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EL ACERO Lo que hay que saber Planta 1: Certificado Nº33215 Planta 2: Certificado Nº32450

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EL ACEROLo que hay que saber

Planta 1: Certificado Nº33215Planta 2: Certificado Nº32450

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Segunda EdiciónCorporación Aceros Arequipa S.A.EL ACERO, LO QUE HAY QUE SABERsetiembre del 2007Editado por Grupo Publicidad S.R.L.Av. José Pardo 233, of. 22, MirafloresE-mail: [email protected] - Perú

Derechos ReservadosHecho el depósito de Ley Nº 1501222000-3004

Fotografías cortesía: Aceros Arequipa

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Uno solo es el objetivo de este libro; el lograr que todo el personalque labora en la Corporación Aceros Arequipa S.A. adquiera losconocimientos básicos del proceso de fabricación del acero y losaspectos que lo relacionan.

Para la lectura de este libro, la especialidad de cada uno o el sectoren que desempeñe su labor no importa, la razón fundamental de estaempresa es producir y comercializar acero y ello convierte en unanecesidad el conocer nuestros productos, sabiendo que en esta for-ma estamos contribuyendo a nuestro propio logro.

RICARDO CILLONIZ CHAMPIN Director Gerente Adjunto

PROLOGO

Planta 1: Certificado Nº33215Planta 2: Certificado Nº32450

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I Historia del hierro

II El acero y su microestructura

III Fabricación del acero

IV Laminación del acero

V Normas que regulan la calidaden la fabricación del acero

VI Productos de acero: Definiciones

VII Vocabulario básico – Español – Portugués –Inglés – Francés

VIII Las materias primas en la industriasiderúrgica

IX La reducción directa del mineral de hierro

X Medio ambiente

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EL ACEROLo que hay que saber

Capítulo Pág.

INDICE

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HISTORIA DEL HIERRO

En los últimos doscientos años, el hierro, ese metal tan común en la tierra, hademostrado ser para la industria, la combinación más económica, versátil, resis-tente y duradera.

Uno de los pasos más importantes dados por el hombre en su avance hacia lacivilización ha sido el descubrimiento del hierro.

Es posible que ese descubrimiento se haya realizado durante el examen casual deun meteorito por algún distante antepasado, dando origen a la palabra siderurgiacuya raíz “sidero” o “sideris” para los romanos, significa austral o proveniente delos astros.

El descubrimiento del hierro en Asia Menor data de cuatro o cinco mil años antesde Cristo, luego, se desarrolló con progresiva aceleración en otras partes del pla-neta, hasta llegar a mediados del siglo XIX, con el inicio de la revolución indus-trial a su utilización masiva debido a la tecnología del acero. Esta ruta continúahacia el futuro.

La historia del hierro es la historia del hombre. Desde su descubrimiento, entiempos primitivos, el hombre con su inventiva ha logrado convertirlo en acero yadecuarlo a los múltiples usos que hoy tiene. Desde una aguja hasta un buque;desde un delicado instrumento hasta la Torre de Eiffel.

Para salir de su estado primitivo el hombre tenía que dominar primero el fuego yno era tarea fácil porque el fuego pertenecía a los dioses.

Con mucho temor el hombre observaba como los dioses demostraban su cóleralanzando rayos a los bosques secos originando grandes incendios.

Cuantas veces había visto danzar a los dioses mirando el fuego, hasta que un díase atrevió, por audaz y temerario o por ignorante y curioso, a tomar un troncoencendido, llevarlo a cierta distancia y formar su propia hoguera.

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Capítulo I

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Se ha convertido así en un dios dueño de su propio fuego.

Mucho tiempo más tarde, posiblemente siglos, da el hombre otro paso gigantes-co, al descubrir que la fricción de dos piedras duras también producía fuego.

Dominado el fuego, la vida en familia comienza a organizarse. Se aprende cosassin necesidad de comprenderlas. Se observa el fuego con la conciencia mágicadel hombre primitivo. El agua en contacto con el fuego se hace invisible. El aireaviva el fuego.

Así transcurren cinco o diez milenios hasta que en su constante caminar hacianinguna parte, enciende una hoguera para cocer un trozo de carne y terminada lamerienda y consumida la hoguera observa que en las cenizas hay un materialdiferente que no es otra cosa que fierro fundido. Pasará algún tiempo para que elhecho se repita y luego descubrir que la roca del lugar es coloreada y pesada ymuy diferente a la que conoce. Repite la experiencia y obtiene iguales resultados;golpea con una piedra dura el material obtenido y observa que puede cambiarle laforma, repite el experimento muchas veces mejorándolo cada vez y así nace lametalurgia del hierro, hace cuatro o cinco milenios.

Con el transcurso del tiempo suceden hechos extraordinarios. Una hoguera en-cendida sobre unas rocas negras continua encendida al terminarse los troncos,descubriéndose así los carbones minerales.

El hierro se convierte en el elemento metálico de mayor uso en el mundo; sinembargo, no se le utiliza químicamente puro sino aleado con el carbono paraobtener el acero.

El mineral de hierro se encuentra como:

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Hematita Fe2O3

Limonita Fe2O3H2OMagnetita Fe3O4

Siderita Fe CO3

Pirita Fe S2

Cromita FeOCr2O3

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Durante los primeros 10 siglos D.C. se incrementa la arquitectura en toda Europa,entre muchas otras, se construyen la Basílica de San Pedro, y la primera Catedralde Resena. El cristianismo fluye por todo el orbe. Entre el 532 y el 537 se producenbellas obras de orfebrería, principalmente en oro. El hierro ya forma parte delavance humano. Un auge similar en arquitectura y construcción se experimentaen India y en China, se cree que éstos últimos fueron los primeros en hacer agujasde acero, éstas llegaron a Europa con los moros alrededor del año 1,200.

En esa época, el consumo del hierro ya se había generalizado en la manufacturade ciertos artículos como: clavos, cerraduras, barras y placas, apareció la pólvoray el hierro se usó para los cañones y armas de fuego en general. Luego entre 1,300y 1,395 en Bélgica se instalan los primeros hornos de propulsión hidráulica,adelanto tecnológico que destierra para siempre los hornos primitivos construidosde barro y piedra y los hornos de cuba construidos con arcilla y piedra.

La búsqueda de mejores métodos para hacer más rápido y eficiente el trabajo delhombre llevó a la utilización de la fuerza hidráulica para accionar los soplillos.Ello permitió construir hornos más altos, pero impidió que el mayor volumen demineral procesado pudiera ser manipulado. También aquí la fuerza hidráulica suplióla fuerza humana, permitiendo una técnica de fundición rápida y eficiente: la ForjaCatalana.

Posteriormente a la Forja Catalana se inventó el fuelle en forma de abanico y enaquellos tiempos se obtenían 5 a 6 kilogramos de hierro por operación. Pero,haciéndose sentir cada día más la necesidad del hierro se dieron mayoresproporciones a los hornos y se obtuvieron hacia 1,750, 120 K, de hierro poroperación.

En todas las herrerías a la Catalana el viento se lanzaba a brazo de hombre y de lamisma manera se ejecutaba el martillo. El obrero, por medio de un mecanismo,levantaba un grueso martillo para dejarle caer enseguida con todo su peso. Algunosde estos martillos pesaban 1,500 kilogramos.

En el año 1,500 se construyó en Los Pirineos un martillo movido por una ruedahidráulica pero sólo en 1,700 se importó de Italia “La Trompa” que es corriente deagua que impulsa el aire (fuerza hidráulica).

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Durante el auge de la Forja Catalana, las necesidades siempre crecientes de lascivilizaciones desarrollaron la industria hasta el punto que los bosques, que hastaentonces habían sido las únicas fuentes de combustible, estaban a punto deconsumirse.

Pero la inventiva del hombre ha ido descubriendo nuevos procedimientos y hoyen día los avances tecnológicos son tan grandes, que la industria siderúrgica actuales muy diferente y tan sofisticada que hace difícil imaginar como era en el pasado.

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EL ACERO Y SU MICROESTRUCTURA

1. ¿Qué es el acero? ¿Un metal? ¿Una aleación?2. Naturaleza química y física del acero:

- Hierro (Fe) y Carbono (C )- Otros elementos- Propiedades físicas- Propiedades mecánicas- Efecto de aleantes

3. Naturaleza microestructural del acero:- Granos- Estructura cristalina- Formas alotrópicas- Microinclusiones y macroinclusiones

4. Diagramas de fases:- Fases estables y metaestables- Fases fuera del equilibrio- Importancia de la velocidad de enfriamiento sobre la microestructura- Templabilidad.

5. Efecto de la temperatura y deformación:- Efecto de la deformación- Recristalización- Tamaño de grano y sus efectos- Elementos afinadores de tamaño de grano.

1. ¿Qué es el acero? ¿Un metal? ¿Una aleación?

El acero no es el rey de los metales, pero es el más popular de ellos y es tal suimportancia que normalmente es con su ayuda que se puede alcanzar y poseer almetal dorado. Un país, una sociedad o un particular que tiene más acero involucradoen su estilo de vida usualmente es el más rico y poderoso. Y, aunque resulte para-dójico, el acero no es un metal químicamente hablando, sino una aleación entreun metal (el hierro) y un metaloide (el carbono), que conserva las característicasmetálicas del primero, pero con propiedades notablemente mejoradas gracias a la

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Capítulo II

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adición del segundo y de otros elementos metálicos y no metálicos.

Pero, ¿qué es un metal y qué es un metaloide? ¿En qué se diferencian y en qué seasemejan para que puedan terminar juntos en una aleación?

Actualmente, sabemos que dentro de los átomos hay no solo electrones, protonesy neutrones, sino partículas aún mucho más pequeñas. Su estudio así como elestudio de microcristales y de una serie de elementos minúsculos constituyen elcampo de acción de la nanotecnología. Pero a nosotros, nos bastarán electrones,protones y neutrones.

Empecemos con el más elemental de los átomos como es el átomo de hidrógenoque posee un electrón girando alrededor de su núcleo constituido por un protón.Si nosotros cogemos 5 protones, 6 neutrones y 5 electrones y los colocamos en elnúcleo y en la periferia del átomo de hidrógeno, respectivamente, habremos cons-truido un átomo de carbono. Si a otro átomo de hidrógeno le añadimos 25 electro-nes, 25 protones y 30 neutrones y los colocamos en donde corresponden habre-mos construido un átomo de hierro. Podemos percatarnos que todos ellos (el hi-drógeno, el carbono, el hierro y los demás elementos presentes en la naturaleza)están constituidos por las mismas partículas elementales (electrones, protones,neutrones, etc.), pero en diferentes cantidades. Es lógico pensar que el hecho detener la misma naturaleza básica les permita interactuar entre sí y mezclarse pro-duciendo una aleación.

Pero, ¿serán estas cantidades relativas de electrones, protones y neutrones las quehacen que cada uno de estos elementos tenga diferentes propiedades? Sabemosque el carácter metálico se acentúa al disminuir el número de electrones en la capaexterna y al aumentar el volumen del átomo, en cada Grupo en la Tabla Periódica.Físicamente, un metal posee ciertas características que lo diferencian de unmetaloide o de un no-metal. Así un metal posee una buena conductividad térmicay eléctrica, módulo de elasticidad elevado, buena tenacidad y maleabilidad, buenbrillo metálico, en estado sólido posee una buena estructura cristalina; mientrasun metaloide puede poseer alguna conductividad, algún brillo metálico pero nin-guna plasticidad mecánica. Por supuesto, un no-metal no poseerá brillo metálico,ni plasticidad ni tenacidad.

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2. Naturaleza química y física del acero

Acero en realidad es un término que nombra a una familia muy numerosa de alea-ciones metálicas, teniendo como base la aleación Hierro – Carbono. El hierro esun metal, relativamente duro y tenaz, con diámetro atómico dA = 2,48 Å ( 1angstrom Å = 10-10 m), con temperatura de fusión de 1 535ºC y punto de ebullición2 740ºC. Mientras el Carbono es un metaloide, con diámetro mucho más pequeño(dA = 1,54 Å ), blando y frágil en la mayoría de sus formas alotrópicas (exceptoen la forma de diamante en que su estructura cristalográfica lo hace el más duro delos materiales conocidos). Es la diferencia en diámetros atómicos lo que va apermitir al elemento de átomo más pequeño difundir a través de la celda del otroelemento de mayor diámetro.

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Tabla I. Algunas propiedades físicas del carbono y del hierro.

ELEMENTO EXPANSION CONDUCTIVIDAD RESISTIVIDAD MODULO DE NATURALEZATERMICA TERMICA ELECTRICA ELASTICIDAD DELLINEAL TENSIL ELEMENTO

x 10-6 mm/mm/ºC cal/cm2/cm/seg/ºC x 10-6 ohms-cm x106 kg/mm2

Hierro 11,76 0,18 9,71 (a 25 ºC) 20,1 Metal

Carbono 0,6 – 4,3 0,057 1 375 (a 0 ºC) 0,5 Metaloide

Cuando una sustancia logra disolverse en otra se tiene una solución, donde a laprimera, que es minoritaria, se le llama soluto y a la segunda, que es mayoritaria,se le llama solvente. Estas sustancias pueden ser sólidas, líquidas o gaseosas.

Al igual que el carbono, actúan otros elementos que devienen en “intersticiales”debido a su diámetro atómico menor a 2 Å, lo que les da mayor posibilidad dedifusión a través de los intersticios de la estructura cristalina del hierro. Estoselementos son el Nitrógeno (dA = 1,42 Å), Hidrógeno (dA = 0,92 Å), Boro (dA =1,94 Å), Oxígeno (dA = 1,20 Å), etc. Va a ser esta posibilidad de difusión intersticialla responsable de una gran cantidad de posibilidades tecnológicas y variantes depropiedades en el acero, especialmente las vinculadas al endurecimiento, graciasa la solución sólida intersticial de carbono en hierro, y a la formación de compues-tos intersticiales como carburos y nitruros que aparecen como componentes usual-mente muy duros en los aceros aleados.

Por otro lado, otros elementos como el cromo, níquel, titanio, manganeso, vanadio,cobre, etc. con diámetros atómicos cercanos al del hierro (condición sine quanon),formarán soluciones sólidas sustitucionales en un intervalo que dependerá de lasemejanza de estructura cristalina, de la afinidad química y de las valencias relati-vas. Estas soluciones sustitucionales son las más frecuentes y numerosas entre losmetales, especialmente en el acero.

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Fig. 2 . Ilustración del enlace metálico, mostrando una nube deelectrones alrededor de los iones en un sólido metálico.

Si el átomo de hidrógeno se amplificara de modo que su diámetro tuviera unkilómetro, su núcleo sería del tamaño de una pelota de béisbol y su electrón, amedio kilómetro de distancia, sería del tamaño de una pelota de fútbol. Entoncescon tanto espacio vacío en el interior de los átomos, tendremos que llegar a ladeducción de que toda la materia que vemos, tocamos, sentimos, es principal-mente pura energía excitando nuestros sentidos.

En un metal que está formado por la unión de electrones girando alrededor de unnúcleo, como es posible que pueda tener tan buena solidez, tenacidad y dureza.¿Qué fuerzas explican esta cohesión? El enlace metálico es un enlace muy pecu-liar que permite la movilidad de los electrones alrededor de los núcleos generan-do una cohesión entre ellos, gracias a fuerzas de repulsión entre núcleos y entreelectrones, y a fuerzas de atracción entre núcleos positivos y electrones; y, a lavez, permite un ordenamiento muy regular de los iones (átomos que han perdidoo ganado electrones, según su valencia) dando lugar a una estructura cristalina. Laestructura cristalina se caracteriza por una distribución regular de los átomos (yiones) en el espacio. Hay 14 estructuras posibles de cristalización, aunque la ma-yor parte de los metales cristalizan en tres tipos de estructuras, dos de ellas cúbi-cas y una hexagonal.

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El enlace metálico es el responsable de la dureza, la resistencia mecánica y laplasticidad que caracterizan a los metales. Es su gran movilidad de los electroneslo que explica también el brillo metálico y las conductividades térmica y eléctrica.

Formas alotrópicas son las diversas formas en que un metal alotrópico puedepresentarse, según su estructura cristalográfica. Cuando un metal monocomponenteo monofásico, sin haber variado su composición química, sufre un cambio rever-sible de estructura cristalina, se dice que es alotrópico.

Se llama fase a un componente que constituye una entidad diferenciada de lasotras fases, en base a su composición química, a su naturaleza física, a su estruc-tura cristalográfica, a sus propiedades físicoquímicas, etc.

El hierro es un metal alotrópico pues pasa de una estructura b.c.c., conocida comohierro alfa, que existe desde temperatura ambiente hasta los 910 ºC, a una estruc-tura f.c.c. del hierro gamma, que existe entre los 912 y 1 500ºC, y luego retorna ala estructura b.c.c., esta vez, del hierro delta, que existe hasta los 1 540ºC.

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Fig. 3 . Celdas unitarias b.c.c. (estructura cúbica de cuerpocentrado) y f.c.c. (estructura cúbica de cara centrada), corres-pondientes al hierro alfa y hierro gamma, respectivamente.

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La fase alfa y la fase delta del acero cristalizan con una estructura tipo b.c.c. (bodycentered cubic o cúbica de cuerpo centrado). En las estructuras cúbicas losparámetros de red son iguales, o sea que la estructura corresponde a un cuboperfecto. En el caso de la estructura b.c.c., un átomo completo se coloca en elcentro del cubo y ocho átomos se ubican en las esquinas. En términos totalestendremos por cada “cubo” o celda unitaria:

8 átomos en las esquinas x 1/8 = 1 átomo1 átomo central = 1 átomo

Total = 2 átomos

La fase gamma cristaliza en el sistema f.c.c. (face centered cubic o cúbica de caracentrada), en el cual seis átomos se ubican en las caras de la celda o “cubo” y ochoátomos en las esquinas. La celda unitaria tendrá entonces:

8 átomos en las esquinas x 1/8 = 1 átomo6 átomos centrados en las caras x 1/2 = 3 átomo

Total = 4 átomos

Es fácil deducir que la estructura f.c.c. es más densa que la b.c.c. Si consideramosa los átomos como esferas ubicadas en estas estructuras podremos encontrar elllamado factor de empaquetamiento que expresa, en fracción unitaria, el espacioocupado por los átomos en la celda unitaria. Para la celda f.c.c. este factor es 0,74mientras que para b.c.c. es 0,68 . Visto de otra manera, en la celda f.c.c. losintersticios (espacios entre los átomos) ocupan el 26 % del volumen, mientras enla celda b.c.c. ocupan el 32 %.

