PROCESOS SIDERURGICOS

PROCESOS SIDERÚRGICOS

I. OBJETIVOS

 Conocimiento acerca de qué es un proceso Siderúrgico y en qué consiste.

 Conocer acerca de las etapas de fabricación del acero, desde la extracción de materia prima hasta la obtención de acero y sus aleaciones.

 Importancia del Acero en el Perú

II. IN TRODUCCION

El hierro se encuentra en grandes cantidades en la corteza terrestre formando parte de diversos minerales (óxidos, minerales hidratados, carbonatos, sulfuros, silicatos, etc.). Desde tiempos prehistóricos, el hombre ha aprendido a preparar y procesar estos minerales por medio de operaciones de lavado, triturado y clasificado, separación de la ganga, calcinado, sinterizado y granulado, para fundir los minerales y obtener hierro y acero. A lo largo de

la historia, muchos países han desarrollado una próspera industria siderúrgica basada en los suministros locales de mineral y en la proximidad de bosques para obtener carbón vegetal como combustible. A comienzos del siglo XVIII, el descubrimiento de que se podía utilizar coque en lugar de carbón vegetal revolucionó la industria, hizo posible un rápido desarrollo de la misma

y sentó las bases para los demás avances de la Revolución Industrial. Los países que poseían yacimientos naturales de carbón próximos a yacimientos de mineral de hierro disfrutaron de grandes ventajas.

La fabricación de acero se desarrolló básicamente en el siglo XIX, al inventarse los procesos de fusión; el Bessemer (1855), el horno de hogar abierto, normalmente calentado a base de gas pobre (1864); y el horno eléctrico (1900). Desde mediados del siglo XX, el tratamiento con oxígeno —principalmente el proceso Linz-Donowitz (LD) de lanza de oxígeno—

hizo posible la fabricación de aceros de alta calidad con unos costes de producción relativamente bajos.

Hoy en día, la producción de acero es indicativa de la prosperidad de una nación y constituye la base para la producción en serie de muchas otras industrias, como la construcción naval, la construcción de edificios y la fabricación de automóviles, maquinaria, herramientas y equipamiento doméstico.

A pesar de que usualmente se le trata como tal, el acero no es un metal químicamente hablando, sino una aleación entre un metal (hierro) y un metaloide (carbono) que mantiene las características metálicas del primero e incorpora propiedades notablemente mejoradas en función a la adición del

segundo y de otros elementos metálicos y no metálicos. De esta forma, el término acero en realidad se aplica a un conjunto muy numeroso de aleaciones metálicas (dependiendo de la adición de otros elementos como el nitrógeno, hidrógeno, boro, oxígeno, cromo, níquel, titanio, manganeso, vanadio,

cobre, entre otros) que adquieren así diferentes propiedades de resistencia y maleabilidad, en función de los múltiples usos y aplicaciones que se demanden.

III. FUNDAMENTO TEÓRICO

Los procesos siderúrgicos consisten en una serie de pasos consecutivos que transforman un mineral como el hierro, en un producto final como es el acero.

La SIDERURGIA es un proceso de tratamiento de hierro con el fin de obtener diversos tipos de dicho material, así como productos de su mezcla con otros materiales y aleaciones.

La importancia del hierro como materia prima para la producción de acero, confiere a este metal una importancia económica excepcional.

Actualmente el acero se obtiene tanto de forma convencional, a partir del arrabio, en acerías LD, como, cada día con más significación, en hornos eléctricos de arco mediante la fusión de chatarra reciclada o prerreducidos de hierro.

IV. ETAPAS DEL PROCESO DE FABRICACIÓN DEL ACERO

A. EXTRACCIÓN DE MATERIA PRIMA:

 MINERAL DE HIERRO :

Mineral que contiene hierro (mena), principalmente en forma de óxido, en proporción suficiente como para ser una fuente comercialmente viable de dicho elemento para su uso en procesos siderúrgicos. Pocas veces se encuentra en la naturaleza en estado de pureza, como por ejemplo en los meteoritos que lo contiene en un 90%. Son abundantes en cambio los compuestos naturales o minerales de hierro, esparcidos sobre la tierra a poca profundidad o en yacimientos montañosos. La mayor parte de los minerales de hierro son óxidos, anhídridos y carbonatos. Bajo el punto de vista industrial, solo los óxidos son aptos para la metalurgia. El hierro, se encuentra unido a otros componentes, que no intervienen en el proceso siderúrgico, llamados genéricamente “ganga”. Los principales minerales de hierro son:

Hematita (Fe2O3), óxido férrico, contiene hasta un 70% de Fe. Se presenta en masas terrosas de color rojo.

