informe del acero

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ

FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA

DEPARTAMENTO ACADÉMICO DE INGENIERÍA

Presentado al:

Ing. VILLAVICENCIO RAMÓN Félix

Facilitador del Curso OP06B “Metalurgia Extractiva y Física”

Realizado por:

ARANCIBIA CURI, Joshemar

BASURTO SIUCE, Eder

BALDEÓN GARCÍA, Henry

FERNANDEZ CHUQUIRACHI, Gary

FLORES GASPAR, Sixto

HUMÁN HUANAY, Percy

ROMANÍ MONTES, Miguel Angel

MALLQUI GUTIERREZ, Mirco

Alumnos del IX ciclo de Ingeniería Química

Huancayo, 24 de Julio del 2013

ALEACIONES FERROSAS

ACERO

FACULTAD DE INGENIERIA QUIMICA METALURGIA EXTRACTIVA Y FISICA

RESUMEN

A través del presente informe conoceremos el proceso metalúrgico del acero, para los cual

se requirió estudiar los diferentes tipos del acero, las propiedades físicas y las diversas

tecnologías de fabricación, así como también los posteriores tratamientos que se dan al

acero producto.

Con la recopilación de fuentes bibliográficas se pudieron recopilar información de

nuestros objetivos propuestos, por lo que concluimos que dentro de las aleaciones

ferrosas se encuentra el acero que se compone de una mezcla de hierro y carbono en

distintas proporciones, es así que las materias primas para la obtención del acero son:

mineral de hierro o chatarras, y el carbón. Existen formas de producción, entre ellas se

distinguen por la disposición de materias primas, una de ellas puede ser en los

convertidores que tratan el mineral de hierro y de otra manera es cuando se dispone de

chatarras que provienen de construcciones, electrodomésticos, etc. el cual son procesados

en los hornos eléctricos.

Existen diversas formas de aplicación del acero, es por ello que las industrias existentes

emplean diferentes tipos de tratamientos de después de obtener los aceros en los hornos,

como ejemplo los tratamientos termofísicos y termoquímicos, los cuales mejoran las

características de los aceros.


I. INTRODUCCIÓN

Los metales y las aleaciones empleados en la industria y en la construcción pueden

dividirse en dos grupos principales: Materiales FERROSOS y NO FERROSOS. Ferroso viene

de la palabra Ferrum que los romanos empleaban para el fierro o hierro. Por lo tanto, los

materiales ferrosos son aquellos que contienen hierro como su ingrediente principal; es

decir, las numerosas calidades del hierro y el acero.

Los materiales No Ferrosos no contienen hierro. Estos incluyen el aluminio, magnesio,

zinc, cobre, plomo y otros elementos metálicos. Las aleaciones el latón y el bronce, son una

combinación de algunos de estos metales No Ferrosos y se les denomina Aleaciones No

Ferrosas.

Uno de los materiales de fabricación y construcción más versátil, más adaptable y más

ampliamente usado es el ACERO. A un precio relativamente bajo, el acero combina la

resistencia y la posibilidad de ser trabajado, lo que se presta para fabricaciones mediante

muchos métodos. Además, sus propiedades pueden ser manejadas de acuerdo a las

necesidades específicas mediante tratamientos con calor, trabajo mecánico, o mediante

aleaciones.


OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL:

Estudiar el proceso metalúrgico del acero.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS:

Identificar las materias de carga que sirven para la fabricación del acero.

Reconocer los tipos de aceros y sus propiedades afines.

Conocer las reacciones que suceden en el proceso de fusión del acero.

Caracterizar los diferentes tipos de procesos.

Reconocer los procesos del tratamiento térmico.

Identificar las empresas siderúrgicas en el Perú.


II. MARCO TEÓRICO

II.1. GENERALIDADES, DESARROLLO HISTÓRICO DE LA FABRICACIÓN DEL ACERO:

El acero es una aleación deformable (maleable) del hierro con el carbono y otras impurezas.

La proporción del carbono contenido en el acero generalmente de 1.3%. El hierro en forma

pura es muy costoso y menos resistente que sus aleaciones (acero).

En la actualidad el acero es de mucha importancia para la economía de un país. El nivel de

potencia económica de un estado se determina por la cantidad y calidad del acero obtenido.

En la antigüedad, los hombres obtenían el hierro en hornos primitivos vertiendo a estos

últimos la mena de hierro y el carbón vegetal. En el proceso de desarrollo de la siderurgia

apareció el proceso bietápico (proceso de afino sobre suelas) de fabricación del acero. Este

proceso fue bastante difundido en los siglos XII – XIII, este proceso primero obtiene el arrabio

y a partir de este el acero lo cual re3sultó más ventajoso.

A fines del siglo XVIII surgió un proceso más económico, el pudelado, los hornos de afino

sobre suela se reemplazaron por hornos de pudelar o hornos reverbero (con una capacidad

de 0.5tn), se realizaba 1 a 2 fusiones por día, en este caso el consumo de combustible era de

0.7 a 1 L por L de metal. En estos hornos se cargaba el arrabio que se sometía a la fusión. Bajo

el efecto del O2 contenido en los gases del horno, en la escoria y en el material de

revestimiento del horno el carbono se oxidaba, a medida que disminuía el contenido de

carbono aumentaba la temperatura de fusión.

Como la temperatura del horno no rebasaba los 1400 – 1450 °C el metal descarburado se

hacía siempre más viscoso. La aleación en espesamiento se sometía a la agitación para

homogenizar y luego se hacían bolas de pudelado de 30 a 50kg que se sacaban del horno y se

sometían al cinglado. Una de las desventajas del proceso por afino de suelas y de pudelado

era la imposibilidad de obtener del acero una pieza colada densa ya que en estos hornos la

temperatura resultó insuficiente.

Entro los procedimientos existentes de obtención del acero líquido, el más antiguo es el

proceso de crisol con el cual el metal se obtiene como resultado de fusión de una carga


metálica en pequeños (de 25 a 30kg de capacidad) recipientes. El acero al crisol se distinguió

por sus propiedades metálicas extraordinariamente altas.

Un procedimiento sencillo y barato para obtener un acero fundido en grandes cantidades es

insuflando aire en el seno del arrabio líquido en un aparto especial, llamado convertidor,

provisto de revestimiento ácido, fue propuesto en 1855 por el mecánico inglés Henry

Bessemer.

En 1864 en Francia realizaron la transformación del arrabio y chatarra en acero en los hornos

de reverbero con regeneración. En estos hornos e alcanzó una lata temperatura, suficiente

para fundir el acero. Se utilizó el calor de los gases de escape para calentar el combustible y en

aire en los recuperadores.

A final del siglo XIX y a principios del siglo XX en varios países fueron creados y puestos en

funcionamiento los hornos eléctricos de diferentes variantes para la fabricación del acero.

Hoy en día la producción del acero se da por los procedimientos de; Martín – Siemens (30%) y

el de convertidor a oxígeno (más del 50%) y el de fabricación del acero en los hornos de arco

eléctrico (cerca del 20%).

Además de los procedimientos mencionados existen otras maneras de fabricar acero como

son los métodos de: refundición de arco al vacío (RAV), refundición de inducción al vacío

(RIV), refundición eléctrica bajo escoria (REE), refundición en los hornos de haz electrónico y

de plasma. En estos procesos se lleva a cabo la refundición del acero fundido previamente.

II.2. EL ACERO:

El Acero es básicamente una aleación o combinación de hierro y carbono (alrededor de 0,05%

hasta menos de un 2%). Algunas veces otros elementos de aleación específicos tales como el

Cr (Cromo) o Ni (Níquel) se agregan con propósitos determinados.

Ya que el acero es básicamente hierro altamente refinado (más de un 98%), su fabricación

comienza con la reducción de hierro (producción de arrabio) el cual se convierte más tarde en

acero.


El hierro puro es uno de los elementos del acero, por lo tanto consiste solamente de un tipo de

átomos. No se encuentra libre en la naturaleza ya que químicamente reacciona con facilidad

con el oxígeno del aire para formar óxido de hierro - herrumbre. El óxido se encuentra en

cantidades significativas en el mineral de hierro, el cual es una concentración de óxido de

hierro con impurezas y materiales térreos.

II.2.1. CLASIFICACION:

A. De acuerdo a su destinación:

Aceros para construcciones: Para fabricar diferentes estructuras metálica, pueden

ser aceros al carbono ordinarios o aleados (acero al manganeso o al cromo).

Aceros para hogares y calderas: Son aceros pobres en carbono que se emplean para

fabricar calderas de vapor, estos aceros tienen buenas propiedades plásticas y no son

propensos al envejecimiento.

Aceros para el transporte ferroviario: Son aceros para carriles, para ejes y ruedas

ferroviarias, son aceros con contenido medio de carbono, tienen buena resistencia a

los ensayos mecánicos.

Aceros para cojinetes de bolas: Este acero contiene 1% de carbono y 1.5% de

cromo.

Acero para herramientas: este acero contiene una cantidad considerable de carbono

(hasta 2%) y una cantidad considerable de elementos de aleación: cromo, tungsteno,

molibdeno y otros.

De acuerdo a su calidad, los aceros se dividen en los grupos siguientes: acero de

calidad ordinaria, acero de alta calidad y acero de muy alta calidad. Las diferencias que

existen entre estos grupos consisten en el contenido de inclusiones no metálicas.

En los aceros de calidad ordinaria el contenido de fósforo y azufre debe ser no más de

0.040 – 0.045%.

En los aceros de alta calidad no más de 00020 – 0.030%.

B. De acuerdo a su composición química se dividen en los siguientes:

Acero al carbono:

Más del 90% de todos los aceros son aceros al carbono. Estos aceros contienen diversas

cantidades de carbono y menos del 1,65% de manganeso, el 0,60% de silicio y el 0,60% de


cobre. Entre los productos fabricados con aceros al carbono figuran máquinas, carrocerías

de automóvil, la mayor parte de las estructuras de construcción de acero, cascos de buques,

somieres y horquillas.

Aceros de baja aleación:

Esta familia es la más reciente de las cuatro grandes clases de acero. Los aceros de baja

aleación son más baratos que los aceros aleados convencionales ya que contienen

cantidades menores de los costosos elementos de aleación. Sin embargo, reciben un

tratamiento especial que les da una resistencia mucho mayor que la del acero al carbono.

Por ejemplo, los vagones de mercancías fabricados con aceros de baja aleación pueden

transportar cargas más grandes porque sus paredes son más delgadas que lo que sería

necesario en caso de emplear acero al carbono. Además, como los vagones de acero de baja

aleación pesan menos, las cargas pueden ser más pesadas. En la actualidad se construyen

muchos edificios con estructuras de aceros de baja aleación. Las vigas pueden ser más

delgadas sin disminuir su resistencia, logrando un mayor espacio interior en los edificios.

Aceros Inoxidables:

Los aceros inoxidables contienen cromo, níquel y otros elementos de aleación, que los

mantienen brillantes y resistentes a la herrumbre y oxidación a pesar de la acción de la

humedad o de ácidos y gases corrosivos. Algunos aceros inoxidables son muy duros; otros

son muy resistentes y mantienen esa resistencia durante largos periodos a temperaturas

extremas. Debido a sus superficies brillantes, en arquitectura se emplean muchas veces con

fines decorativos. El acero inoxidable se utiliza para las tuberías y tanques de refinerías de

petróleo o plantas químicas, para los fuselajes de los aviones o para cápsulas espaciales.

También se usa para fabricar instrumentos y equipos quirúrgicos, o para fijar o sustituir

huesos rotos, ya que resiste a la acción de los fluidos corporales. En cocinas y zonas de

preparación de alimentos los utensilios son a menudo de acero inoxidable, ya que no

oscurece los alimentos y pueden limpiarse con facilidad.

Aceros aleados:


Estos aceros contienen una proporción determinada de vanadio, molibdeno y otros

elementos, además de cantidades mayores de manganeso, silicio y cobre que los aceros al

carbono normales. Estos aceros de aleación se pueden subclasificar en:

o Estructurales:

Son aquellos aceros que se emplean para diversas partes de máquinas, tales como

engranajes, ejes y palancas. Además se utilizan en las estructuras de edificios, construcción

de chasis de automóviles, puentes, barcos y semejantes. El contenido de la aleación varía

desde 0,25% a un 6%.

o Para herramienta:

Aceros de alta calidad que se emplean en herramientas para cortar y modelar metales y no-

metales. Por lo tanto, son materiales empleados para cortar y construir herramientas tales

como taladros, escariadores, fresas, terrajas y machos de roscar.

o Especiales:

Los Aceros de Aleación especiales son los aceros inoxidables y aquellos con un contenido

de cromo generalmente superior al 12%. Estos aceros de gran dureza y alta resistencia a

las altas temperaturas y a la corrosión, se emplean en turbinas de vapor, engranajes, ejes y

rodamientos.

Según el estándar en las designaciones de las marcas del acero las cifras puestas a la izquierda

de las letras significan el contenido de carbono en centésimas de por ciento, las letras puestas

a la derecha de las cifras muestran la presencia del elemento respectivo en el acero. Las cifras

puestas después de las letras señalan el contenido aproximado de elementos respectivos, si

este contenido excede de 1%.

Por ejemplo, 12X21I4A, la letra A significa que este acero es de muy alta calidad, que contiene

cerca de 0.12% de C, 2% de Cr y 4% de Ni. La designación 30X1C quiere decir que en este

acero hay 0.30% de C y cerca de 1% de Cr, Mn y Si. Las marcas de acero al carbono de calidad

ordinaria se designan de modo siguiente: Cr0, Cr1, Cr2, etc. Las cifras corresponden al

contenido medio de carbono, en céntimas de por ciento.

C. De acuerdo al carácter de solidificación de acero en las lingoteras se distinguen:


Aceros calmados.

