. El acero es una aleación de hierro con una de carbono (siempre menor al 1,76%).

pequeña

cantidad

El acero se obtiene en el horno convertidor a través de una operación que se denomina afino, uno de los métodos más empleados para realizar el afino es el sistema de inyección de oxígeno (LD). El afino es el proceso de descarburación y eliminación de impurezas al que se somete el arrabio (hierro de primera fundición con alto porcentaje de carbono) para la obtención del acero.

Este sistema consiste en lo siguiente: ¿Que metemos en el convertidor?: a) Arrabio: Nada más sacarlo del alto horno (antes de que se enfríe) ya se mete en el convertidor. Recordamos que el arrabio tiene hierro, carbón e impurezas. b) Chatarra de hierro: Procedente de coches, electrodomésticos. c) Fundente: Recordamos que es carbonato cálcico y que lo empleamos como detergente para eliminar las impurezas. d) Oxigeno: Se inyecta a presión en el centro del convertidor a través de tubo con forma de lanza, y con ello conseguimos quemar parte del carbón que no se había quemado en el alto horno. ¿Que obtenemos del convertidor?:

a) Escorias: El fundente se pega a las impurezas y las hace flotar formando la


escoria.

b) Acero: En la parte inferior del convertidor quedará el hierro y el carbón que no se ha quemado.

Proceso de obtención de los Aceros

FABRICACIÓN DEL ACERO : Actualmente hay dos métodos de fabricación del acero:


1.-Ruta convencional de la siderurgia integral (horno alto + acería LD) 2.- Ruta del horno eléctrico de arco (HEA)+Reducción directa (DRI) Alloy steels are generally made in EAFs and electric induction furnaces.

Método 1: La fabricación de acero en la acería LD representa en la actualidad el 71.2 % de la producción mundial, siendo gran parte de esta producción dedicada a la fabricación de productos planos de alta calidad, con especificaciones muy estrictas en contenidos de elementos residuales y nitrógeno. La fabricación de acero basada en la fusión de chatarra y en ocasiones de prerreducidos de hierro en horno eléctrico de arco, ha experimentado un crecimiento muy importante en las últimas décadas y supone el 28.2 % de la producción mundial. Resto: 0.6 % Martin Siemens En España, el acero fabricado en acería LD supone un 33 %, mientras que el 67 % restante procede del horno eléctrico de arco (HEA). En España, el acero fabricado en acería LD supone un 33 %, mientras que el 67 % restante procede del horno eléctrico de arco (HEA). LOS OBJETIVOS DEL PROCESO DE AFINO SON: • Descar buración del arrabio (reducción de su contenido en carbono por

oxidación) • Oxidación de los elementos perjudiciales que pasarán a la escoria (reducción

del contenido en silicio, manganeso, fósforo,.) • Desoxidación (reducción del contenido de oxígeno po r efecto del ferrosilicio

y/o aluminio, es decir el calmado del acero) • Ajuste de composición y temperatura a los niveles requeridos. Optimización

de la temperatura del acero, para que cualquier otro tratamiento previo a la colada pueda realizarse con el mínimo recalentamiento o enfriamiento del acero.

Proceso LD: El convertidor es un recipiente de acero revestido interiormente de refractario de carácter básico (magnesia o dolomía), sostenido por un robusto anillo de acero equipado con muñones, cuyo eje es accionado por un sistema basculante o de volcado. Puede girar para el vaciado del acero y de la escoria producidos.

Temperatura de colada


A fin de lograr la correcta temperatura de colada, es importante considerar los efectos de diferentes adiciones sobre la temperatura del acero. 1. Bajo condiciones de permanencia, tales como cuando se interrumpe el flujo del gas de agitación y no hay inyección de oxígeno, el acero se enfría aproximadamente entre 1 y 2°C/min. 2. Para la mayoría de las adiciones, cada tonelada métrica (1000 kg) agregada resulta en una caída adicional de temperatura de aproximadamente 5 °C. 3. La oxidación del fósforo y del silicio es altamente exotérmica y produce alrededor de 26 MJ/tonelada métrica por 0.1 % por tonelada métrica de metal caliente oxidado, equivalente a aproximadamente 3 °C/tonelada métrica por 0.1 %. 4. La oxidación del carbono es también exotérmica y produce alrededor de 13 MJ/tonelada métrica por 0.1 % oxidado, equivalente a aproximadamente 1.4 °C/tonelada métrica por 0.1%. 5. Aumentar la temperatura del metal caliente o del acero requiere 9.0 o 9.4 MJ/tonelada métrica, respectivamente

EL PROCESO DE AFINO Soplado de oxígeno El soplado es la inyección de oxígeno mediante una lanza que se introduce en el convertidor por su parte superior. Las variables que intervienen en este proceso definen lo que se llama el “esquema o patrón de soplado” y son diferentes para cada grado de acero, temperatura y

composición del arrabio, etc.

