Alto Horno

. SIDERURGIA

1.1 ALTO HORNO

Los minerales se separan en el alto horno de sus gangas y mediante reducción con carbono se liberan de su oxigeno y se convierten en hierro bruto (arrabio).

El alto horno está constituido por dos cuerpos huecos de forma troncocónica colocados uno sobre otro y construidos de obra de albañilería que se mantiene sujeta dentro de una envolvente de acero. Sus partes principales son el soporte u obra, el etalaje, el vientre, la cuba y el tragante (Fig.). Tiene una altura de 30 a 80 m.; su diámetro máximo es de 10 a 14 m. la obra de albañilería está atravesada por canales de refrigeración (refrigeración por agua) y es soportada por un armazón de acero. Por la parte superior termina el alto horno con la plataforma de carga y el cierre campaniforme del tragante. Alrededor de la parte más ancha del alto horno va dispuesta la conducción de viento en forma anular de la cual salen las toberas que van al interior del horno.

El alto horno se carga alternativamente con una mezcla de minerales y fundentes, así como con coque. Un montacargas inclinado lleva esos materiales al tragante. A cada alto horno le están adscritos hasta cuatro calentadores del viento que funcionan alternativamente, ya sea para calentamiento de la obra de albañilería mediante combustión del gas tragante (colocado a gas), ya sea para calentamiento del viento para el alto horno (colocado a viento). Las adiciones de fundentes (principalmente cal) fluidifican los componentes térreos, difícilmente fusibles, de los minerales y de las cenizas del combustible, convirtiéndolos en escoria. Frecuentemente se carga el alto horno con fundentes molidos y sinterizados, sin más adiciones. Al insuflar el aire caliente por las toberas se quema el coque. El gas caliente producido sube a través de la carga del horno hacia el tragante. En las capas superiores se substrae a los materiales la humedad, el anhídrido carbónico y en parte también el azufre. Los óxidos de hierro que quedan bajan al hueco que ha quedado libe en la combustión del coque. Esos óxidos de hierro fuertemente calentados se reducen por acción del gas ascendente, que contiene mucho óxido de carbono (CO), y del coque incandescente, es decir que le es substraído el oxígeno. El hueco que queda libre absorbe ahora carbono, se fluidifica, baja y se deposita en la obra. La escoria fundida flota sobre el hierro por causa de su menor densidad. Al mismo tiempo las escorias absorben una parte importante del azufre del mineral y del coque, que de otro modo se hubiera combinado con el hierro. La escoria fluye generalmente de modo continuado por la reguera de escorias correspondiente. El hierro reunido en la obra, llamado hierro bruto o arrabio, se sangra cada 3 a 4 horas por la piquera o agujero para la sangría. El hierro bruto fundido, según sea su composición, se cuela formando lingotes que sirven como materia prima en los talleres de fundición o se hace llegar a calderas en baldes sobre ruedas en los cuales es transportado en estadio líquido a las acererías.

1.2 TRATAMIENTO DEL HIERRO BRUTO PARA CONVERTIRLO EN ACERO

El hierro crudo tiene un elevado contenido de óxido de carbono (3 a 5%). Por el contrario el contenido de carbono del acero sin alear se halla por debajo del 1.5%. Además, el hierro crudo contiene impurezas no deseables o excesivas del silicio, manganeso, azufre y fósforo. Con la transformación del hierro crudo en acero baja fuertemente el contenido de carbono; los componentes secundarios no deseables son casi totalmente eliminados. Esta transformación del hierro crudo en acero se llama “afino”. Existen varios procedimientos de afino.

1.2.1 Procedimientos Bessemer y Thomas

En ambos procedimientos se reduce el contenido de carbono en el hiero bruto, mediante combustión. Con esto se convierte el hierro bruto en acero.

Para la combustión del carbono se hace pasar a través del contenido líquido del convertidor Bessemer o del convertidor Thomas aire o aire y oxígeno (refino con viento). El convertidor Thomas tiene un recubrimiento de carácter básico constituido por ladrillos de dolomita rica en cal y se presta con ello para trabajar en el hierro bruto rico en fósforo. El convertidor Bessemer con su recubrimiento ácido de cuarzo o de espato flúor no se presta para este tipo de hierro bruto. Por esta razón apenas si se emplea en Alemania el convertidor Bessemer.

Procesos

El convertidor Thomas es basculante. El convertidor se pone en posición de lleno y se convierte en él el hierro bruto, fundido, con adición de cal. Entonces se le sopla aire o aire con oxígeno procedente de la caja de viento y se endereza el convertidor. El aire (oxígeno) que atraviesa la masa líquida quema el carbono y las gangas de silicio y manganeso. Aquí hay que tener en cuenta que es prácticamente imposible detener la combustión al llegar al contenido de carbono deseado en los aceros que se producen. La cal y se combina con el fósforo contenido en el hierro bruto y forma escorias.