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Serán estas fases del hierro las cuales asimilarán los átomos de carbono principal-mente, pero también átomos de otros elementos en menor cantidad, para dar lugara la formidable familia de aleaciones conocida como acero. De tal forma que estasfases también estarán presentes en los aceros aunque, lógicamente, presentaráncambios de composición que incluyen a los nuevos elementos presentes.

Las propiedades mecánicas en los aceros son influenciadas fuertemente por elcontenido de carbono, ya que determinan cantidades diferentes de uno de los com-ponentes más duros en el acero, como es la cementita, o de su mezcla eutectoide,la perlita. Aún en estado de temple (endurecido por enfriamiento rápido), el con-tenido de carbono del acero sigue siendo importante pues una martensita de ma-yor contenido de carbono será también más dura.

3. Naturaleza microestructural del acero.

Veamos un poco más adentro en la estructura del acero. Un producto de acero,como una barra o una plancha, es un sólido que está formado por granos. Almicroscopio son granos los que se observan como microcomponentes del acero.Estos granos pueden ser de alguna de las fases, o mezcla de fases, que están

Fig. 4. Efecto de contenido de carbono de un acerocomún sobre sus propiedades mecánicas

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presentes en todo acero normal: ferrita, perlita, cementita; por lo que pueden tenerdiferente aspecto.

De esta forma un acero al carbono, de un contenido de carbono de 0,20 %, estaráformado por una proporción de 75% de fase ferrita (cuyo contenido de carbono, atemperatura ambiente, no pasa de 0,008 %) y aproximadamente 25 % de perlita(cuyo contenido de carbono es fijo y corresponde a 0,8 %); mientras un acero demayor contenido de carbono (por ejemplo, 0,40 %) tendrá mayor proporción deperlita (aproximadamente 50 % para nuestro ejemplo). En la Fig. 5, aceros delprimer tipo son las barras cuadradas y los ángulos, mientras las barras corrugadas(inferior izquierda en la figura) son de acero del segundo tipo.

Los granos, a su vez, están formados por agregados de cristales. Son estos crista-les los que van a determinar en gran medida las propiedades del acero. Como yaha sido dicho, cada fase tiene diferente estructura cristalina o cristalográfica, y,por tanto, cada fase posee diferentes propiedades. El acero poseerá, en general yproporcionalmente, las propiedades promedio del conjunto. En algunos casos,especialmente en aceros aleados, aparecerán otras fases, como carburos, nitruros,etc. que otorgarán, favorable o desfavorablemente, propiedades diferenciadas aese tipo de acero.

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Fig. 5 . Productos de acero de bajo carbono (microestructurasclaras) y medio carbono (microestructura algo gris). Se aprecia elefecto del grado de reducción en caliente sobre la microestructura.

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Adicionalmente a estas fases propias del acero, existirán otras fases que surgencomo producto del proceso de fabricación de acero. Estas son las llamadas inclu-siones, que son compuestos químicos, y que corresponden a óxidos, silicatos,aluminatos, etc., que “ensucian” el acero y cuya presencia por lo general se tratade evitar o minimizar durante su fabricación. Por otra parte, existen también in-clusiones de sulfuro de manganeso y sulfuro de fierro que mejoran las caracterís-ticas de maquinabilidad del acero.

Fig. 6. Diagrama de equilibrio metaestable hierro-carburo de hierro

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4. Diagramas de fases.

Bien, ya hemos dicho que los aceros están compuestos por ciertas fases, las cualesa su vez tienen ciertas características diferenciadas. La diferente proporción deestas fases determinará en mucho las propiedades del acero. También se ha dichoque el contenido de carbono y de otros elementos influyen sobre las propiedadesdel acero, esto quiere decir que estos elementos se meterán dentro de estas fasescambiando a su vez sus propiedades. La forma más simple de visualizar este he-cho es a través de un diagrama de fases en equilibrio hierro-carbono.

El diagrama hierro-carbono solo tiene una zona de interés tecnológico que loconstituye la porción hierro-carburo de hierro. El carburo de hierro conocido comocementita es un compuesto Fe3C con 6,67 % de carbono. Este es un diagramametaestable, pues para fines prácticos se puede considerar que la cementita es unafase “cuasiestable” y técnicamente representa condiciones de equilibrio útiles paraentender las transformaciones que veremos en los aceros.

Considerando el contenido de carbono, es práctica común dividir este diagramaen dos partes: la de las fundiciones (entre aproximadamente 2 y 6,67 % de carbo-no) y la de los aceros (entre 0 y 2 % de carbono). Vemos, además varias zonasdefinidas dentro del diagrama. Tenemos varias soluciones sólidas. La soluciónsólida gamma (derivada de la fase gamma del hierro) se llama austenita y poseeuna estructura f.c.c. A alta temperatura se tiene la región de la solución sólidadelta (derivada de la fase delta del hierro) con estructura f.c.c. Mientras que amenor temperatura se tiene la región de la ferrita (derivada de la fase alfa delhierro) también con estructura f.c.c

La transformación más importante en este diagrama, desde el punto de vista de suutilización técnica, lo constituye la transformación austenítica:

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Esta transformación se verifica a 723ºC , que es conocida como la temperaturaeutectoide, y su control constituye un poderoso medio de determinar las propieda-des mecánicas del acero adecuándolas a nuestro uso. El control y aprovechamien-to de esta transformación constituye una buena parte del campo de aplicación delos tratamientos térmicos.

La velocidad de enfriamiento determinará la microestructura final presente en elacero, decidirá si la fase presente es de naturaleza metaestable o estable o si es unafase fuera del equilibrio; y por tanto determinará las propiedades mecánicas, físi-cas, químicas, etc. asociadas a las fases presentes.

Si esta transformación se realiza enfriando lentamente se producirá la mezclaeutectoide conocida como perlita, formada por finas capas alternadas de cementitay ferrita. Cuanto más lentamente se realice esta transformación más gruesas seránestas capas y mayor será el tamaño de grano del acero (esto sucede en el trata-miento térmico conocido como recocido). Si el enfriamiento es menos lento setendrá una perlita con capas o lamelas más finas, como sucede en el normalizado.El acero recocido es más blando que el acero normalizado.

Si mediante un enfriamiento acelerado, desde la zona austenítica, logramos evitarla transformación eutectoide tendremos una fase fuera del equilibrio llamadomartensita. Este nuevo componente microestructural posee alta dureza aunquecon una cierta fragilidad. La martensita es una solución sólida sobresaturada decarbono atrapado en hierro alfa lo que lleva a una estructura b.c.t. (body centeredtethragonal o tetragonal de cuerpo centrado) derivada de la estructura b.c.c. El ejez de la celda cúbica es mayor debido a la inclusión de átomos de carbono. Estafuerte alteración de la red es la responsable de la alta dureza de la martensita ytambién de su aspecto microestructural acicular. En la Fig. 7, los temples o enfria-mientos en aceite y salmuera darán como resultado una estructura martensítica.

5. Efecto de la temperatura y deformación.

La laminación en caliente constituye un claro ejemplo de como interactúan la

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temperatura y la deformación plástica. Mientras la deformación genera en el ma-terial un aumento considerable de la densidad de dislocaciones, lo cual a su vezaumenta la acritud (la dificultad para ser deformado adicionalmente), la mayortemperatura provee energía para que el proceso de recristalización lleve a unaregeneración de los granos, disminuyendo su densidad de dislocaciones y elimi-nando la acritud.

Fig. 7. Curvas de enfriamiento en diferentes medios para diferentestratamientos térmicos. La zona delimitada por las líneas azules represen-ta la zona perlítica.

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¿Qué es una dislocación? Es una alteración de la continuidad cristalina en unmetal que se traduce en un endurecimiento. La dislocación de borde consta demedio plano de átomos extra en un cristal. La dislocación de tornillo se representacomo una superficie espiral formada por los planos atómicos alrededor de la líneade dislocación de tornillo. La creación, multiplicación e interacción entre lasdislocaciones son muy útiles parea explicar muchas propiedades de los metales.

Pero ¿qué sucede con los granos en este proceso? Cuando el metal es deformadoen frío sus granos se estiran y deforman como una plastilina bajo la acción de unapresión. Cuanto mayor sea la deformación sobre el metal, mayor será el estira-miento de los granos siguiendo la dirección del flujo plástico del metal así defor-mado. Llegará un momento en que ninguna deformación adicional podrá ser apli-cada al metal pues se romperá. Este es el punto de acritud máxima. Si entra enacción la temperatura hará regenerarse a los granos produciéndose primero unanucleación en el borde del grano deformado. Este es un proceso cinético goberna-do por la superficie específica de bordes de grano; por ejemplo, a mayor deforma-ción habrá mayor superficie de límites de grano por centímetro cúbico y, por tan-to, más puntos de nucleación. Esto favorecerá la presencia de un tamaño de granofino

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Fig. 8 . Esquema de una dislocación de línea o deborde mostrando la discontinuidad cristalográfica querepresenta.

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inicialmente. Si la acción de la temperatura sobre el metal se alarga, se inicia laetapa del crecimiento de grano, que es un proceso termocinético que depende dela temperatura y del tiempo. A mayor temperatura y/o tiempo se tendrá un mayorcrecimiento de grano.

Pero, ¿cómo afecta el tamaño de grano a las propiedades de los metales?

Un tamaño de grano más fino proporciona mejores propiedades mecánicas (ma-yor resistencia a la tracción, mayor tenacidad y resistencia al choque). Al cambiarla dirección de avance de la grieta de rotura del metal, al pasar de un grano a otro,el grano fino dificulta la rotura pues se requiere mayor energía para generar ypropagar la fractura en este metal. Esto se traduce en una mejor tenacidad y resis-tencia al choque.

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Fig. 9 . Efecto de la deformación en frío sobre las propie-dades mecánicas de un acero.

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Un tamaño de grano grande es más blando y por lo general está más libre dedislocaciones lo que le permite soportar mayores deformaciones plásticas, perosu resistencia a la propagación de grietas por impacto se reduce. Un mayor gradode reducción en caliente seguido de un enfriamiento al aire otorga un tamaño degrano más fino, como puede verse en la Fig. 5, comparando la microestructura deun ángulo delgado y de una barra redonda más gruesa.

El tamaño de grano se expresa, según Norma ASTM, mediante el Número Gobtenido de la expresión:

Número de granos / pulg2 a 100X = 2 G-1

Se considera grano grueso cuando G < 5 (diámetro de grano 62 micras) y granofino cuando G > 7 (diámetro de grano 32 micras).

Cuando se desea tener un metal con alta resistencia se trata de producir el granomás fino posible, ya sea mediante un control del grado de reducción en caliente,de la velocidad de enfriamiento, o mediante la adición de ciertos elementosmicroaleantes afinadores de grano como, por ejemplo, el V, Nb, Ti, Al, etc. Deeste tipo son los llamados aceros HSLA o aceros microaleados de alta resistencia.Corporación Aceros Arequipa produce, dentro de este rubro los siguientes pro-ductos: barras corrugadas de alta resistencia y ductilidad (ASTM A706), ángulosde alta resistencia (ASTM A572 Grado 50) y barras corrugadas gruesas (diámetromayor a 1”) ASTM A615 Grado 60 microaleadas con niobio o vanadio.

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FABRICACION DEL ACERO

El arrabio es el producto obtenido por la reducción y la fusión del mineral dehierro en el alto horno con la ayuda del coque. Su contenido de carbono varíaentre 3% y 4%, lo que lo hace duro y quebradizo.

Hasta mediados del siglo XIX se disminuía el contenido de carbono del arrabio,mediante el primitivo proceso del horno de pudelado, o del horno de crisol y asíproducir el acero.

Con la revolución industrial del siglo XIX, se fueron mejorando los métodos parareducir el carbono del arrabio, con mayor rapidez y en mayor volumen; los méto-dos que tuvieron mayor éxito se describren a continuación

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Capítulo III

Producción de acero

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Un notable invento en Inglaterra en el año 1850 viene a revolucionar un viejoprocedimiento: la fabricación de acero por un sistema más práctico, más econó-mico y de alta producción.

Henry Bessemer, ingeniero inglés, logra por insuflación de aire frío a la masa dehierro en estado líquido, producir acero, el metal más codiciado por sus múltiplesusos. El Convertidor es el nombre que le dio a este invento extraordinario, ya queel arrabio se convertía en acero.

En 1860 sucede la primera aplicación comercial en Estados Unidos del Converti-dor Bessemer. A partir de entonces se revoluciona rápidamente toda la industriay la producción que era de 42 mil toneladas en 1871, pasa a 10 millones en 1910.

Inicialmente los convertidores de acero eran insuflados con aire (Hornos tipo“Bessemer”, “Thomas” y “Siemens Martin”), hasta que en 1948 en la ciudad deLinz, Austria, se empieza a utilizar el horno “L.D.”, con inyección de oxígeno,que es el más utilizado hasta nuestros días.

Por otro lado, desde el año 1878 se hacen esfuerzos por desarrollar un hornoeléctrico para producir acero, venciendo los problemas de energía eléctrica sufi-ciente y la fabricación de electrodos que pudieran soportar la carga requerida parafundir el metal. Como resultado, en 1890, se pone en operación el primer hornoeléctrico: “Heroult”.

Quedan así establecidas las dos vías clásicas para producir acero:

- LA VIA ALTO HORNO Y SU PROCESO DE ACERACION

- LA VIA HORNO ELECTRICO

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Los primeros procesos de aceración desarrollados y los primeros hornos eléctri-cos se enumeran a continuación y la mayoría de ellos han operado durante todo elsiglo XX.

Procesos de aceración

Horno de pudelado Utilizado en el Siglo XVIIHorno de crisol Para convertir el arrabio en aceroHorno Bessemer Inglaterra 1850Horno Thomas Inglaterra 1878Horno Martín Francia 1870Horno Siemens Alemania 1870Horno L. D. (*) Austria 1948(Linz – Donawit)

(*) Este horno se ha impuesto sobre los otros y utiliza oxígeno en vez de aire para insuflarel arrabio y producir acero.

HORNO ELECTRICO PARA FUNDIR LA CHATARRAY PRODUCIR ACERO

Horno Wilhelm Von Siemens Alemania 1890Horno Heroult Francia 1890Horno Stassano Italia 1895

Dado el auge que han tomado los hornos eléctricos en la producción de acero, sehace a continuación una breve descripción del horno eléctrico, del proceso defabricación de acero mediante esta vía y de las partes principales que conformanun horno eléctrico.

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Vía horno eléctrico

Vía alto horno

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Básicamente un horno eléctrico está constituido por un recipiente circular cubiertode ladrillos refractarios, con una tapa móvil denominada bóveda y que tiene unsistema bascular que permite el vaciado del acero líquido y de la escoria.

El horno se carga por la parte superior con chatarra o hierro esponja. La fusión dela chatarra se logra mediante el arco eléctrico producido por los tres electrodos degrafito colocados en triángulo en el centro del horno. El tiempo de la fusióndepende de la potencia del transformador que alimenta a los electrodos; la tendenciaes hacer cada vez más alta esta potencia. Como el consumo de energía eléctricapara fundir la chatarra es alto, el costo de esta energía tiene gran importancia en elcosto del acero.

Aunque inventados y perfeccionados por Siemens, Stassano y Heroult, a principiosdel Siglo XX, los hornos eléctricos fueron considerados como un procedimientocaro y con perspectivas de desarrollo sólo para aceros especiales. La gran capacidadde generación eléctrica desarrollada a nivel mundial posteriormente, logró revertiresta situación y originó el fenómeno de las miniplantas o miniacerías que operancon chatarra o hierro esponja con gran eficiencia. El primero que tuvo la visión dela miniacería fue el alemán Willy Korf entre los años 1966 y 1970, y empieza adifundirse el concepto de hornos de alta potencia, y ultra potencia dotados detransformadores de mayor tamaño; así como hornos con corriente continua.

Simultáneamente se hicieron grandes avances en la calidad de los electrodos y delmaterial refractario para el horno y la bóveda o tapa del horno.

Luego surge la idea de dividir el proceso de aceración en sus dos etapas, la fusióndel metal (derretirlo) y el afino del acero. Nace así el “horno de cuchara”, queutilizando un transformador de mucha menor potencia realiza esta operación,denominada metalurgia secundaria.

Usualmente la colada del acero en el horno eléctrico se efectúa basculando elhorno para que el acero salga por la piquera y sea depositado en una cuchara orecipiente cubierto de ladrillos refractarios. En la colada del acero se tiene cuidadoen no arrastrar la escoria que flota encima.

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Una de las mejoras desarrolladas a los hornos eléctricos es el efectuar la coladapor el fondo, con lo cual no se requiere el sistema basculante, pero sí de un sistemade cierre mecánico, que mayormente es con una válvula deslizante.

Sistemas de fabricación del acero

Todos los países desarrollados y gran parte de los semi-desarrollados poseen plantassiderúrgicas.

La denominación que tienen las plantas siderúrgicas es por el tipo de productoterminado que fabrican y en este caso se denominan de “productos no planos” ode “productos planos”.

Las plantas de “productos planos” tienen un costo de instalación más alto que lasde “no planos” y por esta razón en los países en desarrollo las plantas de “productosplanos” eran de propiedad estatal, no así las plantas de “no planos” que eran depropiedad privada. Desde la decada del 80, la tendencia general ha cambiado ytanto las plantas de planos, como no planos, están pasando a manos privadas.

En general, hay dos aspectos importantes a tener en cuenta en una planta siderúrgica,uno de ellos es la disponibilidad de la materia prima (mineral de hierro o chatarra)y el otro es la disponibilidad de energía.

En el caso de las plantas siderúrgicas vía Alto Horno – Convertidor, la materiaprima es el mineral de hierro y la energía es la disponibilidad de coque o de carbóncoquificable.

En las plantas siderúrgicas, vía Horno Eléctrico, la materia prima es la chatarra deacero o el hierro esponja y la energía necesaria dependerá de la disponibilidad deenergía eléctrica en el país. En el caso de disponer de gas natural abundante, éstepermitiría el uso de hierro esponja mediante la reducción directa del mineral dehierro.

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La solidificación del acero líquido se efectuaba hasta hace pocos años, en el patiode colada, convirtiéndose en lingotes el acero líquido que se vaciaba en moldesdenominados lingoteras.El lingote mediante nuevo calentamiento en hornosespeciales era laminado para convertirlo en planchon o tocho y luego repetir laoperación para convertirlo en plancha o bobina, o en no planos, para lo cual eracalentado el tocho y mediante la laminación se convertía en palanquilla y luegorepetir la operación para obtener, de la palanquilla, la barra lisa, corrugada, alambróno cualquier tipo de perfil.

