Produccion De Acero
brayanbayo1712 de Mayo de 2014
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El acero
Se denomina acero a las aleaciones del hierro con el carbono y otros elementos, que al calentarlas hasta altas temperaturas, pueden ser sometidas a la deformación plástica por laminado, estirado, forjado, estampado.
El acero contiene hasta 2% de carbono y ciertas cantidades de silicio y manganeso y también impurezas nocivas: fósforo y azufre, las cuales no se pueden eliminar por completo del metal por los métodos metalúrgicos. Aparte de estas impurezas los aceros pueden contener algunos elementos de aleación: cromo, níquel, vanadio, titanio y otros
Como se produce el acero.
El acero se elabora primordialmente por la transformación del hierro fundido en forma de arrabio. La tarea de la transformación del arrabio en acero se reduce a la extracción de las cantidades sobrantes de carbono, silicio, manganeso y las impurezas nocivas que contiene. Esta tarea se puede llevar a cabo porque el carbono y las otras impurezas, bajo la acción de altas temperaturas, se unen con el oxígeno de un modo mas enérgico que el hierro y pueden extraerse con pérdidas insignificantes de hierro. El carbono del arrabio al reaccionar con el oxígeno se transforma en gas monóxido de carbono (CO) que se volatiliza.
Otras impurezas se transforman en óxidos (SiO2, MnO, y P2O5) que tienen una densidad menor que la del metal fundido y por tanto flotan formando la escoria.
Para la transformación del arrabio a acero se utilizan dos métodos generales;
El método de los convertidores
El uso de hornos especiales
Los convertidores
La esencia del método de los convertidores para la obtención del acero consiste en que a través del hierro fundido líquido cargado al convertidor, se inyecta aire, que burbujea dentro de la masa fundida y cuyo oxígeno oxida el carbono y otras impurezas.
El convertidor (Fig 1) representa un recipiente en forma de pera , soldado con chapas gruesas de acero y revestido interiormente con material refractario. En la parte central del convertidor, exteriormente se hallan dos tetones cilíndricos llamados muñones que sirven de soporte y permiten girar el convertidor. Uno de los muñones es hueco y se une con el tubo conductor de aire. Del muñón el aire es conducido por un tubo y por la caja de aire al fondo. En el fondo del convertidor están las toberas a través de las cuales el aire se suministra al convertidor a presión. También se utiliza la insuflación de oxígeno con lo que el proceso se hace mas rápido y eficiente.
Para cargar el convertidor este se hace girar de la posición vertical a la horizontal, se agrega el arrabio fundido y se regresa el convertidor a su posición vertical, en ese momento se pone en marcha el soplado. El volumen de metal incorporado constituye de 1/5 a 1/3 del volumen de la altura de la parte casi cilíndrica.
El calor necesario para calentar el acero hasta las altas temperaturas necesarias se produce a expensas de la oxidación de las impurezas del arrabio, ya que todas las reacciones de oxidación generan calor.
En dependencia del la composición del arrabio los convertidores se dividen en dos tipos:
Convertidor con revestimiento ácido: (procedimiento Bessemer) utilizado para los arrabios con una cantidad mínima de fósforo (0.07%) y azufre (0.06%).
Convertidor con recubrimiento básico: (procedimiento Thomas) utilizado para los arrabios con mayor abundancia de fósforo (hasta 2.5%).
Procedimiento Bessemer.
Para el procedimiento Bessemer el convertidor se reviste interiormente de ladrillos refractarios de sílice (no menos de 94.5% de SiO2) y arena cuarzosa, los que suelen fundirse a 1710°C. Este revestimiento no se corroe por las escorias de carácter ácido, por consiguiente en este convertidor solo pueden tratarse arrabios al silicio.
El aire que entra en la masa fundida suministra el oxígeno que en primera instancia interactúa con el hierro para formar óxido ferroso (FeO). Por consiguiente las impurezas comienzan a oxidarse en dos direcciones: por al oxígeno del aire que pasa a través del metal y por el óxido ferroso que se forma y disuelve en el metal fundido.
Durante la inyección de aire para hacerlo pasar a través del metal se diferencias tres períodos característicos:
La oxidación del hierro, silicio, manganeso y la formación de la escoria.
