Produccion De Arrabio Y Procesos De Aceracion

PRODUCCION DE ARRABIO

Se denominan propiamente arrabios o hierros de primera fusión los que se obtienen directamente del horno alto en forma de panes o lingotes que, refundidos, dan las fundiciones o hierros de segunda fusión, empleados en coladas, en los que, en general, se introducen correctivos convenientes. Además de carbono, las fundiciones corrientes contienen: silicio, fósforo, manganeso y azufre. La adición de fósforo en pequeños porcentajes mejoran las características mecánicas, mientras que porcentajes mayores del 0,8% le dan gran resistencia al desgaste (fundiciones fosforosas). El fósforo favorece la colabilidad de la fundición, mejorando su fluidez. El azufre confiere fragilidad y, por tanto, su contenido ha de ser muy limitado. Se llama fundición especial a la que contiene otros elementos además de los antes mencionados, particularmente niquel, cromo, molibdeno y vanadio. Se denomina fundición hematites a la de primera fusión que tiene menos del 0, 1 % de fósforo, un 4% de carbono y carece casi de azufre; por su pureza se emplea para obtener fundiciones especiales.

Para la producción de hierro y acero son necesarios cuatro elementos fundamentales:

• Mineral de hierro.

• Coque.

• Piedra caliza.

• Aire.

Los tres primeros se extraen de minas y son transportados y prepararlos antes de que se introduzcan al sistema en el que se producirá el arrabio.

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

PRODUCCION:

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.

Composición química del Arrabio

ELEMENTOS %

FIERRO (Fe) 93,70

CARBONO (C) 4,50

MANGANESO (Mn) 0,40

SILICIO (Si) 0,45

FOSFORO (P) 0,110

AZUFRE (S) 0,025

VENADIO (V) 0,35

TITANIA (TI) 0,06

REFINACION DEL ARRABIO

En el alto horno, el oxígeno fue removido del mineral por la acción del CO (monóxido de carbono) gaseoso, el cual se combinó con los átomos de oxígeno en el mineral para terminar como CO2 gaseoso (dióxido de carbono). Ahora, el oxígeno se empleará para remover el exceso de carbono del arrabio. A alta temperatura, los átomos de carbono (C) disueltos en el hierro fundido se combinan con el oxígeno para producir monóxido de carbono gaseoso y de este modo remover el carbono mediante el proceso de oxidación

ALTO HORNO

El alto horno consiste en una especie de depósito troncocónico, en el cual se cargan desde arriba capas alternadas de mineral de hierro carbón y fundente. Un fuerte calentamiento del carbón de las capas inferiores (obteniendo mediante corrientes de aire caliente) provoca una absorción del oxigeno 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 en la parte baja del horno. El aire se insufla por medio de una decena de toberas de bronce situadas

radialmente en la parte baja del horno y alimentadas por una batería de sopletes accionados por motores de explosión.

La escoria, más ligera que el arrabio, se recoge encima de este y sale por orificios practicados en las paredes del crisol. Cada 3 horas, aproximadamente, se extrae el arrabio por unos orificios situados debajo de los anteriores. El aire insuflado en el horno se precalienta haciéndolo pasar por recuperadores Cowper, los cuales están constituidos por cilindros verticales de plancha de 7 mm de diámetro y más de 30 metros de altura llenos de material refractario. Existen 4 Cowper al servicio de cada horno alto; dos de ellos están atravesados por gases muy calientes, obtenidos de la combustión y que proviene de la boca del propio horno, hasta que el instante que el material refractario alcanza una temperatura muy elevada; Un tercero, que ya se halla caliente, cede el calor almacenado al aire que los sopletes envían al alto horno; el cuarto es de reserva. La fase de calentamiento dura de una a dos horas.

Las materias primas se cargan (o se vacían) en la parte superior del horno. El aire, que ha sido precalentado hasta los 1.030ºC aproximadamente, es forzado dentro de la base del horno para quemar el coque. El coque en combustión genera el intenso calor requerido para fundir el mineral y produce los gases necesarios para separar el hierro del mineral.

Los altos hornos funcionan de forma continua. La materia prima que se va a introducir en el horno se divide en un determinado número de pequeñas cargas que se introducen a intervalos de entre 10 y 15 minutos. La escoria que flota sobre el metal fundido se retira una vez cada dos horas, y el arrabio se sangra cinco veces al día.

En el horno alto tienen lugar fenómenos fisicoquímicos complicados, que no han sido aún aclarados en todos sus detalles. El coque no posee tan sólo la misión de quemar los materiales cargados y ponerlos a elevada temperatura, sino que el óxido de carbono CO, producido por su combustión, reacciona con el óxido de hierro trasformándose en anhídrido carbónico, CO, y liberando el hierro.

La temperatura, que en la boca del horno tan sólo es de 200°C, aumenta cuando se desciende y alcanza los 1 200°C en el vientre y los 1800°C en el crisol. La reacción entre el CO y el mineral tiene lugar a 400°C. A 900°C se inicia la fusión del mineral y el carbono comienza a disolverse en el hierro, hasta que su proporción alcanza el 3,5 o 4% en la parte

inferior del horno. En esta parte se completa la reducción del óxido de hierro en contacto con el coque incandescente, y la ganga reacciona con el fundente para formar la escoria, la cual, al trotar sobre el arrabio, lo protege de la acción oxidante del aire insuflado a poca distancia por encima del baño.

El arrabio que sale por la boca de colada del horno alto (arrabio de primera fusión) se recoge en un gran recipiente (caldero de colada), que es de acero y se halla revestido interiormente de refractario, el cual lo aísla térmicamente y permite su transporte hasta la acerería, en la que será trasformado en acero. Si su empleo no ha de ser inmediato, el arrabio se cuela en moldes rectangulares formados en un lecho de arena con una longitud aproximada de 1 m. Los lingotes solidificados en dichos moldes se separan a golpes de maza, se elevan mediante una grúa y se cargan en vagones para ser expedidos a los consumidores.

El calor necesario para la fusión puede ser suministrado así mismo par energía eléctrica; es el caso de los hornos eléctricos. Estos presentan la ventaja de que no introducen impurezas en el baño y permiten un desarrollo aún más controlado de las diferentes operaciones. Pueden tener una potencia de más de 3000 Kw.

En el alto horno tiene lugar fenómenos fisicoquímicos complicados que no han sido aclarados en todos sus detalles. El coque no posee solo la misión de quemar los metales cargados y ponerlos a elevadas temperaturas, sino que él oxido de carbono CO, producido por su combustión, reaccionaron él oxido de hierro transformándose en anhídrido carbónico, CO2, y liberando el hierro. La temperatura en la boca del horno es de tan solo 200° C, aumenta cuando se desciende y alcanza los 1200°C en el vientre

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