Aceros efervescentes.

Aceros semicalmados.

El comportamiento del metal al cristalizarse en la lingotera depende del grado de

desoxidación: cuanto más completamente está desoxidado el acero, tanto con mayor calma se

cristaliza el lingote.

Cada uno de los tipos citados de la clasificación de los aceros caracteriza las propiedades del

metal, su seguridad durante la explotación, el costo, la posibilidad de obtención en cantidades

determinadas y otros parámetros. Todo esto tienen en cuenta los consumidores del metal.

D. De acuerdo a la AISI-SAE de los aceros

La clasificación es la identificación específica de cada grado, tipo, o clase de acero dado por un

número, letras, símbolos, nombre, o su combinación para la completa designación de un acero

en particular. Dentro de la industria esta clasificación tiene una vital importancia y un uso

específico por ejemplo el grado es usado para denotar Ía composición química, el tipo es

usado para indicar el nivel de desoxidación, y la clase es usada para describir alguna otra

cualidad, como el nivel de resistencia o una superficie pulida etc.

Existen varias maneras de clasificar los aceros las principales son de acuerdo con su

composición, de acuerdo con su utilización, de acuerdo con su calidad. De acuerdo con su

composición se pueden dividir en acero al carbono y aceros aleados Según su utilización se

pueden dividir en varios grupos estructurales, aceros al carbono para herramienta, aceros

para propósitos especiales.

De acuerdo con la calidad los aceros se clasifican según el proceso de producción y van desde

los aceros de calidad ordinaria obtenidos por proceso Bessemer, los de horno eléctrico, hasta

los aceros de elevada calidad que se producen por refusión en electro-escoria o métodos mas

refinados para obtener aceros para herramienta. Como la micro estructura del acero

determina la mayoría de sus propiedades y aquella esta determinada por el tratamiento y la

composición química; uno de los sistemas mas generalizados en la nomenclatura de los aceros

es el que esta basado en su composición química. Todos los países y muchas instituciones

tienen sistemas para clasificar los aceros.


Los mas usados en nuestro medio son las especificaciones de la American Society for Testing

and Materials (ASTM) y American Iron and Steel Institute (AISI).

En 1912, la sociedad norteamericana de ingenieros automotores (SAE) promovió una reunión

de productores y consumidores de aceros, para establecer una nomenclatura de la

composición de los aceros. Mas tarde, el instituto norteamericano del hierro y el acero, AISI,

tomo la nomenclatura de la SAE y la expandió.

En el sistema AISI-SAE, los aceros se clasifican con cuatro dígitos. El primer digito especifica la

aleación principal, el segundo modifica al primero y los dos últimos dígitos, dan la cantidad de

carbono en centésimas. En algunos aceros al cromo de alto carbono hay números de cinco

dígitos, los tres últimos dan el porcentaje de carbono.


Debido al desarrollo de aceros multicomponentes, hay muchos aceros que no se encontraban

en el sistema original. Las convenciones para el primer digito son:


Se observa entonces que si el primer número es 1 se sabe que es un acero al carbono; si el

dígito siguiente es el 0, o sea que la designación es 10XX, se trata de un acero ordinario al

carbono; así 1030 significa un acero ordinario al carbono con 0.30%C. Si el segundo digito es

uno, la designación es 11XX y significa que se trata de una acero re sulfurado, es decir, se le

añadió azufre para hacerlo mas maquinable, por ejemplo, el acero SAE 1108. Si el segundo

digito es 3, la designación es 13XX y se trata de un acero con contenido de manganeso entre

1.5 y 2%, por ejemplo, el SAE 1330. Si el primer digito es 2, se trata de acero al níquel, por

ejemplo, el acero SAE

23XX que es un acero con 3.5% de Ni. Si el primer digito es 3, se esta señalando un acero al Ni-

Cr, por ejemplo, el acero SAE 31XX con 1.25% de Ni y 0.65% de Cr

Ejemplo:

Como el proceso de fabricación de acero afecta los elementos residuales, tales como óxidos,

sulfuros, silicatos, nitruros; los que a su vez afectan las propiedades del acero, a veces se

añade una letra como prefijo al número AISI-SAE:


En general, los aceros 10XX de bajo carbono, de 1005 a 1025, se usan para cementación y para

la fabricación de láminas. Los aceros 1015 a 1025 se usan como estructurales en vigas, placas,

perfiles, ángulos, etc, con propósitos de construcción. Los aceros 11XX son de corte libre, pues

se añaden hasta 0.33% de azufre, con el fin de facilitar la producción de partes que no van a

soportar muchas tensiones.

Aceros con mas de 1.0 de Manganeso, aceros 13XX, desarrollan ductilidad y resistencia y son

superiores a los aceros ordinarios al carbono.

Las propiedades de los aceros dependen de la acción de los aleantes presentes.

II.2.2. PRODUCCION DEL ACERO:

a. MATERIALES DE CARGA PARA LA FABRICACIÓN DEL ACERO:

Los materiales que se utilizan para la fabricación del acero suelen dividirse en metalíferos

(carga metálica, adiciones metálicas), suplementarios (fundentes) y oxidantes. En calidad de

carga metálica sirven:

El arrabio (liquido o solido)

La chatarra de acero (y en algunos casos también de la fundición)

Los productos de reducción directa del hierro a partir de la mena de hierro

Ferroaleaciones

a.1. Metalíferos:

La masa principal de la carga metálica está constituida por el arrabio y la chatarra, por cada

1000 kg de acero fundido se consumen un poco más de 1400 kg de carga metálica, con ello

más del 90% de esta cantidad son el arrabio y la chatarra.


En el procedimiento de Martin-Siemens la carga contiene cerca del 55% de arrabio (la parte

restante es chatarra), en el procedimiento de convertidor 75 a 85% de carga está constituido

por el arrabio líquido y el resto es la chatarra.

En la utilización de la chatarra, muchas veces esta se consigue de distintas partes, lo cual

impide conocer su composición, además de estar ensuciada por lubricantes que contienen

azufre (viruta), por metales no ferrosos (plomo, aluminio, estaño, cobre, etc.) que se contienen

en diferentes piezas de las maquinas inutilizadas. Algunas de estas impurezas son nocivas

tanto para el personal que labora, como también para los equipos y empeoran la calidad del

acero.

Zinc: Se volatiliza durante el calentamiento y luego en forma de óxido se deposita en el

revestimiento, los elementos de las calderas, etc. Haciéndolos inutilizables.

Plomo: Penetra en pequeñísimos poros de la mampostería del horno.

Estaño: Disminuye bruscamente la resistencia del acero a temperaturas elevadas.

Puesto que el valor de todas las impurezas (Ni, Mo, Co, Cu, Pb, Zn, Sn, etc.) es muy alto, la

utilización de una chatarra de metal aleado para fabricar diferentes marcas de acero aleado es

económicamente muy ventajosa.

a.2. Materiales suplementarios:

En calidad de materiales suplementarios (fundentes) en la fabricación del acero se suele

utilizar: caliza, cal, bauxita, espato flúor (CaF2), mena de manganeso, arena, pedazos de

ladrillo.

a.3. Oxidantes:

En calidad de oxidantes se emplea el oxígeno puro (hasta 99.5%), aire comprimido, mena de

hierro, cascarilla, aglomerado, briquetas de mena de hierro. Para acelerar la escorificación se

utiliza el aglomerado autofundente (de 32 a 36% de CaO; 5 a 6% de SiO2; 40 a 45% de Fe liq8 a

11% de FeO) o productos de tostación de caliza y la mena de hierro o bien productos de

tostación de caliza y menas de hierro y manganeso.


Todos los materiales suplementarios deben llenar altas condiciones en cuanto al contenido de

impurezas nocivas (azufre, fosforo, hidrogeno, etc.).

a.4. Metalurgia del hierro:

Tomando como referencia al complejo minero metalúrgico de Shougang Hierro Perú S.A.A.

comprende:

MINA:

Con aproximadamente 150 km2 de extensión, es el lugar donde se realizan permanentemente

trabajos de exploración y de explotación de minerales bajo el sistema de tajo abierto;

realizando perforaciones y disparos, para que luego las rocas mineralizadas sean

transportadas por palas y camiones volquetes con capacidad de hasta 150 toneladas hasta las

chancadoras, de donde luego del proceso de chancado, el mineral es apilado y posteriormente

transportado a San Nicolás, mediante una faja de aproximadamente 15,3 kilómetros de largo y

con una capacidad de 2000 toneladas por hora.

SAN NICOLÁS:

Es el área de beneficio, donde los minerales pasan por una serie de etapas hasta convertirse

en uno de los productos que la Empresa comercializa; por esta razón, en esta área se puede

encontrar las siguientes instalaciones:

Planta Chancadora:

Donde el mineral es reducido en aproximadamente un 95%.El chancado es el proceso en el

cual el mineral es reducido de tamaño de acuerdo a especificaciones según el tipo de mineral,

para ser usado en el proceso de beneficio (Planta Magnética).

El Proceso de Chancado Primario y Secundario del mineral se realiza en la Mina, obteniendo

un diámetro máximo de 4”, el cual es enviado a la Planta de San Nicolás por un Sistema de

Fajas Transportadoras (Conveyor).

Al llegar a la Planta es depositado en las Canchas del Stock de Crudos, clasificadas por el tipo

de mineral.


De las canchas es enviada a la Planta Chancadora, en la cual existen dos Líneas de Producción

(Primaria y Secundaria), en las cuales se realiza el proceso de Chancado Terciario.

El mineral chancado pasa por un proceso de Clasificación de Zarandas. El Mineral es

depositado en Silos (9) clasificado por el tipo de mezcla, de acuerdo a la producción

programada. Las instalaciones de planta chancadora comprenden:

o Stock de crudos

o Planta de chancado Nº 1 (Trabaja en circuito abierto y/o cerrado)

o Planta de chancado Nº 2 (Trabaja en circuito abierto)

Planta de Separación Magnética:

Aquí el mineral continúa con su proceso de molienda y concentración a través de ciclones,

separación magnética y flotación, separando el mineral estéril (no utilizado en el proceso

productivo) del mineral del hierro, el cual luego es dividido en dos tipos de productos, uno

denominado concentrado de Hierro de Alta Ley para la sintonización y el otro que sirve para

alimentar la Planta de Peletización, luego de pasar por un proceso de filtración.

El mineral molido y clasificado de los silos a los cuales se ha enviado el mineral proveniente

de chancadora, ingresa a la Planta Magnética a los procesos de molienda fina y molienda

gruesa. Existen 9 líneas de molienda, el proceso de molienda primaria se realiza en molinos

de barras. La separación magnética se realiza en Separadores Magnéticos Cobers, el

concentrado recuperado continúa el circuito de molienda, el residuo (Colas) es enviado hacia

el Sistema de Relaves.

El proceso de clasificación de hidrociclones se realiza dependiendo de la producción

programada. El proceso de molienda secundaria se realiza en Molinos de Bolas. La Separación

magnética final se realiza en separadores magnéticos Finisher, el concentrado recuperado

continúa hacia el proceso de flotación, el residuo (Colas) es enviado hacia el Sistema de


Relaves. Para separar el Azufre del Hierro, el concentrado pasa por un proceso de Flotación de

Celdas, en el cual se utilizan reactivos químicos para su fin.

Planta de Filtros:

En esta etapa se realizan las operaciones de espesamiento, homogenización y filtrado de la

pulpa recibida de Magnética, dejando el mineral en condiciones adecuadas para ser

transformado en pellets.

Planta de Pellets:

Donde el mineral es sometido a altas temperaturas para su transformación y luego ser

almacenados y transferidos al Muelle de San Nicolás, desde donde es transportado a todo el

mundo.

El concentrado filtrado que se encuentra en la tolva se subdivide en 2 salidas para alimentar

por separado a cada línea de producción; para ambas líneas de producción se le adiciona

aglomerante “Bentonita”, siendo dispersada en todo el concentrado, mediante mezcladores. El

concentrado mezclado es alimentado a tolvas de almacenamiento.

Las tolvas de concentrado alimentan a los discos peletizadores, mediante sistema de fajas en

la parte central superior izquierda del disco.

Los discos peletizadores tienen un diámetro, y un ángulo de inclinación y una velocidad

variable, dependiendo de la calidad del concentrado (granulometría, humedad) para la

formación de las bolas (conocido como pellets verdes). Para regular el tamaño de los pellets y

su tiempo de residencia se cuenta con cuchillas, los cuales le dan la dirección en el traslado del

grano a través de la cama hasta la formación del pellets.


Los pellets verdes son llevados al horno horizontal de parrilla móvil por medio de carros con

una parrilla con aberturas, encima una cama de pellets quemados. Los pellets verdes pasan

por un sistema de clasificación antes de ingresar a los carros. Al ingresar al carro, los pellets

forman una cama homogénea.


Reducción directa del mineral de hierro:

Para la producción del hierro también se puede utilizar el método de reducción directa, el que

emplea agentes reactivos reductores como gas natural, coque, aceite combustible, monóxido

de carbono, hidrógeno o grafito. El procedimiento consiste en triturar la merma de hierro y

pasarla por un reactor con los agentes reductores, con lo que algunos elementos no

convenientes para la fusión del hierro son eliminados. El producto del sistema de reducción

directa es el hierro esponja que consiste en unos pellets de mineral de hierro los que pueden

ser utilizados directamente para la producción de hierro con características controladas.

