Producción del Hierro y el Acero

El Acero es básicamente una aleación ocombinación de hierro y carbono (alrededor de0,05% hasta menos de un 2,1%).

Algunas veces otros elementos de aleaciónespecíficos tales como el Cr (Cromo) o Ni (Níquel)se agregan con propósitos determinados.

Ya que el acero es básicamente hierro altamenterefinado (más de un 98%), su fabricacióncomienza con la reducción de hierro (producciónde arrabio) el cual se convierte más tarde en acero.

DDDIIIAAAGGGRRRAAAMMMAAA DDDEEE OOOBBBTTTEEENNNCCCIIIOOONNN DDDEEELLL HHHIIIEEERRRRRROOO YYY EEELLL AAACCCEEERRROOO

+ + Piedra caliza Mineral de Hierro Carbón

Lingotes para proceso

y refinación

Laminación y

Conformado

LAVADO

QUEBRADO

CRIBADO

QUEBRADO

CRIBA

LAVADO

QUEBRADO

CRIBADO

QUEBRADO

CRIBA

QUEBRADO

CRIBADO

QUEBRADO

CRIBA

Coquización

ARRABIO

PARA REFINACION

HOGAR

ABIERTO

BESSEMER

B.O.F.

MARTIN-

SIEMENS

INDUCCION

ARCO

ELECTRICO

ACEROS ESPECIALES ACERO + Chatarra

Paso

1

Paso

2 Paso

3

Paso

5

Paso

6

Paso

4

Diagrama general de la fusión primaria del hierro

Elementos fundamentales para la producción del acero:

1. Mineral de hierro

2. Coque

3. Piedra caliza

4. Aire

PASO #1

EXTRACCION DE MINERAL DE HIERRO:

Se inicia con el estudio geológico para saber la ubicación y la cantidad del mineral y se hace por diversos métodos, como exploración de los terrenos, estudio de la tierra por medio de perforaciones y fotografías aéreas o satelitales del sitio.

Luego se realiza la explotación de la mina según donde se ubique el material de interés; por ejemplo la mina puede estar a nivel de la superficie, a cielo abierto o subterránea. El material es transportado a la planta de trituración donde el material es disminuido mediante un quebrador hasta un tamaño especifico, se realiza un proceso de cribado para dar el tamaño adecuado al mineral, luego este mismo es secado y seleccionado para poder ingresar al alto horno.

PA

De donde se extrae el hierro

Hematita (mena roja) 70% de hierro

Magnetita (mena negra) 72.4% de hierro

Siderita (mena café pobre) 48.3% de hierro

Limonita (mena café)60-65% de hierro

EXTRACCION DEL CARBON Y COQUIZACION:

El coque es un material proveniente del carbón. Se fabrica extrayendoel carbón de las minas, este carbón proviene de materias vegetales ymadera descompuestas y modificadas durante años en la tierra pormedio de altas temperaturas y presión; luego de la extracción sedisminuye su tamaño para así poder modificar sus propiedadesmediante un proceso llamado coquización, el cual consiste en ladescomposición del carbón por medio de calor (cocinarlo entre los 300- 1300C) de donde se obtienen diversos productos de uso industrialcomo: coque, gas, alquitrán, benceno, amoniaco y agua, utilizados endiversos tipos de industrias como materia prima. El coque puededuplicar o inclusive triplicar el potencial de calor del carbón.

PIEDRA CALIZA:

Se obtiene al igual que los anteriores a través de la minería, la piedra caliza es requerida para que el mineral de hierro funda más rápido y con mayor facilidad, además mejora la combustión del coque.

