Produccion De Arrabio

3ª. UNIDAD PRODUCCIÓN DE ARRABIO Y PROCESOS DE ACERACIÓN

3.1 Concepto de metalurgia

3.2 Procesos de prebeneficio del mineral de hierro

3.3 Producción de arrabio

3.4 Procesos de aceración

Metalurgia: extractiva, de procesos y física

Metalurgia: Es una técnica de la obtención y tratamiento de los metales desde minerales metálicos, incluyendo la producción de aleaciones.

En términos generales, la técnica metalúrgica comprende las siguientes fases: Obtención del metal a partir de uno de sus minerales (mena), afino o purificación del metal, preparación de aleaciones y tratamientos mecánicos, térmicos o termoquímicos para su mejor utilización.

Metalurgia extractiva: Obtención de metales a partir de los minerales lo que incluye calidad y cantidad de minerales, costos de explotación, tratamiento de minerales.

Metalurgia de proceso: Es una interface entre la metalurgia química y la física, por que incluye procesos mecánicos, separación por gravedad, procesos magnéticos, métodos de separación química, fundición etc.

Metalurgia física: Implica la transformación de los metales adecuarlos según las necesidades

Minerales de hierro

Magnetita: (Fe3 04): 72.4 de óxido férrico en estado férrico (imán natural) se utiliza en la localización de depósitos por ser material magnético, color negro y de alta densidad.

Los yacimientos más importantes están en: Suiza, Estados Unidos, Rusia, Alemania e Italia.

Hematita: (Fe2 03): Óxido de hierro deshidratado de 60 a 70% de

hierro, color rojo, negro ó marrón, más pobre que la magnetita.

Los yacimientos importantes se encuentran en Cataluña y además

en Bélgica, Alemania y Estados Unidos

Siderita:(Fe Co3): Bajo contenido de carbono 30 a 40% de hierro Color gris con matices amarillos.

Limonita (3Fe2 03 + 2H2 O): De 20 a 55% de hierro, oxido de hierro deshidratado, color pardo de diferentes matices.

Procesos de prebeneficio (enriquecimiento) del mineral de hierro

Trituración

1ª. Etapa en molinos de mandíbulas ó quijadas

2ª. Etapa en molinos de conos invertidos

3ª. Etapa en molino de tambor

Clasificación

Una vez triturado y molido el material pasa a clasificarse de acuerdo a su finura para ser sometido a procesos de lavado. Se lleva a cabo la clasificación por medio de cribas (mallas) y pueden ser bastidores inclinados ó cilindros giratorios.

Lavado

Normalmente los minerales tienen mucha arcilla, arena, tierra arcillosa, durante el lavado la ganga se separa por medio de un chorro fuerte de agua y aire o por otros métodos como el lavado flotante: separando lodos que suben y el mineral se queda en el fondo de tanque.

Separación

Los minerales magnéticos se clasifican en instalaciones especiales en el cual imanes magnéticos separan las partículas del mineral del hierro rechazando la ganga no magnética.

Piro-metalurgia (tostación, sinterización, calcinación)

Tostación: el mineral se calienta hasta formar un recubrimiento de oxido o de sulfuro en el mineral.

Sinterización: se calienta el mineral hasta aglutinarlo (pellets).

Calcinación: es el proceso de calentar una sustancia a temperatura elevada, pero por debajo de su punto de fusión, para provocar la descomposición térmica o un cambio de estado en su constitución física o química.

En la producción del hierro primario ó arrabio están implicados:

1.- Minerales de hierro: óxidos de hierro, ganga (sílice, CaO, MgO), magnetita, hematita, siderita, limonita.

2.-Fundentes (caliza)

3.- Combustibles (carbón coke) ó (carbón coque)

Propiedades que deben tener los minerales de hierro

 Contenido de los metales: mas mineral menor escoria, menor ganga

 Composición química: el rendimiento del alto horno y el consumo de combustible está determinado por comportamiento y carácter químico de la ganga del mineral.