Diagrama de producción de

hierro esponja


b. FABRICACIÓN DEL ACERO:

El acero se puede obtener a partir de dos materias primas fundamentales:

FUENTE:

http://www.areatecnologia.com/el-acero.htm

El arrabio, obtenido a partir de mineral en instalaciones dotadas de horno alto (proceso

integral):

Materias primas (minerales de Fe, combustibles, fundentes)

Magnetita (Fe3O4 + ganga)

Minerales de Fe Hematites (Fe2O3 + ganga)

Limonita (2Fe2O3 + ganga)

Siderita (FeCo3 + ganga)

Ganga → SiO2, Al2O3, CaO, MgO, etc

Impurezas → S, P, As, Si, Mn, etc.

Fundente → CaO



Combustible→ coque y carbón vegetal

El arrabio es el primer proceso que se realiza para obtener Acero, los materiales básicos

empleados son Mineral de Hierro, Coque y Caliza. El coque se quema como combustible para

calentar el horno, y al arder libera monóxido de carbono, que se combina con los óxidos de

hierro del mineral y los reduce a hierro metálico.

La ecuación de la reacción química fundamental de un alto horno es:

Fe2O3 + 3 CO => 3 CO2 + 2 Fe

La caliza de la carga del horno se emplea como fuente adicional de monóxido de carbono y

como sustancia fundente. Este material se combina con la sílice presente en el mineral (que no

se funde a las temperaturas del horno) para formar silicato de calcio, de menor punto de

fusión. Sin la caliza se formaría silicato de hierro, con lo que se perdería hierro metálico. El

silicato de calcio y otras impurezas forman una escoria que flota sobre el metal fundido en la

parte inferior del horno. El arrabio producido en los altos hornos tiene la siguiente

composición: un 92% de hierro, un 3 o 4% de carbono, entre 0,5 y 3% de silicio, del 0,25% al

2,5% de manganeso, del 0,04 al 2% de fósforo y algunas partículas de azufre.

El ALTO HORNO es virtualmente una planta química que reduce continuamente el hierro del

mineral. Químicamente desprende el oxígeno del óxido de hierro existente en el mineral para

liberar el hierro. Está formado por una cápsula cilíndrica de acero forrada con un material no

metálico y resistente al calor, como ladrillos refractarios y placas refrigerantes. El diámetro de

la cápsula disminuye hacia arriba y hacia abajo, y es máximo en un punto situado

aproximadamente a una cuarta parte de su altura total. La parte inferior del horno está dotada

de varias aberturas tubulares llamadas toberas, por donde se fuerza el paso del aire. Cerca del

fondo se encuentra un orificio por el que fluye el arrabio cuando se sangra (o vacía) el alto

horno. Encima de ese orificio, pero debajo de las toberas, hay otro agujero para retirar la

escoria. La parte superior del horno, cuya altura es de unos 30 m, contiene respiraderos para

los gases de escape, y un par de tolvas redondas, cerradas por válvulas en forma de campana,

por las que se introduce la carga en el horno. Los materiales se llevan hasta las tolvas en

pequeñas vagonetas o cucharas que se suben por un elevador inclinado situado en el exterior

del horno.


Fig. Proceso del alto horno. Fabricación de arrabio o hierro fundido

FUENTE: Materiales de Ingeniería, E.Donosco.pdf

Reacciones químicas:

(i) C + O2→CO2 + calor

CO2 + C → 2CO – calor

(ii) 3Fe2O3 + CO → 2Fe3O4 + CO2 + calor

2Fe3O4 + 2CO → 6FeO + 2CO2 – calor

FeO + CO → Fe + CO2 + calor

(iii) 3Fe + 2CO → Fe3C + CO2

Producto final del alto horno: Arrabio (Fe + Fe3C + impurezas)


c. TECNOLOGIAS DE PRODUCCION:

Producción en Convertidores:

Procedimientos Bessemer Y Thomas

La esencia de los procesos Bessemer y Thomas consiste en que el arrabio echado en el aparato

de fundición (convertidor) es insuflado por el aire. El oxígeno del aire oxida las impurezas del

arrabio debido a lo cual este se convierte en acero. El calor desprendido durante la oxidación

calienta el acero hasta la temperatura de sangría (1600 ° C).

FUSIÓN EN EL CONVERTIDOR BESSEMER:

En el convertidor se vierte arrabio Bessemer (de 0.7 a 1.25 % de Si; 0.5 a 0.8 % de Mn; 3.8 a

4.3 % de C; < 0.06 % de P; <0.06 % de S) a la temperatura de 1250 a 1300 °C y en su seno se

inyecta el aire durante 10-15 min. Durante el insuflado se oxidan el carbono, el silicio y el

manganeso que forman parte del arrabio y de los óxidos formados se produce una escoria

acida.

Una vez oxidado el carbono hasta el límite prefijado, el suflado se finaliza, el metal se sangra a

través del cuello del convertidor a la cuchara, sometiéndose simultáneamente a la

desoxidación.

La duración total de fusión es de 20 a 3º min, puesto que la escoria es acida (de 55 a 65 % de

SiO2; 15 a 25 % de FeO; 15 a 20 % de MnO) durante la fundición el azufre y el fosforo no se

eliminan.

FUSIÓN EN EL CONVERTIDOR THOMAS:

Para formar una escoria básica en el convertidor se carga la cal (12 a 18 % de la masa del

metal), se vierte el arrabio Thomas (de 1.6 a 2.0 % de P; 0.2 a 0.6 % de Si; 0.8 a 1.3 % de Mn; <

0.08 % de S; 2.8 a 3.3 % de C) a la temperatura de 1180 a 1250 °C y se le inyecta el aire

durante 16 – 22 minutos.

En el transcurso de este tiempo se oxidan el C, Mn y el SI; se hacen pasar el P y el S a la escoria

básica en formación. El suflado se finaliza cuando el contenido de P en el metal alcanza 0.05 %


- 0-07 % después de lo cual el metal va sangrado a la cuchara donde se introducen los

desoxidantes.

La duración total de la fusión es de 25 a 40 minutos. La escoria final tiene la composición

siguiente; de 16 a 24 % de P2O 6; 42 a 45 % de CaO, 5 a 10 % SiO2; 8 a 15 % de FeO; 7 a 10 %

de MnO; puesto que esta escoria es rica en P2O 5; ella se utiliza en calidad de fertilizante.

VENTAJAS DEL PROCEDIMIENTO BESSEMER Y THOMAS:

Alto rendimiento.

Estructura sencilla del convertidor.

Falta de necesidad de emplear combustible.

Consumo pequeño de refractarios debido a lo cual los gastos de instalación son

menores que en los procedimientos Martin-Siemens y de fabricación de acero en los hornos.

DESVENTAJA:

Un contenido elevado de nitrógeno en el acero (0.010 a 0.025 %) debido al hecho de que el

nitrógeno contenido en el viento de aire se disuelve en el metal, por esta causa los aceros

Bessemer y Thomas posee una fragilidad elevada y son propensos al envejecimiento.

Actualmente estos procedimientos están reemplazados casi por completo por el de

convertidor a oxígeno.

Fabricación del acero de moldeo en los convertidores:

Uno de los métodos difundidos de fabricación de acero en los talleres de fundición es el

procedimiento Bessemer pequeño, o sea, la producción del acero en los convertidores ácidos

de 1 a 3L de capacidad con soplado lateral.

Las ventajas del procedimiento de Bassemer pequeño en comparación con otros métodos de

fabricación, consiste en un aparato simple y compacto, menores gastos de instalación, rapidez

del proceso, posibilidad de trabajar con pausas, así como en la posibilidad de un alto

sobrecalentameinto del acero (lo que es importante para un buen llenado de los moldes para

fundición.)


La particularidad característica del proceso consiste en que al aplicar el soplado superficial

lateral en la cavidad del convertidor se quema adicionalmente una cantidad considerable de

óxido de carbono desprendido del metal. Esto sirve de una fuente de calor suplementaria para

el calentamiento del acero.

Entre las desventajas del procedimiento Bessemer pequeño figuran la necesidad de emplear

un arrabio puro en cuanto al azufre y fosforo, así como una pérdida sensible de hierro por

ignición.

Marcha del proceso de fusión insuflando el viento de aire:

En un convertidor Bessemer de soplado lateral se fundó el arrabio cuyas composiciones son:

3.0 a 3.5% de C, 1.25 a 1.75% de Si, 0.6 a 1.2% de Mn, <0.07 de P y <0.04% de S. Este arrabio

se distingue por un alto contenido de silicio que sirve de “combustible” principal para el

procedimiento de Bessemer pequeño.

La temperatura del arrabio que se vierte en el convertidor suele ser de 1350 a 1450°C.

El soplado se divide en dos periodos. En el primer periodo (de 4 a 6 min) se oxidan silicio,

manganeso y hierro, así como se forma la escoria compuesta por SiO2, FeO y MnO. Debido a

una perdida elevada por ignición del hierro, al realizar el soplado superficial, el contenido de

FeO en las escorias del primer periodo alcanza 45%.

Después de oxidado el silicio y el manganeso, empieza el segundo periodo, ósea, la quemadura

del carbono. El convertidor se inclina 5 a 20° respecto a su posición vertical, de modo que el

viento se envíe a la superficie del metal. Esto crea las condiciones necesarias para la

combustión consecutiva del óxido de carbono en la cavidad del convertidor. El contenido de

óxido ferroso en la escoria disminuye en el segundo periodo, ya que este oxido se consume

para la oxidación de una parte del carbono.

Una vez terminada el soplado, el metal se desoxida y se sangra al caldero. La duración del

soplado varía generalmente entre 14 a 23 min. La temperatura del acero sangrado es de 1680

a 1720°C. La escoria final del procedimiento Bessemer pequeño contiene de 50 a 70% de SiO2,

14 A 25% de FeO y 8 a 15% de MnO.


Soplado con oxígeno:

En los últimos años para soplar el arrabio en los convertidores Bessemer de soplado lateral se

emplean el oxígeno que permite reducir el tiempo de fusión, utilizar entre los materiales de

carga la chatarra de acero y aumentar el rendimiento de acero útil.

Si se usa el soplado con oxígeno, antes de que se vierta el arrabio, en el convertidor se carga la

chatarra (hasta 40% respecto a la masa del arrabio). Después de verter el arrabio el

convertidor se pone en una posición tal que la boca de la tobera quede sumergida en el metal

a una profundidad de 50 a 100mm.

Al comienzo del soplado se oxidan simultáneamente silicio, manganeso y carbono del arrabio.

La oxidación del silicio y el manganeso se termina al tercero o quinto minuto del soplado,

después de lo cual empieza una oxidación violenta del carbono.

La duración del soplado oscila entre 10 a 15 min, la presión del oxígeno en diferentes fabricas

se encuentra entre 0.5 y 1.5 Mpa (5 – 15 at).

El acero fabricado con soplado de aire contiene una cantidad de oxigeno dos o tres veces

menor que el fabricado con el soplado de aire.

Índices térmicos económicos del procedimiento:

El rendimiento del acero líquido al soplar con viento de aire constituye 82 – 87% respecto a la

masa del arrabio líquido y las pérdidas provocadas por ignición del metal y por proyecciones,

así como en forma de inclusiones esféricas en la escoria varían entre 13 a 18%. El consumo de

aire oscila entre 600 y 800 m3 por 1 t de arrabio.

Al efectuar el soplado con oxígeno puro el rendimiento del acero líquido aumenta hasta 92 –

93%. El consumo de oxigeno es de 50 a 70 m3 por 1 t de acero. El costo del acero fabricado por

el soplado con oxígeno disminuye al emplear la chatarra de acero entre los materiales de

carga.


Fig: Convertidores (se sopla aire u oxigeno)


Fe + ½ O2→ FeO + calor

(i) 2FeO + Si → 2Fe + SiO2 + calor

FeO + Mn → Fe + MnO + calor

(ii) FeO + C → CO + Fe – calor

CO + ½ O2→ CO2

(iii) FeO + Mn → Fe + MnO

2FeO + Si → 2Fe + SiO2

Producción en Horno Martin – Siemens:

Desarrollo del procedimiento de Martin – siemens:

El procedimiento de Martin – Siemens se lleva a cabo sobre la solera del horno de reverbero

dotado de recuperadores. En el horno se cargan diferentes materiales (arrabio, desechos de


fundición, chatarra y otros) que se funden poco a poco bajo la acción de la llama producida

por el combustible. Una vez fundidos por completo los materiales indicados, se introducen en

el baño diversos aditivos con el fin de obtener el metal de composición y temperatura

deseables; luego el acero fabricado se sangra en los calderos y se efectúa la colada.

Fig. Esquema

de Horno de Martin - Siemenes

FUENTE: http://es.scribd.com/doc/98820217/Aceros

El horno de Martin siemens es un horno de reverbero. La solera se calienta exteriormente y se

carga las materias primas, que son arrabio y chatarra, inclinadas hacia un orificio de salida. La

solera es rectangular y puede recibir de 15 a 40 toneladas. La cara anterior del horno tiene las

puertas de carga y la posterior la piquera de colada. La bóveda es de ladrillo refractario de

sílice. Por el exterior circula aire frio para refrigerar. El laboratorio contiene el arrabio que se

va a tratar y está limitada por la solera, la bóveda y las paredes laterales. El revestimiento

puede ser acido (sílice) o básico (magnesio).


Procedimiento acido:

Se reduce el C por tres formas:

Por dilución, añadiendo chatarra con poco carburo y así, se reparte el C por toda la

masa.

Añadiendo minerales de Fe que ceden el oxígeno al C produciendo la oxidación.

Combinando los dos anteriores.

EL Mn y el Si se oxidan con rapidez y se van a la escoria, aunque el Si con mayor lentitud. El C

se oxida debido a los óxidos de la escoria. Al ser proceso acido no se elimina ni el P ni el S. para

evitar la oxidación del metal se le añaden ferroaleaciones.

Procedimiento básico:

La escoria es básica, lo que permite eliminar el P.

Primero se oxidan el Si, Mn y Fe.

