SEPARATA N 1 FSICO QUMICA FABRICACIN DE ACERO LQUIDO EN APOYO DE SIDERURGIA II FECHA. CONTENIDO:1. DEFINICION DE ACERO.2. FSICO - QUMICA EN LA FABRICACIN DE ACERO LQUIDO.3. DESCARBURACION. DESARROLLOTratamientos previos y complementarios de los procesos siderrgicos.

1. DEFINICION DE ACERO.El acero es una aleacin de hierro con pequeas cantidades de otros elementos, es decir, hierro combinado con un 1% aproximadamente de carbono.Productos ferrosos cuyo porcentaje de carbono est comprendido entre 0.05% y 1.7%; el acero calentado (hasta ciertas T) y luego sumergido en agua fra adquiere por templado dureza y elasticidad.Una vez templado, tiene la propiedad de que si se calienta de nuevo y se enfra lentamente, disminuye su dureza y elasticidad. El acero funde entre los 1400 y 1500C, y se puede moldear con ms facilidad que el hierro.Existen aceros especiales que contienen pequesimas proporciones, Cr, Ni, Ti, V o Volframio. Se caracteriza por su gran resistencia, contrariamente a lo qu ocurre con el hierro. (El hierro es resistente con poca deformacin plstica por estar constituida con cristales de Ferrita; Cuando se alea con carbono, se forman estructuras cristalinas diferentes, que permiten un gran Incremento de su resistencia). sta cualidad del acero y la abundancia de hierro colocan en un lugar preeminente, constituyendo el material bsico de los prximos siglos. La proporcin de carbono influye sobre las caractersticas del metal. Se distinguen dos grandes familias de acero: los aceros aleados y los no aleados. Existe una aleacin cuando los elementos qumicos distintos al carbono se adicionan al hierro segn una dosificacin mnima variable para cada uno de ellos.Ejemplo el 0.5% para el silicio, el 0.08% para el molibdeno, el 10.5% para el cromo. De esta manera una aleacin del 17% de cromo ms 8% nquel constituye un acero inoxidable. Y por eso no hay un acero sino mltiples aceros.

EQUIPOS UTILIZADOS EN METALURGIA EXTRACTIVA PARA LA OPERACIN DE CONVERSIN. CONVERTIDOR METALRGICO O SENCILLAMENTE CONVERTIDOR:Convertidor, horno que contiene el bao fundido, tiene formas y dimensiones variables, ms comunes son: Convertidores horizontales y verticales. En ambos casos el equipo tiene forma cilndrica o similar, con una abertura en su parte superior (Boca), y es capaz de realizar un movimiento basculante (Inclinacin o rotacin para cada caso), necesarios para recibir los materiales de alimentacin, y para descargar el metal lquido ya procesado.La conversin puede realizarse por oxidacin selectiva de uno o varios componentes del bao fundido, al introducir gas (Con frecuencia aire o una mezcla enriquecida del mismo) ya sea a travs de una serie de aberturas en su coraza llamadas toberas o por medio de un tubo que se introduce desde su boca hasta el bao fundido, llamado lanza. De esta forma, los elementos indeseables e impurezas son eliminados ya sea por su incorporacin en la escoria o por volatilizacin y/o arrastre en los gases de salida.

PRODUCCIN DEL ACERODentro de la metalurgia ferrosa, se han utilizado varios equipos para la conversin del arrabio, es decir, eliminar carbono e impurezas por oxidacin para producir CO2 y volatilizacin. Uno de los equipos que ha destacado es el convertidor Bessemer (ya en desuso) el cual tena una forma de pera, y las toberas localizadas en el fondo del reactor. Su descendiente, el Horno Bsico de Oxgeno es el equipo que reina por mucho en la metalurgia moderna del acero como el principal equipo de conversin.

