3.2 Proceso de pre beneficio de mineral de hierro

3.2 Proceso de pre beneficio de mineral de hierro Equipo 2Manjarrez Ramos Edgar Alexis Basilio Gaspar Reyes Josu Salaya Hernndez Jos Abel chable Jimnez Castillo Jurez Vctor ManuelIsrael Garca Santiago Roberto Crdova Alemn Flix Aragn Gonzalez

Introduccin.

Tecnologa relacionada con la produccin del hierro y sus aleaciones, en especial las que contienen un pequeo porcentaje de carbono, que constituyen los diferentes tipos de acero. A veces, las diferencias entre las distintas clases de hierro y acero resultan confusas por la nomenclatura empleada. En general, el acero es una aleacin de hierro y carbono a la que suelen aadirse otros elementos. Algunas aleaciones denominadas hierros contienen ms carbono que algunos aceros comerciales. El hierro de crisol abierto y el hierro forjado contienen un porcentaje de carbono de slo unas centsimas. Los distintos tipos de acero contienen entre el 0,04 y el 2,25% de carbono. El hierro colado, el hierro colado maleable y el arrabio contienen entre un 2 y un 4% de carbono. Hay una forma especial de hierro maleable que no contiene casi carbono alguno. 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 aleacin, que puede ser manganeso, silicio o cromo. HierroEste metal de transicin es el cuarto elemento ms abundante en la corteza terrestre, representando un 5 % y, entre los metales, solo el aluminio es ms abundante; y es el primero ms abundante en masa planetaria, debido a que el planeta en su ncleo, se concentra la mayor masa de hierro nativo equivalente a un 70 %. El ncleo de la Tierra est formado principalmente por hierro y nquel en forma metlica, generando al moverse un campo magntico. Ha sido histricamente muy importante, y un perodo de la historia recibe el nombre de Edad de Hierro. En cosmologa, es un metal muy especial, pues es el metal ms pesado que puede producir la fusin en el ncleo de estrellas masivas; los elementos ms pesados que el hierro solo pueden crearse en supernovas.

Produccin del hierro y el acero El diagrama general de la fusin primaria del hierro integra a la mayora de las actividades que se desarrollan en el proceso productivo. No se debe olvidar que los diagramas de flujo son una de las herramientas ms utilizadas por los ingenieros industriales y que de manera automtica los deben utilizar o elaborar.El 90% de todos los metales fabricados a escala mundial son de hierro y acero. Los procesos para la obtencin de hierro fueron conocidos desde el ao 1200 ac.

Los principales minerales de los que se extrae el hierro son:

Hematita (merma roja)70% de hierroMagnetita (merma negra)72.4% de hierroSiderita (merma caf pobre)48.3% de hierroLimonita (merma caf)60-65% de hierroLa mema caf es la mejor para la produccin de hierro, existen grandes yacimientos de este mineral en Estados Unidos y en Suecia. En todo el mundo se pueden encontrar grandes cantidades de pirita, pero no es utilizable por su gran contenido de azufre.Para la produccin de hierro y acero son necesarios cuatro elementos fundamentales:Mineral de hierroCoquePiedra calizaAireLos tres primeros se extraen de minas y son transportados y prepararlos antes de que se introduzcan al sistema en el que se producir el arrabio.El arrabio es un hierro de poca calidad, su contenido de carbn no est controlado y la cantidad de azufre rebasa los mnimos permitidos en los hierros comerciales. Sin embargo es el producto de un proceso conocido como la fusin primaria del hierro y del cual todos los hierros y aceros comerciales proceden.A la caliza, el coque y el mineral de hierro se les prepara antes de introducirse al alto horno para que tengan la calidad, el tamao y la temperatura adecuada, esto se logra por medio del lavado, triturado y cribado de los tres materiales.Alto hornoEn general los altos hornos tienen un dimetro mayor a 8 m y llegan a tener una altura superior de los 60 m. Estn revestidos de refractario de alta calidad.Los altos hornos pueden producir entre 800 y 1600 toneladas de arrabio cada 24 h. La caliza, el coque y el mineral de hierro se introducen por la parte superior del horno por medio de vagones que son volteados en una tolva. Para producir 1000 toneladas de arrabio, se necesitan 2000 toneladas de mineral de hierro, 800 toneladas de coque, 500 toneladas de piedra caliza y 4000 toneladas de aire caliente.Con la inyeccin de aire caliente a 550C, se reduce el consumo de coque en un 70%. Los sangrados del horno se hacen cada 5 o 6 horas, y por cada tonelada de hierro se produce 1/2 de escoria.