El óxido de manganeso no se va a la escoria, cediendo el oxígeno para oxidar el C.

El P se oxida y se combina con la cal.

También se pueden añadir ferroaleaciones.

Normalmente la carga está compuesta por 50% de chatarra y 50% de hierro líquido y

se emplea carbonato de calcio como fundente y formador de escoria básica.

Producción en Hornos Eléctricos:

Actualmente en la fabricación del acero se emplean los hornos de arco eléctrico y los hornos

de inducción abiertos y al vacío.

La cantidad principal del acero eléctrico se elabora en los hornos de arco eléctrico; y en

menor parte el acero es fabricado en los hornos de inducción.

Los hornos de arco eléctrico sirven, principalmente para fabricar aceros aleados y de alta

calidad de difícil obtención en los convertidores y los hornos de Martin-Siemens.

Ventajas de los hornos eléctricos:


Calentar rápidamente el metal, esto permite introducir en el horno mayores aditivos

de aleación.

Crear en el horno una atmosfera reductora y formar las escorias las escorias y los

óxidos de fierro lo que predetermina una pequeña perdida de ignición de los elementos de

aleación.

Regular suave y exactamente la temperatura del metal.

Desoxidar al metal de un modo más completo que en otros hornos obteniendo el

acero con bajo contenido de inclusiones no metálicas.

Obtener los aceros con bajo contenido de azufre

De acuerdo a las particularidades mencionadas en ellos se fabrican los aceros de alta

aleación inoxidables, termoresistentes y para herramientas.

Cerca del 17 % del acero mundial es constituida por el acero eléctrico.

Estructura de los hornos de arco eléctricos:

En Rusia se fabrican en serie los hornos de acero de las series 0.5;1.5;3.6;12;25;100;200l de

capacidad y se diseñan los proyectos de 300 y 400 t

El horno de arco eléctrico comprende un espacio útil (el horno propiamente dicho) provisto

de electrodos, conductores de corriente y los mecanismos para inclinar el horno retener y

desplazar los electrodos y cargar los materiales.

El acero se elabora en el espacio útil (fig.118) nos muestra el esquema del espacio útil del

horno de arco eléctrico.

El horno es alimentado por una corriente trifásica:

Los materiales se cargan en la solera del horno; una vez derretidos estos, en el horno se

forma un lecho de metal y escoria (fig.118).el derretimiento y calentamiento se llevan a cabo

a costa del calor producido por los arcos eléctricos.

El acero acabado y la escoria se evacuan a través del orificio de sangría del acero y el canal

inclinando el espacio útil.


Electrodos:

La corriente se suministra al espacio de fusión del horno eléctrico por los electrodos. Resistir

altas temperatura y conservar al mismo tiempo, buena conductibilidad eléctrica pueden

solamente los artículos fabricados de carbono en los hornos eléctricos de hasta 5 t se utilizan

electrodos de carbón mientras que para mayores capacidades se utiliza el grafito.

Régimen eléctrico:

En un horno eléctrico el arco eléctrico es el que sirve de fuente de calor .el arco se produce

entre los electrodos y el metal líquido y los materiales de carga al aplicarse una tensión de

suficiente valor. El arco eléctrico sirve de medio de transmisión de energía a través de una


capa de gases ionizados o vapores de las sustancias que se concentran en el baño del horno

la temperatura excede los 3000ºC.

Fabricación del acero en los hornos de arco eléctrico:

Materiales De Carga Para La Fusión Eléctrica:

Los materiales destinados para la fusión eléctrica son chatarra (75-100%) su composición

debe tener una mínima cantidad de níquel y cobre la chatarra no debe contener ningún

contenido de metal no ferroso, el fosforo no debe exceder al 0.05% si el contenido es mayor el

tiempo de fusión también aumenta.

La chatarra no debe estar fuertemente oxidada (herrumbrosa) puesto que con el herrumbre

ingresa gran cantidad de hidrogeno.

La refundición de desechos aleados permite ahorrar ferroaleaciones costosas.

Para aumentar la cantidad de carbón en lecho de fusión se emplean arrabio, coque y pedazos

de electrodos para evitar que ingrese fosforo juntamente con el arrabio se dosifica 10% de

arrabio en hornos menores de 40t de capacidad mientras que para mayores se agrega no

más del 25%.

En la producción del acero en los hornos eléctricos para la aleación y la desoxidación se

emplean prácticamente todas las ferroaleaciones y elementos de aleación conocidos.

Técnica de fusión en el horno de arco básico realizando la oxidación.

a) Preparación del horno: Consiste en la corrección de la zona desgastada y deteriorada

del revestimiento de la solera una vez efectúa da la sangría de turno se procede a limpiar los

restos de metal y escoria. A lugares deteriorados de la solera y los taludes se le echa polvo de

magnesita mientras que para deterioros más serios se le agrega polvo mojado más vidrio

líquido o arena.

b) Materiales de carga: el principal material de carga es la chatarra (90-100%), arrabio

(menos del 10%), pedazos de electrodos o coque.

Los materiales se cargan con cestos provistos de fondo abatible y en algunos hornos viejos

de baja capacidad con máquinas de carga.


c) Derretimientos: una vez terminada la carga se bajan los electrodos y se conecta la

corriente. Bajo efectos de alta temperatura los materiales situados debajo de los electrodos se

funden el metal liquido se funde hacia abajo acumulándose en la parte central de la solera. Los

electrodos se bajan fundiendo en el lecho se fusión de “pozos” (fig.135).

d) Periodo de oxidación: este periodo presenta los siguientes objetivos

Disminuir el contenido de fosforo en el metal

Periodo de oxidación:

Periodo de reducción la finalidad del periodo de reducción consiste en:

Desoxidar el metal

Eliminar el azufre

Poner a punto la composición química del acero y corregir la temperatura

Todos estos problemas se arreglan en el transcurso del periodo de reducción: se desoxida el

metal empleando simultáneamente el método de precipitación y el de difusión.

Orden de aleación:

Al fabricar los aceros aleados en los hornos de arco el orden de aleación depende de la

afinidad de los elementos de aleación con el oxígeno los elementos (el níquel o molibdeno)

que tienen menor afinidad con el oxígeno que con el hierro durante la fusión no se oxidan

por ello se introducen en los primeros periodos de fabricación del acero; el níquel con los

materiales de carga y el molibdeno al final del periodo de reducción o al comienzo del

proceso de oxidación.


El cromo y manganeso afina al oxigeno que el hierro son aleados con el metal en el periodo de

reducción el tungsteno que en las condiciones de fusión del horno eléctrico pude oxidarse es

tratado de igual manera que el molibdeno.

El silicio, vanadio, sobre todo el titanio y el aluminio se caracterizan por su gran afinidad con

el oxígeno.

La aleación ferrovanadio se realiza 15-35 min antes de la sangría

Ferrosilicio 10-20 min antes del vaciado.

Ferrotitanio se introduce en el horno 5-15 antes de la sangría o directamente en el

caldero.

El aluminio se agrega 2-3 min antes del vaciado del horno.

Fabricación del acero por el método de refundición:

En la siderurgia la cantidad de desechos de acero aleado alcanzan 25-40% de la lingotera .la

fusión se realiza sin el periodo de oxidación o con un soplado breve por oxigeno lo que

permite conservar los elementos de aleación.

Al efectuar la fusión sin oxidación el carbono y fosforo no se oxidan es por ello que el fosforo

no debe rebasar sus límites admisibles en el acero acabado.

Además de los desechos se carga también hierro dulce o sea un lingote de carga con bajo

contenido de fosforo y carbono.

Después del derretimiento la escoria no se evacua iniciándose enseguida el periodo de

reducción con ello la desoxidación, desulfuración y la aleación y la aleación se llevan a cabo

por el método corriente. A la desoxidación por fusión a partir de la escoria se reducen cromo

vanadio y tungsteno.

Al fabricar acero por el método de refundición disminuye el consumo de ferroaleaciones, el

rendimiento del horno crece 10-30% y se reduce el consumo de energía eléctrica en un 10-

20%.

Cuando la fusión se realiza con soplado de oxígeno, crece la perdida por ignición de los

elementos, pero una efervescencia breve disminuye el contenido de hidrogeno y nitrógeno. El


soplado de oxigeno se realiza después de fundirse los materiales de carga. , oxidando el

carbono excesivo.

Fabricación de acero en hornos de arco eléctrico ácidos:

Este tipo de hornos dotados de revestimiento acido se utilizan de ordinario en los talleres de

la fabricación de acero destinado para moldeado su capacidad oscila entre 0.5, 6-10t.

Su amplia aplicación se debe a su revestimiento acido es más termoresistentes que el básico

y permite explotar el horno dependiendo de las condiciones de trabajo del taller(1 0 2

turnos )así mismo los materiales de revestimiento son 2.5 veces más económicos que los

materiales de revestimiento de los hornos básicos puesto que también se omite el periodo de

reducción y el tiempo de elaboración del acero para moldeado en este tipo de hornos es

menor en cuanto a los hornos básicos de la misma capacidad y también se economiza el

consumo de energía eléctrica.

Las desventajas son que durante la fundición no se elimina el azufre y fosforo del metal.

Carga y derretimiento de los materiales:

El lecho de fusión se compone de modo que el contenido de carbono después del

derretimiento de los materiales rebase el 0.1-0.2% su contenido en acero acabado para elevar

el contenido se le agrega coque; pedazos de electrodos, o arrabio.

La chatarra debe contener azufre y fosforo en 0.01%

La chatarra no debe ser herrumbrosa porque destruye la solera.

Derretimiento: El derretimiento en el horno dura entre 50-70min y es en este periodo que se

verifica la oxidación del silicio, manganeso, hierro y carbono los óxidos formados forman

parte de la formación de la escoria.

Periodo de oxidación: la finalidad de este periodo consiste en desgasificar el metal como

resultado de su efervescencia y en calentarlo.


Durante este periodo se oxida 0.1-0.2% de carbono .su oxidación se efectúa principalmente a

costa del óxido ferroso contenido en la escoria.

Fabricación del acero en los hornos de inducción:

En un horno de inducción sin núcleo el metal se funde en el crisol dentro del inductor que no

es más que una espiral con varias espiras fabricadas de un material conductor de corriente.

Por el inductor se hace pasar corriente alterna, en el flujo magnético alterno producido

dentro del inductor induce en el metal corrientes de Foucault que lo calientan y lo difunden.

Fig. Estructura de un horna de inducción

Técnicas de fusión en los hornos de inducción:


La fusión se lleva a cabo por regla general, sin oxidar las impurezas y sin plantear el problema

de la eliminación del azufre y fosforo ya que debido a las escorias “frías” la defosforaciòn y

desulfuración están dificultadas.

Fusión en el horno de revestimiento básico:

La fusión en un horno de inducción dura poco tiempo, por eso no se ofrece las posibilidades

de comprobar la composición del metal a base de sus análisis es por este motivo que la

obtención del acero de composición es prefijada por el cálculo de la carga.

Principalmente es necesario que el contenido de carbono, azufre y fosforo no rebase los

límites admisibles en el acero acabado.

Fusión en el horno de revestimiento acido:

El contenido de azufre, fosforo y carbono en la carga no debe rebasar los límites admisibles el

ferrocromo, ferrotunsgteno y ferromolibdeno son echados junto con los materiales de carga

el proceso es igual al básico. Al fundir los materiales se produce la escoria introduciéndose

tales aditivos como pedazos de vidrio, chamota y cal.

Fusión en los vacuhornos de inducción:

Este tipo de hornos nos permite obtener el acero y las aleaciones que contienen muy

contienen muy pocas cantidades de gases, inclusiones no metálicas o impurezas de metales

no ferrosos, alear una aleación por cualesquiera de los elementos incluyendo los que tienen

alta afinidad con el oxígeno, sin que ellos se pierdan por oxidación.


Fig. Esquema de un vacuhorno

Proceso de fusión en los vacuhornos de fusión:

Se emplean los materiales limpiados de aceite y cascarilla, su composición se debe conocer

exactamente.

Una vez cargados los materiales se conecta la corriente del horno si este es discontinuo se

evacua el aire.

Estos materiales se funden ininterrumpidamente evacuando los gases con ayuda de bombas.

Después de fundido comienza el periodo de espera que dura entre 20-40min aquí ocurre la

desoxidación y la aleación del metal.

Desventajas:

Durante el largo periodo de espera el metal se ensucia con oxígeno y las inclusiones no

metálicas así también con elementos tales como (silicio aluminio y otros) que se reducen del

revestimiento.

Procedimientos continuos de fusión del acero:

Actualmente todos los procedimientos de fabricación del acero son discontinuos o cíclicos y

todos los aparatos de fusión para acero son aparatos discontinuos.

Según la experiencia adquirida por las fabricas el cambio de proceso de discontinuo al

continuo permite aumentar el rendimiento de los equipos, reducir gastos de explotación

elevar la calidad y homogeneidad (estandarización) de los productos, disminuir desechos

tecnológicos, utilizar mejor equipos adicionales

Esta técnica de colada continua aplicada exitosamente hace posible obtener de forma

continua muchas decenas de coladas, vaciar miles de toneladas de acero. Implantación de la

producción de máquinas horizontales e inclinadas así como la curvatura de la pieza bruta

permiten resolver el problema de la creación de una línea continua: máquina de colada

continúa de lingotes de acero (MCCL), tren de laminación


El proceso continuo de fusión para acero tiene 2 grandes dificultades y son las siguientes

a) Dificultades de orden tecnológico consistentes en la necesidad de eliminar

simultáneamente a partir de arrabio elementos muy heterogéneos en cuanto a sus

propiedades termoquímicas.

b) Dificultades de orden constructivo consistentes en crear un aparato que permita

cumplir las operaciones tecnológicas necesarias en la sucesión requerida.

