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1.-Recursos naturales inorgnicos potenciales de explotacin.
El acero nace de la fusin de diferentes cargas metlicas
ferrosas, es decir con contenido de hierro, carbono y
ferroaleaciones las cuales determinan su estructura molecular.
Donde el porcentaje de carbono est comprendido entre 0,05 y 1,7 %
que le otorga mayor resistencia y pureza, alcanzando normalmente
porcentajes entre el 0.2% y el 0.3% para aceros de bajo carbono,
que son los utilizados para las construcciones. Las principales
cargas metlicas utilizadas para la produccin del acero son: El
hierro esponja y el acero reciclado fragmentado.
El hierro esponja, se le denomina as porque al mineral de hierro
se le ha extrado oxgeno, La materia prima para la produccin del
hierro esponja es el fierro o mineral de hierro encontrado en la
naturaleza en forma de rocas.
La chatarra
La principal materia prima en la fabricacin del acero en horno
elctrico es la chatarra, cuyo coste puede presentar el 50% de los
costes de produccin de una palanquilla de acero al carbono, y cuyas
propiedades y caractersticas van a repercutir en el producto final
obtenido.
Atendiendo a su procedencia, la chatarra se puede clasificar en
tres grandes grupos:
Chatarra reciclada: formada por despuntes, rechazos, etc.
originados en la propia fbrica. Se trata de una chatarra de
excelente calidad.
Chatarra de transformacin: producida durante la fabricacin de
piezas y componentes de acero (virutas de mquinas herramientas,
recortes de prensas y guillotinas, etc.).
Chatarra de recuperacin: suele ser la mayor parte de la chatarra
que se emplea en la acera y procede del desguace de edificios con
estructura de acero, plantas industriales, barcos, automviles,
electrodomsticos, etc.
Las ferroaleaciones
Las ferroaleaciones son combinaciones de hierro con manganeso y
silicio, principalmente, y de bajo contenido en fsforo y azufre,
que se aaden en el bao para conseguir la composicin final deseada
en el acero. En ocasiones se aaden metales puros. Los ms utilizados
suelen ser el nquel, cobalto, cobre y aluminio.
Los diferentes tipos de acero se clasifican de acuerdo a los
elementos de aleacin que producen distintos efectos en el
acero:
ALUMINIO
Empleado en pequeas cantidades, acta como un desoxidante para el
acero fundido y produce un Acero de Grano Fino.
BORO
Aumenta la templabilidad (la profundidad a la cual un acero
puede ser endurecido).
CROMO
Aumenta la profundidad del endurecimiento y mejora la
resistencia al desgaste y corrosin.
COBRE
Mejora significativamente la resistencia a la corrosin
atmosfrica.
MANGANESO
Elemento bsico en todos los aceros comerciales. Acta como un
desoxidante y tambin neutraliza los efectos nocivos del azufre,
facilitando la laminacin, moldeo y otras operaciones de trabajo en
caliente. Aumenta tambin la penetracin de temple y contribuye a su
resistencia y dureza.
MOLIBDENO
Mediante el aumento de la penetracin de temple, mejora las
propiedades del tratamiento trmico. Aumenta tambin la dureza y
resistencia a altas temperaturas.
NIQUEL
Mejora las propiedades del tratamiento trmico reduciendo la
temperatura de endurecimiento y distorsin al ser templado. Al
emplearse conjuntamente con el Cromo, aumenta la dureza y la
resistencia al desgaste.
SILICIO
Se emplea como desoxidante y acta como endurecedor en el acero
de aleacin.
AZUFRE
Normalmente es una impureza y se mantiene a un bajo nivel. Sin
embargo, alguna veces se agrega intencionalmente en grandes
cantidades (0,06 a 0,30%) para aumentar la maquinabilidad
(habilidad para ser trabajado mediante cortes) de los aceros de
aleacin y al carbono.
TITANIO
Se emplea como un desoxidante y para inhibir el crecimiento
granular. Aumenta tambin la resistencia a altas temperaturas.
TUNGSTENO
Se emplea en muchos aceros de aleacin para herramientas,
impartindoles una gran resistencia al
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desgaste y dureza a altas temperaturas.
VANADIO
Imparte dureza y ayuda en la formacin de granos de tamao fino.
Aumenta la resistencia a los impactos (resistencia a las fracturas
por impacto) y tambin la resistencia a la fatiga.
Los fundentes
La principal funcin de los materiales fundentes es la formacin
de una escoria que recoja, durante los procesos de fusin y afino,
los elementos que se introducen con la carga que pueden ser
perjudiciales para el acero final, dejando el bao limpio de
impurezas. El fundente ms utilizado es la cal, que puede incluso
inyectarse en polvo con oxgeno en el horno a travs de una lanza,
fluyendo rpidamente sobre la escoria y disolvindose en la
misma.
