ACCIONES PREVENTIVAS Y PREDICTIVAS

PROCESO INDUSTRIAL DEL ACERO

CARLOS MUÑOZ GAMARRA

Cod: 9272552

UNIVERSIDAD DE LA GUAJIRA

FACULTAD DE INGENIERIA

PROGRAMA DE INGENIERIA MECANICA

RIOHACHA, LA GUAJIRA

2013

ACCIONES PREVENTIVAS Y PREDICTIVAS

PROCESO INDUSTRIAL DEL ACERO

LUIS ALEJANDRO AVILA

Ingeniero Mecánico

UNIVERSIDAD DE LA GUAJIRA

FACULTAD DE INGENIERIA

PROGRAMA DE INGENIERIA MECANICA

RIOHACHA, LA GUAJIRA

2013

 ¿QUÉ ES BABBIT?

Un metal antifricción, suave, blanco no ferroso, para  cojinetes lisos. Generalmente consiste de una aleación principalmente de cobre, antimonio, estaño y plomo. El metal Babbitt o metal de cojinete, es una de las distintas aleaciones utilizadas para la superficie de apoyo en un cojinete de fricción.

 El metal Babbitt es blando y se daña fácilmente, lo que sugiere que podría no ser adecuado para un cojinete de superficie. Sin embargo, su estructura está hecho de pequeños cristales duros dispersados en un metal más blando, lo que hace que sea un compuesto de matriz metálica.

¿QUÉ ES DFMA?

DFMA es una abreviatura de "Diseño para la Fabricación y Montaje “o diseño para fabricación y montaje. Es un sistema compuesto por varios principios que, cuando se utiliza correctamente, se mejorará la capacidad de un diseño para ser fácilmente fabricado y ensamblado. Es más beneficioso para considerar estos principios en la fase de diseño de desarrollo de nuevos productos. Este sistema se puede dividir en tres secciones principales. La primera es la materia prima. Elegir el material adecuado es la base de un buen diseño. El segundo es el de máquinas y procesos utilizados para trabajar la materia prima. El proceso de derecho es esencial para la creación de piezas acabadas que satisfaga sus requisitos de diseño. El tercero es el montaje del producto. Es durante el montaje del producto final que ofrece la mayor oportunidad de aplicar los principios DFMA. El uso adecuado de los principios DFMA permitirá un diseño de un producto de alta calidad.

 PARAMETROS DEL MANTENIMIENTO

Confiabilidad: Es la probabilidad de que un equipo no falle en servicio. Se caracteriza por el tiempo promedio entre fallas (TPEF).

TPEF = Total de horas operables/ Número de corridas

Corridas: Es el Intervalo de tiempo que transcurre desde que ocurre una falla.

Mantenibilidad: Es la probabilidad de que un equipo que ha fallado pueda ser reparado dentro de un periodo de tiempo dado. Se caracteriza por el tiempo promedio por reparar (TPPR)

TPPR = Total de horas inoperables/ Numero de acciones de mtto.

Disponibilidad: Es la probabilidad de que un equipo esté disponible para uso para un periodo de calendario dado, caracterizada por la razón de servicio (RS)

RS = TPEF/ TPEF+ TPPR

PROCESO INDUSTRIAL DEL ACERO

El acero es una aleación de hierro con carbono en una proporción que oscila entre 0,03 y 2%. Se suele componer de otros elementos, ya inmersos en el material del que se obtienen. Pero se le pueden añadir otros materiales para mejorar su dureza, maleabilidad u otras propiedades.

Las propiedades físicas de los aceros y su comportamiento a distintas temperaturas dependen sobre todo de la cantidad de carbono y de su distribución. Antes del tratamiento térmico, la mayoría de los aceros son una mezcla de tres sustancias, ferrita, perlita, cementita. La ferrita, blanda y dúctil, es hierro con pequeñas cantidades de carbono y otros elementos en disolución. La cementita es un compuesto de hierro con el 7% de carbono aproximadamente, es de gran dureza y muy quebradiza. La perlita es una mezcla de ferrita y cementita, con una composición específica y una estructura características, sus propiedades físicas con intermedias entre las de sus dos componentes. La resistencia y dureza de un acero que no ha sido tratado térmicamente depende de la proporciones de estos tres ingredientes. Cuanto mayor es el contenido en carbono de un acero, menor es la cantidad de ferrita y mayor la de perlita: cuando el acero tiene un 0,8% de carbono, está por compuesto de perlita. El acero con cantidades de carbono aún mayores es una mezcla de perlita y cementita.