RECORRIDO DEL ARRABIO PARA LA OBTENCIN DEL ACEROTransporte del arrabio: Existen recipientes estacionarios o mviles para el alojamiento de arrabio, son recipientes estacionarios intermediarios para el arrabio entre el alto horno y la instalacin de fusin de acero, mezcladores de rodillos o calderos mviles, por ejemplo calderos torpedo, estos recipientes intermediarios sirven por ejemplo para transportar el arrabio, para la consecucin de una composicin homognea del arrabio, para la recogida y conservacin del arrabio en exceso, que no se sigue transformando inmediatamente, as como para mantener caliente el arrabio.

Estos recipientes estn revestidos habitualmente con ladrillo de magnesita, Dolomita o almina elevada, por que las temperaturas de servicio en recipientes habituales de este tipo no sobrepasan los 1400C el desgaste depende principalmente del ataque de las escorias. (La mayora de las veces en ms del 60% en peso) con una proporcin en peso de CaO /SiO2 de aproximadamente 0,6 a 1,4. Y tiene la mayora de las veces un contenido considerable de xidos de metales alcalinos (hasta 15% en peso). Los ladrillos de magnesita sobre todo en mezcladores estacionarios, muestran una buena adecuacin, mientras que los ladrillos de dolomita tienen buenas estabilidades en los calderos de transporte. Los ladrillos de almina elevada son muy sensibles frente a escorias con elevado contenido de CaO y con contenidos de xidos de metales alcalinos, por consiguiente son poco utilizados.El arrabio se vierte en la cuchara torpedo para conducirlo a dos sitios posibles:1. A los hornos de afinado.1. A la zona de lingoteras. Si no interesase transformar el arrabio en acero se llevara aqu para solidificarlo.Existen dos tipos de lingoteras:

El mezclador: El mezclador es un recipiente intermedio y regulador entre el Horno Alto y el convertidor.Tiene forma cilndrica y est sentado sobre unos rodillos para que pueda bascular. Est revestido interiormente con ladrillos refractarios. Su capacidad debe ser suficiente para admitir como mnimo el arrabio producido por el Horno Alto en un da.Se carga mediante cuchara y se descarga basculando. El caldeo se realiza mediante quemadores para compensar la prdida de calor y mantener el arrabio lquido. Se inicia el afino y se homogeniza la carga.

2. FSICO - QUMICA EN LA FABRICACIN DE ACERO LQUIDO.NOTACIONES QUMICAS:En la produccin de acero coexisten tres fases.1. El bao metlico2. La escoria no metlica que flota sobre el bao o se mezcla momentneamente con el bao y es el medio refinante y el receptculo para las impurezas indeseables.3. El gas (atmsfera arriba de la escoria).

En la aceracin, la presencia de un elemento o compuesto en una fase particular, dentro del bao se expresan entre parntesis rectangulares; excepto para la fase gaseosa. Ejemplo:La concentracin de Manganeso en el bao metlico o /Mn/ indica contenido de Mn (anlisis) en el bao de acero. Ocasionalmente se remplaza con un subrayado. Mn.Las concentraciones en la fase escoria se denota entre parntesis. Ejemplo:

Lectura: el FeS disuelto en el acero reacciona con CaO disuelto en la escoria para formar FeO y CaS, ambos disueltos en la escoria.

Las concentraciones en la fase gaseosa no usan parntesis CO. Entonces la reaccin.

(FeO)+ C = CO+ FeNOTA: En la aceracin probablemente todos los compuestos estn completamente disociados, debido a las elevadas Ts, por ejemplo mucho ms Fe2+ y O2- que FeO. Pero, los datos que consideran las constantes y actividades de disociacin de los iones resultantes no se conocen bien. Por tanto, estas notaciones que acabamos de describir sean las ms convenientes.

En las reacciones reversibles se indican con flechas ejemplo: en la reaccin de desulfuracin se escribe ms adecuadamente as.