Fig.: Horno Siemens Martin y hornos eléctricos.


Etapas del Siemens Martin:

Fe + ½ O2→ FeO + calor

(i) 2FeO + Si → 2Fe + SiO2 + calor

FeO + Mn → Fe + MnO + calor

(ii) FeO + C → CO + Fe – calor

CO + ½ O2→ CO2

5FeO + 2P → P2O5 + 5 Fe + calor

(iii) P2O5 + 4 CaO→ (CaO)4P2O5 DEFOSFORACIÓN

FeS + CaO→ FeO + CaS DESULFURACIÓN


Se obtiene Acero libre de Si, Mn, P y S

d. ESCORIAS DE FUSION DEL ACERO:

La fabricación del acero del acero va acompañada de ordinario con os procesos de oxidación

del hierro y de sus impurezas, así como por los procesos de corrosión de revestimiento de los

aparatos de fusión de acero. En el material que se carga en los aparatos de fusión de acero hay

siempre una cantidad menor o mayor de impurezas. Además, al efectuar la fusión se agregan

al baño diferentes fundentes y materiales aditivos. Como resultado se forma una fase no

metálica llamada escoria.

Fuentes de formación de la escoria:

Las fuentes principales de formación de formación de la escoria son las siguientes:

Productos de oxidación de impurezas del arrabio y de la chatarra, o sea, productos de

oxidación del silicio, manganeso, fosforo, azufre, cromo y otros elementos (SiO2, MnO. P2O6,

FeS, MnS, Cr2O3 y otros).

Productos de destrucción del revestimiento del equipo, al corroerse el revestimiento

básico (dolomía, magnesita) pasan a la escoria CaO, MnO y al corroerse el revestimiento acido,

pasa a la escoria SiO2.

impurezas de la carga (arcilla, arena, escoria del mezclador, etc.)

herrumbre que cubre la chatarra que se carga en los aparatos de fusión de acero, o sea,

óxidos de fierro.

Materiales aditivos y oxidantes (caliza, cal, bauxita, espato flúor, menas de fierro y de

manganeso, o sea, CaO, Al2O3, SiO2, FeO, Fe2O3, MnO, CaF2 y otros)

En cada caso concreto el grado de influencia de las impurezas citadas sobre la composición de

las escorias es diferente.

La escoria desempeña un papel muy importante en la producción del acero, por ejemplo, la

eliminación de tales impurezas nocivas como azufre y fosforo a partir de metal consiste en

hacer pasar a la escoria estos elementos, crear condiciones que eviten su paso inverso desde

la escoria al metal.


e. REACCIONES PRINCIPALES DE LOS PROCESOS DE OXIDACION:

Puesto que el acero se obtiene generalmente del arrabio y de la chatarra como resultado de la

oxidación y eliminación de las impurezas contenidas, en la fabricación del acero revisten

importancia especial las reacciones de oxidación. El oxígeno necesario para el desarrollo de

estas reacciones se suministra bien sea de la atmosfera, bien sea de la mena de hierro, bien

sea de ortos oxidantes o bien insuflando en el baño el oxígeno gaseoso.

Cuando se pone en contacto con el metal y la escoria una atmosfera oxidante que contiene el

oxígeno en forma de O2, CO2, o H2O, se forman los óxidos superiores de hierro que

enriquecen la escoria en oxigeno (por ejemplo CO2 + 2 FeO = Fe2O3 + CO). El proceso

interior de transporte del oxígeno de la escoria al metal transcurre por las reacciones:

Fe2O3+Fe liq→3 FeO

FeO→ [O ]+Fe liq

Para examinar las reacciones principales en la fusión del acero, es necesario considerar a la

solución de acero fundido como homogénea sin hacer caso de la estructura del metal de

composición dada en estado sólido. Se tiene que tener presente que esta suposición no es del

todo cierto.

La temperatura de fusión del acero oscila generalmente en función de su composición, entre

1400 y 1530 °C y antes de la sangría suele ser de hecho igual a 1550-1650 °C.

Oxidación del carbono:

El carbono disuelto en el metal se oxida hasta CO, a una temperatura apropiada, no obstante,

para bajas concentraciones de carbono, además de la reacción:

C+O→CO

Hay que tener en cuenta:

C+2O→CO2


La velocidad de reacción de descarburación se determina por la intensidad de suministro de

oxidante y las condiciones de formación y desprendimiento del producto de reacción.

El carbono disuelto en el metal puede oxidarse por e oxigeno:

Que se contiene en la fase gaseosa:

C+1/2O2→CO

Cuando transcurre esta reacción, se desprende una cantidad considerable de calor.

Que se contiene en los óxidos de hierro de la escoria; esta reacción va acompañado de

absorción de un cantidad considerable de calor:

C+FeO→Fe liq+CO

Que esta disuelto en el metal:

C+O→CO

Al desarrollarse esa reacción, se desprende una cantidad muy pequeña de calor.

La fase gaseosa que se forma en la oxidación del carbono, agita el baño, nivela la composición

del metal y su temperatura, ejerce gran influencia en los procesos de eliminación de gases e

inclusiones no metalizas.

Oxidación y reducción de manganeso:

Por sus propiedades el manganeso es muy próximo al hierro y se disuelve en este último en

todas las proporciones. El manganeso es de fácil oxidación sobre todo a temperaturas

pequeñas; en ese caso se forman MnO2, Mn2O3 y Mn3O4, MnO. A altas temperaturas es

estable el MnO.

Mn+1 /2O2→MnO

El manganeso reducido de la mena permite disminuir el contenido del azufre en el arrabio.



Mn+1 /2O2→MnO

Que se contiene en los óxidos de hierro de la escoria:

Mn+2FeO→MnO+Fe liq


Mn+O→MnO

Al desarrollarse estas reacciones, se desprende una cantidad de calor.

Se ha de tener en cuenta que el MnO que se forma entra en interacción con la sílice para

formar parte de la escoria:

2MnO+SiO2→ (MnO )2 . SiO2

Oxidación y reducción del silicio:

El silicio se alea con el hierro en todas proporciones y se disuelve en este último

desprendiendo calor. El silicio es un elemento fácilmente oxidable. Disuelto en el metal, puede

oxidarse por el oxígeno:


Si+O2→SiO2


Si+2 FeO→SiO2+Feliq


Si+2O→SiO2

Al desarrollarse estas reacciones, se desprende una cantidad muy grandes de calor.

El silicio puede ser reducido a partir de una escoria acida por el hierro, el carbono o por el

manganeso.


Oxidación y reducción del fosforo:

El fosforo se disuelve en el hierro en cantidades considerables. Al disolverse el fosforo se

desprende cierta cantidad d calor. El fosforo tiene una acción perjudicial para el acero, por tal

motivo se busca su eliminación.

El fosforo disuelto en el metal puede ser oxidado por el oxígeno:


4 /5 P+O2→2/5 (P2O5 )


4 /5 P+2FeO→2 /5 (P2O5 )+2Fe liq


4 /5 P+2O→2/5 (P2O5 )

Al desarrollarse estas reacciones, se desprende calor.

Eliminación del azufre (desulfuración del metal):

El contenido elevado del azufre origina a menudo las así llamadas “grietas calientes”, sobre

todo al efectuar la colada continua del acero. El azufre posee solubilidad ilimitada en el hierro

líquido y la limitada en el hierro sólido. La producción del sulfuro de hierro y en presencia de

oxigeno se forman oxisulfuros, que hace que el acero pierda sus propiedades o sea tiene lugar

a la destrucción del metal.

Cierta cantidad de azufre contenida en el arrabio, al sangrarlo del alto horno se elimina a

partir de ese metal como resultado del desarrollo de la reacción:

FeS+Mn→MnS+Fe

En un aparato de fusión de acero el azufre es eliminado las más de las veces a partir del metal,

pasando a la escoria, como resultado de la formación de CaO:

FeS+CaO→CaS+FeO


Donde los productos sulfurados son insolubles en el metal.

Principales reacciones químicas en el afino

FUENTE:http://www.ipac.es/acero/fabricacion.asp

f. GASES PRESENTES EN EL ACERO:

Un acero cualquiera que sea contiene gases, en ciertas cantidades, los elementos que en las

condiciones corrientes son gases (oxigeno, hidrogeno, nitrógeno). Los gases se hallan en los

metales en forma de burbujas y soluciones liquidas o sólidas. Estos gases ejercen influencia

http://www.ipac.es/acero/fabricacion.asp


esencial en las propiedades del metal y por eso siempre se concede gran importancia a los

problemas de eliminación de los gases a partir del metal.

Oxigeno: Se eliminan por agentes desoxidantes (Mn, Si, Al, etc.)

Hidrogeno: Corrección de su cantidad por tratamiento del metal por el vacío.

Nitrógeno: utilización de cargas puros en cuanto a él.

Inclusiones no metálicas:

Se llama así a los compuestos, presentes en el acero, de los metales (hierro, silicio, magnesio,

aluminio, cerio y otros) con los no metales (azufre, oxigeno, nitrógeno, fosforo, carbono).

Estos ejercen una influencia esencial en las propiedades del acero, las inclusiones no metálicas

empeoran las propiedades mecánicas (resistencia, plasticidad) sino también otras

propiedades del acero (permeabilidad magnética, conductibilidad eléctrica y otras), se busca

las maneras de eliminar estas inclusiones.

II.3. TRATAMIENTOS TERMICOS:

Es uno de los pasos fundamentales para que pueda alcanzar las propiedades mecánicas para

las cuales está creado. Este tipo de procesos consisten en el calentamiento y enfriamiento de

un metal en su estado sólido para cambiar sus propiedades físicas. Con el tratamiento térmico

adecuado se pueden reducir los esfuerzos internos, el tamaño del grano, incrementar la

tenacidad o producir una superficie dura con un interior dúctil.

La clave de los tratamientos térmicos consiste en las reacciones que se producen en el

material, tanto en los aceros como en las aleaciones no férreas, y ocurren durante el proceso

de calentamiento y enfriamiento de las piezas, con unas pautas o tiempos establecidos.

Para conocer a que temperatura debe elevarse el metal para que se reciba un tratamiento

térmico es recomendable contar con los diagramas de cambio de fases como el de hierro–

carbono.


En este tipo de diagramas se especifican las temperaturas en las que suceden los cambios de

fase (cambios de estructura cristalina), dependiendo de los materiales diluidos.

El hierro puro presenta tres estados alotrópicos a medida que se incrementa la temperatura

desde la ambiente:

Hasta los 911 °C, el hierro ordinario, cristaliza en el sistema cúbico centrado en el cuerpo

(BCC) y recibe la denominación de hierro o ferrita. Es un material dúctil y maleableα

responsable de la buena forjabilidad de las aleaciones con bajo contenido en carbono y es

ferromagnético hasta los 770 °C (temperatura de Curie a la que pierde dicha cualidad). La

ferrita puede disolver muy pequeñas cantidades de carbono.

Entre 911 y 1400 °C cristaliza en el sistema cúbico centrado en las caras (FCC) y recibe la

denominación de hierro o austenita. Dada su mayor compacidad la austenita se deforma conγ

mayor facilidad y es paramagnética.

Entre 1400 y 1538 °C cristaliza de nuevo en el sistema cúbico centrado en el cuerpo y recibe

la denominación de hierro que es en esencia el mismo hierro alfa pero con parámetro de redδ

mayor por efecto de la temperatura.

A mayor temperatura el hierro se encuentra en estado líquido. Si se añade carbono al hierro,

sus átomos podrían situarse simplemente en los intersticios de la red cristalina de éste

último; sin embargo en los aceros aparece combinado formando carburo de hierro (Fe3C), es

decir, un compuesto químico definido y que recibe la denominación de cementita de modo

que los aceros al carbono están constituidos realmente por ferrita y cementita.


Diagrama Hierro-Carbono

FUENTE: http://www.slideshare.net/albertojeca/tratamientos-termicos-del-acero

Los tratamientos térmicos han adquirido gran importancia en la industria en general, ya que

con las constantes innovaciones se van requiriendo metales con mayores resistencias tanto al

desgaste como a la tensión. Los principales tratamientos térmicos son:

II.3.1. TRATAMIENTOS TERMOFISICOS:

Temple:

El temple es un tratamiento térmico que, mediante el calentamiento y enfriamiento a una

velocidad controlada, varia las características mecánicas físicas y químicas (mejorar su

comportamiento en los procesos de recocido y frente a la acción de ciertos ácidos) del acero.

Finalidad

Aumentar la resistencia a tracción, dureza.

Disminuir: plasticidad, tenacidad.

Modificar: Propiedades físicas: aumento del magnetismo y la resistencia eléctrica.

Propiedades químicas: aumento de la resistencia a la corrosión.

Procedimiento para el templado del acero

El tratamiento térmico del templado consta de tres pasos:


1) Se calienta el acero a una temperatura elevada:

En el caso de los aceros hipoeutectoides: unos 30 – 50 °C superior a A3. Recuerda que A3 es la

temperatura obtenida del diagrama Hierro Carbono para la transformación alotrópica de

Austenita en ferrita para un acero de esa composición.

En el caso de los aceros eutectoides e hipereutectoides: 30 – 50ºC por encima de A1, siendo

A1 la temperatura de eutectoide obtenida del diagrama Hierro Carbono.

2) Se mantiene la temperatura anterior el tiempo necesario para que ésta se homogenice en

todo el volumen de la pieza a templar (este tiempo se estima experimentalmente para cada

pieza, aunque se puede calcular aproximadamente)°

3) Se enfría el sistema en un medio adecuado a una velocidad superior a la crítica de temple

con objeto de obtener una estructura martensítica, y así mejorar la dureza y resistencia del

acero tratado.

Medios de enfriamiento en el temple.