La colada continua revolucionó completamente el procedimiento y originó unincremento notable de la productividad con la consiguiente reducción de costos,como resultado de vaciar directamente el acero líquido y salir convertido en unapalanquilla o en un planchón.

En la actualidad, las modernas plantas de productos planos, producen directamentelas bobinas de acreo mediante colada continua, suprimiéndose así los costososprocedimientos de calentamiento en las diferentes etapas.

En forma similar las plantas de productos no planos pasan directamente del acerolíquido a la palanquilla y al producto terminado.

Colada continua

Uno de los mayores adelantos en la fabricación del acero ha sido la utilización dela colada continua, la cual ha permitido reducir las mermas o desperdicios y reducirel consumo de energía.

En los procedimientos clásicos de fabricación de acero, vía Alto Horno o víaHorno Eléctrico, el acero líquido obtenido a una temperatura del orden de 1 650 ºC,es vaciado a lingoteras o moldes, donde luego de volver a ser calentado es sometidoa un proceso de laminación para convertirlo a palanquillas o planchones semi-terminados y posteriormente vuelto a calentar, se procede a laminarlo paraconvertirlo en barras, perfiles, planchas, etc.

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En cada uno de los procesos indicados se producen mermas y adicionalmente unmayor consumo de energía y de mano de obra.

La necesidad de idear un sistema que evitara el engorroso proceso descrito antes,era reconocida por los siderurgístas y es así como al comienzo del siglo XIX, elinglés Henry Bessemer patenta un sistema de colada continua que si bien no tuvoel éxito esperado, confirma la inquietud existente, que animó a continuarexperimentando durante todo dicho siglo.

En el siglo XX los progresos en los sistemas de colada continua son ya notables:primeramente en la colada de palanquillas y posteriormente en la colada deplanchones.

En la actualidad, no se concibe una planta de productos no planos sin la coladacontinua de palanquillas y en lo que respecta a las plantas de productos planos, el80% de ellas tienen en la actualidad colada continua de planchones y con lasmodernas tecnologías el espesor de los planchones se ha ido reduciendo.

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LAMINACION DEL ACERO

Es difícil ubicar en el tiempo el inicio de la técnica de laminación. Se atribuye almolido de cereales y a la molienda de la caña de azúcar el inicio de los sistemas delaminación. Los informes que hay al respecto datan del siglo XV y se cita a unitaliano procedente de Sicilia, Pietro Speciale, quien en 1449 diseña en maderatres cilindros movidos manualmente y utilizados para moler azúcar.

Simultáneamente en Alemania, Rudolph De Nuremberg, diseña un laminador parajoyería.

El dibujo más significativo de un laminador se conserva hasta el presente y perte-nece a Leonardo Da Vinci, fue hecho en el año 1495.

En el siglo XVI el francés Brulier, en 1553, diseña un laminador para planchas deoro y plata; y un alemán, Hans Lobsinger, en la misma época diseña el primerlaminador en caliente de la historia, logrando transformar el hierro en flejes o cintas.

En el museo de Cluny en Francia, se conserva hasta hoy un laminador-estirador,fabricado en Alemania, en 1565.

En el mismo siglo XVI Berius Bulmer de Inglaterra, fabrica un laminador en elaño 1588.

El siglo XVII presenta un progreso acentuado en los procesos de laminación,existiendo documentos suficientes que así lo demuestran. Una de las ilustracio-nes más detalladas de una máquina de laminación se debe a Vittorio Zonca. Ya en1615, se hacían laminadores más grandes, como el diseñado por Caus en Francia.Merecen también señalar en este siglo, los diseños de Giovanni Branca, en Italiaen 1629 y Richard Foley, en Suecia, Thomas Hale en 1670, en Inglaterra y en1678 otro inglés, Thomas Harvey.

En este siglo XVII hay evidencia de la utilización de cilindros fundidos en laLaminación.

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Capítulo IV

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Laminadores diseñadospor Leonardo Da Vinci

-1495-

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El siglo XVIII marca el asentamiento definitivo de los sistemas de laminación. Elpapel principal lo tuvo el inglés Henry Cort, que es conocido hasta hoy como “Elpadre de la laminación”. También sobresalen en este siglo el sueco ChristoferPohiem y el inglés John Payne, asi como los franceses Fayolle y Remond.

En 1783, Henry Cort patenta un sistema de laminación en caliente el cual fue elresultado de un trabajo realizado en su taller de herrería en Fontiev, Inglaterra,cuando en 1780 la marina inglesa le envió un lote de chatarra de acero para serfundido y transformado en perfiles laminados, utilizados en la fabricación de bu-ques de guerra. En la siguiente página se puede apreciar a un grupo de marinos inglesesinspeccionando los perfiles.

En la época moderna hay que mencionar a Tadeusz Sandzimir, ingeniero polacoque en las décadas de 1930 a 1950 desarrolla notablemente los sistemas delaminación hasta espesores delgados.

Adicionalmente a los procesos de laminación en caliente y en frío, las plantas deproductos planos cuentan con “líneas de revestimiento”. Las que usualmente seutilizan, son las de “zincado o galvanizado” que consiste en cubrir la plancha conuna delgada capa de zinc, mediante un proceso de inmersión en caliente. El otrotipo de recubrimiento es el estañado (para obtener la hojalata) producto que seutiliza en la industria de envases. Las plantas de hojalata utilizan el procedimien-to de estañado electrolítico. Otro tipo de recubrimiento es el cromado, pero sumercado es menor.

En la distribución de una planta de laminación de planos y una de productos lar-gos o de no planos, existe una gran diferencia, por lo que obligadamente hay quereferirlas en forma separada.

Sin tener en cuenta la procedencia del acero, que puede ser vía Alto Horno o víaHorno Eléctrico, una planta de no planos tiene básicamente lo siguiente:

- El acero sale de la colada continua en forma de palanquilla, la palanquilla esuna barra cuadrada de acero que tiene de lado 100 mm, 120 mm o 150 mm yuna longitud que depende del proceso de laminación. Usualmente salen 4líneas de palanquilla en forma simultánea.

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- La palanquilla puede seguir uno de los dos caminos siguientes:

A - Ir directamente al tren de laminaciónB - Ir a una zona de enfriamiento

- En el caso de ir directamente al tren de laminación deberá estar a la tempera-tura adecuada.

- Si ha estado en la zona de enfriamiento, deberá calentarse en el horno depalanquillas hasta la temperatura adecuada de laminación (1 200 - 1 250°C).

- El tren de laminación está constituido por una serie de “cajas de laminación”en las cuales hay rodillos que progresivamente van transformando lapalanquilla en el producto final, para lo cual los rodillos son previamentetallados en función al producto final que se ha programado producir.

Los laminadores modernos se clasifican en dos grupos principales: los que produ-cen formas planas, por ejemplo: planchas, láminas, bandas y otros, en los que loscilindros son lisos y paralelos entre sí; y los diseñados para producir seccionesformadas, como por ejemplo: cuadrados, redondos, rieles y perfiles, en los que seusan cilindros tallados.

El castillo metálico que contiene a los cilindros laminadores se denomina caja ygeneralmente es de acero fundido. En las cajas existen dos acanaladuras vertica-les en las cuales van colocadas la chumacera que tienen cojinetes sobre los cualesvan asentados los cuellos de los cilindros. Existen además soportes especialespara asegurar la posición de los cilindros y también tornillos de ajuste para loscilindros superior e inferior.

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Laminación no planos y planos

Palanquilla

Palanquilla

Palanquilla

Plancha

Alambrón

Perfiles

Barras

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En los trenes para productos no planos se colocan guías delante de los cilindros yguardas detrás de éstos que tienen por finalidad guiar a la barra en proceso alingresar a un canal de laminación o al salir de él respectivamente. Tales guías yguardas van aseguradas a una barra transversal llamada Somier.

El movimiento de rotación de los cilindros es generado por un motor que lo trans-mite a través de una caja de piñones o reductor que está conectado mediante aco-plamientos a un extremo de los cilindros laminadores.

Los cilindros poseen las siguientes partes: cuerpo o tabla, cuellos, y cabezalesmotor.

La laminación es la deformación plástica de los metales o aleaciones, realizadapor deformación mecánica entre cilindros, obteniéndose como resultado una for-ma deseada y propiedades definidas en el material laminado; consiste en modifi-car la sección de una barra de metal al pasar entre dos cilindros, obteniéndose unespesor menor. Es el método más barato y más eficiente para reducir el área trans-versal de una pieza de material, de tal manera que el espesor final sea uniforme alo largo de todo el producto.

En el caso de laminación de productos planos, los cilindros tienen generatrizrectilínea, y para la laminación de productos no planos o perfilados, los cilindrostendrán canales entallados de forma más o menos complicada en muchos casos.

Los productos son arrastrados por los cilindros por efecto de fuerzas de rozamien-to que se originan en la superficie de contacto de los cilindros y el metal lamina-do. En ausencia de fuerzas de rozamiento sería imposible laminar.

Según el orden de ubicación de las cajas, los laminadores se dividen en: lineales,escalonados, continuos, semi-continuos, etc.

Los laminadores con ubicación lineal tienen el inconveniente de que todas lascajas funcionan con velocidades iguales. Este inconveniente no existe en loslaminadores escalonados ya que las cajas forman varias líneas, que funcionan condiferentes velocidades, lo que permite tener mayor velocidad en la caja acabadora,

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y por consiguiente, elevar el rendimiento del laminador. En los laminadores conti-nuos, el metal que se lamina pasa sucesivamente a través de todas las cajas,ubicadas una detrás de la otra; se puede tener un motor para cada caja o uno solocon accionamiento, en derivación, para las cajas. La velocidad del laminador encada caja siguiente es mayor que en la anterior. El funcionamiento del laminadorrequiere una relación determinada de velocidad para evitar que se formen lazosdel metal que se lamina o se tense la barra entre las cajas. Los laminadores semi-continuos son combinaciones de continuo y de lineales, o de escalonados.

Durante la laminación, mientras el metal permanece caliente, la resistencia a lacomprensión es pequeña aun cuando se lamine a baja velocidad; pero ocurre quepor radiación y conducción al contacto con los cilindros entre pase y pase, el metaltiende a bajar su temperatura originando un incremento en la resistencia a la com-presión, que va acompañado con una tensión excesiva en los cilindros, lo cual seevita reduciéndose las proyecciones de las áreas de contacto.

De igual modo si el metal tiene una gran longitud, va a permanecer mayor tiempoen contacto con el aire, lo cual va a dar lugar a un enfriamiento mayor que lonormal y va a ocurrir lo descrito en el párrafo anterior.

Un balance de calor puede ser establecido considerándose:

a) Pérdidas de calor por radiación, convección, conducción a los cilin-dros y al agua de refrigeración.

b) Ganancia de calor resultante de la energía liberada por la deformaciónplástica del metal, el cual es mínimo.

Si la separación de los cilindros es pequeña, lo cual daría una reducción excesiva-mente alta, la barra no podrá entrar debido a que los cilindros no la pueden agarrar.

A mayor reducción, se tendrá una mayor proyección por área de contacto o seauna mayor tensión en los cilindros. Una resistencia baja de los cilindros limita lareducción.

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A mayor reducción, mayor será la potencia requerida; por lo tanto la potencia delmotor limitará la magnitud de la reducción.

Cuanto mayor son las reducciones, mayor es el desgaste de los cilindros.

El laminado en caliente casi siempre empieza por el rompimiento de la estructurainicial o dendrítica de los lingotes o de los tochos, palanquillas y planchones decolada continua, ya que a temperaturas elevadas la maleabilidad es generalmentealta, permitiendo la deformación de los metales con relativa facilidad. El procesode laminado en caliente se lleva a cabo a una temperatura superior a la derecristalización del material que se lamina, de manera que conforme tiene lugar ladeformación de este material metálico en la abertura de los cilindros, larecristalización se inicia casi de inmediato. El crecimiento de los granos del metallaminado seguirá a la recristalización y nuevamente se tendrá la deformación enel siguiente juego de cilindros y también será seguida de recristalización. Esteproceso se repite sucesivamente para los distintos pares de cilindros. Siempre quela temperatura final no sea demasiado elevada, el tamaño final del grano serásatisfactorio.

Antes de efectuar la laminación es necesario calentar el metal hasta una tempera-tura dada durante un tiempo determinado, ya que de esto depende la obtención deuna estructura homogénea, un calentamiento uniforme en todo el volumen delmetal y una oxidación mínima del metal.

La forma, el tamaño y la calidad del acero influyen en el tiempo de calentamiento;mientras sea de forma más complicada y/o de mayores proporciones es mayor eltiempo de permanencia en el horno.

Una temperatura alta de calentamiento del acero puede originar un crecimientoexcesivo de los granos y un defecto llamado “quemado” del acero que originagrietas que no son eliminables.

Una temperatura baja de calentamiento origina la disminución de la plasticidaddel acero, eleva la resistencia a la deformación y puede originar grietas durante lalaminación.

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Por lo tanto la temperatura óptima de trabajo no es un solo valor, sino que varía encierto rango de temperatura entre un límite superior y un límite inferior.

Considerando el diagrama Fe – C, (Fierro – Carbono) cuando el acero durante elcalentamiento pasa a través de los puntos críticos AC1 y AC3 va a estar acompaña-do de un cambio volumétrico y de una absorción de calor, si no hay una buenapráctica de calentamiento, puede conducirse a un agrietamiento del acero; por lotanto durante el paso a través de los puntos críticos hay que calentar el acero concuidado y lentamente. Una vez pasados estos puntos, se hace necesario de uncalentamiento a la velocidad máxima hasta la temperatura deseada con el fin deevitar pérdida del acero por oxidación y descarburación.

La oxidación y descarburación son procesos de difusión, se determinan medianteel control de la atmósfera del horno.

Por oxidación, la pérdida puede ser del orden de 1% a 4% del peso. A altastemperaturas se forman generalmente FeO y Fe2O3, mientras que el Fe3O4 se for-ma a temperatura más moderada ( < 500°C)

Durante la descarburación, las capas exteriores del acero pierden carbono y por lotanto la calidad del material baja. La descarburación se difunde a mayor profun-didad que la oxidación, por una mayor afinidad química del carbono con el oxíge-no que con el hierro.

Variables que influyen en las propiedades mecánicas de los aceros

La composición química, la limpieza del acero, la estructura interna, las tempera-turas de laminación y de fin de laminación, el grado de reducción y la velocidadde enfriamiento, son las principales variables que influyen en las propiedadesmecánicas del acero.

En el caso específico de barras corrugadas se tiene como variables fundamenta-les, las siguientes:

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a) Carbono.- es el de mayor importancia para incrementar o disminuir la resisten-cia y el porcentaje de alargamiento. Un mayor contenido vuelve duro y tenaza la vez que hace quebradizo el acero, además, influye en un mayor carbonoequivalente que es el índice de una menor aptitud para la soldabilidad.

b) Manganeso.- contribuyen de igual modo que el carbono en la resistencia.

c) Micro-aleación.- se tiene el caso de Ferro Vanadio, que permite aumentar laspropiedades físicas en un acero común al carbono, al retardar el crecimientodel grano del producto laminado en caliente.

d) Temperatura de laminado.- mediante la temperatura de igualización se con-trola indirectamente la temperatura de laminado en cada pase y al final de lalaminación.

Si la temperatura de entrada del material a laminar en el tren es baja se va aobtener una baja temperatura de acabado. A mayor temperatura de acabadose va a obtener menores propiedades mecánicas.

e) Porcentaje de reducción.- a mayor porcentaje de reducción se va a obtenermenores tamaños de grano, lo cual da lugar a mayores propiedades mecáni-cas. Este porcentaje está ligado al número de pases a efectuar y al diámetrodel producto a obtener.

Entre otras variables se puede considerar el contenido de silicio, azufre, fós-foro, cromo, níquel, cobre; el ciclo de calentamiento, el sistema de enfria-miento, el peso métrico, etc.

Todas estas variables son las que se han tenido en cuenta para ir mejorandohasta lograr la optimización en la calidad.

Control de proceso.- para controlar el proceso se hace el seguimiento del metaldesde su etapa de carguío a los hornos hasta el producto obtenido de la laminación.

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En la etapa de carguío se controla:

a) Que el lingote, tocho o palanquilla no presenten defectos superficia-les que dificulte el posterior proceso en el laminado. En el caso derechupe se debe evitar su cargado por que se puede generar atracos enlas cajas del tren laminador y porque afecta la calidad del producto.

b) Que el metal a laminar sea de la calidad programada, con lo cual seevita posibles mezclas de calidades.

c) El seguimiento por colada permite que en cualquier anormalidad so-bre la calidad sea rápidamente analizada las causas e inmediatamentesolucionado.

En la etapa de calentamiento se controla:

a) Temperaturas de la zona de calentamiento y de igualización.

b) La atmósfera del horno, para evitar pérdidas de metal sea por oxida-ción o por descarburación.

En el proceso de laminación se controla:

a) El aspecto superficial, para detectar y eliminar los defectos como:pliegues, marcas, rayaduras, exfoliaciones, grietas, rugosidad super-ficial, etc.

b) El aspecto de forma, para eliminar los defectos de ovalización, canalcruzado, varios, etc.

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NORMAS QUE REGULAN LA CALIDADEN LA FABRICACION DEL ACERO

Podemos decir que las normas representan un Lenguaje común para que se co-muniquen:

FabricantesCompradoresVendedoresConstructoresCalculistas

Cada país tiene sus normas, las más importantes están indicadas a continuación:

SAE ESTADOS UNIDOSASTM ESTADOS UNIDOSDIN ALEMANIAJIS JAPONBS INGLATERRAAFNOR FRANCIAITINTEC PERÚCOVENIM VENEZUELAUNE ESPAÑAUNI ITALIAGOST RUSIA

En el caso de los aceros para construcción las normas más comunes son:

ASTM A615 GRADO 60 Barras de construcciónASTM A706 Barras de construcción soldablesASTM A36 Perfiles de acero estructurales

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Capítulo V

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Qué contiene un estándar?

DefinicionesUsosComposición QuímicaPropiedades MecánicasDimensiones y toleranciasPesos y ToleranciasSistema de muestreoIdentificaciónEmpaquetamiento, etc.