La quema del carbono
La desoxidación o la desoxidación-carburación
Primer período:
En esta etapa se oxida el hierro, el silicio y el manganeso generando calor por lo que el metal se calienta. Durante este tiempo se forma la escoria. Las reacciones químicas que se producen son:
2Fe
+
O2
----->
2FeO
Si
+
2FeO ---->
SiO2
+
2Fe
Mn
+
FeO ---->
MnO
+
Fe
A su vez los óxidos generados entran en combinación según:
MnO
+
SiO2 -----> MnO.SiO2
FeO
+
SiO2 ----->
FeO.SiO2
y forma la escoria.
Si la cantidad de SiO2 por la oxidación del silicio contenido en el arrabio no es suficiente, pasa a la escoria la sílice del revestimiento del convertidor.
Todos estos procesos de oxidación han calentado el metal y se produce la segunda etapa.
Convertidor de acero
Figura 1. Convertidor de acero
Segundo período
Dada la alta temperatura del metal comienza a quemarse el carbono:
C
+
FeO
---->
CO
+
Fe
Este proceso se realiza con absorción de calor, pero el metal no se enfría porque al mismo tiempo se está oxidando el hierro en el convertidor que suple el calor necesario para mantener la temperatura.
El monóxido de carbono que se produce, produce una fuerte ebullición del metal y al salir del convertidor se quema con el aire atmosférico, formando dióxido de carbono, el convertidor genera una llamarada clara. A medida que se consume el carbono, la llama comienza a extinguirse hasta desaparecer por completo, esto indica que el carbono se ha quemado casi en su totalidad y marca el fin de la segunda etapa.
Tercer período
En este momento se interrumpe la insuflación de aire, ya que con su suministro ulterior y con muy poco carbono comenzará a oxidarse el propio hierro a óxido férrico con las consiguientes pérdidas de metal.
Una vez interrumpido el suministro de aire el convertidor se lleva a la posición horizontal para realizar la desoxidación y carburación del acero. El objetivo de este paso es eliminar el oxígeno disuelto como FeO, como desoxidantes generalmente se utilizan las ferroleaciones y el aluminio puro. Para elevar el contenido de carbono en el acero a los valores deseados se utiliza una fundición especial.
El material terminado se convierte a grandes lingotes para su uso en los laminadores.
El acero Bessemer se utiliza en piezas de uso general, varillas para hormigón armado, vigas laminadas, hierro comercial para construcciones y similares.
Las deficiencias de este método son:
La imposibilidad de eliminar del metal el fósforo y el azufre
La elevada pérdida de hierro por oxidación (8-15%)
La saturación del hierro con nitrógeno y óxido de hierro que empeoran su calidad.
Procedimiento Thomas
En este convertidor el interior se reviste de material refractario básico, ladrillos de magnesita en las paredes y el fondo con una mezcla de brea de carbón mineral y dolomita. Como fundente para la formación de la escoria se utiliza la cal viva (CaO) con un contenido mínimo de los óxidos ácidos sílice (SiO2) y alúmina (Al2O3).
Surge de la necesidad de tratar las fundiciones con alto contenido de fósforo, obtenidas de menas ferrosas que se encuentran bastante propagadas en la corteza terrestre. A su vez el contenido de sílice debe ser muy bajo (menos de 0.5%) para evitar el uso excesivo de fundente neutralizador.
El proceso de fundición en un convertidor Thomas se efectúa del modo siguiente: primero se carga el convertidor con la cal, después se vierte el hierro fundido, se inicia el viento y se gira el convertidor a la posición vertical.
Lo primero que pasa es a oxidación del hierro según al reacción:
Fe
+
½O2
------>
FeO
el óxido ferroso formado se disuelve en el metal y oxida el resto de las impurezas Si, Mn, C y el fósforo.
Se distinguen tres períodos:
Oxidación del silicio y el manganeso
Combustión intensa del carbono
Oxidación del fósforo.
Primer período
La oxidación del silicio produce sílice, la sílice formada SiO2, se une a la cal (óxido de calcio) según la reacción:
2CaO
+
SiO2 ------>
(CaO)2.SiO2
y pasa a la escoria.
El óxido de manganeso (MnO) y una parte del óxido ferroso (FeO) también pasan a la escoria, en este período el metal se calienta dado que las reacciones producen calor y comienza el segundo período.
Segundo período
El metal se ha calentado suficiente y el
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