Diagrama de produccin de hierro esponja

Para la produccin del hierro tambin se puede utilizar el mtodo de reduccin directa, el que emplea agentes reactivos reductores como gas natural, coque, aceite combustible, monxido de carbono, hidrgeno o grafito. El procedimiento consiste en triturar la merma de hierro y pasarla por un reactor con los agentes reductores, con lo que algunos elementos no convenientes para la fusin del hierro son eliminados. El producto del sistema de reduccin directa es el hierro esponja que consiste en unos pelets de mineral de hierro los que pueden ser utilizados directamente para la produccin de hierro con caractersticas controladasEn el mtodo de reduccin directa para procesar 1000 toneladas de mineral de hierro, se requieren 491,000 metros cbicos de metano y con ello se obtienen 630 toneladas de hierro esponja

Diferentes procesos de produccin de hierro y aceroUna vez obtenido el arrabio o el hierro esponja es necesario refinar al hierro para que se transforme en material til para diferentes objetos o artefactos, o sea en hierro o acero comercial. A continuacin se presentan los principales procesos de fabricacin de los hierros y aceros comerciales.

Proceso de pudeladoEl hierro dulce es un metal que contienen menos del 0.01% de carbono y no ms de 0.003% de escoria. Para su obtencin se requiere del proceso conocido como pudelado, el que consiste en fundir arrabio y chatarra en un horno de reverbero de 230 kg, este horno es calentado con carbn, aceite o gas. Se eleva la temperatura lo suficiente para eliminar por oxidacin el carbn, el silicio, y el azufre. Para eliminar todos los elementos diferentes al hierro, el horno de pudelado debe estar recubierto con refractario de la lnea bsica (ladrillos refractarios con magnesita y aluminio). El material se retira del horno en grandes bolas en estado pastoso y el material producido se utiliza para la fabricacin de aleaciones especiales de metales. Existen otros procedimientos modernos como el llamado proceso Aston, en donde en lugar del horno de reverbero se usa un convertidor Bessemer con lo que se obtienen mayor cantidad de material.Hornos Bessemer

Es un horno en forma de pera que est forrado con refractario de lnea cida o bsica. El convertidor se carga con chatarra fra y se le vaca arrabio derretido, posteriormente se le inyecta aire a alta presin con lo que se eleva la temperatura por arriba del punto de fusin del hierro, haciendo que este hierva. Con lo anterior las impurezas son eliminadas y se obtiene acero de alta calidad. Este horno ha sido substituido por el BOF, el que a continuacin se describe.Horno bsico de oxgeno (BOF) Es un horno muy parecido al Bessemer con la gran diferencia que a este horno en lugar de inyectar aire a presin se le inyecta oxgeno a presin, con lo que se eleva mucho ms la temperatura que en el Bessemer y en un tiempo muy reducido. El nombre del horno se debe a que tiene un recubrimiento de refractario de la lnea bsica y a la inyeccin del oxgeno. La carga del horno est constituida por 75% de arrabio procedente del alto horno y el resto es chatarra y cal. La temperatura de operacin del horno es superior a los 1650C y es considerado como el sistema ms eficiente para la produccin de acero de alta calidad. Este horno fue inventado por Sir Henrry Bessemer a mediados de 1800, slo que como en esa poca la produccin del oxgeno era cara se inici con la inyeccin de aire, con lo que surgi el convertidor Bessemer, el que ya fue descrito.

TECNOLOGIAEl progreso tcnico ha repercutido en el mundo entero. El mtodo de produccin de acero en hornos Martin-Siemens (con frecuencia, contaminante), que requiere un uso relativamente intensivo de mano de obra, slo representa ya un 4% de la produccin se utiliza todava mucho en la antigua URSS y la India y Produccin de hierro y acero(35% y 14% de la produccin nacional en 1999, respectivamente). Los hornos bsicos de soplado de oxgeno, que utilizan tambin hierro de alto horno aseguran el 60% de la produccin mundial. La proporcin de acero fabricado en hornos de arco elctrico (HAE) sigue creciendo (de un 28% en 1990 a un 34% en 1999). El aumento de la produccin en esos hornos se ha frenado porque no han conseguido competir en el mercado de los productos de acero laminado, que suponen un gran volumen de produccin. No obstante, diversas tcnicas innovadoras de fundicin de acero estn ensanchando rpidamente el mercado en el cual pueden competir los hornos de arco elctrico. La tcnica de fundicin laminar, por ejemplo, podra sustituir buena parte del acero que se produce hoy en los altos hornos