NORMA SAE (SOCIETY OF AUTOMOTIVE ENGINEERS)

La norma SAE suministra un medio uniforme de designación de aceros. Los códigosSAE establecen rangos de composición química que deben de cumplir el aceropara poder usar el prefijo SAE.

NORMA SAE

La norma SAE J403e establece la composición química de los aceros al carbonoSAE:

SAE 1005 SAE 1095SAE 1110 SAE 12L14SAE 1513 1572

La norma SAE J404F – establece la composición química de los aceros aleados.

La norma J405b – establece la composición química de los aceros aleados forjados.

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ESTRUCTURA DE LA CODIFICACION SAE (SAE J402b)

El primer dígito del código indica el tipo al cual pertenece el acero:

“1” indica un acero al carbono“2” indica un acero al níquel“3” indica un acero al cromo – níquel

En el caso de un simple acero aleado, el 2° dígito del código generalmente indicaun aleante o combinación de aleantes y, algunas veces, el porcentaje aproximadodel elemento aleante predominante.

Usualmente los últimos 2 ó 3 dígitos indican el contenido aproximado de carbono,en “puntos o centésimos de uno por ciento. Así el “SAE 5135” indica un acero alcromo de aproximadamente 1% de cromo (0,80 a 1,05%) y 0,35% de carbono(0,33% a 0,38%)

Ejemplos:

ACEROS AL CARBONO (Mn = 1.0 % max.)

1 0 X X

El “1” indica el acero Contenido de al carbono carbono

Ejemplos:

1. El acero SAE 1020, tiene los siguientes rangos de composición química

C = 0,18 – 0,23 %Mn = 0,30 - 0,60 %P = 0,040 % max.S = 0,050 % max.Si = 0,035 % max

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Page 56: Aceros Arequipa - El Acero - Lo Que Hay Que Saber

El código SAE nos indica SAE 1020

S A E 1 0 2 0

Acero al Carbono = 0,20%carbono

2. El acero SAE 1045, tiene la siguiente composición química:

C = 0,43 –0,49 %Mn = 0,60 – 0,90 %P = 0,040 % máximoS = 0,050 % máximoSi = 0,35 % máximo

El código SAE 1045 indica:

S A E 1 0 4 5

Acero al Carbono = 0,45%carbono

ACEROS RESULFURADOS

1 1 X X

acero al carbono acero resulfurado contenido de carbono carbono

Ejemplo:

El acero SAE 1116 tiene la siguiente composición química:

Carbono = 0,14 –0,16 %Manganeso = 1,10 –1,40 %

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Page 57: Aceros Arequipa - El Acero - Lo Que Hay Que Saber

Fósforo = 0,040 % max.Azufre = 0.,16 / 0,23 %

El código SAE 1116 indica:

S A E 1 1 1 6

Acero al Acero Carbono = 0,16%carbono resulfurado

ACEROS RESULFURADOS Y REFOSFORADOS

S A E 1 2 X X

Acero al Resulfurado y Contenido de carbonocarbono refosforado

Ejemplo SAE 1213

El acero 1213 tiene la siguiente composición química:

Carbono = 0,13 % máximoManganeso = 0,70 – 1,0 %Fósforo = 0,07 – 0,12 %Azufre = 0,24 – 0,33 %

El código SAE 1213 indica:

S A E 1 2 1 3

Acero al resulfurado y carbono = 0,13carbono refosforado

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Page 58: Aceros Arequipa - El Acero - Lo Que Hay Que Saber

ACEROS AL MANGANESO

S A E 1 3 X X

Aceros al Al manganeso Contenido decarbono carbono

Ejemplo: SAE 1345

El acero 1345 tiene la siguiente composición química:

Carbono = 0,43 – 0,48 %Manganeso = 1,60 – 1,90 %Fósforo = 0,035 %Azufre = 0,040 %Silicio = 0,20 % - 0,35 %

El código SAE que corresponde es el :

S A E 1 3 4 5

Acero al Al manganeso Carbono = 0,45%carbono

ACEROS AL MOLIBDENO

S A E 4 4 X X

Acero al Molibdeno contenido demolibdeno carbono carbono

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Ejemplo: SAE 4012

El acero SAE 4012 tiene la siguiente composición química:

Carbono = 0,09 – 0,14 %Manganeso = 0,75 – 1,00 %Fósforo = 0,035 %Azufre = 0,040 %Silicio = 0,20 – 0,35 %Molibdeno = 0,15 –0,25 %

El código SAE 4012 indica:

S A E 4 0 1 2

Acero al Molibdeno Carbono = 0.12%molibdeno

ACERO AL CROMO

S A E 5 0 1 5

Acero al cromo Cromo Contenido de carbono

Ejemplo: SAE 5015

El acero SAE 5015 tiene la siguiente composición química:

Carbono = 0,12 – 0,17 %Manganeso = 0,30 – 0,50 %Fósforo = 0,035 % máximoAzufre = 0,040 % máximoSilicio = 0,20 – 0,35 %Cromo = 0,30 – 0,50 %

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El código SAE 5015 indica:

S A E 5 0 1 5Acero al cromo Cromo Carbono = 0,15 %

NORMA ASTM(AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS)

Estructura del código ASTM

Está formado de la siguiente manera:

A S T M A 3 6 / A 3 6 M - 9 6 a

Norma Código (sistema Inglés y Año de Revisión enSistema Métrico) adopción año

Ejemplos:

ASTM A 6 / A 6M - 9 6 b Requerimientos generales para3° revisión planchas, perfiles y láminas deen 1996 acero estructural laminados.

ASTM A615/A615M - 9 a Barras de acero deformado y2° revisión lisa para refuerzo de concretoaño 1996 armado

Cuando el acero tiene varios grados, se indica el grado del acero a continuación dela norma. Ejemplos:

ASTM A615/A615M – 96 a Grado 60 óASTM A572 /A572M – 94c Grado 50

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Generalmente en estos casos el grado indica el valor del límite de fluencia en milesde libras por pulgada cuadrada (Kips). Así por ejemplo:

ASTM A615 /A615M 96a Grado 60 indica las barras de construcción con unlímite de fluencia mínimo de 60 000 libras por pulgada cuadrada.

El acero ASTM A572/A572M-94c Grado 50 indica que el límite de fluencia mínimode este acero estructural es de 50 000 libras por pulgadas al cuadrado.

Las normas ASTM de materiales establecen valores mínimos para:

Límite de fluenciaResistencia a la tracciónAlargamientoDoblado

Ejemplo:En el acero ASTM A 36 los valores mínimos establecidos por la norma son:

Límite de fluencia: 36 000 lbs/pul2Resistencia a la tracción: 58 000 – 80 000 lbs /pulg2Alargamiento: 20 %

En el caso del alargamiento hay que indicar la distancia entre marcas que puede serde 2” u 8”.

Composición química

Para efectos de garantizar la soldabilidad la norma ASTM establece valores máximospermisibles para el:

CarbonoManganesoAzufreFósforo

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Así por ejemplo la Norma ASTM A615 Grado 60 establece como límite máximode fósforo de 0,050 %.

La norma ASTM A 36 establece valores mínimos siguientes:

S = 0,050 % máximoP = 0,040 % máximo

La norma ASTM es la más utilizada internacionalmente y es esa la razón por lacual se ha hecho tantas referencias a ella en este capítulo.

Por ejemplo, la norma peruana para las barras de construcción es similar a lanorma norteamericana ASTM - AGIS GR.60

La norma ASTM es la más utilizada internacionalmente y es esa la razón por lacual se ha hecho tantas referencias a ella en este capítulo.

Por ejemplo, la norma peruana para las barras para construcción es similar a lanorma norteamericana ASTM - AGIS GR.60.

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PRODUCTOS DE ACERO: DEFINICIONES

CLASIFICACION GENERAL

De acuerdo a su estado de fabricación, el conjunto de productos de acero conside-rados, se agrupa en tres categorías principales:

- PRODUCTOS BRUTOS- PRODUCTOS SEMITERMINADOS- PRODUCTOS TERMINADOS LAMINADOS Y PRODUCTOS TERMINADOS FORJADOS LARGOS

PRODUCTOS BRUTOS

Son los productos que se encuentran en estado líquido o en estado sólido, enforma de lingotes y que no han sufrido ninguna transformación.

Acero líquido: acero en estado líquido listo para la colada y obtenido directa-mente de la fusión de materias primas. Se hace una distinción entre lo siguiente:

- Acero líquido para vaciar en lingoteras o para colada continua;- Acero líquido para piezas fundidas

Lingotes: productos obtenidos vaciando el acero líquido en molde de formaapropiada.

Las estadísticas de producción incluyen bajo la denominación de “acero en bruto”no solamente a los productos sólidos que se obtienen al vaciar en lingoteras y alacero en bruto líquido para colada, sino también los que, de otra manera, se con-sideran productos semiterminados.

Los lingotes utilizados para la producción de tubos sin costura se clasifican comoproductos en bruto.

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Capítulo VI

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La forma de los lingotes generalmente se parece a una pirámide o a un conotruncado. Sus caras laterales pueden ser corrugadas y las esquinas, más o menosredondeadas. Dependiendo de su necesidad de transformación posterior y sin mo-dificar su denominación, los lingotes pueden ser total o parcialmente escarpados,por ejemplo con herramienta o soplete, para eliminar defectos superficiales.

De acuerdo con su sección transversal, se clasifican en lingotes y en lingotesplanos.

Los lingotes tienen una sección transversal que puede ser cuadrada, rectangular(ancho menor que dos veces el espesor), poligonal, redonda, ovalada, o perfiladasegún el perfil a laminar.

Los lingotes planos tienen una sección transversal rectangular, siendo el anchoigual o mayor que dos veces el espesor.

PRODUCTOS SEMITERMINADOS

Productos semiterminados: productos obtenidos, sea por laminación o forja delingotes o por colada continua, y generalmente destinados a la transformación enproductos terminados por laminación o forja.

Su sección transversal puede tener diversas formas, sus dimensiones son constan-tes en el largo, con una mayor tolerancia que las correspondientes a productosterminados, y sus aristas son más o menos redondeadas. Las caras laterales pue-den ser, a veces, ligeramente convexas o cóncavas, conservando marcas delaminación o forja.

Aunque su estructura es similar a la de los lingotes, los productos obtenidos porcolada continua son considerados como productos semiterminados, de acuerdo asus formas y dimensiones; mientras que en estadísticas de producción son consi-derados como productos en bruto y se les puede desbastar total o parcialmente,por ejemplo con herramienta, soplete o rectificado.

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Los productos semiterminados se clasifican de acuerdo a su forma, sus dimensio-nes de sección transversal y su utilización.

Productos semiterminados de sección transversal cuadrada: de acuerdo a susdimensiones laterales, estos productos tradicionalmente se clasifican en:

Tochos cuadrados: productos con lado mayor que 120 mm.

Palanquillas cuadradas: productos con lado generalmente igual o mayorque 50 mm y menor o igual que 150 mm.

Nota: las dimensiones de las palanquillas cuadradas pueden ser menores que las indica-das en ciertos tipos de acero de alta aleación, tales como los aceros rápidos, etc.

Productos semiterminados de sección transversal rectangular: de acuerdo asus dimensiones de sección transversal, estos productos tradicionalmente se cla-sifican en:

Tochos rectangulares: productos de sección transversal mayor que14 400mm2, con una razón de ancho a espesor mayor que 1 y menor que 2.

Palanquillas rectangulares: productos de sección transversal igual o ma-yor que 2 500 mm2 y menor o igual que 22 500 mm2, con una razón deancho a espesor mayor que 1 y menor que 2.

La designación utilizada para ciertos tipos de productos semiterminados (tochos,palanquillas, planchones), proviene de la época cuando el tipo de laminador enel cual estos productos eran laminados dependía principalmente de la seccióntransversal del producto a reducir. Hoy en día, los tochos pueden laminarse enlos llamados trenes de palanquillas, y los lingotes en los llamados trenes deplanchones.

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Productos semiterminados planos:

Planchones: productos semiterminados planos en los que el espesor es igual omayor que 50 mm y la relación entre el ancho y el espesor es igual o mayor que 2.Los planchones en los que la relación entre el ancho y el espesor es mayor que 4son llamados “platina”.

Llantones: productos semiterminados planos de ancho igual o mayor que 60mmy menor que 500mm.

Esbozos para perfiles: productos semiterminados destinados a la fabricación deperfiles y cuya sección ha sido preformada para este propósito. El área de lasección transversal de estos productos semiterminados es generalmente mayorque 2 500mm2 (sin embargo, en la mayoría de los casos los perfiles se obtienendirectamente de la laminación de productos semiterminados de sección transver-sal cuadrada o rectangular)

Productos semiterminados para tubos sin costura: La sección transversal deestos productos puede ser redondeada, cuadrada, rectangular o poligonal.

PRODUCTOS TERMINADOS LAMINADOS Y PRODUCTOS TERMINA-DOS FORJADOS LARGOS

Productos terminados laminados.- los productos terminados laminados se agrupanseparadamente de los productos forjados, los que cada vez tienen un mercado másreducido. En cambio en los productos terminados laminados se distinguenclaramente los dos tipos existentes; los laminados no planos y los laminadosplanos.

Generalmente se definen por una norma que establece las dimensiones y lastolerancias de forma y de dimensión. La superficie es generalmente lisa, pero enalgunos casos, por ejemplo las barras para hormigón o las planchas de piso puedenpresentar intencionalmente relieves o endentaciones regularmente espaciados.

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De acuerdo a la forma y dimensiones, se distingue:

* Productos largos* Alambrón* Productos planos

Según el modo de fabricación, se distingue:

Productos terminados laminados en caliente.- productos obtenidos generalmentepor laminación en caliente de productos semiterminados y por laminación en ca-liente de productos brutos.

Productos terminados laminados en frío.- productos generalmente obtenidos porlaminación en frío de productos terminados laminados en caliente.

De acuerdo al estado de la superficie, se distinguen:

Productos que no han sufrido ningún tratamiento de superficie.Productos que han recibido un tratamiento de superficie.

* Productos largos laminados en caliente

Por su utilización comercial hay que considerar separadamente las barras paraconstrucción y los perfiles.

Barras redondas para construcción.- barras de acero de sección redonda con lasuperficie estriada, o con resaltes, para facilitar su adherencia al concreto al utili-zarse en la industria de la construcción. Se fabrican cumpliendo estrictamente lasespecificaciones que señalan el límite de fluencia, resistencia a la tracción y sualargamiento, así como su composición química. Las especificaciones tambiénseñalan dimensiones y tolerancias. Se les conoce como barras para construcción,barras deformadas y en Venezuela con el nombre de cabillas. Las barras paraconstrucción se identifican por su diámetro, que puede ser en pulgadas o milíme-tros. Las longitudes usuales son de 9 metros y 12 metros de largo.

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Perfiles pesados.- productos laminados cuya sección transversal es semejante alas letras I, H o U. Estos tienen en común las características siguientes:

a) la altura h, es igual o mayor que 80mm;b) las superficies del alma se empalman con las caras interiores de las alas;c) las alas son generalmente simétricas y de igual ancho;d) las caras exteriores de las alas son paralelas;e) las alas pueden ser de espesor decreciente desde el alma hacia los bordes, en

este caso los perfiles se denominan de “alas inclinadas”, o de espesor unifor-me las que se denominan de “alas paralelas”.

Estos productos se subdividen en:

Perfiles I y H.- productos con sección transversal semejante a las letras I o H. Sedistingue entre:

a) perfiles nominales.- perfiles de espesor de alma y de alas considerados comonormales.

b) perfiles delgados.- perfiles fabricados con la misma serie de cilindros delaminación que se usa en producir los perfiles normales.

c) perfiles reforzados.- perfiles fabricados con la misma serie de cilindros delaminación que se usa en producir los perfiles normales.

De entre los perfiles I y H nuevamente se distingue:

Alas angostas y medianas (perfiles I).- Alas cuyo grosor es igual o menor que0,66 veces la altura nominal del perfil y menor que 300mm.

Alas anchas o muy anchas (perfiles H y columnas).-Alas cuyo grosor es mayorque 0,66 veces la altura nominal, o 300mm o más excepto perfiles para arcos demina. Los perfiles con alas más anchas que 0,8 veces la altura nominal se llamana veces “columnas”.

Pilote de apoyo.- Perfiles I o H en los que los espesores de almas y alas sonidénticos.

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Perfiles U.- Perfiles cuya sección transversal es semejante a la letra U y con lascaracterísticas detalladas. En las series normales, las alas con las caras internasinclinadas tienen un ancho máximo de 0,5 de la altura.

Perfiles para arcos de minas.- Productos con sección transversal, semejante a laletra I o a la letra griega W. En primer caso, estos perfiles a veces se diferenciande otros perfiles I por tener una mayor inclinación de las caras interiores de lasalas del orden del 30%. También tienen un ancho mayor que 0,70 veces la alturanominal.

Barras y perfiles livianos y medianos.- Son conocidos en algunas partes deEuropa como “laminados comerciales”.

Barras.- Incluyendo platinas (con excepción de productos para la elaboración dehormigón armado).

Redondos.- Barras que tienen una sección transversal circular con un diámetrogeneralmente de 8mm.

Barras cuadradas, hexagonales y octogonales.- Barras cuya sección transver-sal es cuadrada, hexagonal u octogonal.

Platinas.- Barras que tienen una sección transversal rectangular. El producto eslaminado por sus cuatro caras, generalmente el espesor no es menor que 5mm y elancho no excede los 150mm.

Perfiles livianos y medianos

Perfiles U pequeños.- La sección transversal se asemeja a la letra U y la altura“h” es menor que 80mm.

Perfiles L (ángulos).- La sección transversal se asemeja a la letra L. La clasifica-ción en ángulos iguales o desiguales depende de la razón del ancho de alas. Lasesquinas de las alas son redondeadas.

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Perfiles T de alas iguales.- La sección transversal se asemeja a la letra T. Lasesquinas son redondeadas, y las alas y el alma son ligeramente inclinadas; las alasson iguales.

Perfil de bulbo plano.- La sección transversal generalmente es rectangular, conuna protuberancia a todo lo largo del borde longitudinal de una de las caras másanchas, y con un ancho generalmente menor que 430mm.

* Alambrón

Alambrón.- Redondos que son laminados en caliente a partir de palanquillas, auna sección recta aproximadamente redonda en rollos de una longitud continua.

Los productos en barras pueden haber sufrido una deformación en frío controlada,por ejemplo un estirado o torsionado alrededor de su eje longitudinal.