Limonita (Fe2O3.3 H2O) , óxido férrico hidratado con un 60% de Fe, masa terrosa de color variable del pardo al amarillo.

Magnetita (Fe3O4), óxido magnético, 70% de Fe, se lo llama piedra imán.

Siderita (CO3), carbonato ferroso, 48% de Fe, de color blanco.

Pirita (SFe2) disulfuro de Fe, no se utiliza en la producción del acero.

 CARBÓN DE COQUE:

La hulla es un tipo de carbón mineral que contiene entre un 45 y un 85% de carbono. Es dura y quebradiza, estratificada, de color negro y brillo mate o graso. Se formó durante los períodos Carbonífero y Pérmico. Este material surge como resultado de la descomposición de la materia vegetal de los bosques primitivos, proceso que ha requerido millones de años.

Cuando la hulla se calienta desprende gases que son muy útiles industrialmente; entonces nos queda el carbón de coque. Es liviano y poroso. El Coque metalúrgico es obtenido en las plantas de coquización, con recuperación de subproductos, a partir de una cuidadosa selección de carbones para cumplir con las estrictas propiedades químicas y granulométricas que exige su uso en la industria de la fundición. El proceso de generación de coque no es más que la introducción de carbón en un horno de la batería y dejarlo coquizando(calentando / quemando) durante un tiempo entre 10-24 horas (dependiendo del tamaño del horno).

*COQUERÍA

La coquización consiste en la destilación del carbón en ausencia de oxígeno, para obtener coque metalúrgico. El proceso de Coquización comienza con el transporte del carbón desde la playa de minerales hasta los molinos, para obtener la granulometría adecuada. Los distintos tipos de carbón se almacenan en silos donde se mezclan para lograr el mix (mezcla) requerido. La conversión se realiza en Hornos. El calentamiento en dichos Hornos es indirecto realizándose a través de quemadores ubicados entre las paredes de refractarios que forman el cubículo del Horno, llegando a temperaturas de 1300º C en promedio. Cuando se eleva la temperatura, a 350º C aproximadamente, el carbón pierde su estado sólido para reblandecerse, formando una masa viscosa que permite la unión más intima de sus moléculas y la posterior solidificación, lo que hace que el carbón pierda gran contenido de volátiles, para aumentar la concentración del carbono fijo, dando lo que se denomina coque. Posteriormente se realiza la descarga del coque, por medio de un pistón de descarga que atraviesa longitudinalmente todo el volumen del Horno, derivándolo (a una temperatura de 1000º C en promedio) a un vagón de apagado, sobre el cual se descarga agua (33.300 lts./ min.) para enfriarlo. El tiempo de apagado es de 60 segundos por vagón. La operación de secado se completa con el calor residual. Luego, el coque se destina a una planta de Cribado, donde se realiza una clasificación por tamaño, para su posterior uso en el Alto Horno.

B. REDUCCIÓN DEL MINERAL DE HIERRO

B.1. PROCESO DE REDUCCIÓN DIRECTA(HIERRO ESPONJA):

Un componente importante en la producción del acero es el hierro esponja. Este se obtiene en la planta de reducción directa a partir de la reducción del mineral de hierro que llega en forma de "pellets" o como calibrado. En este caso, al hierro en pellets se le inyecta carbono de modo que el oxígeno excedente es eliminado, y el resultado es un hierro reducido que recibe el nombre de hierro esponja, el cual se encuentra en estado sólido.

Se le denomina "hierro esponja" porque al extraerle el oxígeno al mineral de hierro se obtiene un producto metálico poroso y relativamente liviano. La materia prima para la obtención del hierro esponja es el mineral de hierro (óxido de hierro). Este, al igual que el carbón y la dolomita, se almacenan en silos antes de ingresar a los hornos.

Este subproducto contiene carbono y otros residuos minerales, por lo cual aún es un fierro impuro y debe sometérsele a nuevas fases.

B.2. PROCESO DE REDUCCIÓN DEL HIERRO POR ALTO HORNO:

Para obtener hierro a partir de sus minerales, es necesario liberar el oxígeno que le acompaña en los minerales, mediante un proceso llamado reducción. Para realizarlo es necesario un elemento reductor que sea más ávido del oxígeno y que lo separe del hierro, combinándose con aquél.

Hay varias materias que pueden ser reductoras pero es necesario que se encuentre en cantidades suficientes y que sea barato. El carbono es el elemento químico que cumple todos estos requisitos siendo el constituyente principal del carbón, por ello es el elemento reductor utilizado en siderurgia.

El carbono, en su forma industrial de coque, se mezcla con el mineral, con cuyo oxígeno se combina, transformándose, primero en monóxido de carbono(CO) y luego en

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