El fluido ideal de temple será aquel que produzca una velocidad de enfriamiento superior a la

crítica hasta temperaturas inferiores a las de transformación de la perlita y Bainita, y más baja

en el intervalo de la transformación martensítica. De esta forma se evitará la transformación

de la Austenita en los constituyentes más blandos y se conseguirá que se transforme con

uniformidad en martensita, sin peligro a que se formen grietas y deformaciones. Algunos

medios utilizados son:

En agua: el agua es el método más utilizado para el enfriamiento de acero en el temple. El

agua a temperatura inferior a 30ºC, tiene una severidad de temple baja si se deja la pieza en

reposo pero si se agita o se le añaden sales esta severidad aumenta, llegando a conseguirse,

uniendo ambos métodos, la máxima severidad.

En aceites minerales: se puede emplear para aceros ordinarios altos en carbono y de sección

pequeña. También se emplea para aceros aleados, cuya velocidad crítica de temple sea baja y

su sección puede ser grande, en este caso se reduce el peligro de grietas y deformaciones. Los


aceiten deberán tener una volatilidad no muy elevada, temperatura de inflamación y de

combustión lo más alta posible, gran resistencia a la oxidación y una viscosidad a temperatura

ambiente entre 14,4 y 15,7 poise. Los mejores aceites para este uso son los derivados del

petróleo.

En metales y sales fundidas: los metales fundidos como el mercurio o el plomo y ciertas

sales se usan como refrigerantes por su comportamiento respecto a la severidad del temple

que es similar a la del aceite pero por agitación se logra aumentar considerablemente.

En aire en calma a presión: se usa en aceros con bajas velocidades de temple. Se enfrían las

piezas por radiación, convención y conductividad por lo que desempeña un papel importante

el estado de la superficie de la pieza favoreciendo que la superficie sea negra y dificultando

que sea brillante.

TEMPERATURAS DE CALENTAMIENTO EN LOS PROCESOS DE TEMPLE

Tal y como se ve en el gráfico, para realizar el proceso de temple los aceros

hipoeutectoides se austenizan completamente, mientras que con los aceros

hipereutectoides no es necesario.


En los aceros hipoeutectoides, si se calentara entre las temperaturas A1 y A3, parte del acero

quedaría como ferrita sin transformarse en Austenita, con lo que, al enfriarse, no podría

transformase en martensita provocando una muy significativa disminución de resistencia y

dureza. A este defecto se le denomina temple incompleto.

Por este motivo es imprescindible que en estos aceros se alcance una temperatura

ligeramente superior (entre 30 y 50ºC) a A3.

En el caso de los aceros hipereutectoides hay varias razones para no calentar por encima de

Am:

El microconstituyente asociado a la Austenita en esa zona del diagrama es Cementita, que

resulta ser muy duro, generando una mejora en el comportamiento del acero frente al

desgaste.

Aumenta mucho el tamaño del grano austenítico.

Se descarbura apreciablemente la superficie del acero.

TIPOS DE TEMPLE

Temple continuo de austenización completa

Es aplicado a los aceros hipoeutectoides. Se calienta el material a 50ºC por encima de la

temperatura crítica superior A3, enfriándose en el medio adecuado para obtener martensita.

Temple continuo de austenización incompleta

Es aplicado a los aceros hipereutectoides. Se calienta el material hasta AC1 + 50ºC,

transformándose la perlita en Austenita y dejando la Cementita intacta. Se enfría a

temperatura superior a la crítica, con lo que la estructura resultante es de Martensita y

Cementita.

Temple superficial


Se recurre a un proceso de temple superficial cuando se desea que una pieza presente elevada

dureza superficial y buena resistencia exterior al desgaste, pero que su alma siga

manteniéndose con reducidas tensiones. Con el temple superficial se consigue que solamente

la zona más exterior se transforme en Martensita, y para ello el tiempo durante el que se

mantiene el calentamiento debe ser el adecuado para que solamente un reducido espesor de

acero se transforme en Austenita.

Temple Escalonado (Martempering)

Consistente en calentar el acero a temperatura de austenización y mantenerlo el tiempo

necesario para que se transforme completamente en Austenita. Posteriormente se enfría en

un baño de sales bruscamente hasta una temperatura próxima, pero superior, a Ms, con el fin

de homogeneizar la temperatura en toda la masa y se acaba reduciendo la temperatura para

que toda la pieza se transforme en Martensita.

Temple isotérmico (Austempering)

Consistente en calentar el acero a temperatura de austenización y mantenerlo el tiempo

necesario para obtener Austenita. Posteriormente se enfría bruscamente en un baño de sales

hasta una temperatura determinada, para igualar la temperatura en toda la masa y luego se

vuelve a disminuir la temperatura para que toda la pieza se transforme en Bainita.

REPRESENTACIÓN DE LOS DISTINTOS TEMPLES

La siguiente imagen muestra la evolución de la temperatura en cinco procesos diferentes de

temple:


La primera gráfica corresponde a un temple de austenización completa puesto que la

temperatura de caldeo sobrepasa ligeramente el punto A3, garantizando así que el

microconstituyente de partida sea exclusivamente Austenita. La temperatura se mantiene el

tiempo necesario para conseguir que toda la pieza haya alcanzado ese punto y posteriormente

se enfría a una velocidad superior a la crítica, sin que interseccione con las curvas TTT. Por

todo ello el constituyente final del acero así tratado será exclusivamente Martensita. Este

proceso se utiliza generalmente con aceros hipoeutectoides.

La segunda gráfica corresponde a un temple de austenización incompleta. El tratamiento es

igual al anterior excepto en que la temperatura de caldeo es ligeramente superior a A1, con lo

que los constituyentes de partida serán Austenita y Cementita, el tiempo de mantenimiento y

el enfriamiento tiene las mismas características. Los constituyentes finales serán Martensita y

Cementita.

La tercera gráfica corresponde a un temple + revenido. Generalmente se realiza este

tratamiento tras haber realizado un temple, para ablandar el material y favorecer su

mecanización posterior y para tratar de reducir las tensiones internas y la acritud.

La cuarta gráfica corresponde a un martempering.

La quinta gráfica representa un proceso de austempering.

Hornos en el templado del acero


Los hornos para calentar piezas pequeñas que se desea templar, son cajas metálicas que en su

interior van recubiertas de material refractario para evitar pérdidas de calor, estas cajas

llevan incorporadas varias resistencias eléctricas que producen el calentamiento de las piezas

a la temperatura requerida y llevan incorporado un reloj programador para el control del

tiempo de calentamiento y un pirómetro que facilita el conocimiento de la temperatura. que

hay en el interior del horno.

Con elementos de gran tamaño, como tubos, los hornos están formados por cámaras; cada

cámara tiene el largo del tubo y en cada cámara hay de una serie de quemadores que se

encargan del calentamiento de cada cámara. Para poder monitorear la temperatura se usa el

termopar y para controlar el horno se usa el PLC o computadoras.

Después del temple se efectúa el revenido, cuyo fin es el aumento de la plasticidad

(disminución de la fragilidad) del acero con una disminución mínima de la resistencia o la

dureza adquiridas durante el temple.

INCONVENIENTES EN EL TEMPLADO DEL ACERO

Existen muchos problemas que pueden presentarse en el proceso del templado del acero, los

principales son:

PROBLEMA CAUSAS QUE SE PRESENTAN EN EL TEMPLE DE LOS ACEROS

Ruptura durante

el enfriamiento

Enfriamiento muy drástico

Retraso en el enfriamiento

Aceite contaminado

Mala selección del Acero

Diseño inadecuado

Oxidaciones y

descarburacione

s

se deben al calentamiento en atmósferas inadecuadas


Baja dureza

después del

temple

Temperatura de temple muy baja

Tiempo muy corto de mantenimiento

Temperatura muy alta o tiempos muy largos

Decarburación del Acero

Baja velocidad de enfriamiento

Mala selección del acero (Templabilidad)

Deformación

durante el

temple

Calentamiento disparejo

Enfriamiento en posición inadecuada

Diferencias de tamaño entre sección y continuas

Fragilidad

excesiva

Calentamiento a temperatura muy alta

Calentamiento irregular

Revenido:

Sólo se aplica a aceros previamente templados, para disminuir ligeramente los efectos del

temple, conservando parte de la dureza y aumentar la tenacidad.

El revenido consigue disminuir la dureza y resistencia de los aceros templados, se eliminan las

tensiones creadas en el temple y se mejora la tenacidad, dejando al acero con la dureza o

resistencia deseada. Se distingue básicamente del temple en cuanto a temperatura máxima y

velocidad de enfriamiento.

Recocido:

Consiste básicamente en un calentamiento hasta temperatura de austenitización (800-925 °C)

seguido de un enfriamiento lento. Con este tratamiento se logra aumentar la elasticidad,


mientras que disminuye la dureza. También facilita el mecanizado de las piezas al

homogeneizar la estructura, afinar el grano y ablandar el material, eliminando la acritud que

produce el trabajo en frío y las tensiones internas.

Normalmente su objetivo es ablandamiento, pero ciertos tipos son aplicables para alivios de

tensiones:

El recocido como tal sirve para el ablandamiento de los aceros que por algún motivo están

endurecidos y se requiere dejarlos en baja dureza para por ej. Una operación de mecanizado.

Posterior se puede volver a hacer un tratamiento de endurecimiento, pero una Planta como

DETESA no podrá dar garantía ya que los materiales que son continuamente calentados

tienden a sufrir fatiga térmica y puede haber problemas de fisuras o deformaciones.

El recocido de alivio de tensiones se usa como su nombre indica, para aliviarlas tensiones

producidas por:

Mecanizado: cuando se desbasta más del 30% del material en bruto.

Por operación de soldadura: Cuando se suelda un acero especial, se debe

homogenizar la estructura afectada por el calor, para evitar fragilidad y baja resistencia

mecánica ante una carga elevada.

Normalizado:

Tiene por objeto dejar un material en estado normal, es decir, ausencia de tensiones internas

y con una distribución uniforme del carbono. Se suele emplear como tratamiento previo al

temple y al revenido.

II.3.2. TRATAMIENTOS TERMOQUÍMICOS:

Los tratamientos termoquímicos son tratamientos térmicos en los que, además de los cambios

en la estructura del acero, también se producen cambios en la composición química de la capa

superficial, añadiendo diferentes productos químicos hasta una profundidad determinada.


Estos tratamientos requieren el uso de calentamiento y enfriamiento controlados en

atmósferas especiales.

Entre los objetivos más comunes de estos tratamientos está aumentar la dureza superficial de

las piezas dejando el núcleo más blando y tenaz, disminuir el rozamiento aumentando el

poder lubrificante, aumentar la resistencia al desgaste, aumentar la resistencia a fatiga o

aumentar la resistencia a la corrosión.

Cementación (C):

Fig.Tratamiento térmico del acero: Cementación.

FUENTE: Aceros Especiales-web.pdf.

La cementación es un tratamiento termoquímico que se aplica en piezas de acero. El proceso

aporta carbono a la superficie mediante difusión, que se impregna modificando su

composición.

Utilidad

La cementación tiene por objeto endurecer la superficie de una pieza sin modificar su núcleo,

originando una pieza formada por dos materiales: la del núcleo de acero (con bajo índice de

carbono) tenaz y resistente a la fatiga, y la parte de la superficie (de acero con mayor

concentración de carbono) 0,2% de carbono. Consiste en recubrir las partes a cementar de

una materia rica en carbono, llamada cementante, y someter la pieza durante varias horas a

altas temperaturas (típicamente, 900 °C). En estas condiciones, el carbono penetra en la

https://es.wikipedia.org/wiki/Difusi%C3%B3n_(f%C3%ADsica)

https://es.wikipedia.org/wiki/Carbono

https://es.wikipedia.org/wiki/Acero

https://es.wikipedia.org/wiki/Tratamiento_t%C3%A9rmico#Tratamiento_termoqu.C3.ADmico


superficie que recubre a razón de 0,1 a 0,2 mm por hora de tratamiento. A la pieza cementada

se le da el tratamiento térmico correspondiente, temple y revenido, y cada una de las dos

zonas de la pieza, adquirirá las cualidades que corresponden a su porcentaje de carbono.

La cementación se aplica en todas aquellas piezas que deben poseer gran resistencia al

choque y tenacidad junto con una gran resistencia al desgaste, como es el caso de los piñones,

levas, ejes, etc.

Aceros de cementación

Son apropiados para cementación los aceros de bajo contenido de carbono. El cromo acelera

la velocidad de penetración del carbono. Los aceros al cromo níquel tienen buenas cualidades

mecánicas y responden muy bien a este proceso. Una concentración de níquel por encima del

5% retarda el proceso de cementación.

Según sean los requisitos de dureza y resistencia mecánica existen varios tipos de aceros

adecuados para recibir el tratamiento de cementación y posterior tratamiento térmico.

Tipos de aceros para cementación

Aceros para cementación al carbono: Cementación a 900 °C - 950 °C, primer temple

a 880 °C - 910 °C en agua o aceite, segundo temple a 740 °C - 770 °C en agua. Revenido a 200

°C como máximo.

Aplicaciones: Piezas poco cargadas y de espesor reducido, de poca responsabilidad y escasa

tenacidad en el núcleo.

Aceros para cementación al Cr-Ni de 125 kgf/mm2: Tiene en su composición un 1%

de Cr y un 4,15% de Ni. Cementación a 850 °C - 900 °C, primer temple a 900 °C - 830 °C en

aceite, segundo temple a 740 °C - 780 °C en aceite. Revenido a 200 °C como máximo.

Aplicaciones: Piezas de gran resistencia en el núcleo y buena tenacidad. Elementos de

máquinas y motores. Engranajes, levas, etc.