Fotografa por Norman Jennings, ILO.ccin,

Horno de arco elctricoPor lo regular son hornos que slo se cargan con chatarra de acero de alta calidad. Son utilizados para la fusin de aceros para herramientas, de alta calidad, de resistencia a la temperatura o inoxidables. Considerando que estos hornos son para la produccin de aceros de alta calidad siempre estn recubiertos con ladrillos de la lnea bsica.Existen hornos de arco elctrico que pueden contener hasta 270 toneladas de material fundido. Para fundir 115 toneladas se requieren aproximadamente tres horas y 50,000 kwh de potencia. Tambin en estos hornos se inyecta oxgeno puro por medio de una lanza.Los hornos de arco elctrico funcionan con tres electrodos de grafito los que pueden llegar a tener 760mm de dimetro y longitud de hasta 12m. La mayora de los hornos operan a 40v y la corriente elctrica es de 12,000 A.Estos equipos tienen un crisol o cuerpo de placa de acero forrado con refractario y su bveda es de refractario tambin sostenida por un cincho de acero, por lo regular enfriado con agua. Para la carga del horno los electrodos y la bveda se mueven dejando descubierto al crisol, en el que se deposita la carga por medio de una gra viajera.Estos equipos son los ms utilizados en industrias de tamao mediano y pequeo, en donde la produccin del acero es para un fin determinado, como varilla corrugada, aleaciones especiales, etc.

Horno de refinacin

Estos hornos pueden ser de varios tipos, en realidad puede ser cualquier horno al que por medio de aire u oxgeno se obtenga hierro con carbn controlado, sin embargo se pueden mencionar dos de los hornos ms conocidos para este fin.

Horno de induccin

Utilizan una corriente inducida que circula por una bovina que rodea a un crisol en el cual se funde la carga. La corriente es de alta frecuencia y la bovina es enfriada por agua, la corriente es de aproximadamente 1000Hz, la cual es suministrada por un sistema de moto generador. Estos hornos se cargan con piezas slidas de metal, chatarra de alta calidad o virutas metlicas. El tiempo de fusin toma entre 50 y 90 min, fundiendo cargas de hasta 3.6 toneladas. Los productos son aceros de alta calidad o con aleaciones especiales.

Horno de aire o crisol

Es el proceso ms antiguo que existe en la fundicin, tambin se le conoce como horno de aire. Este equipo se integra por un crisol de arcilla y grafito, los que son extremadamente frgiles, los crisoles se colocan dentro de un confinamiento que puede contener algn combustible slido como carbn o los productos de la combustin.

Los crisoles son muy poco utilizados en la actualidad excepto para la fusin de metales no ferrosos, su capacidad flucta entre los 50 y 100 kg.Hornos de crisol para metales no ferrosos

Clasificacin de los aceros Con el fin de estandarizar la composicin de los diferentes tipos de aceros que hay en el mercado la Society of Automotive Engineers (SAE) y el American Iron and Steel Institute (AISI) han establecido mtodos para identificar los diferentes tipos de acero que se fabrican. Ambos sistemas son similares para la clasificacin.

En ambos sistemas se utilizan cuatro o cinco dgitos para designar al tipo de acero. En el sistema AISI tambin se indica el proceso de produccin con una letra antes del nmero.

Primer dgito. Es un nmero con el que se indica el elemento predominante de aleacin. 1= carbn, 2= nquel, 3=nquel cromo, 4=molibdeno, 5=cromo, 6=cromo vanadio, 8=triple aleacin, 9 silicio magnesio.

El segundo dgito. Es un nmero que indica el porcentaje aproximado en peso del elemento de aleacin, sealado en el primer dgito. Por ejemplo un acero 2540, indica que tiene aleacin de nquel y que esta es del 5%.

Los dgitos 3 y 4. Indican el contenido promedio de carbono en centsimas, as en el ejemplo anterior se tendra que un acero 2540 es un acero con 5% de nquel y .4% de carbn.Cuando en las clasificaciones se tiene una letra al principio esta indica el proceso que se utiliz para elaborar el acero, siendo los prefijo los siguientes:

A = Acero bsico de hogar abierto

B = Acero cido de Bessemer al carbono

C= Acero bsico de convertidos de oxgeno

D = Acero cido al carbono de hogar abierto

E = Acero de horno elctrico

A10XXX

A= Proceso de fabricacin

10 = Tipo de acero

X = % de la aleacin del tipo de acero

X X= % de contenido de carbono en centsimas.Clasificacin del aceroLos diferentes tipos de acero se agrupan en cinco clases principales: aceros al carbono, aceros aleados, aceros de baja aleacin ultra resistentes, aceros inoxidables y aceros de herramientas.Aceros al carbono

Ms del 90% de todos los aceros son aceros al carbono. Estos aceros contienen diversas cantidades de carbono y menos del 1,65% de manganeso, el 0,60% de silicio y el 0,60% de cobre. Entre los productos fabricados con aceros al carbono figuran mquinas, carroceras de automvil, la mayor parte de las estructuras de construccin de acero, cascos de buques, somieres y horquillas o pasadores para el pelo.