SIDERURGIA

La siderurgia es la tecnología relacionada con la producción del hierro y sus aleaciones, en especial las que contiene un pequeño porcentaje de carbono, que constituyen los aceros. En general, el acero es una aleación de hierro y carbono a la que suelen añadirse otros elementos. Algunas aleaciones denominadas hierros contienen más carbono que algunos aceros comerciales. Los distintos tipos de aceros contienen entre el 0,04 y el 2.25% de carbono. El hierro colado, el hierro colado maleable y el arrabio contienen entre un 2 y un 4% de carbono. Para fabricar aleaciones de hierro y acero se emplea un tipo especial de aleaciones de hierro denominadas ferroaleaciones, que contienen entre un 20 y un 80% del elemento de aleación, que pueden ser manganeso, silicio o cromo.

PROCESOS DE ACABADO

Existen distintos tipos de acabados para el acero, por lo tanto tiene una salida al mercado de gran variedad de formas y de tamaños, como varillas, tubos, raíles de ferrocarril o perfiles en H o en T. Estas formas se obtienen en las instalaciones siderúrgicas laminado los lingotes calientes o modelándolos de algún otro modo. El acabado del acero mejora también su calidad al refinar su estructura cristalina y aumentar su resistencia.

El método principal de trabajar el acero se conoce como laminado en caliente. En este proceso, el lingote colado se calienta al rojo vivo en un horno denominado foso de termodifusión y a continuación se hace pasar entre una serie de rodillos metálicos colocados en pares que lo aplastan hasta darle la forma y tamaño deseados. La distancia entre los rodillos va disminuyendo a medida que se reduce el espesor del acero.

El primer par de rodillos por el que pasa el lingote se conoce como tren de desbaste o de eliminación de asperezas. Después del tren de desbaste, el acero pasa a trenes de laminado en bruto y a los trenes de acabado que lo reducen a láminas con la sección transversal correcta. Los rodillos para producir raíles o ríeles de ferrocarril o perfiles en H, en T o en L tienen estrías para proporcionar la forma adecuada.

Los procesos de fabricación modernos requieren gran cantidad de chapa de acero delgada. Los trenes o rodillos de laminado continuo producen tiras y láminas con anchuras de hasta 2,5m. Estos laminadores procesan con rapidez la chapa de acero antes de que se enfríe y no pueda ser trabaja. Las planchas de acero caliente de más de 10 cm de espesor se pasan por una serie de cilindros que reducen progresivamente su espesor hasta unos 0,1 cm y aumentan su longitud de 4 a 370 metros. Los trenes de laminado continuo están equipados con una serie de accesorios como rodillos de borde, aparatos de decapado o eliminación y dispositivos para enrollar de modo automático la chapa cuando llega al final del tren.

El sistema de colada continua, en cambio, produce una plancha continua de acero con un espesor inferior a 5 cm, lo que elimina la necesidad de trenes de desbaste y laminado en bruto.

TUBOS

Los tubos más baratos se forman doblando una tira plana de acero caliente en forma cilíndrica y soldando los bordes para cerrar el tubo. En los tubos más pequeños, los bordes de la tira suelen superponerse y se pasan entre un par de rodillos curvados según el diámetro externo del tubo. La presión de los rodillos es suficiente para soldar los bordes. Los tubos sin soldaduras se fabrican a partir de barras sólidas haciéndolas pasar entre un par de rodillos inclinados entre los que está situada una barra metálica con punta que perfora las barras y forma el interior del tubo mientras los rodillos forman el exterior.

TECNICAS Y METODOS DE OBTENCIÓN DEL ACERO

ALTO HORNO

Para transformar mineral de hierro en arrabio útil hay que eliminar sus impurezas. Esto se logra en un alto horno forzando el paso de aire extremadamente caliente a través de una mezcla de mineral, coque y caliza, la llamada carga. Unas vagonetas vuelcan la carga en unas tolvas situadas en la parte superior del horno. Una vez en el horno, la carga es sometida a chorros de aire de hasta 870 ºC (el horno debe estar forrado con una capa de ladrillo refractario para resistir esas temperaturas). El metal fundido se acumula en la parte inferior. Los residuos (la escoria) flotan por encima del arrabio fundido. Ambas sustancias se extraen periódicamente para ser procesadas.