Aceros para cementación al Cr-Mo de 95 kgf/mm2: Tiene en su composición un

1,15% de Cr y un 0,20% de Mo. Cementación a 890 °C - 940 °C, primer temple a 870 °C - 900

°C en aceite, segundo temple a 790 °C - 820 °C en aceite. Revenido a 200 °C como máximo.

Aplicaciones: Piezas para automóviles y maquinaria de gran dureza superficial y núcleo

resistente. Piezas que sufran gran desgaste y transmitan esfuerzos elevados. Engranajes,

levas, etc.

https://es.wikipedia.org/wiki/Tracci%C3%B3n

https://es.wikipedia.org/wiki/Dureza

https://es.wikipedia.org/wiki/N%C3%ADquel

https://es.wikipedia.org/wiki/Cromo


Aceros para cementación al Cr-Ni-Mo de 135 kgf/mm2: Tiene en su composición

un 0,65% de Cr, un 4% de Ni y un 0,25% de Mo. Cementación a 880 °C - 930 °C, primer temple

a 830 °C - 860 °C con aire o aceite, segundo temple a 740 °C - 770 °C con aceite. Revenido a

200 °C como máximo.

Aplicaciones: Piezas de grandes dimensiones de alta resistencia y dureza superficial.

Máquinas y motores de máxima responsabilidad, ruedas dentadas, etc.

1. Materiales que se utilizan para la cementación: Selección de los aceros de cementación

Entre los diversos factores que deben tenerse en cuenta para la elección de uno u otro tipo de

acero de cementación, lo más importantes a considerar son tres:

1. La forma o tamaño de las piezas que se van a fabricar.

2. La resistencia que deben tener las piezas en el núcleo central.

3. El precio que se puede llegar a pagar por el acero.

Por el tamaño de grano o aptitud de crecimiento del grano durante el calentamiento que se

realiza en la cementación, se puede clasificar en:

• Aceros de grano grueso

• Aceros de grano medio

• Aceros de grano fino

Aceros de Cementación

Aceros al Carbono Contienen cantidades apreciables carbono, silicio y manganeso. Durante la

cementación, los aceros al carbono les crece el grano más que a los aceros aleados.

Para piezas pequeñas suele emplearse aceros con menos de 0,12% de C.

Para piezas grandes, se emplean aceros de 0,20% de carbono aproximadamente. Con

frecuencia se fabrican estos aceros con porcentajes de manganeso más elevados (0,60 a

0,90%).

Aceros Débilmente Aleados La suma de porcentajes de elementos aleados, cromo, níquel,

molibdeno y manganeso es inferior a 3%. De estos aceros los de más elevada aleación se

suelen templar en aceite y los de menos aleación en agua. Con estos aceros, combinando los

elementos de aleación con un adecuado porcentaje de carbono, se llega a alcanzar en el núcleo

resistencias variables desde 70 a 130 Kg/mm2.


Composiciones típicas de aceros aleados para cementación de bajo contenido de aleación

Aceros de Alta Aleación: Para piezas de aviones y motores de aviación y piezas de alta

resistencia y gran tamaño son muy empleados los aceros cromo-níquel- molibdeno.

Aceros de Cementación A este grupo pertenecen los clásicos aceros al níquel, de C=0,10 a

0,20% y Ni=3%, y también los de Ni=5%. En estos aceros conviene en general conservar el

contenido en carbono relativamente bajo para que no se endurezca demasiado el corazón y

llegue a disminuir sensiblemente la tenacidad.

Nitruración (N):

Es un proceso mediante el cual se difunde nitrógeno en el interior de un material metálico,

principalmente en aleaciones de hierro y níquel, con el objetivo de que este reaccione con

algunos elementos presentes en la composición del metal, lo que genera una capa superficial

con propiedades mecánicas y químicas mejoradas.

La presencia de estos nitruros acrecienta en el material metálico su dureza superficial, lo que

mejora considerablemente su resistencia al desgaste, sin dejar de lado su mejora en la

resistencia a la fatiga y a la corrosión.

Una ampliación de este proceso es la introducción –posterior a la nitruración del material– en

otro baño de oxidación, con el objetivo de oxidar superficialmente la capa ya formada y

mejorar, aun más, su resistencia a la corrosión. Un proceso patentado es el QPQ (del ingles

quench-pulish-quench), en el cual, luego del tratamiento de oxidación, el material se somete a

una etapa intermedia de pulido.

La nitruración es un tratamiento termoquímico aplicado a las aleaciones ferrosas para

incrementarle su resistencia al desgaste, resistencia a la fatiga y resistencia a la corrosión;

esto último, sobre todo cuando se combina con un tratamiento de post oxidación.

La nitración se realiza, al difundir nitrógeno dentro del material, que al combinarse con el

hierro y otros elementos presentes en el material, forma una capa superficial constituida de

nitruros, los cuales le aportan al material una gran dureza. El nitrógeno puede provenir de

diferentes fuentes, como puede ser la descomposición del amoniaco (Nitruración gaseosa), la

nitruración iónica o de un baño de sales fundidas (nitruración en baño de sales).


Aceros para nitruración

Normalmente se emplean aceros entre 0,2 y 0,60 % C, aleados con Al, Cr, Mo y V. El contenido

de C no influye en la dureza y levemente en la profundidad de capa, disminuyendo ésta con el

% de C.

El Al es el elemento más importante para lograr las máximas durezas, pero debe ir siempre

acompañado de otros aleantes para evitar capas nitruradas muy frágiles.

El Mo aumenta la dureza de la capa, mejora la tenacidad del núcleo y evita la fragilidad de los

aceros sin Mo, cuando permanecen mucho tiempo a temperaturas próximas a 500° C.

El Cr y el V aumentan la profundidad de capa dura.

En los aceros al carbono, a igualdad de tiempo, se obtiene una mayor profundidad de capa, ya

que los aleantes forman nitruros y disminuyen la difusión hacia el interior, pero los valores de

dureza son sensiblemente inferiores.

MÉTODOS DE NITRURACIÓN

ION-NITRURACIÓN O NITRURADO IÓNICO

A partir de la década del 70, se ha incorporado el uso de plasma para asistir los tratamientos

de nitruración.

Esta técnica, denominada nitruración iónica asistida por plasma, permite reducir el tiempo de

proceso como así también el consumo de gases y energía. Estos factores, sumados a que este

proceso es no contaminante y que permite controlar en forma independiente y precisa la

densidad de corriente, composición química del plasma, tiempo, presión y temperatura, han

favorecido su crecimiento convirtiéndolo en un proceso de alto rendimiento y flexibilidad.

Actualmente, la nitruración iónica se utiliza para endurecer la superficie de componentes

mejorando la resistencia al desgaste e incrementando la vida a fatiga, no solo de materiales

ferrosos, fundiciones y aceros, sino también de titanio y aleaciones de aluminio [1].

Un equipo convencional consta de un reactor (ver Fig. 1) dentro del cual las piezas forman el

cátodo de un circuito eléctrico especial siendo el recinto que las rodea el ánodo que está a

potencial de tierra. Entre el ánodo y el cátodo se aplica una diferencia de potencial que puede


variar entre 0,3 y 1kV, generándose de esta forma un plasma observable a simple vista (de

aspecto luminiscente) que cubre las superficies a tratar. Sin embargo esta configuración

presenta algunos inconvenientes. Entre ellos es posible nombrar la falta de homogeneidad de

la temperatura en diferentes zonas del reactor, la aparición de arcos y efectos de borde y de

cátodo hueco. Con la finalidad de solucionar algunos de estos inconvenientes se han

incorporado fuentes de calentamiento auxiliar en la cámara de los reactores de forma de

minimizar las diferentes temperaturas. Por otra parte se han comenzado a utilizar fuentes de

DC pulsada (a diferencia de las antiguas de corriente continua) para disminuir la aparición de

arcos. Respecto al efecto de cátodo hueco, aún en la actualidad se encuentra en discusión si las

especies neutras serían las principales responsables de los mecanismos de nitruración; es por

ello que se evalúa la conveniencia de someter las piezas a un potencial de tierra, evitando de

esta forma variaciones en el campo eléctrico (principal responsable de dicho fenómeno). Los

efectos de geometría y cátodo hueco generan variaciones en el espesor de la capa nitrurada y

hasta la ausencia de la misma con los inconvenientes que ello representa en piezas con

orificios, geometrías complejas, engranajes, etc.

Figura 1. Representación esquemática de un equipo de nitruración iónica. 1- Cuerpo del reactor donde se ubican los

pasantes de potencia, medición, control y cierres de vacío, 2- Aislación térmica, 3- Fuente de calentamiento auxiliar, 4-

Equipo de bombeo, 5- Fuente de gases, 6- Visor, 7- Carga a tratar (cátodo), 8- Sensor y control de temperatura, 9- Fuente de

ionización [2].

Tecnología de post-descarga

Desde sus inicios el Grupo Ingeniería de Superficies trabaja en nitruración iónica estudiando

sus mecanismos a través de trabajos de investigación, tesis de grado y post-grado y se realiza

además asistencia técnica. Es por ello que conociendo las dificultades que presenta dicha


técnica se han estudiado tecnologías que eviten los inconvenientes antes nombrados, siendo

una de ellas la “nitruración iónica de post-descarga”. Como se observa en el esquema (ver Fig.

2), el principio de la nitruración por post-descarga consiste en la producción del plasma en un

recipiente separado y no directamente sobre la superficie a tratar. Posteriormente el plasma,

compuesto de las especies activas ionizadas y neutras, es conducido hacia la pieza por medio

de una bomba de vacío, favoreciendo que las muestras se encuentren en un flujo constante de

plasma y evitando los efectos de borde antes nombrados.

Figura 2. Esquema del principio de nitruración de post-descarga. (1) Entrada de flujo de gas, (2) producción

de plasma, (3) dirección del flujo de gas, (4) plasma sobre las piezas, (5) bomba de vacío [3].

Una aplicación práctica del método de post-descarga anteriormente descrito se ha llevado a

cabo a partir del empleo de una pantalla o malla metálica, que se encuentra rodeando las

muestras y que constituye el cátodo del sistema. El gas es introducido por medio de un

conducto en forma de espiral que se encuentra entre la pared del reactor y la malla metálica.

De esta manera, el plasma se forma en la malla y es conducido sobre las piezas por una bomba

extractora situada en la parte inferior del reactor. La aplicación del potencial catódico a la

malla metálica evita que las muestras a ser tratadas sufran los fenómenos de cátodo hueco y la

aparición de arcos.

En algunos casos las muestras pueden estar sometidas a un pequeño potencial de forma de

que el plasma cubra con mayor regularidad la geometría de las mismas. Así mismo en aquellos

materiales que requieran un sputtering previo, como en el caso de los aceros inoxidables,

puede aplicársele un potencial catódico que será retirado en el momento de la nitruración.

NITRURACIÓN EN BAÑO DE SALES


En el caso del la nitruración en baño de sales, se utilizan sales constituidas por cianatos

alcalinos y carbonatos alcalinos, que se trabajan a una temperatura de 580 °C. En la operación

convencional, las piezas se precalientan y luego son introducidas en baño de sales, donde se

mantienen durante un periodo de aproximadamente una hora y media; luego, se enfrían hasta

la temperatura ambiente.

Cabe mencionar que este proceso es una patente de la compañía alemana Hefdurferrit y se

denomina proceso Tufftride.

Una de las grandes posibilidades que presenta este proceso, y que lo hace competir de manera

ventajosa con otros como el recubrimiento con el cromo duro, son las buenas propiedades

que se logran a un menor costo, lo cual lo hace atractivo para muchos componentes de uso

industrial. También resulta benéfico con respecto a la nitruración gaseosa en el tiempo

requerido en ambos procesos, ya que el gaseoso ocupa mucho más tiempo para lograr la

misma capa. Adicionalmente, la nitruración en baño de sales resulta de más fácil control de los

aspectos operativos del proceso.

Figura 3. Esquema de difusión de nitrógeno en acero.

Con respecto a otros procesos superficiales, como el cementado, presenta ventajas, ya que las

temperaturas del proceso de nitruración son mas bajas que las del cementado, el cual se lleva

a cabo a temperaturas superiores a 900 °C, lo cual implica una menor posibilidad de

distorsión (curvado y torcido durante el temple); también se prescinde de la necesidad de

realizar el revenido del material. Por otro lado, tiene la desventaja que en aceros no aleados y

de bajo porcentaje de carbono, como es el caso de muchos de los aceros usados en


cementación, no se alcanzan la dureza ni los espesores de capa que si se obtienen en el

cementado.

Otros beneficios adicionales que se le pueden sumar al proceso de nitruración están

relacionados con el calentamiento, el cual puede aliviar tensiones en materiales provenientes

de procesos de mecanizado o conformado mecánico; la no afectación el tamaño de grano, ya

que la temperatura del proceso se da en el campo ferritico; la reducción o eliminación del

tiempo de mecanizado final, pues el proceso provoca poco cambio de volumen y la reducción

del desperdicio por el requerimiento de sobre espesor, dado el efecto de distorsión que

algunas veces se origina en procesos de mayor temperatura, como el temple o el cementado;

finalmente, el proceso incrementa la limpiabilidad y estabilidad dimensional.

Con respecto a las propiedades obtenidas después de la aplicación del proceso de nitruración,

se puede mencionar que dependiendo de la composición del acero, así va a ser la constitución

de la capa superficial, sobre todo si en el material hay presencia de elementos formadores de

nitruros, como el aluminio, el cromo, el molibdeno, el vanadio y el tungsteno.