Material de vía ferroviaria y material similar.

Dentro de la categoría de material de vía ferroviaria se encuentra:

a) productos laminados en caliente que se usa en la construcción de víasferroviarias, por ejemplo rieles, durmientes, eclisas, placas de apoyo, silletas;

b) productos laminados en caliente de forma y uso similares como:- rieles para puente grúa;- rieles conductores de corriente;- rieles para carriles;- rieles para agujas/cruces de vías;- rieles especiales: rieles de grúas, rieles de freno.

Los materiales de vía ferroviaria se sub-dividen de la siguiente forma:

a) materiales de vía ferroviaria pesados, que incluyen:- rieles de masa lineal de al menos 20 kg/m;- durmientes de masa lineal de al menos 15 kg/m;

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b) materiales de vía ferroviaria livianos, que incluyen:- rieles de masa lineal menor que 20 kg/m;- durmientes de masa lineal menor que 15 kg/m;- eclisas, placas de apoyo, silletas, y otros materiales livianos laminados

en caliente para la construcción de vías ferroviarias.

Tablestacas.- Productos obtenidos por laminación en caliente o perfilación enfrío (embutido, estampado en máquinas conformadores, etc.) con una forma talque, por engatillado de las uniones o por ajuste en ranuras longitudinales o pormedio de fijadores especiales, se pueden usar para formar tabiques o paredescontinuas. Se usan en obras marítimas e hidráulicas.

Las tablestacas se diferencias según su sección transversal o su aplicación.

Por ejemplo:

a) tablestacas U y Z;b) tablestacas planas;c) tablestacas armadas (fabricadas a partir de tablestacas y trozos de ángulos o

perfiles similares;d) tablestacas livianas (tablestacas para zanjas);e) tablestacas H de ajuste;f) tablestacas tubular y cajón.

Pilotes armados.- Es un pilote elaborado con una sección transversal en forma deU o similar, usada para apoyo.

Pilote tubular.- Es un tubo de sección transversal circular o rectangular (tambiénpuede ser cuadrada), que se introduce dentro del terreno para transmitir el peso dela estructura al suelo por la resistencia desarrollada en su base y por fricción a lolargo de su superficie.

Algunas operaciones de terminación, como perforación, punzonado, soldadurade accesorios u operaciones similares, no alteran la clasificación del producto.

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* Productos terminados planos (características generales)

Productos planos terminados.- Productos terminados de laminación cuyasección transversal es casi rectangular y con un ancho mucho mayor que el espesor.

Según el tipo de producto, se hace la siguiente diferencia entre:

Planos universales.- Producto plano terminado de ancho mayor que 150mm yespesor generalmente mayor que 4mm, siempre entregado en tramos, es decir, noenrollados. Las aristas son afiladas. Los planos universales son laminados encaliente por las cuatro caras (o en canales cerrados) o se produce por cizallado uoxicorte de productos planos más anchos. Los planos universales laminados ensus cuatro caras a veces se denominan “planos anchos”.

Planchas laminadas en caliente.- Producto plano laminado en caliente, a cuyasaristas se les permite deformarse libremente. Se entrega en plano, y generalmente,cuadrado o rectangular; sin embargo, también se entrega con diseño. Los bordespueden ser brutos de laminación, cizallados, oxicortados o chaflanados. Elproducto también se puede entregar precurvado.

Las planchas laminadas en caliente pueden producirse:a) directamente por laminado en un tren reversible o por corte de una plancha

matriz laminada en un laminador reversible;b) por corte de una banda laminada en caliente en un laminador continuo.

La plancha que proviene de un laminador reversible también se conoce como“plancha cuarto”.

Las planchas de laminador continuo generalmente se conocen como “planchaslaminadas en caliente”.

Cuando por motivos estadísticos se necesita una división posterior hecha en baseal espesor, se recomienda lo siguiente:a) plancha delgada.- espesor menor que 4.5mm (con excepción de las usadas

para aplicaciones eléctricas)

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b) plancha gruesa.- espesor igual o mayor que 5mm.

Banda laminada en caliente.- Es un producto plano laminado en caliente que,inmediatamente después de la pasada por el cilindro o después del decapado o delrecocido, se enrolla en espiras para formar una bobina.

La banda bruta de laminación tiene orillas ligeramente convexas, también se puedeentregar con orillas cizalladas, o se puede obtener al cortar una banda laminadamás ancha.

De acuerdo con su ancho real, independientemente del ancho del laminado, lasbandas laminadas en caliente se clasifican en:

a) banda ancha laminada en caliente.- banda de un ancho igual o mayor que600mm, también llamada bobina..

b) banda estrecha laminada en caliente.- banda de ancho menor que 600mm.también llamada fleje.

Productos planos terminados laminados en frío.- Productos que durante laterminación han sufrido una reducción de sección transversal de al menos 25%,como consecuencia de la laminación en frío sin recalentamiento previo. En elcaso de productos planos con un ancho menor que 600mm y para ciertas calidadesde acero especial, se puede incluir niveles de reducción de secciones transversalesmenores que 25%.Los productos planos terminados laminados en frío comprenden:

Plancha laminada en frío.- Se clasifica según el espesor de la misma manera quela plancha laminada en caliente:

a) plancha delgada: espesor menor que 2mmb) plancha gruesa: espesor igual o mayor que 2mm

Banda laminada en frío.- Según el ancho de laminación la banda laminada enfrío se clasifica en:

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Banda ancha laminada en frío.- Banda de ancho igual o mayor que 600mm. Labanda ancha laminada en frío, en un ancho igual o mayor que 600mm, se llama“bobina laminada en frío”.

Banda estrecha laminada en frío.- Banda de ancho menor que 600mm llamada“fleje laminado en frío”

PRODUCTOS FINALES

Productos planos con tratamiento de superficie

Sumándose a las condiciones referidas a la clasificación y designación, que sonlas mismas que para los productos planos terminados, los productos pueden tenerun revestimiento permanente, como se describe a continuación:

Los revestimientos pueden ser aplicados:

a) en ambas caras1) de igual espesor en cada cara;2) de espesor diferente: revestimiento diferencial;

b) en una sola cara

De acuerdo con el tipo de revestimiento y tipo de tratamiento de superficie, losproductos se clasifican como sigue:Planchas, bobinas y flejes con revestimiento metálico que comprenden:

Planchas, bobinas y flejes estañados, que se subdividen en:

a) espesor menor que 0,5 mm.b) espesor igual o mayor que 0,5 mm.

Planchas, bobinas y flejes cromados, llamadas TFS.- Generalmente con unespesor menor que 0,50mm, recubiertas electrolíticamente con cromo o con óxidode cromo o con ambos, con espesor total en general igual o menor que 0,50 um.

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Planchas, bobinas y flejes emplomados.- Planchas y flejes recubiertos con unaaleación de plomo y estaño por inmersión en un baño de aleación fundida, oelectrolíticamente. En general, la masa nominal máxima, especificada pararecubrimiento, corresponde a un mínimo de 120 g/m2, incluyendo ambas caras.

Planchas, bobinas y flejes galvanizados.- Planchas, bobinas y flejes recubiertoscon zinc.a) Por inmersión en un baño de zinc fundido (inmersión en caliente).- la masa

del zinc varía generalmente entre un total de 100 y 700 g/m2 en ambas caras.b) Electrolíticamente.- la masa del zinc varía generalmente entre 7 y 107 g/m2 por

lado, lo que corresponde a un espesor de recubrimiento de 1 a 15mm por lado.

Luego del recubrimiento, la superficie se puede pasivar por cromado y fosfatado.Este tratamiento de superficie no modifica la clasificación de estos productos enla categoría de “productos planos galvanizados”.

Planchas, bobinas y flejes aluminizados.- Productos recubiertos con aluminio ocon una aleación de aluminio y silicio por inmersión en baño fundido. La masa dela aleación varía en general entre 80 y 300 g/m2 en ambas caras, lo que correspondea un espesor de recubrimiento de 15 a 55 mm por lado.

Planchas, bobinas y flejes con diversos recubrimientos metálicos.

Planchas, bobinas y flejes con diversos recubrimientos orgánicos: Productoscon superficies originales desnudas o metalizadas (generalmente galvanizadas)posteriormente recubiertas con un material orgánico o con una mezcla de polvometálico y material orgánico, por cualquiera de los siguientes métodos:a) por aplicación de una o más capas de pintura u otro tipo de producto. Después

del secado, el espesor del recubrimiento varía según sus características entre2 y 400 um por cara;

b) por aplicación de una película adhesiva, seguida o no de un recubrimientocon materiales orgánicos. El recubrimiento puede tener diferentes diseños desuperficie y un espesor generalmente de entre 35 y 500 um por cara.

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Planchas y flejes con recubrimiento inorgánico, comprenden:

a) productos cromatados.- la masa del recubrimiento cromado varía de 1 a20 g/m2 por cara;

b) productos fosfatados.- la masa del recubrimiento fosfatado varía de 1 a20 g/m2 por cada;

c) productos con recubrimientos inorgánicos diversos (por ejemplo productosesmaltados vítreos)

Productos compuestos.- En esta categoría se incluye planchas y flejes recubiertoscon aceros y aleaciones que resisten el uso o la corrosión química. También seincluye planchas y flejes a los que se les adhiere aceros o aleaciones resistentes aluso o a la corrosión química, generalmente por laminación, pero también porexplosión u otros procesos de soldadura.

OTROS PRODUCTOS FINALES

Planchas, bobinas y flejes para uso eléctrico.- Estos productos se diferencian deotros productos delgados porque están destinados a aplicaciones electromagnéticas.Su principal característica son los requisitos especiales relativos a pérdidasespecíficas admisibles. Su espesor en general es igual o menor que 3mm y suancho igual o menor que 1250mm. Se distinguen los siguiente:a) productos de grano orientado.- estos productos presentan, en la dirección de

la laminación, propiedades magnéticas significativamente mejoradas encomparación con aquellos en dirección transversal y se entregan siempre conun revestimiento aislante en uno o ambos lados.

b) productos de grano no orientado.- estos productos se pueden entregar norecubiertos o recubiertos con un revestimiento aislante en uno o ambos lados.

Plancha o bobina negra.- Es el producto plano de acero al carbono de bajaaleación, con espesor menor que 0,50mm, entregado en planchas o en bobinas,cuya superficie es apta para estañado, barnizado o impresión, y no es aceitada.

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Clasificación de los productos:

1) La clasificación de los productos definidos en productos laminados terminadosy productos finales, responde a una clasificación correspondiente a estadísticasde producción y entrega.

2) Los productos terminados que se obtienen por extrusión se clasifican en lasestadísticas como productos terminados laminados en caliente. Por otro lado,las llantas y productos similares se clasifican como productos forjados.

3) Cortes ulteriores de perfiles I ó H para obtener dos perfiles T, no modifican suclasificación.

4) La definición de perfiles pesados especiales puede variar de un país a otro.5) La definición de perfiles especiales puede variar de un país a otro.6) Los perfiles y pilotes que resultan de ensamblajes y que no tienen dispositivos

de fijación lateral no se consideran tablestacas.7) Se debe hacer notar que aún hay otras definiciones en uso para planchas y

bandas.8) También se incluye dentro de esta categoría los productos corrugados que

tienen un perfil sinusoidal.9) Productos con un menor espesor de recubrimiento de cromo o fosfato se

describen como pasivados por cromado o fosfatado. No pertenecen a lacategoría de productos con tratamiento de superficie sino a la categoría de losproductos sin tratamiento de superficie.

PRODUCTOS TERMINADOS FORJADOS LARGOS

Productos siderúrgicos formados por forja.

PRODUCTOS PULVIMETALURGICOS

Polvos de acero.- Conjunto de partículas de dimensiones generalmente menoresque 1mm.

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Piezas de acero sinterizado.- Piezas producidas a partir de polvos por prensado ysinterizado, en ocasiones, por reprensado. A menudo estas piezas son paratolerancias dimensionales estrechas y están generalmente listas para ser usadas.

Sinterización.- Es el tratamiento térmico de un polvo o de un compacto atemperatura inferior a la temperatura de fusión de los componentes principales,con el fin de aumentar la resistencia “del sinter” (polvos compactados a través dela unión de sus partículas).

PIEZAS FUNDIDAS

Piezas fundidas.- Productos terminados cuya forma y dimensiones definitivas,aparte de cualquier maquinado, se obtienen directamente por solidificación delacero líquido, colado en moldes de arena, arcilla refractaria o cualquier otro materialrefractario y, en forma menor frecuente, en moldes permanentes de metal o grafito.

PRODUCTOS TERMINADOS FORJADOS Y ESTAMPADOS

Productos forjados obtenidos al formar el acero a una temperatura adecuada porpresión, usando estampa abierta para producir formas aproximadas que no requierenuna posterior deformación en caliente. Generalmente se maquinan a su forma final.

En los productos forjados a estampa abierta se incluye productos preforjados yterminados en laminadores de anillos (ej. llantas).

Productos estampados (estampa cerrada).- productos que se obtienen al formaracero a una temperatura adecuada por presión, usando estampa cerrada

PRODUCTOS BRILLANTES (“BLANCOS”)

Productos trefilados.- Productos con diferentes formas de sección transversal,que se obtienen después del descamado al trefilar barras o alambrón laminados encaliente en una hilera de trefilar (deformación en frío sin quitar material).

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Page 82: Aceros Arequipa - El Acero - Lo Que Hay Que Saber

Este proceso da al producto características especiales con respecto a la forma, a laprecisión dimensional y al acabado superficial. Además, el proceso causaendurecimiento por trabajo en frío que puede eliminarse por tratamiento térmico.Los productos en tramos se entregan enderezados, aquellos de sección transversalpequeña, también se pueden entregar en bobinas.

Productos torneados (pelados).- Barras de acero de sección transversal circularque tienen las mismas características especiales de forma, precisión dimensionaly acabado brillante de superficie que los productos trefilados. Estos productos seobtienen por torneado y luego por enderezado y pulido. La remoción de metal portorneado se realiza de una manera tal que el producto con acabado brillante estágeneralmente exento de defectos de laminación.

Productos rectificados.- Barras trefiladas o torneadas, de sección transversalcircular, que reciben una calidad de superficie mejorada y una precisión dimensionalpor rectificado o por rectificado y pulido (productos calibrados).

PRODUCTOS CONFORMADOS EN FRIO

Productos que tienen diversas formas de sección transversal, constante en todo ellargo. Están hechos a partir de productos planos recubiertos o no recubiertos,laminados en frío o en caliente, cuyo espesor es ligeramente modificado por elproceso de conformación en frío (ejemplo: perfilado, trefilado, conformado enprensa, plegado)

Perfiles conformados en frío.- Productos formados en frío en tramos, que tienendiversas formas de secciones abiertas o cerradas. En la práctica comercial no tienenun mercado definido debido a la dificultad de laminar en frío un perfil de acero;en cambio con otros metales más blandos, el proceso de laminado en frío si esmás factible.

Ejemplos:

Tablestaca conformada en frío.

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Page 83: Aceros Arequipa - El Acero - Lo Que Hay Que Saber

Por razones técnicas, algunas barras clasificadas como productos laminados sepueden entregar torneadas. Este tipo de producto se clasifica como productolaminado terminado y no como producto con acabado brillante.

Los productos de sección transversal cerrada, que se producen al formar tubossoldados o sin costura, o a partir de planchas o planchas soldadas a lo largo de lasorillas longitudinales, no se llaman “perfiles cerrados conformados en frío”, perose clasifican como tubos. En la terminología siderúrgica, estos tubos se llaman“perfiles huecos”.

PERFILES SOLDADOS

Productos largos, de sección transversal abierta, que en lugar de obtenersedirectamente por laminación se forman al soldar productos planos laminados.

ALAMBRE

Producto trabajado en frío, de sección transversal generalmente constante en todasu longitud. El trabajo en frío se realiza al trefilar alambrón a través de un dado oal pasar bajo presión entre cilindros impulsados y rebobinar el producto trefilado.La sección transversal es normalmente circular, ovalada, rectangular, cuadrada,hexagonal, octogonal o de otra forma (con excepción de flejes).

TUBOS DE ACERO, PERFILES HUECOS Y BARRAS HUECAS

Los tubos son productos largos huecos, abierto en sus extremos, de seccióntransversal o circular, los “sin costura” son elaborados a partir de un lingote ylos tubos soldados a partir de una plancha soldada a lo largo o en espiral. Elperfil hueco es un tubo usado con fines estructurales y la barra hueca es tubo sincostura destinado a aplicaciones mecánicas, que se distingue por su toleranciaestrecha, lo que asegura precisiones dimensionales con tolerancias de maquinadomínimas.

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Page 84: Aceros Arequipa - El Acero - Lo Que Hay Que Saber

El Instituto Latinoamericano del Fierro y el Acero “ILAFA” ha preparado recientementeun glosario de definiciones fundamentales de términos siderúrgicos, que indudablementeconstituyen un útil y valioso aporte que incluimos a continuación:

TERMINOS SIDERURGICOS

ACERO Aleación de hierro y carbono que contiene menos del 1.8% de carbono, algunasveces con otros elementos como cromo, vanadio, molibdeno, níquel, etc., enproporciones menores, para dar propiedades específicas.

ALAMBRE Llámase al producto terminado como resultado de trefilar el alambrón.

ALAMBRON Laminado en redondo de diámetro superior a 6mm, que se obtiene en rollos ygeneralmente destinado a la fabricación de alambre o para la construcción.

ALEACION Combinación de elementos en proporciones justas a fin de obtener un acero depropiedades definidas.

ARRABIO Es el producto metálico que se obtiene mediante la reducción de mineral dehierro y otros productos provenientes de éste (sinter, hierro esponja, etc.) el cual,además de hierro contiene normalmente elementos tales como carbono, silicio,manganeso, fósforo, azufre y pequeñas cantidades de otros componentesconsiderados residuales. Se utiliza como materia prima para la elaboración deacero y fundición de hierro.

BARRAS Son productos de acero de sección uniforme, que pueden ser obtenidos porlaminación en caliente a partir de tochos o palanquillas. Su sección puede serredonda o cuadrada.

BANDA LAMINADA Banda laminada en caliente terminada, la cual después deEN CALIENTE salir del último bastidor pasa a la mesa de salida y es enrollada en bobinas, a

diámetros específicos. Un gran porcentaje de estas bobinas son tratadas despuésy laminadas en frío para espesores menores.

CABILLA Barra de acero de sección redonda con superficie lisa o estriada usada en laindustria de la construcción. Se obtiene a partir de laminación en caliente depalanquillas.

