Proceso De Fabricacion

UNIDAD 1.- Proceso de Obtención del Hierro y del acero.

1.1 Proceso Tecnológica de la obtención del hierro 1ª función

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.

FUNDICIONES DE ALTO HORNO O FUNDIONES DE PRIMERA FUSION.

Las características del hiero fundido de primera fusión dependen en gran forma de la operación del horno y los lingotes obtenidos se clasifican en gris, blanco y atruchado, denominación que va de acuerdo a la superficie de fractura, por el aspecto de las fracturas que presentan al romperse los lingotes de hierro obtenidos en el horno alto colados en arena y por el aspecto que tienen después de rotas las piezas fundidas, se clasifican las fundiciones en las tres primeras clases citadas anteriormente: Fundición gris blanca y atruchada. La fundición gris contiene, en general, mucho silicio, 1,5 % a 3,5 la blanca, poco silicio, generalmente menos de 1 % y la atruchada tiene, generalmente, un contenido de silicio intermedio, variable de 0,6 a 1,5 %. El color oscuro que tienen las fracturas de las fundiciones grises y atruchadas, se debe a la presencia en las mismas de gran cantidad de láminas de grafito

El contenido en silicio de las aleaciones hierro-carbono y la velocidad de enfriamiento, tienen gran influencia en la formación de una u otra clase de fundición. Las velocidades de enfriamiento muy lentas favorecen la formación de fundición gris; el enfriamiento rápido tiende, en cambio, a producir fundición blanca. Finalmente, el azufre y el manganeso ejercen también una cierta influencia contraria a la del silicio, favorecen la formación de fundición blanca. Sin embargo, el manganeso y el azufre, cuando se encuentran formando inclusiones no metálicas de sulfuro de manganeso, no ejercen influencia favorable ni desfavorable en la formación de grafito ni en la aparición de fundiciones grises o blancas. Además de estos tres tipos de fundición, se fabrican también desde hace muchos años las fundiciones maleables, que en lugar de obtenerse por simple fusión, como las que acabamos de citar, se fabrican por recocido de la fundición blanca en condiciones especiales.

ALTO HORNO

Funcionamiento Elemental.

El alto horno consiste en una especie de deposito 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.

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.

Un horno alto funciona ininterrumpidamente, día y noche, hasta que, al cabo de un tiempo, que oscila entre 7 y 15 años, debe retirarse del servicio para reconstruir las instalaciones corroídas.

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 mas de 3000 Kw.

En la imagen vemos el alto horno de la acereria Scunthorpe, linconnshire (Reino unido) uno de loa mayores que existen en el mundo.

1.2 Funcionamiento y productos obtenidos

APLICACIONES DE LAS FUNDICIONES.

En cuanto a las aplicaciones más importantes de las fundiciones, dependen del tipo de fundición :

Fundición blanca: se trata de fundiciones cuyo enfriamiento se ha realizado de una manera rápida y, por lo tanto, el exterior de la pieza es fundición blanca hasta 4 cm de espesor, y el interior es una fundición gris, así se obtienen piezas duras en la periferia y un alma suficientemente resistente. Las aplicaciones principales suelen ser para piezas que resisten fuertes desgastes: cilindros laminadores, mandíbulas de machacadoras, ruedas de vagones, zapatas de freno de ferrocarril, etc. Los procedimientos de maleabilización se aplican a objetos que tienen su forma definitiva, así permiten obtener piezas de formas complicadas que serían difíciles de realizar en acero, sea por colada, sea por forja. El producto obtenido en las maleabilizaciones es blando y tenaz. Algunas aplicaciones son las siguientes: para soportes del motor de un coche, maquinaria agrícola, conexiones de tuberías, etc.

Fundición gris: la industria no utiliza apenas estas fundiciones ya que sus propiedades mecánicas son mediocres. Tienen una gran capacidad de amortiguamiento de las vibraciones, y de ahí su utilización para las bancadas de las máquinas. La fundición gris, tratada térmicamente, se utiliza para máquinas herramientas, motores de combustión interna y otras piezas sometidas a vibración y desgaste. En cuanto a la fundición gris de grafito esferoidal, poseen una resistencia mecánica y una ductilidad mayor que las de las fundiciones grises usuales. La facilidad de mecanización es excelente. Las principales aplicaciones son: tubos para la conducción de agua, de gas y de petróleo.

Fundiciones aleadas: los tipos principales que utiliza la industria son:

1. Fundiciones de alta resistencia mecánica: son fundiciones grises de débil contenido en Ni (de 1-2%) y en Cr (0,2-0,8%) en las cuales la mejora es originada por la finura de perlita y de grafito, y fundiciones blancas de contenidos más altos (3 a 5 Ni, 0,5 a 2 Cr). Se emplean para cilindros de motores de explosión, elementos de machacadoras, cilindros

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