Se introducen en el alto horno los materiales necesarios tales como el mineral de hierro, el carbón de coque que hace de combustible y también se introduce la piedra caliza que realiza la función de acelerar la fundición del hierro y su fusión con el carbono. Del alto horno salen dos productos uno llamado escoria que son los residuos del propio alto horno y otro es el producto deseado que se llama arrabio pero el arrabio es un acero con alto contenido en carbono por eso que se transporta cuando sale del alto horno en vagonetas llamadas torpedos que lo transportan hasta el convertidor donde este arrabio se le baja el contenido de carbono mediante ferroaleaciones, fundente o chatarra este tres productos puede ir directamente al convertidor para ayudar en la obtención del acero o también puede ser convertidos en acero en un horno eléctrico y pasar directamente al paso posterior al convertidor que es el transportado en cucharas hasta los tres tipos de colada.

Tipos de colada:

COLADA CONTINÚA:

Se produce cuando el acero líquido se vierte sobre un molde de fondo desplazable cuya sección tiene la forma que nosotros deseamos que tenga el producto final " cuadrados, redondos, triangulares, planchas..." se le llama colada continua porque el producto sale sin parar hasta que se acaba el contenido de la cuchara, por lo tanto con este método se ahorra mucho dinero ya que no se necesita moldes, se consume menos energía, etc.

COLADA DE LINGOTES:

El acero se vierte sobre unas lingoteras o moldes que tienen una forma determinada y que al enfriarse y solidificarse dan un producto deseado para su transformación.

COLADA CONVENCIONAL:

El acero se vierte sobre unos moldes que tienen la forma del producto final y que cuando se enfría tiene la forma del mismo de las tres coladas vistas es la única que no necesita una transformación posterior al proceso.

Las dos primeras coladas necesitan procesos posteriores para lograr el producto final, por ejemplo el producto que sale de la colada de lingotes tiene que pasar por un horno de fosa en el cual se unifican las temperaturas de interior y del exterior del producto, o sea, del acero.

De este proceso se pasa a otro que también se pasa directamente de la colada continua y que se llama tren desbastador en que los lingotes en caliente pasan

por una serie de cilindros giratorios de gran potencia que los transforma en blooms y slab.

El bloom es una especie de plancha cuadrada y el slab es una plancha fina de acero.

Del proceso anterior se puede pasar a un tren estructural en el cual los bloons en caliente se deforman para obtener perfiles estructurales, carriles, barras, etc.

También se pude pasar al tren de farmachine en el cual los bloons en caliente se transforman y son deformados para obtener barras, alambres, redondos calibrados, telas metálicas, etc.

También se puede pasar a un tren de bandas en caliente donde los slab son transformados en rollos de chapa de distintas medidas y espesores llamados bobinas que son esos rollos de chapa que muchas veces hemos visto en los trenes de mercancías que pasan por la zona.

Desde este último proceso se puede pasar al tren de bandas en frío en el cual los bobinas obtenidas anteriormente se someten a deformaciones en frío mejorar sus propiedades mecánicas de este proceso se puede obtener multitud de aplicaciones como por ejemplo en la industria de la automoción.

Ya por ultimo desde este proceso se puede pasar a otra máquina donde las bobinas son transformadas en hojalata y aceros galvanizados mediante diferentes procesos y diferentes aplicaciones.

Para obtener los aceros y productos de este hace falta una cantidad enorme de procesos pero pese a todo el cero es una aleación muy apreciada por sus características y se usa en multitud de aplicaciones pese a que en otras se está sustituyendo por nuevos materiales con mejores cualidades que el acero.

También hay que decir que muchos de los productos que salen de los procesos anteriores luego pueden pasar a otros procesos como el mecanizado, laminación, acuñado, sintetizado, prensado.

MAQUINARIAS Y EQUIPOS UTILIZADOS EN LA PRODUCCION DE ACERO

Planta coquizadora

El alto horno    

Horno básico de oxígeno (BOF) 

Máquina de colada continúa

Molino de placa

Molino de tira

Skin pass

Molino de perfiles pesado

Molino reductor

Molino de templador

ALTO HORNO

Descripción

Un alto horno es un horno especial en el que tienen lugar la fusión de los minerales de hierro y la transformación química en un metal rico en hierro llamado arrabio. Está constituido por dos troncos en forma de cono unidos por sus bases mayores. Mide de 20 a 30 metros de alto y de 4 a 9 metros de diámetro; su capacidad de producción puede variar entre 500 y 1500 toneladas diarias.

Principales Componentes

La cuba: Tiene forma troncocónica y constituye la parte superior del alto horno; por la zona más estrecha y alta de la cuba (llamada tragante) se introduce la carga. La carga la componen:

- El mineral de hierro: magnetita, limonita, siderita o hematite.