CUERPOS Generalmente en forma de bolas o barras de acero. Se usan para MOLEDORESmolienda. Se obtienen por procesos de forjado, laminado o fundidas.

CARBON Mineral constituido fundamentalmente por carbono.

CARBONO Elemento químico cuyo símbolo es C y su peso atómico es 12. Es constituyentefundamental de todos los combustibles y elemento reductor por excelencia.

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Page 85: Aceros Arequipa - El Acero - Lo Que Hay Que Saber

COLADA Cantidad de arrabio o acero líquido producido por un horno en un ciclo completode operación. La temperatura de una colada oscila entre 1,200 y 1,400 gradoscentígrados si es de arrbio y entre 1,500 y 1,800 grados centrígrados si es deacero.

COQUE Producto poroso obtenido mediante la destilación incompleta del carbón, usadocomo elemento energético y/o reductor en las operaciones de reducción de mineralde hierro.

CROMADO Proceso de recubrimiento de un material metálico con cromo para protegerlo dela corrosión.

CHAPA FINA Nombre genérico que se le da a los productos en forma de láminas en(Lámina) espesores menores de 6mm.

CHAPA GRUESA Es un producto plano de acero, el cual se obtiene en espesores que oscilan entre6 y 76 mm.

CHATARRA Material constituido por desechos de acero o de fundición de hierro, provenientede los procesos de fabricación, transformación o por materiales de acero ofundición de hierro en desuso.

DECAPADO Proceso mediante el cual la banda se ataca elEctrolíticamente con una soluciónde ácido sulfúrico a fin de eliminar el óxido superficial formado en el materialpor exposición al medio ambiente.

ESTAÑADO Proceso de recubrimiento de un material metálico con estaño.

FUNDICION Arte de fabricar piezas llenando con un metal fundido una cavidad refractariallamada molde.

FERROALEACIONES Son aleaciones de hierro con elementos que poseen afinidad con el oxígeno y seutilizan como desoxidantes, entre los cuales se puede señalar el ferrosilicio, ferro-manganeso y el ferrosilicio-manganeso.

FORJADO Proceso mediante el cual se conforma en caliente el acero, dándole una formadeterminada mediante una prensa o martillo.

LINGOTE Pieza de acero solidificado, que se obtiene al desmoldarse la lingotera dedimensiones variables y empleado como materia prima en el laminado.

LINGOTERA Molde de arrabio sólido utilizado para solidificar el acero líquido, convirtiéndoloen lingotes de acero.

MATERIAS PRIMAS Son aquellos elementos que intervienen como insumos en el proceso defabricación de acero y aparecen en una alta proporción en la composición químicadel producto final.

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Page 86: Aceros Arequipa - El Acero - Lo Que Hay Que Saber

PALANQUILLAS Producto semi elaborado de sección transversal cuadrada mayor o igual a 1.660mm2 y menor que 31.684mm2 cuyas longitudes varían entre 3 y 15 metros.

PELLAS Aglomerados de finos de mineral de hierro concentrado de formaaproximadamente esférica y granulometría determinada.

PERFIL Elemento utilizado en la fabricación de estructuras metálicas obtenido mediantelaminado en caliente de tochos o palanquillas. Tiene formas, tales como X, I,H, U, T, L. Los pefiles L también son llamados ángulos.

PLANCHON Producto semielaborado de sección rectangular, cuyo espesor está comprendidoentre 125 y 230 mm, su ancho entre 560 y 1,200 mm y su longitud desde 2.10hasta 12.30 metros, cumpliéndose la relación ancho/espesor mayor que 2.

PLATINA Barra plana, de sección rectangular, laminada en caliente a partir de palanquillas.

TOCHOS Productos semielaborados cuya sección transversal es mayor que 31,684 mm2y la relación entre el ancho y el espesor es menor o igual a 2.

TREFILADO Operación de estirado en frío cuyo objeto es la transformación del metalESTIRADO en hilo mediante pasos sucesivos a través de los orificios, cada vez más ENFRIO pequeños de una hilera. Puede trefilarse un gran número de metales y

aleaciones: acero, cobre, aluminio, latón, metales preciosos, wolframio,molibdeno (para los filamentos de las lámparas), en las secciones más diversas(redondas, cuadradas, etc.)

TREN DE Equipo que se utiliza para la fabricación de diversos productos medianteLAMINACION sucesivos pasos entre dos o más cilindros. Cuando la operación se efectúa a

alta temperatura se llaman Laminadores en Caliente y cuando la operación deefectúa a baja temperatura (temperatura menor a 500 grados C, en el caso delos aceros) se llaman Laminadores en Frío.

GALVANIZADO Proceso de recubrimiento de un material metálico con zinc, para protegerlo dela corrosión.

HIERRO (Fe) Elemento químico cuyo símbolo es Fe y su peso atómico 56, que se obtienemediante la reducción de sus minerales que se utiliza para la fabricación delacero.

HIERRO ESPONJA Es un producto poroso obtenido de la reducción directa de la pella, que por sugrado de metalización es adecuado para emplearse directamente en los procesosde aceración, como sustituto parcial o total de la chatarra.

HOJALATA Es un producto plano de acero laminado en frío, recubierto con estaño.

LAMINACION Proceso de conformación plástica del acero, mediante el cual se reduce lasección transversal del metal al ser pasado a través de dos cilindros.

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Page 87: Aceros Arequipa - El Acero - Lo Que Hay Que Saber

VOCABULARIO BASICOESPAÑOL - PORTUGUES - INGLES - FRANCES

Productosbrutos

Acero líquido

Lingotes

Lingotes planos

Productossemiterminados- tochos

Tochoscuadrados

Tochosrectangulares

- Palanquillas

Palanquillascuadradas

Palanquillasrectangualres

Productossemiterminadosplanos

Planchones

Llantones

Productosprimários

Aço líquido

Lingotes

Lingotes planos

Productossemiacabados- blocos

Blocosquadrados

Blocosrectangulares

- Tarugos

Tarugosquadrados

Tarugosrectangualres

Productossemiacabadosplanos

Placas

--

Crudeproducts

Liquid steel

Ingots

Slabs ingots

Semi-finishedproducts- blooms

Squareblooms

Rectangularblooms

- Billets

Squarebillets

Rectangularbillets

Flatsemi-finishedproducts

Slabs

Sheel bars

Produitsbruts

AcierBrut liquide

Lingots

Lingots plats

Demi-produits

- blooms

Bloomscarrés

BloomRectangulaires

- Billetes

Billetescarrés

Billetsrectangulaires

Demi-produitsaplatis

Brames

Llargets

Español Portugués Inglés Francés

91

Capítulo VII

Page 88: Aceros Arequipa - El Acero - Lo Que Hay Que Saber

Esbozos paraperfiles

Productossemiterminadospara tubos sincostura

Productosterminadoslaminados yproductos finales

Productosterminadoslaminados

Productos largoslaminados encaliente

Perfiles pesados

Perfiles I y Ha) Perfiles

normalesb) Perfiles

delgadosc) Perfiles

reforzados

Perfiles I de alasangostas ymedianas

Perfiles H ycolumnas de alasanchas o muyanchas

Español Portugués Inglés Francés

Esboços paraperfis

Productossemiacabadospara tubos semcostura

Productoslaminados eprodutosacabados

Produtoslaminados

Produtoslaminados aQuente

Perfis pesados

Perfiles I e Ha) Perfis normais

b) Perfis finos

c) Perfisreforcados

Perfis I de abaestreita e media

Perfis H e colunasde abas largas oumuito largas

Blancks forsections

Semi-finishedproducts forseamless tubes

Rolled finishedproducts and endproducts

Rolled finishedproducts

Hot-rolled longproducts

Heavy sections

I and H sectionsa) Parent sections

b) Thin sections

c) Thick sections

I section narrowand mediumFlanges

H section andcolumns or verybroad flanges

Ébauches pourprofilés

Demi-produitspour tubessanssoudure

Produits finislaminés etproduits finals

Produits finislaminés

Produits finislaminés à chaud

Profiles lourds

Poutrelles I et Ha) Profilis mères

b) Profilis mincesou allègès

c) Profilisrenforcès

Poutrelles I àailes ètroites etmoyennes

Poutrelles H etcolonnes à ailesou très larges

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Page 89: Aceros Arequipa - El Acero - Lo Que Hay Que Saber

Pilotes de apoyo

Perfiles U

Perfiles paraarcos de minas

Perfiles pesadosespeciales

Barras perfileslivianos ymedianos

Barras

Barras redondas

Barras cuadradas,hexagonales yoctogonales

Barras planas

Perfileslivianos ymedianos

Perfiles Upequeños

Perfiles L(ángulos)

Perfiles T de alasiguales

Español Portugués Inglés Francés

--

Perfis U

Perfis para arcos

Perfis pesadosespeciais

Perfis medios eleves

Barras

Barras redondas

Barras quadradas,hexagonais yoctogonais

Barras planas

Perfis levesy medios

Perfis Upequeños

Cantoneiras

Perfis T de abasiguais

Bearing piles

U sections(channels)

Sections forcolliery arches

Special heavysections

Medium and lightsections

Bars

Rounds bars

Squares,hexagons andoctogons bars

Flats bars

Mediumand lightsections

Small U sections(small channels)

Angles

T sectionswith equalflanges

Pieux matalliques

Poutrelles U

Profiles poursoutènement demines

Poutrellesspèciales

Profilés moyens etlègers (laminèsmarchands)

Barres

Barres ronds

Barres carrés,hexagones etoctogones

Barres plats

Profilés petitset moyens

Petits profiles U

Cornières

Profilés en T àailes ègales

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Page 90: Aceros Arequipa - El Acero - Lo Que Hay Que Saber

Perfiles bulboPlano

Plancha laminadaen calientea) plancha delgadab) plancha gruesa

Banda laminadaen calientea) bobina lamina-

da en calienteb) fleje laminado

en caliente

Productos planoslaminados en frío

Plancha laminadaen fríoa) plancha delgadab) plancha gruesa

Bobina laminadaen frío

Fleje laminado enfrío

Productos finales

Productos finalescon tratamientode superficie

Planchas y bandascon revestimientometálico

Español Portugués Inglés Francés

-

Plancha laminadaa quentea) plancha finab) plancha grossa

Tira laminada aquentea) tira larga lami- nada a quenteb) tira estreita

laminada aquente

Produtos planoslaminados a frio

Plancha laminadaa frioa) plancha finab) plancha grossa

Tira larga lami-nada a frio

Tira estreitalaminada a frio

Produtos acabados

Produtos planoscom tratamentode superficie

Planchas e tirascom revesti-miento matálico

Bulb flats

Hot-rolled Sheet/platea) sheetb) plate

Hot-rolled stripa) hot-rolled wide

stripb) hot-rolled

narrow strip

Cold-rolled flatproducts

Cold-rolled sheet/platea) sheetb) plate

Cold-rolled widestrip

Cold-rollednarrow strip

End products

Flat product withsurface treatment

Sheet/plate andstrip with metalcoating

Plats à boudin

Tôles à chaud

a) tôles mincesb) tôles fortes

Bande à chauda) large bande à

chaudb) feullard à

chaud

Produits platlaminé à froid

Tôle à froida) tôle minceb) tôle forte

Large bande àfroide

Feuillard à froid

Produits finals

Produits platsavec traitement desurface

Tôles et bandes àrevetements nonorganiques

94

Page 91: Aceros Arequipa - El Acero - Lo Que Hay Que Saber

Planchas y bandasestañadosa) hojalatab) planchas y

bandasestañados

Planchas y bandascromados

Planchas y bandasemplomados

Planchas y bandasgalvanizados

Planchas y bandasaluminizados

Planchas y bandascon recubrimien-tos orgánicos

Planchas y bandascon recubrimien-tos inorgánicosa) planchas y

bandascromatados

b) planchas ybandasfosfatados

Español Portugués Inglés Francés

Planchas e tirasestanhadasa) folhas de

flandresb) planchas e tiras

estanhadas

Planchas e tirascromadas

Planchas e tiraschumbadas

Planchas e tirasgalvanizadas

Planchas e tirasaluminizadas

Planchas e tirascom revestimi-ento orgánico

Planchas e tirascom revestimi-ento inorganico

Tinned sheet/plate and stripa) tinplateb) tin-coated

sheet/ plate and strip

Chromium/chromium oxidecoated sheet/plate and strip

Terne-coatedsheet/ plate andstrip

Zinc-coatedsheet/ plate andstrip

Aluminium/aluminium siliconalloy-coatedsheet/plate andstrip

Sheet/ plate andstrip with organiccoating

Sheet/ plate andstrip withinorganic coatinga) chromated

sheet/ plate and stripb) phosphated

sheet/ plate and strip

Tôles et bandesétaméesa) fer blancb) tôles et bandes

etammées

Tôles et bandesen fer chromé

Fer terne (tôleplombée)

Tôles et bandesrevètues de zinc

Tôles et bandesaluminiées

Tôles et bandes àrevetements nonorganiques

Tôles et bandes àrevetements nonorganiquesa) tôles et bandes

chromatéesb) tôles et bandes

phosphatées

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Page 92: Aceros Arequipa - El Acero - Lo Que Hay Que Saber

Productoscompuestos(plaqueados)

Planchas y bandaspara uso eléctrico

Plancha negra

Productosterminadosforjados largos

Productos pulvo-metalúrgicos

Polvo de acero

Piezas de acerosinterizadas

Piezas fundidas

Productosforjados yestampadosterminados

Productosforjados(estampa abierta)

Productosestampados(estampa cerrada)

Productosbrillantes(«blancos»)

Español Portugués Inglés Francés

Produtoscompostos(plaqueados)

Planchas e tiraspara uso electrico

Plancha preta

Produtos termi-nados forjadoscompridos

Produtos pulvo-metalurgicos

Pó de aço

Peças de açosinterizadas

Peças fundidas

Produtosforgeados eestampadosterminados

Produtosforgeados(estampa aberta)

Produtos estam-pados (estampafechada)

Produtosbrilhantes

Composite products/sheet/ plate and strip(clad)

Electrical sheet/plate and strip

Black plate

Finished forgedlong products

Powder metallurgyproducts

Steel powder

Sintered steelcomponents

Castings

Forged finishedand stampedfinishedprooducts

Porged products(open die)

Drop forging(closed die)

Bright products

Produitscomposités (tôleset bandes paquées)

Tôles et bandesmagnétiques

Fer noir

Produits finisforgés ongs

Produits deametallurgie des poudres

Poudre d´ acier

Pièces de formeen acier fritté

Pièces moulées

Produits finisforges etestampès

Produits forgés(à frappe ibre)

Produitsestampés

Produits bancs

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Page 93: Aceros Arequipa - El Acero - Lo Que Hay Que Saber

Produits étires

Produits ècroutésgaletés

Produits rectifies

Produits formeesà froid

Profils formeesà froid

Palplanchesformées à froid

Toles profilées

Profies soudés

Fis

Tube

Tube sans Soudure

Tube soudé

Profié creus

Barre creuse

Español Portugués Inglés Francés

Productostrefilados

Productostorneados(pelados)

Productosrectificados

Productosconformadosen frío

Perfilesconformadosen frío

Tablestacasconformadasen frío

Planchasperfiladas

Perfilessoldados

Alambre

Tubo

Tubo sin costura

Tubo soldado

Perfil hueco

Barra hueca

Produtostrefilados

Produtostorneados(descascados)

Produtosretificados

Produtosconformadosa frios

Perfisconformadosa frio

Estacasconformadasa frio

Planchasperfiladas

Pefis soldados

Arame

Tubo

Tubo sem costura

Tubo soldado

Perfil ôco

Barra ôca

Drawn products

Turned peeled(or products)

Groundproducts

Cold-formedproducts

Cold-formedsections

Cold-formedsheet piling

Profiled sheet

Welded sections

Wire

Tube

Seamless tube

Welded tube

Hollow section

Hollow bar

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Page 94: Aceros Arequipa - El Acero - Lo Que Hay Que Saber
Page 95: Aceros Arequipa - El Acero - Lo Que Hay Que Saber

LAS MATERIAS PRIMASEN LA INDUSTRIA SIDERURGICA

La fabricación del acero requiere básicamente de dos elementos: mineral de hie-rro y energía y en la vía horno eléctrico, se usa la chatarra de acero en vez delmineral de hierro.

Al desarrollarse los procesos de reducción directa del mineral de hierro, se co-mienza a introducir en las acerías eléctricas el hierro esponja, reemplazándose ala chatarra en diversas proporciones y que puede llegar al 100%.

La dificultad ha sido siempre la captación de chatarra de acero en el mercadonacional y los esfuerzos en lograr una mayor cantidad se han visto obstaculizadospor las condiciones propias de país en desarrollo.

Hace dos años está operando en Pisco una planta de hierro esponja que utilizacomo reductor carbón, esta planta constituye un paso adelante, pero su capacidades insuficiente para los requerimientos de la planta.

La competitividad internacional obliga a buscar, una reducción de costos y a uti-lizar los recursos que tenemos, que muchas veces pueden no ser lo óptimo, perosomos nosotros los que debemos convertirlo en óptimo, a base de innovación yesfuerzo personal.

La globalización ha originado también que los adelantos tecnológicos se conoz-can de inmediato y que la calidad en la fabricación de un producto tienda a igua-larse en todas las plantas, cumpliendo todas ellas con las normas internacionales.

Con el precio de los productos elaborados está sucediendo lo mismo; ya quedóatrás la ventaja que representaba la mano de obra barata, hoy no representa nada;ahora se requiere un alto nivel educacional del personal y una alta productividad.La globalización también ha traído un derrumbe de las fronteras arancelarias acor-tándose las diferencias en los precios.

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Capítulo VIII

Page 96: Aceros Arequipa - El Acero - Lo Que Hay Que Saber

Los cambios que ocurren en la industria siderúrgica mundial ayudan a compren-der que el aspecto más importante de la empresa y del cual debemos estar imbui-dos, es tener una clara visión de futuro; una visión de lo que la empresa aspiraser y no de lo que tiene que hacer.

Debemos aprender a convivir con los recursos naturales que nos ofrece lazona y estar conscientemente convencidos que el sacarles el más alto rendimientodependerá única y exclusivamente de nosotros mismos. Esta es una tarea de nosólo los que están involucrados directamente en encontrar la solución, ella requie-re del apoyo y del estímulo de todos.