El compuesto es CaCO3, donde el carbono (C) y el oxigeno (O) ayudan a quemar el coque y reducir químicamente el hierro (Fe) a partir del mineral que se añade al alto horno; el calcio (Ca) se une químicamente a otros minerales presentes para formar la escoria que es el material no deseado dentro del acero, esta escoria flota sobre toda la fundición lo que hace fácil su eliminación

PASO # 2

ALTO HORNO

Se considera como el inicio o la base de la fabricación dehierros y aceros, este horno, puede tener un diámetromayor a los ocho metros y una altura de 30 metros, poseeuna estructura compleja donde su cubierta exterior es deacero con sistemas de enfriamiento, pero en su interiorexiste una estructura consistente de ladrillo refractario dealta dureza y resistente a las altas temperaturas, esteladrillo se encuentra en contacto directo con el materialfundido y evita que una gran cantidad de calor escape delhorno.

Alto Horno

PASO #3

El ArrabioEs el producto de la fusión primaria que se lleva a cabo en el alto horno, este material tiene un alto pero controlado contenido de carbono (3-4 %C) y altos contenidos de azufre por lo que no tiene un uso en la industria, a partir de este material enriquecido en carbono se inician los procesos de refinamiento, donde se eliminan los excesos de carbono, azufre, fósforo y otros elementos para culminar en el acero como producto

PASO #4

REFINACIÓN DEL ARRABIO

Consiste en manipular la composición química delarrabio para convertirlo en un material de uso industrialcon propiedades muy específicas.

El fin es reducir la cantidad de carbono y elementoscomo el azufre y el fósforo y al mismo tiempo se añadenelementos adicionales para la variación de cualidadesdel acero como manganeso, vanadio, cromo, etc.

A partir de la formación de arrabio se dan dosproductos, el hierro fundido y el acero. El hierrofundido o hierro gris es un producto del arrabio conmenor contenido de carbono, específicamente entre 2 y4 % de carbono, por lo que lleva solo un pequeño afino(disminución) de carbono y otros elementos.

Obtención del Acero

INSTITUTO NACIONAL DE APRENDIZAJE

Procesos de Producción de Acero

MARTIN SIEMMENS (hogar abierto)

Su estructura asemeja una piscina de pocaprofundidad, el calor de fundición lo proporcionaun quemador sobre el baño metálico que utilizageneralmente combustible liquido, gas y aireprecalentado para facilitar el proceso de fundición yreducción del hierro, en la llama también sequeman ciertos elementos contenidos en exceso enel baño, como el azufre y el fósforo; este procesoaunque muy utilizado presenta dos grandesdeficiencias, una es el alto consumo de combustibley otra la duración del proceso que puede superar lascinco horas. Un horno de hogar abierto muyconocido es el Martín Siemens.

MARTIN SIEMMENS

BESSEMER

La infraestructura de este horno es semejante a unapera, el tipo de refractario que usa puede contribuira la variación de calidad del acero. Este horno secarga con un porcentaje de chatarra y el resto loconforma arrabio liquido, posteriormente seinyecta aire al material dentro del horno con lo cualse aumenta el calor de fundición y para ayudar aldesarrollo de la reacción química entre loselementos presentes, de esta forma se puedecontrolar el contenido de elementos como elcarbono.

BESSEMER

BOF

Su nombre es “Basic Oxygen Furnance”, es muysimilar a un horno Bessemer a diferencia de que elBOF hace una inyección de oxigeno en el baño loque aumenta visiblemente la eficiencia del horno yproduce aceros de alta calidad, también cuenta conun refractario de la línea básica para poder regularmas fácilmente ciertos elementos no deseados en elacero. En ambos hornos, tanto el bessemer como elBOF, el calor para la fusión lo proporciona lareacción química entre el arrabio, cal, chatarra yoxigeno.

Horno básico de oxígeno (BOF)

HORNO ARCO ELÉCTRICO

Este horno tiene muchas ventajas con respecto a loshornos de afino antes vistos, generalmente se cargacon chatarra muy bien seleccionada y se adicionaacero ya fundido o se puede iniciar la fundición conel material en estado sólido. En el se produce todotipo de aceros, desde aceros con regular contenidode carbono hasta aceros de alta aleación, tales comoaceros para herramientas, aceros inoxidables yaceros especiales para los cuales se empleaprincipalmente.

Horno de arco eléctrico

INSTITUTO NACIONAL DE APRENDIZAJE