Aceros aleados

Estos aceros contienen una proporcin determinada de vanadio, molibdeno y otros elementos, adems de cantidades mayores de manganeso, silicio y cobre que los aceros al carbono normales. Estos aceros se emplean, por ejemplo, para fabricar engranajes y ejes de motores, patines o cuchillos de corte.

Aceros de baja aleacin ultra resistentes

Esta familia es la ms reciente de las cinco grandes clases de acero. Los aceros de baja aleacin son ms baratos que los aceros aleados convencionales ya que contienen cantidades menores de los costosos elementos de aleacin. Sin embargo, reciben un tratamiento especial que les da una resistencia mucho mayor que la del acero al carbono. Por ejemplo, los vagones de mercancas fabricados con aceros de baja aleacin pueden transportar cargas ms grandes porque sus paredes son ms delgadas que lo que sera necesario en caso de emplear acero al carbono. Adems, como los vagones de acero de baja aleacin pesan menos, las cargas pueden ser ms pesadas. En la actualidad se construyen muchos edificios con estructuras de aceros de baja aleacin. Las vigas pueden ser ms delgadas sin disminuir su resistencia, logrando un mayor espacio interior en los edificios.

Aceros inoxidables

Los aceros inoxidables contienen cromo, nquel y otros elementos de aleacin, que los mantienen brillantes y resistentes a la herrumbre y oxidacin a pesar de la accin de la humedad o de cidos y gases corrosivos. Algunos aceros inoxidables son muy duros; otros son muy resistentes y mantienen esa resistencia durante largos periodos a temperaturas extremas. Debido a sus superficies brillantes, en arquitectura se emplean muchas veces con fines decorativos. El acero inoxidable se utiliza para las tuberas y tanques de refineras de petrleo o plantas qumicas, para los fuselajes de los aviones o para cpsulas espaciales. Tambin se usa para fabricar instrumentos y equipos quirrgicos, o para fijar o sustituir huesos rotos, ya que resiste a la accin de los fluidos corporales. En cocinas y zonas de preparacin de alimentos los utensilios son a menudo de acero inoxidable, ya que no oscurece los alimentos y pueden limpiarse con facilidad.

Aceros de herramientas

Estos aceros se utilizan para fabricar muchos tipos de herramientas y cabezales de corte y modelado de mquinas empleadas en diversas operaciones de fabricacin. Contienen volframio, molibdeno y otros elementos de aleacin, que les proporcionan mayor resistencia, dureza y durabilidad. Lingotes y colada continua

Para fabricar los diferentes objetos tiles en la industria metal metlica, es necesario que el hierro se presente en barras, lminas, alambres, placas, tubos o perfiles estructurales, los que se obtienen de los procesos de rolado. El proceso de rolado consiste en pasar a un material por unos rodillos con una forma determinada, para que al aplicar presin el material metlico adquiera la forma que se necesita. El material metlico que se alimenta a los rodillos debe tener una forma determinada, esta forma se obtiene al colar en moldes el metal fundido que ser procesado, a estos productos se les llama lingotes o lupias y pueden ser secciones rectangulares, cuadradas o redondas. Los lingotes (cilindros con un extremo menor que el otro) o lupias (lingotes de gran tamao con secciones rectangulares) pueden tener desde 25 kg hasta varias toneladas, todo depender de para qu se van a utilizar y para con qu tipo de rodillos se van a procesar.Colada continuaCuando se requiere un material de seccin constante y en grandes cantidades se puede utilizar el mtodo de la colada continua, el cuan consiste en colocar un molde con la forma que se requiere debajo de un crisol, el que con una vlvula puede ir dosificando material fundido al molde. Por gravedad el material fundido pasa por el molde, el que est enfriado por un sistema de agua, al pasar el material fundido por le molde fro se convierte en pastoso y adquiere la forma del molde. Posteriormente el material es conformado con una serie de rodillos que al mismo tiempo lo arrastran hacia la parte exterior del sistema. Una vez conformado el material con la forma necesaria y con la longitud adecuada el material se corta y almacena. Por este medio se pueden fabricar perfiles, varillas y barras de diferentes secciones y lminas o placas de varios calibres y longitudes. La colada continua es un proceso muy eficaz y efectivo para la fabricacin de varios tipos de materiales de uso comercial.

