Proceso de Obtención del Hierro y del Acero

Proceso de Obtención del Hierro y del Acero

Mineral de Hierro

Generalmente, se encuentra en la corteza terrestre como óxido de hierro. Este es un compuesto de hierro y oxígeno. Los minerales de hierro más conocidos son la hematita, limonita, magnetita, siderita y pirita.

Combustible

Es el coque que suministra la cantidad de calor y el carbono necesario para el proceso de reducción en el alto horno. El coque es un carbón bastante poroso, tiene alta resistencia a la compresión y es de combustión rápida. De la formación de coque obtenemos dos productos: coque y gas.

Fundente

Es la piedra caliza (carbonato de calcio) la cual se combinará con las impurezas que tiene la carga, formando con ellas la escoria que flota sobre el arrabio fundido y es eliminada por las toberas de descarga del horno.

Reducción del Mineral de Hierro

Es el proceso por el cual se extrae oxígeno al mineral de hierro a través del carbono que entrega el coque. La reducción se produce en el alto horno.

Alto Horno

Consiste en un gran cilindro de acero de aproximadamente 30 metros de alto y su hogar es de 8 metros de diámetro, recubierto con ladrillos refractarios en su interior. Al costado del horno se encuentran estufas que precalientan el aire antes de ingresar al horno, para combustionar el coque.

Las partes del horno son:

• El Tragante: parte superior del horno por donde ingresa la carga (mineral de hierro, fundente y combustible).
• La Cuba: es la zona donde se produce la reducción.
• El Vientre: es la zona donde la temperatura varía entre los 900°C y 1200°C, aquí los componentes del fundente se separan reaccionando con las impurezas de la carga formando escoria.
• El Etalaje: es la zona de fusión.
• Crisol: donde se junta el arrabio fundido y la escoria que luego se descargan por sus toberas correspondientes.

Las estufas que precalientan el aire son de forma cilíndrica, tienen una altura de 30 metros y su diámetro es de 7 metros. El interior de las mismas está recubierto por ladrillos refractarios. Es calentado por el gas obtenido del alto horno. Este gas se quema en los quemadores de las estufas y cuando los ladrillos refractarios llegan a la temperatura adecuada para calentar el aire se cierran los quemadores de gas de las estufas y se introduce el aire en las mismas.

El Arrabio

O hierro de primera fusión cuya composición es de hierro con un 4% de carbono, 2% de silicio, 1% de fósforo, manganeso y azufre. Es un material muy frágil debido a su alto contenido de carbono. El arrabio se extrae del alto horno de 4 a 5 veces en 24 horas, obteniendo por cada tonelada de arrabio media tonelada de escoria y 6 toneladas de gas de combustión. La escoria es utilizada para la fabricación de cemento y construcción de carreteras.

Afino

Es el proceso realizado al arrabio para disminuir el contenido de carbono. Esto se logra incorporando al arrabio oxígeno a través de aire a presión y chatarra oxidada (óxido férrico). Elimina el fósforo y el azufre; con el agregado de aleantes como cromo, vanadio, níquel, etc. Se logra en los aceros propiedades tecnológicas como dureza, resistencia a la corrosión, resistencia a la temperatura, facilidad para el mecanizado, etc. El afino se realiza con varios procesos en distintos hornos. Uno es el convertidor Thomas, convertidores Bessemer, método de Siemens-Martin.

Proceso LD

Consiste en el soplado de oxígeno a una presión entre 6 y 15 atmósferas por medio de una lanza refrigerada contra la superficie del medio fundido constituido, por ejemplo, por una carga de arrabio y chatarra. El baño adquiere un rápido movimiento con reacción inmediata de las impurezas, se descarga posteriormente la escoria y el acero producido. El proceso dura entre 40 y 45 minutos.

Hornos Eléctricos

(Información sobre hornos eléctricos no proporcionada en el texto original)

Solidificación de Aceros

Aceros calmados son aquellos que en baño metálico en el horno o en la cuchara se les agrega silicio y aluminio, estos se combinan con el oxígeno evitando la formación del gas monóxido de carbono por lo cual no se producen chispas al solidificarse. Los aceros de alta calidad se fabrican calmados. Aceros efervescentes son aquellos en los que el contenido de carbono es menor a 0,15%. No se les adiciona ni silicio ni aluminio en cuya solidificación hay un gran desprendimiento de chispas, quedando en el interior del lingote sopladuras que contienen gas monóxido de carbono. Es usado en la fabricación de alambres para electrodos.

Fundiciones

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FUNDICION MALEABLE: se obtiene tratando el arrabio con hematita(oxido de hierro) a temperaturas alrededor de los 800ºc, durante un periodo de 3 a 5 dias.Es aplicable a piezas de poco espesor,enterrandolas para ello en hematita molida,colocadas en recipientes especiales.La fundicion obtenida en estas condiciones es forjable.

FUNDICION NODULAR O ESFERIOLITICA: si al arrabio fundido de le incorpora magnesio,este elemento sre evapora produciendo remolinos dentro de la masa liquida, al mismo tiempo dicha masa se va desoxidando y desulfurando, por combinacion del oxigeno y el azufre con el magnesio.Un resto de magnesio queda en el interior de la masa haciendo q el carbono al solidificar cristalice en forma de esferas o granos.Esta fundicion se denomina grafito nodular y se caracteriza por la alta resistencia a la traccion.

OBTENCION DEL ALUMINIO: se obtiene a partir de la bauxita q es un oixido de aluminio.El metodo por el cual se lo obtiene es la electrolisis,hacer pasar corriente ciontinua entre dos electrodos colocados en una solucion electrolitica,q en ella se encuentran los elementos a separar.Estos electrodos van conectados a los bornes de un generador de corriente continua,el electrodo al borne negativo se lla ma catodo y el conectado al borde positivo anodo.Por efecto de la corriente se separan los elementos de dicha solucion recolectandolos en cada elctrodo.La electrolisis se realiza en una cuba de hierro cuyo interior esta forrasda con grafito siendo esta el catodo y una serie de barras de grafito son el anodo.El electrolito q se usa es una mezcla de bauxita y criolita.La criolita es un fluoruro doble de aluminio,cuya funcion es hacer conductora a la mezcla y darle un bajo punto de fusion (935ºC) Al pasar la corriente por el electrolito se separa del mismo el aluminio fundido depositandose en el fondo de la cuba y el oxigeno q va hacia las barras de grafito consumiendolas gradualmemnte.