- Combustible: que generalmente es carbón de coque. Recuerda que este carbón se obtiene por destilación del carbón de hulla y tiene alto poder calorífico. El carbón de coque, además de actuar como combustible provoca la reducción del mineral de hierro, es decir, provoca que el metal hierro se separe del oxígeno.

Etalaje: Está separada de la cuba por la zona más ancha de esta última parte, llamada vientre.

Crisol: Bajo el etalaje se encuentra el crisol, donde se va depositando el metal líquido. Por un agujero, llamado bigotera o piquera de escoria se extrae la escoria, que se aprovecha para hacer cementos y fertilizantes. Por un orificio practicado en la parte baja del mismo, denominada piquera de arrabio sale el hierro líquido, llamado arrabio, el cual se conduce hasta unos depósitos llamados cucharas.

 

Condiciones de Operación

En la zona de absorción la temperatura es entre 400ºC y 1200ºC.

En la zona de fusión la temperatura es de 1500ºC

En la zona de etalaje la carga es sometida a chorros de aire caliente 700ºC a través de las toberas.

Continuidad del proceso

El alto horno consiste en una especie de deposito troncocónico en el cual se cargan desde arriba (tragante) capas alternadas de mineral de hierro, coque y fundente, alternadas de mineral de hierro, coque y fundente. Un fuerte calentamiento del coque de las capas inferiores (obtenidos mediante corriente de aire caliente) provoca una absorción del oxígeno del mineral de hierro por una absorción del oxígeno del mineral de hierro por  parte del carbono.  La alta temperatura así obtenida da lugar a la fusión del hierro, que es recogido, mezclado con grandes cantidades de carbono (arrabio), por un orificio situado baja del horno. No hay maquina alternativa

MantenimientoDebido a que el alto horno no puede parar ya que debe funcionar las 24 horas del día y los 365 días de año debido la cantidad de carbón que se requiere para llevarlo a la temperatura de operación suele ser muy grande. Se le realiza un mantenimiento preventivo programado.

HORNO BASICO DE OXIGENO (BOF)

Descripción

El horno de oxigeno básico (BOF) es el proceso de fabricación de acero mas reciente y más rápido en la actualidad.

El BOF es un recipiente en forma de pera, recubierto con ladrillos refractario, que cargan arrabio en un 80% y chatarra solida 20%.

Componentes

• Cámara de Acero, recubierta por dentro con material refractario, montada en chumaceras que le permiten girar

• Lanza de oxigeno enfriada con agua

Condiciones de Operación

Actualmente en este horno se cargan 200 toneladas de hierro fundido de primera fusión y 90 toneladas de chatarra. Entonces aquí es donde se sopla oxígeno puro en el horno durante aproximadamente 20 minutos a través de una lanza (tubo largo) la cual entra por uno de los lados del horno enfriada por agua a una presión de aproximadamente 1250 kPa (180) Psi, a través de una tolva de alimentación se agregan productos fundentes, como la cal entre otros más.

La mayor parte de los aceros BOF tienen bajos niveles de impurezas, por lo tanto son de mejor calidad que los aceros de los hornos de hogar abierto, se procesan a placas, hojalata, y varias formas estructurales como por ejemplo: vigas en L y canales.

Continuidad del proceso

Luego de que el mineral en trozo, pelets, sinter, coque y fundentes son cargados por la parte superior del alto horno, el acero líquido se produce en los BOF, aquí se inyecta oxígeno para remover las impurezas como carbón, fosforo, azufre y silicio.

PROCESO:

1. Se inclina el horno Con ayuda de una grúa puente y se añade el arrabio, el fundente y a veces chatarra

2. Se pone el horno en vertical y se baja la lanza para inyectar oxigeno (se lleva aproximadamente un tiempo de 15 minutos). En el metal fundido las impurezas se queman; el oxígeno reacciona con el carbono del arrabio y lo elimina en forma de bióxido/ monóxido de carbono.

3. Se inclina el horno y se saca la escoria que flota sobre el acero

4. Se vierte el acero sobre la cuchara y se añaden carbono y ferroaleaciones

Mantenimiento

Debido a que el horno BOF trabaja con partículas de diferentes elementos se necesita realizar un mantenimiento preventivo para dejarlo limpio de impurezas para que el proceso sea de una excelente calidad.

MAQUINA DE COLADA CONTINUA

Descripción

Colada continua es un procedimiento con el que se producen barras que avanzan y se solidifican a medida que se va vertiendo el metal líquido en una lingotera sin fondo, que se alimenta indefinidamente.