La reversibilidad de cualquier reaccin qumica est gobernada por 2 leyes qumicas bsicas.1. El efecto inico resultante: la presencia de una gran cantidad de resultante o resultantes, en este caso FeO y CaS, disueltos en la escoria, se opone a la reaccin que procede de izquierda a derecha y finalmente procede su reversin: la reaccin procede de derecha a izquierda.2. El efecto de la temperatura: para una reaccin exotrmica que produzca calor, una temperatura elevada forma una especie de barrera trmica contra una evolucin posterior de calor y un marcado incremento alto de la temperatura mientras la reaccin procede a la derecha, hace que disminuya la velocidad, la detiene y despus la invierte a menos que uno o ms de los resultantes se eliminen del sistema. Esto se relaciona con el efecto del in comn. Si se quita el in resultante la reaccin tiende a progresar despus hacia un menor valor menor de equilibrio. Una reaccin endotrmica que consume calor proceder slo si se suministra el suficiente calor para sostenerla.

Las propiedades fsicas de los aceros y su comportamiento a distintas temperaturas dependen sobre todo de la cantidad de carbono y de su distribucin. Antes del TTT, la mayora de los aceros son una mezcla de 3 sustancias, ferrita, perlita, cementita. La ferrita blanda y dctil es hierro con pequeas cantidades de C. y otros elementos en disolucin.La Cementita es un compuesto de hierro con el 7% C, de gran dureza y quebradiza. La perlita es una mezcla de ferrita y cementita con una composicin especfica y una estructura caracterstica, sus propiedades fsicas son intermedias entre sus dos componentes.

Para la fabricacin del acero la materia prima es el arrabio lquido. El afino hace bajar el contenido del carbono de 3 % 4,5 % a menos de 1,5 y elimina las impurezas de Si, Mn y P.Como ejemplo indicamos una, composicin promedio de un arrabio:Carbono C 3.60 %Silicio Si 2.20 %Manganeso Mn 0.70 % Fsforo P 0.50 %Azufre S 0.12 %El arrabio tiene las caractersticas de resistencia siguientes:Resistencia a traccin 15 + 35 kg./ mm2 Resistencia a compresin 45 % 90 kg./mm2 La obtencin del acero es un proceso de purificacin del arrabio que consiste principalmente en una refinacin (afino) por oxidacin. La oxidacin puede lograrse por el oxgeno del aire o por el agregado de elementos oxidables como el xido de hierro.El carbono se oxida transformndose en CO y CO2 y escapa en forma de gas, el silicio, el manganeso y el fsforo forman xidos que se separan con la escoria. El azufre no toma parte en el afino (ha sido bajado en algunos casos hasta 0.05 % : eliminndolo parte en el horno alto )

PROCESO DE PRODUCCIN Y OBTENCINEl acero se fabrica partiendo de la fundicin o hierro colado; ste es muy impuro, pues contiene excesiva cantidad de carbono, silicio, fsforo y azufre, elementos que perjudican considerablemente la resistencia del acero y reducen el campo de sus aplicaciones. Por estudios sabemos que las impurezas provienen de menas, fundentes y combustibles, para la fabricacin del acero es necesario someterlo a procesos fsico qumicos, aplicando la refinacin para producir el acero en cantidades controlados de impurezas deseadas.Los procesos de refinacin se basan en el principio de que los diferentes elementos se redistribuyen de manera distinta entre distintas fases y que estas fases pueden separarse por medios fsicos.Los procesos se pueden dividir en tres grupos principales 1. METAL - ESCORIA2. METAL METAL3. METAL - GASPueden existir casos combinados.Nota: Algunos procesos de refinacin se realizan para recuperar impurezas que no son perjudiciales sino que tienen un alto valor intrnseco, por ejemplo recuperacin de la Plata en el plomo.Para la fabricacin de acero y la Pirorrefinacin del Cobre y el Plomo, aplicaremos el proceso 1. METAL - ESCORIAEl ms importante en la oxidacin y eliminacin en la escoria de los elementos menos nobles por un proceso que tiene por nombre PIRORREFINACION SOPLO. Otro ejemplo seria la extraccin de gases 3. METAL GAS. Mediante el USO DE VACO.PIRORREFINACION: Se basa en la diferencia en la afinidad por el Oxigeno de los diferentes elementos, tambin depende de las actividades qumicas de los elementos disueltos en la fase metlica y los xidos disueltos en la escoria.

