Fundamentos Químicos y Metalúrgicos de la Producción de Acero y Hierro

Definiciones Fundamentales en Siderurgia

Acero

Acero: Aleación de hierro-carbono a la que se le pueden agregar más elementos para modificar sus propiedades.

Ferroaleaciones

Ferroaleaciones: Aleación de hierro con un 20% a 80% de otros elementos (Manganeso, Silicio, Cromo).

Arrabio

Arrabio: Hierro con alto porcentaje de Carbono, Azufre, Silicio, Fósforo y Manganeso.

Hierro Esponja

Hierro Esponja: Bolitas porosas del mineral de hierro, producto de la reducción directa.

Procesos de Producción de Hierro y Acero

1. Preparación de Materias Primas

Los cuatro elementos esenciales para la producción de hierro son: Mineral de hierro, Coque, Piedra caliza y Aire.

• Extracción y Preparación del Mineral de Hierro

  Proceso: Transporte del mineral; Preparación del mineral (Lavado, quebrado, cribado).

• Preparación del Coque

  Proceso: Transporte del mineral; Preparación del coque (Refinado, calentado).

• Preparación de la Piedra Caliza

  Proceso: Transporte de la piedra; Preparación del mineral (Lavado, quebrado, cribado).

2. Minerales de Hierro Principales

Los principales minerales de donde se extrae hierro son:

• Hematita: Roja
• Magnetita: Negra
• Siderita: Café pobre
• Limonita: Café

3. Producción en Alto Horno (Siderurgia Clásica)

El Alto Horno

Definición: Método utilizado para purificar el metal y transformarlo químicamente.

Componentes:

• Un par de tolvas redondas.
• Válvulas en forma de campana donde se introduce el mineral.

Proceso en el Alto Horno: La combinación de Mineral de hierro, Piedra caliza, Coque y Aire produce: Escoria y Arrabio.

Producto: Se obtiene acero líquido que se coloca en coladura para obtener materiales determinados.

Tipos de Coladas

• Colada convencional: Productos acabados.
• Colada continua: Trenes de laminación.
• Colada sobre lingoteras: Lingotes.

4. Proceso de Reducción Directa

Este proceso busca obtener Hierro Esponja sin pasar por el Alto Horno.

Reducción Directa

Insumos: Gas natural, Coque, Aceite combustible, Monóxido de carbono, Hidrógeno o Grafito.

Método: Triturar la merma de hierro y pasarla por un reactor con agentes reductores.

Producto: Hierro esponja.

Producción de Hierro Esponja (Método Alternativo)

Insumos: Mineral de hierro, Coque, Caliza.

Proceso: El coque se quema como combustible para calentar el horno. Al quemarse, libera monóxido de carbono que se combina con los óxidos del mineral de hierro y los reduce a hierro metálico.

Productos: Arrabio y Hierro esponja.

Metalurgia y Refinación del Acero

Metalurgia o Acería

Insumos: Arrabio, Hierro esponja, Chatarra metálica.

Proceso: Se colocan en hornos para refinar y ajustar el porcentaje de carbono según las normas SAE/AISI.

Resultado: Producción de acero y otros metales para generar aleaciones.

Principales Procesos de Fabricación de Acero

• Horno Eléctrico
• Horno de Oxígeno

Horno de Oxígeno (BOF)

• La carga del horno está constituida por 75% de arrabio del alto horno y el resto de chatarra y cal.
• Produce hasta 300 toneladas de acero en 45 minutos.
• Objetivo: Producir altos tonelajes de acero con bajo nivel de carbono.