Estas variables son: • Volumen de oxígeno • Caudal • Presión • Altura de lanza sobre el baño • Gas de soplado por el fondo


DINÁMICA DEL PROCESO

Zona 1: zona de impacto del chorro de oxígeno. Es la zona afectada directamente por el chorro de oxígeno, de pequeña profundidad y extensión. En ella se alcanzan elevadas temperaturas (de 2500 a 3000 oC) y comienza a producirse la oxidación del hierro, formándose FeO. Este óxido de hierro constituye el principal aporte de oxígeno para la eliminación de otros elementos.

Zona 2: baño. Es la zona que rodea a la primera. Entre las dos se establece una fuerte circulación del metal, que es una de las principales características del proceso. Este movimiento hace que el metal de esas zonas se mezcle. Así, parte del óxido de hierro de la zona de impacto del chorro pasa a oxidar los elementos del arrabio y otra parte a la escoria.

Zona 3: escoria La escoria, que flota sobre el baño metálico, se mantiene durante el proceso en ebullición tumultuosa, acentuada por la circulación del metal y por el continuo desprendimiento de gases, chispas, gotas de metal y partículas de óxido de la zona metálica fundida. Cuando aumenta la oxidación se forma una capa de espuma que puede alcanzar varios metros de altura. Los óxidos producidos en el baño suben hacia la escoria, donde reaccionan con la cal. Después de unos minutos desde que comienza el proceso, esta cal va disolviéndose, formando una escoria reactiva. Se definen tres zonas “físicas” para estudiar la dinámica del soplado:


FABRICACION DEL ALUMINIO Aunque el aluminio es un material muy abundante en la corteza terrestre (8%), raramente se encuentra libre debido a su alta reactividad, por lo que normalmente se encuentra formando óxidos e hidróxidos, que a su vez se hallan mezclados con óxidos de otros metales y con sílice.

Extracción de Bauxita El mineral del que se extrae el aluminio casi exclusivamente se llama bauxita. Una vez obtenida la bauxita, se refina y reduce mediante lavados hasta lograr polvo de alumina. El proceso de fundicion comienza con una técnica llamada Hall-Héroult , en la cual la alúmina (Al2O3) es disuelta dentro de una cuba con criolita mineral fundida (Na3AlF6), revestida interiormente de carbón en un baño electrolítico. La alúmina se descompone en aluminio y oxígeno molecular. Como el aluminio líquido es más denso que la criolita se deposita en el fondo de la cuba, de forma que queda protegido de la oxidación a altas temperaturas. El oxígeno se deposita sobre los electrodos de carbón, quemándose y produciendo el CO2. El aluminio fundido se enfría en moldes para dales forma de lingote y se vende a los fabricantes con esta forma, sin embargo Son necesarios más de 2.000° C para fundir el aluminio recién producido, por lo que Hoy en día, la receta se adapta a la aplicación final; Con la ayuda de aditivos (magnesio, silicio, manganeso, etc.), se preparan distintas aleaciones que posteriormente conforman las propiedades mecánicas. Por lo tanto, las posibilidades de procesado del cliente pueden establecerse en una fase muy temprana.