3. DESCARBURACION.Consiste en eliminar el carbono y se produce mediante la combustin de ste con el oxgeno que sale en los gases a la atmsfera en los humos.Las reacciones exotrmicas que se producen provocan la elevacin a altas temperaturas y llegan a alcanzar de 2500 a 3000 C en la zona de impacto del chorro de oxigeno, ste a la vez produce una agitacin violenta por la energa cintica del oxigeno y por la formacin de los gases de CO y CO2 a partir de la oxidacin del carbono.

OBTENCIN DE ACEROS POR CONVERTIDOR.Consiste en la descarburacin de la fundicin que sale del horno alto (arrabio lquido) quemando el carbono con el oxigeno del aire. La operacin se lleva a cabo sin necesidad de emplear combustibles, mediante un aparato llamado convertidor.

CONVERTIDORES DE AIRE (para afino en estado lquido)Convertidor Bessemer:Procedimiento por el que se elimina C e impurezas oxidndolas con el oxgeno del aire. Se llama cido, por que no elimina ni el P ni el S ya que sera necesaria una escoria bsica que atacara al material refractario del convertidor.El convertidor tiene forma de pera con apertura superior, un dimetro medio de 1,5 m y una altura aproximada de 30 m. Interiormente tiene una capa de material refractario de 70 a 30 cm de espesor. Est soportado por unos muones laterales que le permiten bascular para la carga y la descarga y en el fondo tiene unas toberas para insuflar el aire.Proceso: Para la carga se coloca el convertidor en posicin horizontal. Una vez colocado de nuevo en posicin vertical, comienza el soplado. El Si y el Mn se oxidan con una reaccin exotrmica una vez oxidado el Si, se comienza a oxidar el C, ya que necesita una mayor temperatura, pudindose llegar a eliminar totalmente.

El convertidor es un gran recipiente acorazado exteriormente con acero (chapa de 20 a 25 mm) y revestido interiormente con ladrillos refractarios (40 a 50 cm). El fondo est constituido por una gruesa placa refractaria con 100 a 200 agujeros o toberas de 10 mm de dimetro: por debajo de esta placa se encuentra la caja de viento unida a una tubera que pasa por uno de los muones huecos y por la que llega aire a presin (1,5 % 2,5 kg/cm2).El convertidor bscula alrededor de un eje horizontal para la carga y la colada: uno de los muones de apoyo es macizo y lleva un pin que engrana con una cremallera accionada hidrulicamente.El horno se carga por la boca con arrabio lquido y el aire que atraviesa la masa metlica produce la refinacin por oxidacin de sta. No se necesita combustible porque el calor necesario para mantener la masa metlica en estado lquido es proporcionado por las reacciones qumicas que se producen. Se oxidan el hierro, el silicio y el manganeso con formacin de escorias que flotan; a continuacin se quema el carbono que se manifiesta con la salida de intensas llamas por la boca del convertidor. Cuando las llamas se apagan la descarburacin ha reducido el carbono a 0.03 %.Al terminar el proceso de refinacin que dura de 15 a 20 minutos el material lquido se vierte en cucharas y despus en lingoteras.El revestimiento interior del horno puede ser de ladrillo silicoso (cuarzo) o de dolomita (carbonato doble de cal y magnesio). En el primer caso el proceso se denomina cido o Bessemer y se aplica cuando el arrabio es rico en silicio (Si >2 %) y pobre en fsforo (P