Con este proceso se pueden formar, directamente del acero líquido, secciones semi-acabadas sin tener que pasar por la fase de lingote y las etapas de recalentamiento y de laminación de desbaste.

Principales componentes

1. Cuchara de colada. (De vaciado por arriba o por el fondo)

2. Depósito distribuidor. (Asegura la perfecta separación de la escoria)

3. Lingotera. (Abierta por los dos extremos, sometida a movimiento alternativo)

4. Sección de refrigeración. (Corriente de agua o agua pulverizada)

5. Mecanismo enderezador. (Rodillos que obligan a pasar la barra entre ellos)

6. Mecanismo de corte. (Oxicorte, con varios sopletes para seccionar la barra)

7. Sistema de extracción. (Avance continuo, almacenamiento de barras).

Continuidad del Proceso

Luego de que el acero líquido es producido en el BOF este pasa a la máquina de colada continua donde el acero líquido es transportado en molde oscilante de cobre enfriado por agua que convierte el acero solido en forma de una sección transversal rectangular llamada planchón. El planchón es cortado a las medidas requeridas.

Mantenimiento

El mantenimiento es el preventivo realizado en una de las partes que más trabaja el cual son los rodillos.

MOLINO DE PLACAS

Descripción

Molino de placa pesado y medio, molino de tira amplio medio, molino del steckel, molino de vacilación de la chapa grande, molino de placa plana, molino de placa titanium, molino del perfil, molino de la viga de H, molino de la viga de la pista, molino de acero redondo, molino de acero deformido y molino etc. del bastidor de aluminio.

Laminado en frío grande del metal negro o no ferroso, molino de tira frío en tándem grande, molino semi-en tándem, invirtiendo el laminador del molino, de 4 colmos, de 6 colmos, de 12 colmos y de 20 colmos, con la capacidad del acero de carbón normal del balanceo, del acero inoxidable, del acero del silicio, del titanio, del molibdeno, del cobre, y de la otra aleación especial.

Condiciones de operación

Como comparación, los molinos de placa son generalmente de bajo volumen, procesos interrumpidos, con eficacia operacional limitada. Este campo del

rolado, los progresos en concepto del equipo y la utilización de activo no han mantenido paso con mejoras en calidad y características del producto.

Continuidad del Proceso

Después de haber pasado por la maquina continua el acero llega al molino de placa el planchón de 8 pulgadas de espesor es reducido en caliente en 2 castillos reversibles, provistos de rodillos horizontales. Se genera una placa de 14

y 3 pulgadas que es enfriada, nivelada y cortada a las mediciones

requeridas. No presenta una maquina alternativa

Mantenimiento

Hay que realizar un mantenimiento preventivo en los rodillos.

MOLINO DE TIRA

Descripción

Un molino de tira es un tipo de molino de acero inventado en los 1900s tempranos. Molinos de tira y sus hojas más grandes producidas de la nueva tecnología del acero en costos más bajos, revolucionando la industria y el futuro del acero. Con la producción creciente en costos más bajos, el acero y la lata se podían utilizar para muchos más productos.

Este molino de tira frío se utiliza para el millng de la tira de acero media y ancha.

Seis-rodillo que invierte el molino:

Tipo: 650mm~1450m m

Materia prima: Grueso: 1.5~ 4.5m m, anchura: 500~ 1300m m, peso del ciol: 26t (máximo);

Producto final: Grueso: 0.15~ 1.0m m, anchura: 500~ 1300m m, peso del ciol: 26t (máximo); Tolerancia del grueso 0.005m m (producto debajo 0.5m m), el 1% (producto debajo 0.5m m);

Velocidad máxima: el 1000m /min, máximo.

Fuerza del balanceo: 18000KN, máximo.

Momento del balanceo: 150KN. M, energía instalada: 10500KW;

El grueso es automóvil controlado.

Continuidad del proceso

Después de haber pasado por el molino de placa pasa al molino de tira , los planchones son recalentados a 1260ºC en hornos continuos, rolados en caliente a través de castillos en serie provistos de rodillos horizontales que reducen el planchón de un espesor de 8” hasta convertirse en una delgada cinta de 0.060” a 0.3” enfriada y enrollada.

Mantenimiento

El tipo de mantenimiento es el preventivo

El proceso de fabricación del acero continúa pasando al skin pass, luego al molino de perfiles pesados, molinos reductores, molinos templadores, línea de estañado y cromado y por ultimo línea de tenso nivelado