Los tropiezos que se pueden encontrar en el camino serán muchos, pero depende-rá de nuestra convicción, de nuestra creatividad y de una férrea voluntad de todosy cada uno el lograr el éxito, sabiendo que de él depende nuestra supervivencia.

En el fondo el problema es netamente humano, si queremos que un productosea de óptima calidad y bajo costo, lo será, si todos estamos motivados paralograrlo; pero esta motivación nos debe despojar de toda crítica destructiva, en-tendiendo la importancia que tiene el alcanzar el éxito y el contribuir a ello.

Debemos estar convencidos de la apremiante necesidad de ser competitivos y quesolo lo lograremos si le damos valor a los recursos naturales de nuestro entorno yeso debe motivarnos a realizar un esfuerzo conjunto, volcando nuestros conoci-mientos y nuestra dedicación, convencidos de tener una clara visión de futuro yque finalmente todos por igual contribuimos y somos partícipes del éxito.

Adicionalmente a la materia prima principal, que en el caso del horno eléctricopuede ser la chatarra de acero o el hierro esponja (que se describe en el CapítuloIX) hay otras materias primas que se utilizan en el proceso de fabricación delacero para la formación de la escoria.

En todo proceso pirometalúrgico juegan un papel muy importante los materialesque se utilizan para formar la escoria que permitirá eliminar aquellos elementosquímicos que perjudican la calidad del producto que se quiere obtener.

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Page 97: Aceros Arequipa - El Acero - Lo Que Hay Que Saber

Estos materiales se pueden clasificar de acuerdo a la función que desarrollan en elproceso; así tenemos:

a) Materiales ácidosEl más importante la cuarcita que es químicamente sílice amorfa dealta ley. También se utiliza balasto que es un compuesto de sílice yalúmina.

b) Materiales básicosLa caliza que es un carbonato de calcio.La dolomita que es un carbonato de calcio y magnesio y que ademásprotege los refractarios básicos al ser un compuesto químico equili-brado por la presencia de MgO.

c) Materiales reductoresEl carbón que se presenta en la forma de antracita, carbón semi-bitu-minoso, carbón vegetal y que se utiliza para desoxidar el baño líquidoal reducir el potencial de oxígeno tanto en la escoria como en el metallíquido.

d) Materiales oxidantesLos óxidos de hierro en todas sus formas como mineral, pellets, esca-mas de laminación, etc. y que se utilizan para oxidar el baño líquido endeterminados procesos como la desfosforación.

Otro aspecto importante en la fabricación del acero lo constituye el papel quedesempeñan las ferroaleaciones las que son aleaciones de fierro que contienen unacantidad suficiente de uno o más de otros elementos y que se utilizan como agen-tes para introducir estos elementos en un metal fundido usualmente el acero.

El menor punto de fusión que tienen las ferroaleaciones con respecto a los meta-les o elementos puros permite que se disuelvan más fácilmente en el acero.

En general, las ferroaleaciones se fabrican en hornos eléctricos de reducción, lue-go son chancados a las granulometrías establecidas para su uso.

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Page 98: Aceros Arequipa - El Acero - Lo Que Hay Que Saber

El siguiente cuadro indica las ferroaleaciones comunmente usadas, el contenidodel elemento en la ferroaleación y la temperatura de fusión del elemento aleante.

% del elemento aleante Temperatura de fusióndel aleante

Ferrosilicio standard Si = 76% Si = 1 410°CFerromanganeso standard Mn = 77% Mn = 1 245°CFerrosilicomanganeso Si = 17% Mn = 66,5 Mn = 1 245°CFerrovanadio V = 80% V = 1 900°CFerroniobio Nb = 65% Nb = 2 468°CFerrocromo Cr = 67% Cr = 1 875°CFerromolibdeno Mo = 60% Mo = 2 610°CFerrotitanio Ti = 70% Ti = 1 668°C

Las ferroaleaciones son adicionadas a la cuchara de acero durante el sangrado delhorno eléctrico. También son adicionadas al horno cuchara durante la refinacióndel acero.

Otra forma de adicionar las ferroaleaciones más eficientemente a la cuchara es pormedio de tubos rellenos con ferroaleación en polvo.

Las ferroaleaciones más comunes adicionadas a la cuchara por medio de tubos,son: CaSi y FeCa.

Del total del elemento aleante adicionado por medio de las ferroaleaciones, unaparte se introduce al acero, otra parte mínima se queda atrapada en la escoria. Elporcentaje del elemento aleante que se integra al acero, respecto al total del ele-mento adicionado por medio de las ferroaleaciones se le denomina rendimiento:

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Page 99: Aceros Arequipa - El Acero - Lo Que Hay Que Saber

Cantidad del aleante adicionado——————————————— x 100 = RendimientoCantidad total del aleante adicionado

Al iniciar este capítulo se indicó la importancia de la energía en la fabricación delacero, para el caso del horno eléctrico la energía utilizada es la energía eléctricala cual se conecta a los eslectrodos de grafito, los que originan el arco eléctricopara la fusión de la carga metálica dentro del horno. En este tipo de hornos es degran importancia el costo de la energía eléctrica y su seguridad de abastecimientosin interrupciones.

En el caso de las plantas siderúrgicas que utilizan la vía Alto Horno, la energíanecesaria está constituida por el Coque y por no existir en el Perú carbonescoquificables, el coque se importa de terceros países.

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Page 100: Aceros Arequipa - El Acero - Lo Que Hay Que Saber
Page 101: Aceros Arequipa - El Acero - Lo Que Hay Que Saber

LA REDUCCION DIRECTA DEL MINERAL DE HIERRO

La reducción del mineral de hierro se ha llevado a cabo desde la antigüedadhabiendo existido diversos procedimientos que sin llegar a la fusión del hierro,lograban la reducción del mineral eliminándose el oxígeno del óxido de hierro(hematita)

Desde 1920 se ha utilizado alrededor de 100 procesos de reducción directa, perola mayoría de ellos no han pasado de la etapa experimental.

Los procesos de reducción directa se pueden clasificar en dos grupos:

1. Los que usan como reductor gas natural reformado2. Los que usan como reductor el carbón

En ambos procesos la carga es una hematita que puede estar en forma de pellets oen trozos.

El término “reducción” significa la remoción del oxígeno del óxido de hierro(Feo) donde el reductor (gas o carbón) es el agente que elimina el oxígeno. Losagentes reductores normalmente usados son el carbono (C), monóxido de carbono(CO) y el hidrógeno (H2).

El producto obtenido de la reducción directa, “hierro esponja”, es un materialsólido, generalmente de la misma forma del material de carga, que contiene hierrometálico (Fe) óxido de hierro (FeO) carburo de hierro (Fe3C) y ganga.

Los términos asociados con la medición de la efectividad de la reacción dereducción se definen de diversas maneras y el más utilizado es el “porcentaje demetalización” que viene a ser el porcentaje de fierro metálico dividido entre elporcentaje de fierro total. Este término también se define como grado demetalización o simplemente metalización y significa el porcentaje de hierropresente en el material de carga que ha sido convertido a hierro metálico. Lametalización no es lo mismo que el porcentaje de hierro metálico.

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Capítulo IX

Page 102: Aceros Arequipa - El Acero - Lo Que Hay Que Saber

Usualmente en los procesos de reducción se obtiene una metalización del 92%.

Evolución de los procesos de reducción directa.- La evolución de los procesos dereducción directa se ha basado principalmente en la utilización del gas natural odel carbón, como reductor; sin embargo más del 90% de las plantas de reduccióndirecta que operan en el mundo a nivel industrial utilizan el gas como reductor.

Dentro de los procesos que utilizan el gas como reductor, tres de ellos son los másresaltantes y que se diferencian por el tipo de horno que utilizan; estos son:

a) Horno de retortab) Horno de lecho fluidizadoc) Horno de cuba

a) El Horno de retorta.- El horno de retorta fue utilizado por la empresamexicana HyL en sus procesos HyL I y HyL II, este tipo de horno requeríapara la reducción un juego de 4 reactores de los cuales 3 están en operación yel cuarto realiza operaciones de carga y descarga. El proceso se efectúa enciclos y los tres reactores que están en operación actuán en serie. La reducciónde la carga se efectúa en dos etapas: reducción inicial y reduccion final, luegose realiza el enfriamiento y la carburación. Los reactores están diseñados paraoperar en el orden que uno desee, dándole flexibilidad al sistema.

El flujo del gas reductor es en contracorriente y la reducción del mineral seefectúa de acuerdo a las ecuaciones:

FeO3 + 3 CO ——— 2 Fe + 3 CO2 FeO3 + 3H2 ——— 2 Fe + 3 H2O

El producto obtenido tiene una metalización de 85 – 90% y un contenido decarbono de 2 a 2,5%.

b) Horno de lecho fluidizado.- En el horno de lecho fluidizado se utilizan finosde mineral de hierro (-malla 4 + malla 325), los cuales pasan a través decuatro reactores de lecho fluidizado que están ubicados en serie.

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Page 103: Aceros Arequipa - El Acero - Lo Que Hay Que Saber

El reactor N° 1 calienta el mineral y en los reactores 2, 3 y 4 se lleva a cabo lareducción. El gas reductor pasa en contracorriente a través de los sólidos,comenzando por el reactor N° 4, luego el reactor N° 3 y finalmente el N° 2.

Las ventajas que presenta este sistema son:

- El bajo costo en el uso de mineral de hierro (finos)- Economía de escala en plantas que están sobre el millón de toneladas

por años.- Buena calidad de las briquetas obtenidas- Posibilidades de poder usar petróleo, carbón, gas o gas de coquería.

Las desventajas son:

- El cuidado en el tamaño de los finos (max 20% - malla 325) lo cualatenta contra la economía del proceso.

- El costo del capital es alto y no es competitivo con otros procesoscon producciones de menos de un millón de toneladas.

- El costo de mantenimiento y mano de obra es alto- El consumo de combustible es alto- La utilización de los finos de mineral debido a sus límites críticos

origina pérdidas.- Este proceso es muy sensible a la calidad de los finos de mineral

de hierro.

c) Horno de cuba.- Los hornos de cuba son en la actualidad los más utilizadosa nivel industrial en la reducción directa del mineral y las plantas que usaneste sistema alcanzan una producción total del orden de los 10 millones detoneladas anuales y que representa 2/3 de la producción total del mundo. Losprocesos que han tenido mayor éxito y por ende más conocidos son elMIDREX y el HyL. En el cuadro que se anexa se puede observar el enormeporcentaje de la producción total en el mundo, que representan estos dosprocesos.

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Es interesante observar que el 93% de la producción de hierro reducido en elmundo corresponde a los que utilizan gas como reductor.

Es también importante señalar la ventaja que representa en la actualidad elbriqueteado en caliente del producto obtenido en la reducción directa por locual deja de tener sentido el término hierro esponja ya que en las briquetas nose observa la porosidad en el producto como era en el “hierro esponja”. Lomás interesante en el briqueteado en caliente es que evita la reoxidación delproducto haciendo fácil su transporte y manipuleo, esto ha originado un menorcosto en el flete y seguro marítimo.

Por ser los procesos MIDREX y HyL los más conspicuos dentro de la reduccióndirecta, más adelante haremos una descripción de ellos.

Un proceso que comenzó a desarrollarse, para lograr la reducción del mineralha sido la utilización de sopletes de plasma para suministrar energía en lasolera del reactor. Como se sabe la obtención del plasma se fundamenta en lafusión del átomo con gran elevación de temperatura (contrario a la fisión quees la separación del átomo)

La utilización del plasma como gas reductor en la reducción directa ha sidoexperimentada sin haberse logrado el éxito deseado; tan es así que la plantainstalada en Suecia con una capacidad de 70 000 MT/año trabajóintermitentemente entre 1981 y 1985 pero nunca logro producir más de 5 000TM/año. Otra planta a plasma fue constituida en Sud Africa con una capacidadde 250 000 TM/año trabajando en los años 1985 – 1986 teniendo diversosproblemas que motivaron su paralización y como consecuencia su produccióntotal alcanzó solo a 1 000 TM/año.

Proceso de reducción directa basado en el carbón.- En el proceso de reduccióndirecta usando carbón como reductor generalmente se utiliza horno rotatorio. Estehorno consta de un cilindro horizontal que gira a muy baja velocidad. En el interiorestá cubierto con refractarios y su diámetro varía entre 3,60 mt a 6 mt teniendouna longitud que también varía entre 50 y 125 mt. Este horno se alimenta con elmineral de hierro o pellets y el carbón como reductor; en algunos casos utiliza

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también un agente desulfurante como caliza. La carga dentro del horno se mueve encontracorriente con respecto al gas (gasificación del carbón) que fluye sobre ella. Seintroduce aire para quemar el monóxido de carbono que emerge del lecho del horno yprovee de esta manera calor para el proceso. En la primera sección longitidinal delhorno se realiza el precalentamiento de la carga hasta la temperatura de operaciónliberándose la mayor parte de los volátiles del carbón llevándose a cabo una parte dela reducción. En el resto de la longitud del horno culmina la reducción del mineral,obteniéndose así la metalización necesaria. La longitud de cada zona está determinadapor la reactividad de la carga.

El proceso de reducción directa a carbón en horno rotatorio que en aparienciaparece sencillo, involucra una serie de elementos complejos en su operación querequieren de una visión integral de ellos y un análisis detallado de cada uno de susaspectos; siendo los de mayor importancia el mezclado de las partículas, latransferencia de calor y la cinética de las reacciones de reducción y gasificaciónque suceden simultáneamente.

Procesos de reducción directa en el mundo que han demostrado su eficienciaa nivel industrial.- La producción mundial en R. D. usando gas como reductor,representa el 93% de la producción mundial y los procesos a carbón que operan anivel industrial en el mundo solo representan el 7%.

Por lo expresado haremos una breve descripción de los procesos MIDREX y HyLIII los cuales aunque existen diferencias guardan cierta similitud.

En primer lugar es necesario enfatizar que ambos procesos utilizan gas que tantoen el proceso MIDREX (USA) como en el HyL III (México) hay dos partes biendefinidas:

- El sistema reformador del gas natural.- El sistema reductor del mineral de hierro o pellets por medio del gas

reformado para convertirlo en hierro directamente reducido con unametalización del orden de 92%.

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El sistema reformador del gas natural difiere entre el MIDREX y el HyL III. ElMIDREX realiza el reformado del gas natural utilizando el gas de tope del sistemareductor (sistema donde se realiza la reducción del mineral de hierro), este gas detope que contiene anhidrido carbónico y agua, fluye hacia el catalizador que estáen el reformador y en este se producen las siguientes reacciones químicas:

CH4 + CO2 ——— 2CO + 2H2METANO ANHIDRIDO MONOXIDO HIDROGENO

CARBONICO DE CARBONO

CH4 + HO2 ——— CO + 3H2METANO AGUA MONOXIDO HIDROGENO

(VAPOR) DE CARBONO

En el proceso MIDREX el excedente del gas de tope del reductor sirve comocombustible para los quemadores del reformador y a su vez el gas de escape delreformador se utiliza para calentar el aire de combustión para los mismosquemadores del reformador y adicionalmente para calentar el gas de proceso antesde ser reformado.

En el caso del sistema HyL III el reformador realiza la reformación catalítica, en basea Níquel, al mezclarse el gas natural con vapor antes de entrar al reformador.Evidentemente los requerimientos de vapor son mayores, pero este vapor se utilizaluego en la generación eléctrica a fin de lograr un bajo consumo energético por toneladade mineral de hierro reducido.

Las reacciones químicas en el proceso de reformación del gas natural son en elHyL III:

CH4 + H2O ——— CO + 3H2METANO AGUA MONOXIDO HIDROGENO(GAS) (VAPOR) DE CARBONO

CO + H2O ——— CO2 + H2MONOXIDO AGUA ANHIDRIDO HIDROGENOCARBONO (VAPOR) CARBONICO

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En cuanto al proceso de reducción tanto en el proceso MIDREX como en el HyLIII consiste en ambos casos en el proceso de remoción del oxígeno del mineral. Elreactor utilizado en el MIDREX como en el HyL III es un horno de cuba en que elmineral de hierro o los pellets de mineral de hierro descienden por gravedad y a suvez el gas reformado asciende en contra corriente originando la reducción delmineral.

La temperatura del gas reductor es del orden de los 900°C.

Tanto en el proceso MIDREX como HyL III la metalización que se logra es delroden del 92% y lo más interesante de estos procesos es que tienen un consumocalorífico de sólo 2.5 Gcal/TM y que difiere completamente de los sistemas dehorno rotatorio a carbón y que son del orden de 5 Gcal/TM. Las reacciones queocurren durante la metalización en el horno de cuba durante el proceso son:

Fe2O3 + 3H2 ——— 2Fe + 3H2OOXIDO HIDROGENO FIERRO AGUAFERRICO METALICO(HEMATITA)

Fe2O3 + 3CO ——— 2Fe + 3CO2OXIDO MONOXIDO FIERRO ANDHIDRIDOFERRICO CARBONO METALICO CARBONICO(HEMATITA)

Una vez concluida la reducción el producto obtenido es el hierro esponja el cualpresenta ciertos riesgos de ignición espontánea y es pirofórico esto oirigna unriesgo en su almacenaje o en el transporte marítimo. Lo expresado ha sidominimizado instalando a la salida del reactor una briqueteadora en caliente delhierro esponja. La fabricación en briquetas le quita sentido a la denominación dehierro esponja y ha hecho desparecer los peligros que existían antes en su manipuleoy transporte.

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Planta de reducción directa a gas HYL IV

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Es necesario indicar que HyL ha efectuado una importante innovación en su modeloHyL IV, al eliminar el reformador, logrando una auto reformación del gas natural,eliminado así todo el proceso que existía en los modelos anteriores.

La utilización del carbón en la reducción directa en el Perú.- Como se haindicado antes, el proceso de reducción directa en horno rotatorio utilizando carbónaparentemente parece ser sencillo pero sin embargo en su operación requiere unanálisis detallado de cada uno de los parámetros que intervienen. Dentro de estosparámetros y desde el punto de vista térmico requiere sumo cuidado lo siguiente:

- La reactividad del carbón ejerce una gran influencia en la rápídez de gasificacióny lógicamente depende del origen geológico del carbón. Los carbones másreactivos permiten temperaturas de operación más bajas y la reacción deBOUDUUARD es de gran importancia para la cinética del proceso dereducción; por lo tanto no basta tener carbones en el país sino tener los adecuadopara el proceso de reducción, ya que por ejemplo los cambios en lascaracterísticas, por cambio de abastecedor afectan estos parámetros.

