PROCESOS TECNOLGICOS PARA LA OBTENCIN DEL ACERO, HORNOS BOF, ELCTRICOS, CONVERTIDORES BESSEMER YTHOMAS

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

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

Integral);

Las chatarras tanto frricas como inoxidables.El tipo de materia prima condiciona el proceso de fabricacin. En lneas generales, para fabricar acero a partir de arrabio se utiliza el convertidor con oxgeno, mientras que partiendo de chatarra como nica materia prima se utiliza exclusivamente el horno de arco elctrico (proceso electro-siderrgico). Los procesos en horno de arco elctrico pueden usar casi un 100% de chatarra metlica como primera materia [Steel Recycling Institute; 2000], convirtindolo en un proceso ms favorable desde un punto de vista ecolgico. Aun as, la media de las estadsticas actuales calcula que el 85% de las materias primas utilizadas en los hornos de arco elctrico son chatarra metlica [Wolf, B.; et al; 2001].

Las estimaciones del porcentaje mundial de industrias que utilizan el convertidor con oxgeno en 1995 eran del 59% y de un 33% para las que utilizaban horno de arco elctrico [Wolf, B.; et al; 2001].

Una vez obtenido el arrabio o el hierro esponja (es de mayor pureza que el arrabio, producido en horno de calcinacin y un alto horno) es necesario refinar al hierro para que se transforme en material til para diferentes objetos o artefactos, o sea en hierro o acero comercial.

PROCESOS PARA LA OBTENCION DE ACEROS

OBTENCIN DEL ACERO:

A la fabricacin del acero se destina aproximadamente el 75% del arrabio que se produce en los altos hornos.

El acero esuna aleacin dehierroconuna pequea cantidad decarbono(siempremenor al 1,76%).

El acero se obtiene en elhorno convertidora travs de una operacin que se denominaafino, uno de los mtodos ms empleados para realizar el afino es elsistema de inyeccin de oxgeno (LD).Este sistema consiste en lo siguiente:

Que metemos en el convertidor?:

a) Arrabio: Nada ms sacarlo del alto horno (antes de que se enfre) ya se mete en el convertidor. Recordamos que el arrabio tiene hierro, carbn e impurezas.

b) Chatarra de hierro:Procedente de coches, electrodomsticos,...

c) Fundente:Recordamos que es carbonato clcico y que lo empleamos como detergente para eliminar las impurezas.

d) Oxigeno:Se inyecta a presin en el centro del convertidor a travs de tubo con forma de lanza, y con ello conseguimos quemar parte del carbn que no se haba quemado en el alto horno.

Que obtenemos del convertidor?:

a) Escorias:El fundente se pega a las impurezas y las hace flotar formando la escoria.

b) Acero:En la parte inferior del convertidor quedar el hierro y el carbn que no se ha quemado.

Finalmente iniciamos el proceso decolada, para ello inclinamos parcialmente el convertidor para que caiga solo la escoria (como cuando tratamos de eliminar solo la nata que queda encima de un vaso de leche). Una vez eliminada la escoria se vuelca totalmente el convertidor para que caiga el acero dentro de los moldes que tendrn la forma de las piezas que queremos obtener.

Losacerossepuedenmezclarconotros elementos qumicos (silicio, cromo, nquel, manganeso,....) para obteneraceros aleados, pudiendo obtener en funcin del elemento con el que juntemos y su cantidad podemos obtener acero con mltiples propiedades y para mltiples aplicaciones. Esto no ocurre as para las fundiciones.

Por ejemplo, el acero mezclado con cromo se vuelve inoxidable o si le aadimos wolframio evitamos que se ablande cuando se calienta demasiado.

Convertidor Thomas-Bessemer

Elprocedimiento Bessemerfue el primerproceso de fabricacinqumicoque sirvi para la fabricacin en seriedeacero, fundido en lingotes, de buena calidad y con poco coste a partir delarrabio.

El principio clave es laretirada de impurezasdel hierro mediante laoxidacin producida por el insuflado de aire en el hierro fundido. La oxidacin causa la elevacin de la temperaturade la masa de hierro y lo mantiene fundido.Es un horno en forma de pera que est forrado con refractario de lnea cida o bsica. El convertidor se carga con chatarra fra y se le vaca arrabio derretido, posteriormente se le inyecta aire a alta presin con lo que se eleva la temperatura por arriba del punto de fusin del hierro, haciendo que este hierva. Con lo anterior las impurezas son eliminadas y se obtiene acero de alta calidad. Este horno ha sido substituido por el BOF.