Las capas nitruradas inician por medio de una serie de áreas de crecimiento nucleado y van

creciendo con el tiempo. Están constituidas por dos zonas principales denominadas capa

compuesta y capa de difusión. La presencia de la fase épsilon (Fe2-3N y FeC) en la constitución

de la capa compuesta (capa blanca) es la que proporciona, principalmente, una alta dureza y,

por lo tanto, mayor resistencia al desgaste, así como una mejora considerable al gripado; esta

capa no difunde al interior del acero y permanece en la región mas externa. La capa de

difusión se forma por la propagación del nitrógeno al interior de acero y esta conformada

principalmente por la fase gamma (Fe4N) y se observa como agujas.


Figura 4. Capa compuesta y de difusión obtenidas por nitruración.

El incremento de la resistencia a la fatiga se debe al efecto de la zona de difusión y es

dependiente del material base.

El porcentaje de carbono presente en el acero tiene su influencia en el crecimiento de las dos

capas; un mayor porcentaje de carbono favorece el crecimiento de la capa compuesta,

mientras que un bajo porcentaje de carbono beneficia la formación de la capa de difusión.

Con respecto a la dureza de la capa, se sabe que esta también va a depender de la composición

de los aceros utilizados y va a variar entre unos 500 HV para aceros no aleados y unos 1700

HV en aceros con mayores contenidos en elementos de aleación.

Una ampliación de este proceso fue la incorporación de una etapa de oxidación posterior a la

nitruración, con el objetivo de mejorar aun más la resistencia a la corrosión; esta se combina

con etapas de pulido para mejorar la rugosidad superficial. Lo anterior se denomina proceso

QPQ (Quench-Pulish-Quench) y la secuencia de realización se muestra en la figura 3.

El proceso QPQ se ha evaluado sobre todo con respecto a la resistencia a la corrosión, y se

compara con otros procesos aplicados para proteger los materiales de la corrosión, como el

cromado. Particularmente, se han encontrado análisis solo para aceros no aleados de mediano

carbono, en los cuales se muestra el incremento de la resistencia sobre material sin tratar y

tratado al exponerlo a ensayos controlados de niebla salina, donde se evalúa el porcentaje de

área atacada por corrosión, y mediante el ensayo de inmersión total, se determina la perdida

de peso, pero no para aceros de baja aleación.


Reacciones en el baño de nitrurar:

El baño se descompone lentamente por oxidación durante su funcionamiento:

2 NaCN + O2 → 2 NaCNO

Los cianatos de sodio o potasio formados pueden formar carbonato sódico por oxidación

posterior:

2 NaCNO + O2 → Na2CO3 + 2 N + CO

o por descomposición térmica:

4 NaCNO → 2 NaCN + Na2CO3 + CO + 2 N

De acuerdo con el equilibrio de Boudouard se forma dióxido de carbono a partir del

monóxido:

2 CO ↔ CO2 + C (con preferencia de izquierda a derecha)

y el CO2 formado reacciona a su vez con el cianuro para formar cianatos de sodio o de

potasio.

NaCN + CO2 → NaCNO + CO

Los temores de que, como resultado de las reacciones anteriores, se produjese una

descomposición rápida del baño, con pérdida de su poder nitrurante, no se han confirmado,


porque en el intervalo de trabajo, con contenidos de KCNO entre 25 % y 35 % son

suficientemente estables. Solamente es peligroso un fuerte sobrecalentamiento porque

produce una descomposición intensa. El nitrógeno en estado naciente se difunde muy

fácilmente a través de la superficie de la pieza y forma nitruros con el hierro o con los

elementos aleantes.

NITRURACIÓN GASEOSA.

Todos los tipos de aceros se pueden nitrurar con éxito a la presión atmosférica mediante

nitrógeno atómico procedente de la descomposición de combinaciones nitrogenadas, por

ejemplo, el amoníaco.

La nitruración por amoníaco se produce en 3 etapas:

1) Disociación térmica del amoníaco.

2) Absorción del N por el Fe paα ra formar primeramente solución sólida y después nitruro

de hierro (Fe4N).

3) Difusión del nitrógeno hacia el interior del acero. La reacción se

interpreta como

El N no absorbido inmediatamente pasa a molecular y ya no actúa como nitrurante.


Figura 5. a) Horno de retorta vertical de nitruración.

1, junta;

2, sello de aceite;

3, canasta de trabajo;

4, elementos de calentamiento

5, ventilador circulante;

6, termocupla;

7, montaje de enfriamiento.

Al final del ciclo, una válvula se abre y el ventilador (no se observa) incorporado al

enfriador externo, circula la atmósfera a través de la camisa de agua.

Cianuración (C+N):

Endurecimiento superficial de pequeñas piezas de acero. Se utilizan baños con cianuro,

carbonato y cianato sódico. Se aplican temperaturas entre 760 y 950 °C.


Carbonitruración (C+N):

Al igual que la cianuración, introduce carbono y nitrógeno en una capa superficial, pero con

hidrocarburos como metano, etano o propano; amoníaco (NH3) y monóxido de carbono (CO).

En el proceso se requieren temperaturas de 650 a 850 °C y es necesario realizar un temple y

un revenido posterior.

Sulfinización (S+N+C):

Aumenta la resistencia al desgaste por acción del azufre. El azufre se incorporó al metal por

calentamiento a baja temperatura (565 °C) en un baño de sales.

II.4. EMPRESAS SIDERURGICAS EN EL PERU:

Los principales productos de acero están regidos por normas internacionales de calidad. Con

respecto a los insumos utilizados para la fabricación, parte importante son importados y sus

precios son determinados en los mercados internacionales.

La industria nacional produce tradicionalmente barras y alambrón de construcción, alambrón

de trefilería, barras lisas y perfiles livianos. En los últimos años también se viene ampliando la

cartera de productos con aceros especiales destinados a la elaboración de piezas para

maquinaria.

La tecnología empleada por ACEROS AREQUIPA y SIDERPERÚ en su proceso productivo es

diferente. Por un lado, ACEROS AREQUIPA utiliza la tecnología de “horno eléctrico”, mientras

que SIDERPERÚ emplea, mayoritariamente, la del “alto horno”, aunque también posee la

tecnología del “horno eléctrico”.

ACEROS AREQUIPA se dedica principalmente a la fabricación de productos “largos” (barras

corrugadas y alambrón para la construcción, entre otros), mientras que SIDERPERÚ fabrica

tanto productos “largos” como “planos” (planchas de acero, bobinas LAC, bobinas LAF, entre

otros).

Los productos “planos” y “largos” representan aproximadamente el 30% y 70%,

respectivamente, del consumo aparente en el mercado nacional (estimado en unos 2.5

millones de TM para el 2011), el cual es abastecido por las dos empresas siderúrgicas locales y

por importadores.


II.4.1. ACEROS AREQUIPA:

La Compañía cuenta con dos sedes, una en Pisco y otra en Arequipa. La sede de Pisco posee

tres plantas: de hierro esponja, de palanquilla y de laminación. Por su parte, la sede de

Arequipa cuenta únicamente con una planta de laminación.

El acero nace de la fusión de diferentes cargas metálicas, con contenido de hierro,

ferroaleaciones y carbono, las cuales determinan su estructura molecular, pero este proceso

no es tan simple como parece. Para conocerlo, explicaremos el proceso de producción de

Corporación Aceros Arequipa, empresa peruana líder en la fabricación y comercialización de

productos de acero en el Perú.

El Proceso De Producción:

El proceso de producción del acero se inicia con el Proceso de Reducción Directa y el Proceso

de Fragmentación de Metálicos, realizados en nuestra Planta de Pisco

Mediante el Proceso de Reducción Directa se extrae el oxígeno del mineral de hierro,

obteniéndose como resultado el hierro esponja, insumo de la más alta calidad para la

fabricación de nuestro acero.

http://www.acerosarequipa.com/index.php?id=423

Asimismo, mediante el Proceso de Fragmentación de Metálicos, se procesa el acero en desuso

reciclado, obteniéndose el acero reciclado fragmentado, otro de los insumos para la

fabricación del acero.


Ambos insumos, el hierro esponja y el acero reciclado fragmentado, pasan luego a través del

Proceso de Acería, donde se realiza la fusión de éstos a grandes temperaturas en nuestro

horno eléctrico. Luego de 40 minutos de combustión se obtiene el acero líquido, el cual pasa

luego por una etapa de "afino", en el horno cuchara, que permite que el acero alcance un

mayor grado de precisión, homogeneidad y mayor calidad al momento de ajustar su

composición química.

Posteriormente, mediante la buza u orificio ubicado en la base de la cuchara, el acero pasa a la

colada continua, formada por 4 líneas de colada o moldes oscilatorios, en los que se le brinda

al acero refrigeración para solidificarlo superficialmente. Estas barras solidificadas son

cortadas obteniéndose así las palanquillas, el producto final de la acería y la materia prima

para la laminación.

Las palanquillas, luego atraviesan el Proceso de Laminación en nuestras Plantas de Arequipa

y Pisco, donde primero son recalentadas, para luego pasar a través de los rodillos de desbaste

y acabado para formar los diversos productos terminados.

Productos:

Alambrones y derivados

Barras de construcción

Barras lisas y perfiles

Barras y accesorios de fortificación

Herramientas y artículos de ferretería

Planchas especiales

Planchas y bobinas

Tubos

II.4.2. SIDERPERU:

SiderPerú (Empresa Siderúrgica del Perú S.A.A.) es la principal empresa siderúrgica del Perú.

Desde 1956 se dedica a la fabricación y comercialización de productos de acero de alta

calidad. El Complejo Siderúrgico, ubicado en la ciudad de Chimbote, está instalado en un

http://es.wikipedia.org/wiki/Chimbote

http://es.wikipedia.org/wiki/Acero

http://es.wikipedia.org/wiki/1956

http://es.wikipedia.org/wiki/Per%C3%BA

http://es.wikipedia.org/wiki/Sider%C3%BArgica

http://es.wikipedia.org/wiki/Empresa


extenso terreno de aproximadamente 600 hectáreas y tiene una capacidad de producción

superior a las 500 mil toneladas de productos terminados de acero.

Cuenta para ello con un Alto Horno, el único del país, hornos eléctricos con su respectiva

Planta de Hierro Esponja. Además tiene una moderna colada continua, que en conjunto

aseguran su total operatividad.

Tiene instalaciones de reducción, aceración, laminación de productos planos, laminación de

productos no planos, productos planos revestidos, productos tubulares, viales y numerosas

instalaciones auxiliares. Para el abastecimiento de sus principales insumos, tiene un muelle

habilitado para recibir embarcaciones hasta de 50 mil toneladas.

Los productos son requeridos por clientes de los distintos sectores económicos,

principalmente al sector construcción, minero e industrial; tanto en el mercado local como

extranjero.

Desde 1958 la empresa exhibe ser la primera y más grande siderúrgica del Perú que ofrece al

mercado nacional e internacional el mejor acero del Perú, gracias a la capacidad y esfuerzo de

cada uno de sus trabajadores.

SiderPerú se encuentra bajo la administración del grupo Gerdau (inversionistas Brasileños),

que a finales del año 2006, compró más del 70% de las acciones de la empresa. Se proyecta a

exportar dentro de dos años, requiriendo implementar sistemas de gestión integrada que por

conocimiento es necesario. La empresa enviaría a sus ingenieros residentes (químicos,

metalúrgicos, mecánicos, industriales, otros) a capacitarse a países extranjeros como Brasil

para lograr el éxito de la empresa SIDERPERU.

Productos:

Los productos que la corporación ofrece son destinados a diferentes segmentos:

Construcción Industrial

Autoconstrucción

Carpintería Metálica

Minería

Metal Mecánica

http://es.wikipedia.org/wiki/Construcci%C3%B3n

http://es.wikipedia.org/wiki/Muelle

http://es.wikipedia.org/wiki/Laminaci%C3%B3n

http://es.wikipedia.org/wiki/Horno


Los productos y servicios más importantes que poseen son:

Barras y Perfiles

Barras de Construcción

Alambrones y Derivados

Planchas y Bobinas

Tubos LAF, LAC y LAC Galvanizado

Planchas Especiales


CONCLUSIONES

Se identificó que los materiales de carga comúnmente utilizados son el arrabio, chatarra,

carbón, materiales suplementarios, y oxidantes.

Los principales tipos de aceros se clasifican por su composición química, al carácter de

solidificación de acero en las lingoteras, y por su destinación.

Las reacciones que se presentan en el proceso son básicamente de oxidación, tomando

como fuente al aire.

Los principales procesos de producción son por el uso de hornos de Martin-Siemens, de

arco eléctrico, de inducción, vacuhornos y convertidores.

Los procesos del tratamiento térmico se subdividen en dos principales, los tratamientos

termo físicos (temple, revenido, recocido, normalizado), y los termoquímicos

(cementación, nitruración, cianuracion, carbonitrificacion, sulfinizacion).

Las principales empresas siderúrgicas en el Perú son ACEROS AREQUIPA Y SIDERPERU.

Al hacer estudiado todos los temas anteriores, se logró el estudio de la siderurgia del acero

de un punto mucho más amplio.


BIBLIOGRAFIA

_ VG. VOSKOBOINIKOV, VA. KUDRIN, AM. YAKUSHEV, METALURGIA GENERAL, 1982

EDITORIAL MIR MOSCU, PARTE II.

_ Materiales de Ingeniería, E.Donosco.pdf

_ http://www.slideshare.net/albertojeca/tratamientos-termicos-del-acero

_ http://www.areatecnologia.com/el-acero.htm

_ http://www.acerosarequipa.com/index.php?id=423

_ Michel, T. Czerwiec, M. Gantois, D. Ablitzer, A. Ricard. Progress in the analysis of the

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_ A. Cabo. Tratamientos termoquímicos asistidos por plasma. Tercer curso



_ Latinoamericano de “Procesamiento de materiales por plasma”,2000. p 123-137.

informe del acero

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