- La temperatura de reblandecimiento de las cenizas de carbón tienen un efectoimportante en la formación de “acresiones” y como se sabe las “acresiones”son aglomerados sólidos que se adhieren a la pared refractaria del horno. La“acresión” se forma inicialmente por la sinterización de las partículas finas dela carga contra la superfice del refractario y luego continua con la sinterizaciónde las partículas mismas. Las acresiones originan la disminución de la capacidaddel horno llegando a ser necesario parar el horno remover estas acresiones.

- Otro parámetro que hay que tener en cuenta es la reducibilidad del óxido dehierro (FeO) que depende de las características mineralógicas de la materiaprima utilizada.

- El control que se puede ejercer sobre los parámetros arriba mencionados escomplejo y limitado. El mezclado de la carga en el horno rotatorio debeoptimizarse para lograr una buena operación, por lo que, las densidades ydimensiones de las partículas del mineral y del reductor son de importanciacrítica.

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- También se ha reconocido que el horno rotatorio no es muy eficienteenergéticamente por lo que se han ideado diversos sistemas para mejorarlo.

Otro aspecto no menos importante que hay que tener en cuenta en el diseño de unaplanta de reducción directa a carbón, es la gran contaminación que genera y conlas actuales leyes existentes sobre protección ambiental obligarían a la instalaciónadicional de sistemas anticontaminantes que pueden duplicar la inversión inicial.

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MEDIO AMBIENTE

La protección del medio ambiente es una de las temáticas que ha irrumpido congran fuerza en este proceso de economía moderna en el cual hoy estamos viviendoy, sobre todo, ha concientizado a la gente. Esto se comprueba a través de lasacciones emprendidas por las empresas siderúrgicas en general.

Afortunadamente, las empresas siderúrgicas han tomado en el campo de la ecologíauna actitud muy proactiva. Se han movido en la vanguardia de la actividad industrial,en el sentido de generar procesos productivos que sean crecientemente amigablesen relación al medio ambiente y que a la par sostengan el equilibrio económico delas empresas.

El acero en ese sentido nos da una gran ayuda, pues posee ventajas notables frentea otros materiales ya que por sus características lo hace fácilmente reciclable. Estoes fácil de comprobar en el mundo y en nuestro país la reciclabilidad del acero estáen constante aumento.

Muchas empresas siderúrgicas han tomado como guía los principios que en sumomento anunció la Organización Mundial de Comercio (OMC) y tienen, además,sistemas de gerenciamiento del tema ambiental que buscan satisfacer normativasinternacionales, tales como las normas ISO de la serie 14000.

El concepto de desarrollo sostenible implica que el crecimiento eocnómico nodebe afectar a las generaciones futuras, lo que lleva implícita la conservación delos recursos naturales, la producción limpia y la relación con el ambiente.

En el caso del acero es interesante examinar la evolución de las estrategias que haseguido la industria en los últimos 40 años. En los años sesenta se crearondepartamentos especializados en esta materia para dar respaldo y asesorar a laadministración; en la década de los ochenta se pensó que cuestiones como laprotección ambiental y la seguridad operacional no deberían dejarse en manos deespecialistas de staff, sino bajo la directa responsabilidad de la línea gerencial.Sin embargo, la verdadera revolución llegó con los años noventa, reconociendo la

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Capítulo X

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relación entre la operación de la planta y el impacto del uso de los productos deacero en el ambiente, es decir, el enfoque había pasado de lo puramente interno alexterior. Así se reconocía que la responsabilidad por el ambiente se extendería nosólo a la propia producción, sino también a la respuesta de los productossiderúrgicos en sus aplicaciones; en el uso del acero es necesario que el diseño delos productos que lo contienen considere ya la forma económica de su reciclado.

En Junio de 1992 tuvo lugar la Cumbre de la Tierra donde se aprobó la Agenda 21que condensa diversas propuestas con relación al ambiente, entre las que hay variasque interesan a la siderurgia:

- protección de la atmósfera;- administración de la sustentabilidad de la tierra;- conservación de la diversidad biológica;- protección y manejo de los océanos y del agua;- uso seguro de elementos tóxicos;- manejo de residuos peligrosos;- manejo de residuos sólidos y aguas negras;- manejo de residuos radiactivos.

Interesa examinar con más detalle las etapas del proceso de producción de acero ysu responsabilidad en la emisión de contaminantes y en el cumplimiento de laAgenda 21.

Así, en el manejo de materias primas las agresiones ambientales residen en el polvoque se levanta en la descarga de estos materiales y más tarde en los acopios, lo quese trata con una adecuada localización y con el riego de los mismos. En el caso deplantas latinoamericanas (Argentina y Brasil), se han instalado sistemas de rociadode agua en los depósitos de carbón y correas transportadoras cubiertas, lo que haeliminado las emanaciones visibles. En las instalaciones de sinterización lasemisiones de gases de combustion (CO, CO2, SOx, NOx) y materiales particulados,son tratados con precipitadores electrostáticos que reducen drásticamente el polvo,mientras que los gases son controlados en el proceso productivo, seleccionando lamateria prima. Las emisiones de dioxinas constituyen un tema de principal atenciónentre los impactos ambientales de las plantas de sinter y se están desarrollando

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nuevos métodos de tratamiento de los gases emitidos para contrarrestar el nocivoefecto de las dioxinas. En las plantas peletizadoras las emisiones más significativasson las partículas y las gaseosas. El agua que se usa es reciclada y tratada pararetener los sólidos, aceite y eventualmente metales.

En la etapa de reducción por Alto Horno los principales efluentes son partículasde óxido de hierro que se desprenden en la colada y H2S y SO2 en el tratamientode la escoria y que producen mal olor. Para su limpieza se usan filtros con gasinerte. La escoria producida se trata de varias maneras (enfriamiento por aire oagua, granulado, etc.) y comúnmente se vende a plantas de cemento o para laconstrucción de caminos. Cuando se realiza el “revamping” o reparaciones alos AH es también una buena ocasión para la instalación de extractores de polvoen la colada.

En el caso de las acerías al oxígeno las emisiones de gas y polvo ocurren duranteel soplado y contienen especialmente monóxido de carbono y algo de dióxido; loshidrocarburos que se agregan y la humedad natural de la carga genera ademásalguna cantidad de hidrógeno; la cantidad de polvo depende estrechamente delsistema de soplado y contiene chatarra, escoria y cal. En esta etapa de la producciónla cantidad de emisiones responderá a la efectividad de la planta depuradora degas y de la recolección de gases. Puede usarse gas inerte para reducir hasta lamitad la emisión de humos de óxido de hierro durante la carga y transferencia demetal caliente.

En el proceso del horno eléctrico de arco se acostumbra a una extracción primariapara recoger los humos generados en la fundición y un sistema secundario pararecolectar las fugas durante la carga, fundición y colada. En Brasil se ha hecho uninteresante reciclado del polvo de estos hornos para usarlos como peletsautorreductores.

Durante la laminación en caliente los contaminantes se producen en lacombustión en los hornos de recalentamiento y son generalmente partículasNOx, SOx, CO, los que varían según el tipo de combustible; estas emisionespueden disminuirse controlando el proceso de combustión con la ayuda desistemas computarizados.

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En los procesos finales de laminación en frío, decapado, recocido y revenido lasemisiones son sólidos en suspensión, emulsiones de aceite y aerosoles ácidos.Los efluentes que provienen de la combustión pueden ser controlados regulandoel proceso, seleccionando el combustible y usando hidrógeno en vez de nitrógenoen el recocido, lo que obliga a prolongar el tiempo de calentamiento.

Como se desprende de la relación de los hechos contaminantes en el procesosiderúrgico éstos son tan variados que el enfoque tradicional de solucionar losproblemas no se considera efectivo, pues se atacan individualmente y sólo unavez ya producidos. Algunos llegan a sostener que esta limpieza sólo permitemover los contaminantes de un lugar a otro, lo que además de ser ineficiente escargo.

El reconocimiento de que el acero es parte de un ciclo es una contribución notabledentro de la evolución del pensamiento sobre el cuidado del ambiente. Desdeluego, una parte del ciclo está al interior de la planta siderúrgica, por lo que dentrode ese ámbito la administración es responsable de minimizar los efectosambientales, reconociendo el rol de los operadores. Así surge el tratamientocalificado como “sistema de administración ambiental” que procura usar losrecursos en forma más eficiente. A medida que ha ido perfeccionándose se hauniformizado su aplicación en el desarrollo de la serie ISO 14000. Estas normassirven como standard y como guía. Así la 14001 se refiere al modelo de sistemade administración del ambiente; las 14010 a 14012 a las auditorías ambientales;la 14031 a la evaluación del desempeño ambiental; las 14020, 14021 y 14024 alos distintos tipos de etriquetado ambiental; las 14040 a 14043 al análisis del ciclode vida y la guía ISO 64 a los aspectos ambientales en normas de productos. Cabeseñalar que la única norma certificable es la ISO 14001 y que todas las demásconstiuyen herramientas muy útiles para la gestión ambiental.

Las ventajas de tal sistema derivan de un uso más eficiente de los recursos, elcumplimiento con la legislación respectiva y una imagen más favorable de laempresa. El sistema debería comenzar con una definición de la política de laempresa siderúrgica respecto al ambiente, para lo cual existe una guía de principiosestablecidos por la Organización Mundial de Comercio (OMC) y el InstitutoInternacional del Hierro y el Acero (IISI). Los objetivos de esas políticas son en

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general minimizar los residuos, la conservación de la energía y la prevención de lacontaminación. A menudo se enuncian indicadores tales como rendimiento delas materias primas, consumo energético por unidad producida, metas decontaminantes emitidos, etc.

Dentro de un sistema de administración ambiental hay varias herramientas quepueden usarse, algunas de las cuales están en proceso de evolución puesto que suaplicación no tiene mucho recorrido. Una de ella es la evaluación del impactoambiental que se aplica en los casos de nuevos desarrollos, de ampliación de lasinstalaciones y que a menudo es un requisito fundamental exigido por lasautoridades. Este estudio se realiza en las primeras etapas de estudio de losproyectos y continúa interactuando en las siguientes de diseño, construcción yoperación, ya que la influencia puede ser favorable o negativa hacia la región enque se instala. Esta evaluación debe considerar la legislación existente, identificarlos puntos ambientales sensibles, determinar las agresiones al medio, evaluar lasalternativas posibles de ubicación y de tecnologías y recomendar un programa derecolección de información, monitoreo, revisión y auditoría interna.

Otro instrumento es la evaluación y administración del riesgo ambiental que sebasa en conceptos de seguridad y que trata de identificar las probabilidades yconsecuencias de determinadas operaciones, especialmente accidentes y desarrollarplanes de contingencia. Otra herramienta es la que se ha denominado comoevaluación de la producción más limpia que analiza los flujos de energía ymateriales que entran y salen del proceso, considerando materiales y fuentesenergéticas alternativas.

Análisis del ciclo de vida.- Un tema de gran importancia en la actualidad yhacia el futuro, es el análisis del ciclo de vida (en inglés Life CycleAssessment o LCA) que puede definirse como un instrumento de análisis paraexaminar las consecuencias ambientales de un producto desde la “cuna” hasta la“tumba”. Es decir, que lo que se intenta es evaluar los impactos ambientalesdesde la extracción de las materias primas necesarias para la fabricación delproducto siderúrgico, hasta su disposición final una vez completada su etapa deuso. Esta evaluación comienza con un inventario de los insumos y productos,sus posibles implicancias en el ambiente y la interpretación de los resultados.

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Afortunadamente ya están en estudio tres normas adicionales a la familia de laISO 14040 que permiten el análisis de esas etapas (14047, 14048 y 14049).

Se trata básicamente de un sistema contable para los flujos de materiales y energíabasada en propiedades químicas y físicas y su relación con el ambiente.

La gran importancia de esta técnica es que permite una disciplina de análisis enlos aspectos ambientales en toda la etapa de vida del producto, permitiendo analizarla reducción de costos y la generación de utilidades, así como también ventajascomparativas según métodos de fabricación, uso de fuentes energéticas, etc.

Estas herramientas se aplican a diferentes materiales, uno de los cuales es el acero,habiendo otros que son sus posibles competidores en algunos usos, tales comoplásticos, aluminios, maderas, etc. Es por esta razón que el IISI se ha involucradointensamente en estos estudios, habiendo desarrollado un conjunto de datos einformaciones muy útiles para la siderurgia.

Un comentario que merece especial atención es lo que se refiere al tema de “cambioclimático” y su relación con la producción de acero. En primer término interesadestacar que no hay evidencia científica de la relación existente entre los nivelesde dióxido de carbono y la modificación del clima, por lo que se hace necesariauna mayor profundización de esos estudios. Por este motivo, en este precisomomento no hay justificación alguna para introducir impuestos a estas emisionespor parte de la siderurgia, sin embargo, cabe destacar que en los últimos años lasiderugia internacional viene realizando importantes esfuerzos en la reducción desu consumo específico de energía, lo cual está íntimamente ligado con la reducciónde la emisión de Gases de Efecto Invernadero, principales causantes del cambioclimático. Esto, agregado a razones de elemental prudencia, aconseja programasvoluntarios de reducción del CO2, como los que se vienen implementando en lossectores siderúrgicos de muchos países.

Como se desprende, la investigación en este campo avanza tan rápidamente comola preocupación de la sociedad, por lo que es necesario estar alertas y adelantarsea los problemas ambientales que rodean cualquier actividad industrial yespecialmente la del acero.

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Aspecto legal.- El desarrollo legislativo ambiental en el Perú es tema reciente enla medida que el Código del Medio Ambiente y los Recursos Naturales fue expedidoel 7 de Setiembre de 1990.

Dicho cuerpo normativo ha sido el primer intento en el Perú por sistematizar eltratamiento de la legislación ambiental de manera orgánica, estableciendo un marcodentro del que deben desarrollarse las regulaciones específicas de cada sector.

Es a partir del Código que se han definido conceptos tales como Estudio de ImpactoAmbiental, Desarrollo Sostenible, Política Ambiental, Patrimonio Natural de laNación, etc.

El concepto de autoridad competente, presente en el Código pero no definido enél, fue establecido a raíz de la promulgación del D. Leg. 757, Ley Marco para elCrecimiento de la Inversión Privada. Dicha norma estableció que la autoridadcompetente en materia de aplicación de las disposiciones contenidas en el Códigoson los ministerios de los diversos sectores en que se desarrolla la actividad de losagentes económicos.

Este principio ha sido defendido con particular énfasis por las empresas que se havisto sometidas, en más de una oportunidad, a casos de doble imposición de multascon motivo de comisión de infracciones a la normatividad ambiental.

La necesidad de establecer los límites máximos permisibles por cada autoridadresulta evidente del hecho de que de otra forma resultaría imposible determinarefectivamente lo que constituye actividad contaminante. En efecto, no existeactividad humana que de una forma u otra no implique una modificación delentorno en que se desenvuelve. Considerar contaminación a toda esta actividadimplicaría en la práctica la imposibilidad de ejercer cualquier actividad económica,pues, de hecho, ésta supone la existencia de alguna clase de desperdicio del quetiene que disponerse de una u otra forma.

El establecimiento de límites máximos permisibles o –como ocurre en el sectormanufacturero- patrones ambientales con alcance más amplio que los primeros esun requisito básico para que la actividad económica se realice de manera sostenible,

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manteniendo un equilibrio entre el aprovechamiento efectivo de los recursos y laconservación de éstos de modo que puedan ser utilizados por las futurasgeneraciones.

En forma posterior a la definición del concepto de autoridad competente, se creómediante Ley N° 26410 el Consejo Nacional del Ambiente (CONAM) a cargo dela Presidencia del Consejo de Ministros y que, entre otras, tiene la finalidad develar por la consistencia de la regulación ambiental de cada sector, así como resolverlos conflictos de competencia que pudieran plantearse entre las diversas entidadesdel sector público.

De esta función de uniformizar y estandarizar la legislación de orden ambiental esque se expidió la Ley de Evaluación de Impacto Ambiental para Obras y Actividades,Ley N° 26786, mediante la que igualmente se modificó el Artículo 51° del DecretoLegislativo 757, en el sentido que la autoridad ambiental competente debecomunicar a CONAM la relación de obras y actividades que, por su riesgoambiental, deben presentar estudios de impacto ambiental previos a su ejecución.La norma estableció, asimismo, que debían proponerse al CONAM los requisitospara la elaboración de dichos estudios, así como el trámite par su aprobación y lasdemás normas referidas al impacto ambiental. Todas estas propuestas deben seraprobadas por el Consejo de Ministros mediante decreto supremo.

Finalmente, el Ministerio de Industria, Turismo, Integración y NegociacionesComerciales Internacionales expidió el Decreto Supremo N° 019-97lITINCI,mediante el que se ha establecido un esquema similar al previsto por el sectorenergía y minas para los subsectores a su cargo. Así, se tiene que las empresas yaen operación deberán presentar un PAMA, mientras que las que iniciaránoperaciones deben presentar un EIA. En el caso de aquellas actividades con unimpacto ambiental marginal se prevé la presentación de una Declaración de ImpactoAmbiental (DIA). El EIA es exigible, de acuerdo con la norma, para los proyectosque pudieran ocasionar los niveles de riesgo ambiental previstos en el Artículo14° de la misma, niveles que deberán ser definidos y precisados mediante lasguías previstas en la primera disposición complementaria de la norma.

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La aplicación de este dispositivo reviste la dificultad de estar referida a un sectorcuyos múltiples subsectores difieren grandemente entre ellos. Es por esta razónque existe la intención de iniciar su ejecución de manera progresiva, comenzandopor cuatro subsectores que ya han sido indentificados.

La atención puesta sobre el tema ambiental, no es una tendencia aislada, por elcontrario, obedece a lo que ha venido a denominarse una megatendencia por laque los que los países buscan lograr un desarrollo sostenible y un mejor manejo delos recursos naturales.

La reunión sostenida en Kyoto, Japón, por delegados de 167 países en la denominadaTercera Conferencia, sobre el Cambio Climático, tuvo como finalidad obtener, porparte de los países participantes, un real compromiso de disminución de las emisionesde gases con efecto invernadero.

En consecuencia, podemos apreciar cómo el mundo entero se orienta a adoptaracuerdos destinados a lograr la preservación ambiental. Problemas como elcalentamiento de la Tierra, la lluvia ácida y la destrucción de la capa de ozono hanoriginado una búsqueda, por parte de los Estados, de soluciones que armonicen eldesarrollo y la preservación ambiental.

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