El convertidor es un horno giratorio en forma deretorta, de cuello ancho. En l se lleva a cabo el procedimiento.

Este aparato es depalastro, y est revestido interiormente deladrillos refractarios. Estos ladrillos, para la marcha cida del convertidor, se hacen decuarcita,arcillay una pequea cantidad de arcilla refractaria, que si son mezcladas y sometidas a calcinacin.

Para la marcha bsica se hacen dedolomacalcinada (xido de calcio y magnesio), reducida a polvo y aglomerada conalquitrn. Despus se llevan a a laprensa hidrulica, donde son fuertemente comprimidos. Otras veces se comprimen en matrices metlicas y despus se calcinan.

El fondoCdel convertidor est unido invariablemente al cuerpo principal o puede quitarse para arreglar el revestimiento refractario, en el cual hay alojamientos cnicospara recibir sietetoberas, atravesadas cada una por siete y hasta trece conductoscilndricosde 9 a 12 mm dedimetro, por los que penetra el aire.

Mediante el empleo de unaplataformamovida hidrulicamente, se pone la caja de vientoD, que descansa sobrerodillos, en contacto con el fondo del convertidor. Este est sostenido por medio de dosmuonesaybque se apoyan sobre lossoportesE. El aire, procedente de del conductoF, pasa por el tubocy de aqu a la cmara anular que rodea el muna; y atravesando el tubocpor medio de labridaf, y desde aquella pasa al convertidor por las toberas.

La regulacin del aire la hace un operario por medio de unavlvulasituada en el tubo portavientos, o bien se obtiene automticamente al hacer girar el convertidor alrededor de sueje, mediante un anillo excntrico colocado en el muna. El cual, al girar, levanta o baja unapalancay, por lo tanto, sube o baja la vlvula situada enG, que puede interceptar la entrada del viento en el tuboc. Y que tiende siempre a descender bajo la accin delpeso.

El giro del convertidor se efecta mediante elengranajede unpinHfijo al munb, con una cremalleragunida al mbolo de una prensa hidrulica. En los convertidores grandes se usavaporpara poner la prensa en accin. En los pequeos basta un volante movido a mano.

Los convertidores pequeos tienen una cabida de 1tonelada, y los grandes hasta 8. Uno de estos, por ejemplo, de 5 a 60000kilogramos, tiene undimetroen su parte media de 1,50 a 2metros, y de 0,8 a 1 m de altura.

Valindose de un canal revestido dearcilla refractaria, se hace entrar al convertidor, que estar inclinado, lafundicin lquida, que procede directamente delalto hornoo de un cubilote. Se hace bascular el horno, dando al mismo tiempo entrada automticamente al aire. El cuelloB'de la retortaAse encuentra entonces debajo de una campanaKque se comunica con lachimeneaL(vasefigura 2).

Despus de haber efectuado la descarburacin completa de la fundicin, se introduce por la boca del convertidor, inclinndolo, laaleacindeferromanganeso(Spiegeleisen) o deferrosiliciocalentados de antemano.; se vuelve a levantar el convertidor y se da entrada al aire, si es necesario durante 2 o 3 segundos, dejando luego reposar el bao metlico de 5 a 10 minutos, cerrando la entrada al aire para dar lugar al desprendimientos de los gasesque hayan sido absorbidos. Se inclina luego el aparato, vertiendo su contenido en el caldero decolada, que est sostenido por una plataforma , unida al extremo del vstago, de unagrahidrulicaP, que puede subir y bajar.Qes un contrapesosituado al otro extremo de la plataforma, que puede hacerse mayor o menor segn el contenido del caldero.

Para llenar losmoldesylingoteras, preparados en la fosasemicircularalrededor de la gra, se levanta el tapnhde un agujero que hay en el fondo del caldero de colada. Este se coloca sucesivamente encima de los moldes, mediante el movimiento semicircular de la plataforma que produce un operario haciendo girar el volantei, que arrastra el pink, el cual engrana a su vez con larueda dentadal.

Para limpiar el caldero se inclina, lo que se consigue moviendo el otro volantenque arrastra lapalancam; o es unmanteletede chapaque protege a los operarios que hacen girar la plataforma;p pes el alojamiento delcilindrode la mquina hidrulica antes mencionada.

Se empez a operar en los convertidores Bessemer con cargas de 3 toneladas, que con el tiempo llegaron a ser de 8 a 10, incluso ms.