2.- Definicin operacional del proceso industrial inorgnico en
estudio.
Se denomina Acero a aquellos productos ferrosos cuyo porcentaje
de Carbono est comprendido entre 0,05 y 1,7 %. El Acero es uno de
los materiales de fabricacin y construccin ms verstil y adaptable.
Ampliamente usado y a un precio relativamente bajo, el Acero
combina la resistencia y la trabajabilidad, lo que se presta a
fabricaciones diversas. Asimismo sus propiedades pueden ser
manejadas de acuerdo a las necesidades especficas mediante
tratamientos con calor, trabajo mecnico, o mediante aleaciones. El
Acero funde entre 1400 y 1500C pudindose moldear ms fcilmente que
el Hierro. Resulta ms resistente que el Hierro pero es ms propenso
a la corrosin. Posee la cualidad de ser maleable, mientras que el
hierro es rgido.
3.-Propiedades fsicas, qumicas, termodinmicas y ambientales de
los materiales del proceso industrial elegido.
Hierro
El Hierro metal de transicin con smbolo qumico Fe es el cuarto
elemento ms abundante en la corteza terrestre (5%), tiene un nmero
atmico de 26 y pesa 55,847 g/mol. Se conocen 4 istopos estables del
hierro Fe54 , Fe56 , Fe57 y Fe58. Posee una densidad media de 7,86
g/ml con puntos de fusin y ebullicin respectivos de 1808 K (1535C)
y 3023 K (2750C), y es el material ms usado (como aceros y
fundiciones) en numerosos campos de la ingeniera teniendo una cuota
de produccin de ms del 95% del total mundial, debido a sus
interesantes propiedades qumicas, fsicas, mecnicas y magnticas. Se
obtiene principalmente de 4 minerales Hematites(Fe2O3),
Limonita(2Fe2O3.3H2O), Magnetita(Fe3O4) y Siderita(FeCO3). El
hierro se usa para fabricar aceros de muy diversos tipos, y en
menor medida fundiciones.
El hierro como elemento tiene dos estados de oxidacin +2 y +3,
dando lugar a FeO y Fe2O3, estos xidos le dan un color marrn pardo
al hierro y pierde muchas de las propiedades iniciales que tena el
hierro, por este motivo el hierro no se utiliza en estado puro sino
aleado o recubierto con otros elementos que lo protegen de la
corrosin/oxidacin. El hierro es un material activo, se combina con
halgenos, azufre, fsforo, carbono y silicio. Adems desplaza al
hidrgeno de la mayora de los cidos dbiles. El xido debilita al
hierro con una capa de color marrn la cual no protege al hierro de
seguir oxidndose como en el caso de otros metales, ya que con
golpear la lmina este xido se desprende.
El hierro es un material con buenas propiedades mecnicas las
cuales pueden mejorarse alendose con carbono para formar aceros o
fundiciones, y con otro tipo de elementos para formar aceros
aleados. Estas propiedades varan mucho en funcin de los aleantes al
hierro, la temperatura, los tratamientos trmicos. Las propiedades
mecnicas ms importantes de un material como el hierro son
tenacidad, maleabilidad, ductilidad, dureza, deformacin plstica,
resiliencia, resistencia a la abrasin: El hierro es un material
dctil, por lo que tiene una zona importante de estiramiento
elstico, (como se ve en la figura de un material dctil cualquiera)
seguida de una zona plstica. En la zona elstica alargamientos y
tensiones son proporcionales segn una constante E (Mdulo de Young =
21.000 kg/mm2 ), la cual vara sustancialmente segn los aleantes del
hierro y su porcentaje. La resiliencia es la energa que es capaz de
absorber el material, mientras est en la zona elstica (10 17 kg/mm2
), en el caso de un material dctil como el hierro es grande y vara
segn la cantidad de carbono que le aleemos al formar acero. La zona
plstica del hierro tambin tiene un importante inters desde el punto
de vista de ser maleable y dctil, ya que el estiramiento en forma
de lminas e hilos se basa en las propiedades plsticas de deformacin
del material. En el caso del hierro tiene buenas propiedades de
tenacidad (Lmite de Rotura: 18 29 kg/mm2 ), que es la capacidad de
absorber energa en la zona plstica (tras superar el lmite de
fluencia) y seguir deformndose y no romper inmediatamente como un
material frgil (como una cermica), as podemos estirarlo en planchas
o en hilos con mayor o menor dificultad segn su contenido en
aleantes. Otra propiedad es la dureza, que es la resistencia que
ejerce el material a ser rayado. El hierro no tiene una elevada
dureza ya que es rayado fcilmente en la escala Mohs tiene un 4
sobre 10 (45 55 HB en estado puro). Por este motivo se alea con
carbono formando aceros y fundiciones, el carbono se queda retenido
en las zonas intersticiales de las mallas endureciendo el material.