Clasificacin de los aceros segn NORMA UNE 36010:SerieGrupoPropiedades / Aplicaciones1Aceros finos de construccin general1. (Finos al carbono)2 y 3. (Aleados de gran resistencia)4. (Aleados de gran elasticidad)5 y 6. (De cementacin)7. (De nitruracin)Propiedades: Son no aleados. Cuanto ms carbono contienen son ms duros y menos soldables, pero tambin ms resistentes a los choques. Se incluyen tambin aceros con tratamientos trmicos y mecnicos especficos para dar resistencia, elasticidad, ductabilidad, y dureza superficial.Aplicaciones: Necesidades generales de la ingeniera de construccin, tanto industrial como civil y comunicaciones.2Aceros para usos especiales1. (De fcil mecanizacin)2. (De fcil soldadura)3. (De propiedades magnticas)4. (De dilatacin trmica especfica)5. (Resistentes a la fluencia)Propiedades: Generalmente son aceros aleados o tratados trmicamente.Aplicaciones:Grupos 1 y 2:Tornillera, tubos y perfiles.Grupo 3:Ncleos de transformadores, motores de bobinado.Grupo 4:Piezas de unin de materiales frricos con no frricos sometidos a temperatura.Grupo 5:Instalaciones qumicas, refinerias y para altas temperaturas.3Aceros resistentes a la oxidacin y corrosin1. (Inoxidables)2 y 3. (Resistentes al calor)Propiedades: Basados en la adicin de cantidades considerables de cromo y niquel, a los que se suman otros elementos para otras propiedades ms especficas. Resistentes a ambientes hmedos, a agentes qumicos y a altas temperaturas.Aplicaciones:Grupo 1:Cuchillera, elementos de mquinas hidrulicas, instalaciones sanitarias, piezas en contacto con agentes corrosivos.Grupos 2 y 3:Piezas de hornos emparrilados, vlculas y elementos de motores de explosin y, en general, piezas cometidas a corrosin y temperatura.5Aceros para herramientas1. (Al carbono para herramientas)2, 3 y 4. (Aleados para herramientas)5. (Rpidos)Propiedades: Son aceros aleados con tratamientos trmicos que les dan caractersticas muy particulares de dureza, tenacidad y resistncia al desgaste y a la deformacin por calor.Aplicaciones:Grupo 1:maquinaria de trabajos ligeros en general, desde la carpintera y agrcola, hasta de mquinasGrupos 2, 3 y 4:Para maquinaria con trabajos ms pesados.Grupo 5:Para trabajos y operaciones de debaste y de mecanicacin rpida que no requieran grran precisin.8Aceros de moldeo1. (Al carbono de moldeo de usos generales)3. (De baja radiacin)4. (de moldeo inoxidables)Propiedades: Para verter en moldes de arena, por lo que requieren cierto contenido mnimo de carbono que les d maleabilidad.Aplicaciones: Piezas de formas geomtricas complicadas, con caractersticas muy variadas. Estrictamente hablando no difieren de los aceros de otras series y grupos ms que en su maleabilidad.Bibliografas

http://html.rincondelvago.com/produccion-de-hierro-y-acero.html Almaguer, A., V. Zamazry, 1993.Estudio de la distribucin de Fe, Ni y Co, en los tamaos de los granos que componen el perfil de las cortezas de intemperismo de las rocas ultrabsicas hasta su desarrollo latertico y su relacin con la mineraloga. Revista. Minera. y Geologa 2 (2): 17-24. Almaguer, .A., 1995. Cortezas de intemperismo. Algunas caractersticas de sus partculas finas. Revista Minera y Geologa. XII (1): 9-18 Baiz, i. A. Apuntes de Pirometalurgia. Chihuahua Chi. Barreiro, J. A. Fabricacin de hierro, aceros y fundiciones. Bilbao Espaa: Urmo S. A. de Ediciones. Jordens, Z. S. (1984). Metalurgia no ferrosa. Mxico: Limusa. Peters, A. T. (1982). Ferros Produccin Metalurgia. New York: John Wiley and sons. http://www.monografias.com/trabajos67/proceso-fabricacion-metales- ferrosos/proceso-fabricacion-metalesferrosos2.shtml#ixzz3UzahXueM