El proceso de combustión que dura de 15 a 20 minutos hace subir la temperatura hasta unos 1600 ºC, a la cual permanece fluido incluso el acero fuertemente descarburado.

El convertidor se vuelve a girar a su posición de llene, se quita el viento y se añade el carbono necesario para el acero en forja de hierro especular, un hierro crudo blanco. Mediante una buena mezcla con cal se elimina casi totalmente el fósforo.

En la posición de vaciado se elimina la escoria que flota sobre el acero y se vierte el producto fundido en la vagoneta preparada para ello. El siguiente trabajo del acero se realiza en la acería colándola para formar lingotes y laminándolo después para conseguir las formes corrientes en el comercio.

El acero Thomas tiene un contenido de carbono de 0,05% a 5%; es forjable y soldable y se trabaja para obtener productos terminados tales como varillas, barras, perfiles, chapas y lingotes de acero.

1.2.2 Procedimiento de insuflación de oxígeno

Para la obtención del acero han sido desarrollados una serie de nuevos procedimientos de afino en los cuales en vez del aire se emplea oxígeno puro. Por esta razón se llama a estos procedimientos procedimientos de oxigenación. En estos procedimientos no se insufla el oxígeno desde abaja atravesando el baño fundido, sino que se insufla desde arriba a través del baño. El más conocido es el procedimiento llamado LD (Lins – Donawitz).

El convertidor usado en el Procedimiento LD tiene el fondo cerrado; se le suele llamar crisol LD. Este crisol se alimenta con chatarra, hierro crudo en estado líquido y cargas para la formación de escoria.

Después se lanza el chorro de oxigeno verticalmente sobre el hierro fundido a través de una “lanza de oxígeno” con presión efectiva de 4 a 12 at. La masa fundida se descarbura con ello; además se queman cuerpos perjudiciales que lo acompañan. El empleo de oxígeno de origen a muy altas temperaturas que acelerarían la merma en el hierro y el deterioro en el revestimiento. Por esta razón se añaden para el enfriamiento chatarra y minerales de hierro. Los aceros LD no contienen apenas nitrógeno ya que para el afino no se emplea aire, por lo cual los aceros obtenidos son de alta calidad.

Además del procedimiento LD se han desarrollado otros procedimientos parecidos de insuflación en los que se insufla por lanza, además de oxígeno, también polvo de cal a través del baño.

Los procedimientos de insuflación han desplazado ya ampliamente a los de solera soplante porque trabajan más económicamente y suministran aceros de mejor calidad.

1.2.3 Procedimiento Siemens-Martin

El procedimiento Siemens-Martin es un “afino en hogar bajo”. Los hermanos Siemens desarrollaron a este efecto la calefacción y los hermanos Martín construyeron el horno de reververo con el hogar de fusión en forma de artesa.

En este sistema de calefacción se aporta al combustible (gas de horno de coque, gas natural, aceite) aire precalentado. El precalentamiento del aire se verifica, en uno de los acumuladores de calor instalados debajo del hogar.

Las llamas a temperaturas de 1800º a 2000ºC lamen el material fundido y producen la transformación del hierro bruto en acero. Los gases de escape del hogar son guiados a través de uno de los acumuladores de calor y calientan su obra de albañilería. Mediante alternativa inversión del aire a presión para la combustión se consigue que en todo momento uno de los acumuladores esté calentándose, mientras el otro está cediendo su calor al aire de combustión. A este aire se le añade además frecuentemente oxígeno para aumentar la temperatura. Otra posibilidad consiste en soplar directamente en el baño el oxígeno. Con esto se hace posible la aleación con metales de alto punto de fusión; por otro lado pueden conseguirse en breve tiempo aceros con muy bajo contenido de carbono para fines de embutición. Todas estas previsiones elevan la calidad del acero y la economía del procedimiento.

1.2.4 Procedimiento eléctrico

En el horno no se produce acero, sino que se refina. El procedimiento al horno eléctrico hace posible la fusión de aceros especialmente puros con muy pequeño contenido de fósforo y de azufre ya que en este procedimiento no existen gases combustibles que puedan dar origen a impurezas. Estos aceros se denominan por su pureza aceros finos y por su procedimiento de obtención aceros al horno eléctrico. Pueden no tener aleación pero por lo general la tienen en grado menor o mayor. La electricidad como fuente de calor resulta muy cara. Por esta razón no se emplea generalmente nada más que para el último refino del acero proveniente de

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