El grado de dureza vara en gran medida segn los tratamientos
trmicos a los que se someta el material. En el caso del acero al
calentarlo aparece un nuevo tipo de estructura que es la austenita,
la cual posee mayor dureza. Si la templamos obtenemos martensita la
cual es extremadamente dura. Otros factores a tener en cuenta son
la capacidad de estriccin entre 80% y 93%, y el alargamiento entre
40% y 50%. En cuanto a la soldabilidad es bastante soldable, pero
se va perdiendo esta propiedad al aadirle carbono, aunque algunos
aceros tienen buena soldabilidad gracias a la adicin de algn
elemento aleante. La resistencia a la abrasin es la oposicin que
presenta un material a que sea arrancado el material superficial.
Este problema es los derivados del hierro se arregla con tungsteno.
El carburo de tungsteno (CW) es un material extremadamente duro y
resistente a la abrasin, y se obtiene un derivado del hierro til
para algn uso de desgaste por rozamiento. Un factor importante a
tener en cuenta es la temperatura, segn la temperatura las
propiedades mecnicas varan sustancialmente. Los lmites de fluencia
y rotura van reducindose al subir la temperatura, adems a partir de
los 600C comienza el
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fenmeno del creep, en el que un una deformacin va variando a lo
largo del tiempo estirndose hasta que rompe, este fenmeno se puede
reducir con manganeso. En cuanto a propiedades fsicas del hierro
mencionaremos que el hierro es un material conductor, tanto del
calor (80,2 Wm- K- ) como la electricidad (11,2 106 - m- ). Queda
lejos como conductor de materiales como cobre o plata que se usan
para conducir la corriente o calor entre 2 partes. En cuanto a la
dilatacin trmica el hierro puede tener un coeficiente superior a
23,4.10-6 C-1 a altas temperaturas con lo que hay q tener en cuenta
este factor en cuanto al diseo de cargas trmicas, de piezas de gran
longitud.
DESCRIPCIN DE LOS DIFERENTES MTODOS DE INDUSTRIALIZACIN
Una vez obtenido el arrabio es necesario refinar al hierro para
que se transforme en material til o sea en hierro o acero
comercial. A continuacin se presentan los principales procesos de
fabricacin de los hierros y aceros comerciales.
Proceso de pudelado
El hierro es un metal que contienen menos del 0.01% de carbono y
no ms de 0.003% de escoria. Para su obtencin se requiere del
proceso conocido como pudelado, el que consiste en fundir arrabio y
chatarra en un horno calentado con carbn, aceite o gas. Se eleva la
temperatura lo suficiente para eliminar por oxidacin el carbn, el
silicio, y el azufre. Para eliminar todos los elementos diferentes
al hierro, el horno de pudelado debe estar recubierto con
refractario de la lnea bsica (ladrillos refractarios con magnesita
y aluminio). El material se retira del horno en grandes bolas en
estado pastoso y el material producido se utiliza para la
fabricacin de aleaciones especiales de metales.
Existen otros procedimientos modernos como el llamado proceso
Aston, en donde en lugar del horno de reverbero se usa un
convertidor Bessemer con lo que se obtienen mayor cantidad de
material.
Hornos Bessemer
Es un horno en forma de pera que est forrado con refractario de
lnea cida o bsica. El convertidor se carga con chatarra fra y se le
vaca arrabio derretido, posteriormente se le inyecta aire a alta
presin con lo que se eleva la temperatura por arriba del punto de
fusin del hierro, haciendo que este hierva. Con lo anterior las
impurezas son eliminadas y se obtiene acero de alta calidad.
Horno bsico de oxgeno (BOF)
Es un horno muy parecido al Bessemer con la gran diferencia que
a este horno en lugar de inyectar aire a presin se le inyecta
oxgeno a presin, con lo que se eleva mucho ms la temperatura que en
el Bessemer y en un tiempo muy reducido. El nombre del horno se
debe a que tiene un recubrimiento de refractario de la lnea bsica y
a la inyeccin del oxgeno. La carga del horno est constituida por
75% de arrabio procedente del alto horno y el resto es chatarra y
cal. La temperatura de operacin del horno es superior a los 1650C y
es considerado como el sistema ms eficiente para la produccin de
acero de alta calidad. Horno bsico de oxgeno
Horno de hogar abierto
Es uno de los hornos ms populares en los procesos de produccin
del acero. Un horno de este tipo puede contener entre 10 y 540
toneladas de metal en su interior. Tiene un fondo poco profundo y
la flama da directamente sobre la carga, por lo que es considerado
como un horno de reverbero. Su combustible puede ser gas, brea o
petrleo, por lo regular estos hornos tienen chimeneas laterales las
que adems de expulsar los gases sirven para calentar al aire y al
combustible, por lo que se consideran como hornos
regenerativos.