 Tamaño y/o granulometría: es necesario que la mayoría de los óxidos de hierro sean reducidos por el gas reductor.

 Resistencia mecánica: los más adecuados son aquellos que resisten los efectos de las fuerzas mecánicas, normalmente los minerales son transportados y cambiados a diferentes vagones de cargas.

 Facilidad de reducción: como el conjunto de propiedades por medio de las cuales se determina la velocidad de transformación de los óxidos de hierro a metal, por acción de una sustancia.

 Porosidad: entre más poroso es el mineral, tiene una mayor superficie reactiva por lo que se reduce más rápidamente.

Utilización de desechos industriales en lugar de minerales

Escoria del horno básico (Siemens – Martin)

Escoria del convertidor Thomas

Escorias de los hornos de los recalentamientos de lingotes

Escoria de hierro – manganeso

Cascarilla o capa de laminación

Polvillo de alto horno

Chatarra de acero

Esponja de hierro

Minerales de manganeso

Combustibles y sus propiedades (carbón coke)

Inflamables: hidrogeno y carbono

No inflamables: lastre (arena, piedra), agua ceniza y azufre

a) Tamaño ó granulometría

b) Solidez suficiente

c) Resistencia al desgaste

d) A temperaturas altas no deben formar grietas

e) Cantidad mínima de impurezas

f) Al quemarse debe producir poca cantidad de ceniza

g) Alto poder calorífico

h) Económico.

COMPARACIÓN

CARBON COKE CARBON VEGETAL

Tiene brillo, gris plateado Negro, matiz brillante

Poroso y bajo costo Alto costo

10 a 13 % de ceniza 0.6 a 1% de ceniza

85 a 87 % de carbono 80 a 90% de carbono

0.5 a 2.0 %de azufre Ausencia de azufre

5 a 9% de humedad 10 a 12% O2, N, H

Poder calorífico 7500 Kcal/kg Poder calorífico 7000 Kcal/kg

Resistencia Compresión 140 kg/cm2 Resistencia Compresión 20 kg/cm2

El carbón coke se obtiene por medio de destilación seca del carbón de piedra (de las minas) en hornos especiales con temperaturas de 1000 a 1100oC

El carbón vegetal de la quema de los árboles para hierro fundido de alta calidad.

La función del carbón de coque es:

 Producir, por combustión, el calor necesario para las reacciones químicas de reducción (eliminación del oxigeno) así como fundir la mena (minerales)dentro del horno alto

 Soportar las cargas (mezcla de carbón de coque, fundente y mineral de hierro) dentro del alto horno.

 Producir un gas reductor (CO) que transforme los óxidos en arrabio.

 Dar permeabilidad a la carga del alto horno y facilitar el paso del gas. (La permeabilidad es la capacidad de un material para que un fluido lo atraviese sin alterar su estructura interna).

El coque de los altos hornos debe de tener una dimensión de ocho a doce centímetros, con un contenido de cenizas 9,8% al 10,2% y del 0,9% a 1,2% de azufre.

Fundentes

Son sustancias que se introducen en el alto horno donde al fundirse con las gangas de los minerales y con la ceniza del combustible produce fácilmente escorias fusibles.

Cuando los minerales contienen impurezas de arena y arcilla se utiliza como fundente la caliza. Cuando la composición de la ganga es calcaría se pueden emplear como fundente sustancias que contengan sílice, cuarzo, etc. Antes de la fusión se deben triturar los fundentes con determinada granulometría de 3 a 8 cm.

El papel del fundente es:

 Combinarse con la ganga del mineral y formar escoria.

 Bajar el punto de fusión de la ganga haciendo que la escoria se mantenga líquida.

La función de la escoria es:

 Limpiar el metal y;

 Proteger el metal para evitar contaminación de la atmósfera.

Su usan las escorias en ladrillos, hormigones, blocks, lana térmica, materiales aislantes, etc.

Producción 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 colada ó vaciado 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 níquel, 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.

ALTO HORNO

Diámetro de 8

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