Al principio se instalaban sin excepcin 2 convertidores (en la figura 2 hay dos), a lo sumo 3, de los cuales uno trabajaba mientras los otros estaban de reserva. Con el tiempo se instalaron en nmero variable, alineados uno al lado del otro, disponindose la fosa de colada delante de ellos o a sus costados.

Hubo tendencia a suprimir la fosa de colada, que antes se haca siempre, por lo general de una profundidad de 1 a 1,5 m. La colada se haca sobre el suelo del taller y los convertidores se colocaban algo ms elevados. En los siglos XIX e inicios del XX, por regla general se prefera colocar lingoteras de pequeas proporciones y as se reparta el contenido de un convertidor en 6 o 7 lingoteras de 1 a 2 toneladas que, mediantetrenes de laminado, se dejaban con la forma y grueso deseados.

Similares al convertidor Bessemer se han construido gran nmero de convertidores, en los cuales la operacin es idntica y no se diferencian ms que en sus proporciones menores y en la mayor accin productiva.

Horno Bsico de Oxigeno (BOF).

El nombre del horno se debe a que tiene un recubrimiento de refractario de la lnea bsica y a la inyeccin del oxgeno.Este horno fue inventado por Sir Henrry Bessemer a mediados de 1800El Proceso BOF se origino en Austria en 1952, fue hecho para convertir arrabio con bajo contenido de fosforo (0.3%) se bautiz con las iniciales LD Lanza de Linz, Luego la tcnica se extendi para arrabios de alto fosforo, mediante la adicin al chorro de oxigeno de polvo de piedra caliza. Entonces se logro la produccin de aceros con arrabio de contenidos con alto fosforo que llegan al 2%.

PARTES

Cmara de Acero, recubierta por dentro con material refractario, montada en chumaceras que le permiten girarLanza de oxigeno enfriada con aguaQUE SE LE AGREGA?75% de Arrabio (Metal Caliente)Chatarra (que se encuentra en cajas previamente pesada)*Carbono*Ferroaleaciones A travs de la lanza se le inyecta oxigeno y polvo de piedra caliza

PROCESO:

1. Se inclina el horno Con ayuda de una gra puente y se aade el arrabio, el fundente y a veces chatarra2. 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 oxigeno reacciona con el carbono del arrabio y lo elimina en forma de bixido/ monxido de carbono.3. Se inclina el horno y se saca la escoria que flota sobre el acero4. Se vierte el acero sobre la cuchara y se aaden carbono y ferroaleaciones

QUE RESULTA:

Acero fundido. Refinacin del arrabio.

NOTALa carga y descarga de la olla se hace por la parte superiorLa temperatura de operacin del horno es superior a los 1650C yEs considerado como el sistema ms eficiente para la produccin de acero de alta calidad.La carga metlica para realizar una colada de acero en un convertidor al oxgeno (en un tiempo que vara de 45 a 55 minutos) consiste en arrabio y chatarra; adicionalmente se cargan fundentes como cal siderrgica y cal dolomtica para formar una escoria para refinacin.Una acera BOF est dividida en secciones bien definidas de acuerdo con las operaciones que se desarrollan en cada una de ellas: nave de convertidores, nave de carga, nave de colada e instalaciones auxiliares.La razn de la inyeccin de oxgeno es que ste actuar como agente oxidante, ya que al entrar en contacto con la carga se combina qumicamente con los elementos de la misma, eliminando en gran parte el contenido de impurezas tales como carbn, fsforo, azufre, silicio, etc.

* El gas monxido formado es reunido por una chimenea que se encuentra sobre la boca del convertidor y conducido a un depurador de gases, donde es llevado, ya limpio, a la atmsfera.* El acero procesado en el convertidor se vaca en una olla en la que se le adicionan las ferro-aleaciones necesarias segn el tipo de acero a obtener.* El convertidor se inclina solo hasta vaciar todo el acero, y en otra olla se vaca la escoria que se form durante el proceso.

HORNOS ELECTRICOS

Laproduccin de acero en hornos elctricos, tiene la ventaja con relacin a otros mtodos, de obtener en el proceso temperaturas muy altas, que permitirn la eliminacin casi completa delfsforoyazufre, rebajando adems la quema delmetaldebido a que no existe llama oxidante.

Tipos de hornos elctricos

Hornos de induccin

Los hornos deinduccin(sin ncleo) funcionan con corriente a una frecuencia de 500 a 2000 Hz. Elcrisolrefractario tiene un arrollamiento de tubo decobrede seccin rectangular, por el que circula el agua de refrigeracin. Al pasar por este arrollamiento una corriente dealta frecuenciaque es proporcionada por ungeneradorespecial, excita en el metal corrientes parsitas que lo calientan hasta su totalfusin.