Molde de Extrusion


Perfiles Extruidos Otra forma de presentar el aluminio en el mercado es en forma de tochos de extrusion, esto es una especie de barra guesa de material puro que tiene la forma precisa para introducirse en una prensa de extrusion. Esta tecnica es muy comun, debido a la gran gama comercial del aluminio en perfiles para ventanas, puertas corredizas, etc. La extrusión consiste en hacer pasar un tocho de aluminio precalentado (450-500ºC) a alta presión (1600-6500) toneladas, dependiendo del tamaño de la prensa) a través de una matriz, cuya abertura corresponde al perfil transversal de la extrusión. OBTENCIÓN DEL ALUMINIO PRIMARIO El aluminio primario se obtiene en dos etapas: En la primera se produce la alumina o el hidrato de alúmina se precipita del filtrado por adición de gas carbónico y, después de filtrar y lavar, el hidrato se calcina para convertirlo en alúmina. En la segunda se obtiene el aluminio metálico por reducción electrolítica de la alúmina pura en un baño de criolita fundida.

OBTENCIÓN DEL ALUMINIO SECUNDARIO Dentro de la producción secundaria de aluminio hay que destacar dos procesos diferenciados por el tipo de horno empleado (rotativo y otros). La diferencia entre ambos radica en el empleo o no de sales fundentes para la fusión de las


chatarras. Mediante el empleo de sales se obtiene un mayor grado de recuperación del aluminio, ya que éstas disminuyen el grado de oxidación del metal durante la fusión (las sales forman una capa fundida sobre el aluminio y ayudan a prevenirla oxidación), con el consecuente aumento de la producción de escorias salinas, principal problema medioambiental. El esquema general de la producción de aluminio secundario se resume en el siguiente diagrama de proceso:

MAQUINARIA: Horno Eléctrico:

EQUIPAMIENTO ELÉCTRICO: El primer elemento del equipamiento eléctrico es una subestación transformadora, situada a la entrada del horno, que toma la corriente eléctrica de líneas de muy alta tensión (132-220 kV) y la baja hasta


25-50 kV, que es el voltaje del primario del transformador del horno. En el transformador del horno este voltaje es reducido hasta valores de entre 400 y 1000 voltios, que es la tensión del secundario, y la que llega a los electrodos.

INYECTANDORA OXIGENO EN EL ACERO LIQUIDO: Donde se oxida principalmente el hierro, según la siguiente reacción

EMPRESAS DEL SECTOR: SIDERURGICA TUNGURAHUA Poleas Sillas Tapas de alcantarilla Parrilas Pesas Piñones Ventiladores Discos de frenoahua

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METALES y METALES Aceros Ceros inoxidables Aluminios

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ACEROS DE LOS ANDES    

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Evaporadores, Cristalizadores, Calentadores, Tanques para diferentes aplicaciones. Tolvas, Silos, Chimeneas Desgasificadores, Deshumificadores, Separadores de Humedad, Torres de Secado, Autoclaves, Hornos Industriales. Tanques Flotadores (bouyancy tanks), Boyas para Anclajes de barcos, Pilotes. Contenedores para Manejo de Desechos Sólidos, Vaccum Tanks, Tanqueros para Asfalto Tanqueros para Combustibles Livianos, Cintas Transportadoras.

TENARIS         

Varillas de bombeo Tubos de conducción Semielaborados para garrafas de gas Cilindros hidráulicos Tubería mecánica estándar Tubos para exploraciones geológicas y mineras Tubos para estructuras civiles Tubos para estructuras de ingeniería Tubos para sistemas de gas, agua y extinción de incendios

CEDAL    

Sistemas arquitectónicos Perfiles de aluminio Paneles compuestos Puertas automáticas

1.4 Conclusiones

1.5 Referencias bibliográficas [1] X. Castillo, «Mascarillas desechables en la historia,» Noviembre. [En línea]. Available: http://seguridadbiologica.blogspot.com/2007/12/proteccin-respiratoria.html. [2] B. J. Gabriel, «Procesos, conceptos,» [En línea]. Available:


https://www10.ujaen.es/sites/default/files/users/archivo/Calidad/Criterio5.pdf. [3] F. Flores, «Manufactura,» [En línea]. Available: http://definicion.mx/manufactura/. [4] E. Gonzales, «Distribucion de Planta,» [En línea]. Available: http://dspace.ups.edu.ec/bitstream/123456789/5700/1/UPS-CT002797.pdf. [5] J. López, «Trabajo estandarizado,» [En línea]. Available: http://www.incito.com/es/capacitaciones/trabajo-estandarizado/. [6] K. Mena, «Justo a tiempo,» [En línea]. Available: http://www.ub.edu/gidea/recursos/casseat/jit_concepte_carac.pdf.

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