Esquema de horno elctrico de induccin.

En estos hornos se procesan materias primas de gran calidad, y debido a la velocidad del proceso, el metal no se oxida mucho, aunque al final del proceso se aaden cantidades de adiciones y desoxidantes. Los hornos de alta frecuencia tienen una capacidad que no rebasa las 8 t, usndose para producir aceros perfilados y aleaciones de alta calidad, como aceros resistentes a altas temperaturas, inoxidables, etc.

Hornos de arco elctrico

Como su nombre lo indica, estos hornos funcionan con el calor que desprende unarco elctrico. Dentro de ellos se observan dos tipos: los de calefaccin de arco indirecto y los directos.

En los del primer tipo, los electrodos se colocan encima del material a fundir, y los materiales se funden por el calor del arco excitado. En los hornos de calefaccin directos, la fusin se logra a partir del arco entre los electrodos y el bao metlico.

Esquema de un horno de arco elctrico.

Partes de los hornos:Los hornos elctricos constan fundamentalmente de las siguientes partes:

Caja: construida de chapas gruesas de acero.

Revestimiento: en los hornos cidos, de ladrillos Dinas; en los bsicos, con ladrillos de magnesita.

Bveda mvil: se cubre con ladrillos Dinas.

Patines: tienen forma de arco y ayudan a la descarga del horno.

Piquera: canal para la salida del material fundido.

Transmisin elctrica o hidrulica: mueve el horno hacia una posicin horizontal para facilitar la descarga.

Electrodos: son mviles, y elaborados de grafito o carbono.

Transformador: suministra la corriente necesaria a los electrodos.

Barras colectoras: llevan la corriente del transformador a los electrodos.

Mezclas

En los hornos elctricos se funde una mezcla compuesta por:

Chatarra de acero: es la ms importante de las materias primas.

Hierro fundido: sirve para carbonizar el metal.

Mineral de hierro: se agrega para oxidar las impurezas.

Fundentes: se usa cal, con el objetivo de producir escorias bsicas.

Desoxidantes: se usan ferrosilicio, ferromanganeso, aluminio.

Ferroaleaciones: para la obtencin de aceros aleados, introduciendo:cromo,nquel,volframio, etc.

En los hornos de revestimiento cido, se obtienen aceros de calidad, pues se emplean materiales con bajos contenidos de fsforo y azufre. En los bsicos se logran aceros de construccin con contenidos reducidos de impurezas.

Proceso de fundicin (bsico)

Despus de fundir la mezcla cargada en el horno, se aadecal,mineral de hierrouxido de hierroy se conecta a la corriente.Periodo de oxidacin

Debido aloxgenodel mineral o del xido de hierro, se oxidan todas las impurezas, excepto el azufre. Al descargar las escorias, se carga nuevamente una pequea cantidad de cal y mineral. Formadas nuevamente las escorias, se toman muestras para determinar la cantidad de fsforo que an existe en la mezcla, y de nuevo se extraen las escorias. Estas operaciones se repiten hasta eliminar la mayor cantidad del fsforo.

Periodo de reduccin

Sobre la superficie del metal se agregan las escorias bsicas compuestas de cal y espatoflor, aadindose despus coque desmenuzado. Se efecta entonces la desoxidacin del metal y la transformacin del azufre en escorias. Se descargan las escorias aadiendo nuevamente escoria bsica, y este proceso se repite hasta eliminar casi totalmente el azufre.CLASIFICACION, CARACTERISTICAS, PROPIEDADES Y DIFERENCIAS DE LOS DISTINTOS DE ACEROS.

CONCLUSION

La fabricacin de aceros, es de gran importancia industrial ya que con ello se pueden hacer y realizar distintas construcciones aprovechando cada propiedad que tienen estos materiales, para la obtencin de los aceros nosotros pudimos ver y conocer partes y de alguna manera el funcionamiento de estos aparatos que ayudan a la obtencin de los materiales.Conocimos los distintos procesos tecnolgicos que se pueden emplear o aplicar para la obtencin de los aceros, tal es el caso como los BOF (horno bsico de oxigeno), hornos elctricos, los convertidores Bessemer y Thomas.

Los aceros son de alta aplicacin industrial, dentro de los tipos de aceros se encuentran, los aceros especiales para construccin, aceros inoxidables, aceros al alto carbono y al bajo carbono, entre otros.