Horno de arco elctrico
Por lo regular son hornos que slo se cargan con chatarra de
acero de alta calidad. Son utilizados para la fusin de aceros para
herramientas, de alta calidad, de resistencia a la temperatura o
inoxidables. Considerando que estos hornos son para la produccin de
aceros de alta calidad siempre estn recubiertos con ladrillos de la
lnea bsica.
Existen hornos de arco elctrico que pueden contener hasta 270
toneladas de material fundido. Para fundir 115 toneladas se
requieren aproximadamente tres horas y 50,000 kwh de potencia.
Tambin en estos hornos se inyecta oxgeno puro por medio de una
lanza.
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DESCRIPCIN DEL PROCESO INDUSTRIAL INORGNICO
EXTRACCIN DEL HIERRO
El hierro que se utiliza en la industria suele proceder
fundamentalmente de dos sitios:
De las minas.
De la chatarra
Los pasos que hay que seguir para obtener el hierro en la minera
son:
1) El primer paso ser hacer explotar la roca, por ejemplo, con
dinamita.
2) El material que se ha soltado gracias a la explosin se carga
en camiones.
Todos los pasos que siguen tienen como objetivo separar la parte
del mineral que tiene hierro (mena), de la tierra, rocas y otras
impurezas (ganga). Para ello debemos realizar las siguientes
operaciones:
3) Los camiones se hacen pasar por arcos detectores de metal, de
esa forma descartamos aquellos que no tienen metal, los cuales
directamente son eliminados. Los camiones que si tienen metal son
llevados a la planta de tratamiento en la que se realizan los
siguientes pasos:
4) Primero se trituran las rocas, para facilitar la separacin de
la mena y la ganga.
5) Finalmente se pueden eliminar parte de las impurezas mediante
flotacin (se aprovecha que el hierro pesa ms que las rocas, o
pueden emplearse detergentes que se pegan al hierro y lo hacen
flotar).
6) compactar los trozos de hierro obtenidos mediante el proceso
de sinterizacin que mediante la combinacin de presin y temperatura
consigue la unin de las partculas
OBTENCIN DEL ARRABIO En el apartado anterior conseguimos un
concentrado de hierro del 70%, pero an no es suficiente,
necesitamos eliminar an ms impurezas.
Para ello utilizamos el alto horno que recibe este nombre por
sus dimensiones, ya que puede llegar a tener una altura de 80
metros.
La reduccin del mineral para obtener arrabio, se realiza en los
Altos Hornos. Por el tragante (parte superior del horno) se cargan
por capas los minerales de hierro, la caliza y el coque.
La inyeccin de aire precalentado a 1000 C, aproximadamente,
facilita la combustin del coque, generando elevadas temperaturas y
gases reductores que actan sobre el mineral y la caliza,
transformndolos en arrabio (hierro lquido) y en escoria,
respectivamente.
La colada, que consiste en extraer estos elementos acumulados en
el crisol (parte inferior de los altos hornos), se efecta
aproximadamente cada dos horas. El arrabio es recibido en carros
torpedo para ser transportado a la Acera de Convertidores al
Oxgeno; la escoria, separada del arrabio por su menor densidad, se
hace fluir hacia un foso donde es "apagada" y granulada por un
chorro de agua.
Qu introducimos en el alto horno?
Hierro: Procedente de la mina o tambin de la chatarra (coches,
electrodomsticos, etc.) Carbn de coque: Sirve para:
o Convertir el xido de hierro en hierro puro. o Al quemarse
proporciona calor al horno. o Va a ser el elemento que va a
acompaar al hierro para formar la aleacin de acero o fundicin.
Fundente: Sobre todo es carbonato clcico que se mezcla con las
impurezas y las hace menos pesadas. Podemos decir que es el
detergente que utilizamos para limpiar el hierro.
Que obtenemos en el alto horno?:
Escoria: Es la mezcla de fundente e impurezas, dicha mezcla al
pesar menos se queda en la parte superior del horno.
Arrabio: Es la mezcla de hierro, el carbn que no se ha quemado y
algunas impurezas que an no se han podido eliminar. Esta mezcla
pesa ms que la escoria por lo que se queda en la parte baja del
horno. En la parte inferior hay un orificio que se llama piquera de
arrabio por donde sale esta mezcla.
El arrabio obtenido ya es suficientemente concentrado en hierro
como para ser utilizado para obtener o bien un acero o una
fundicin.
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OBTENCIN DEL ACERO
A la fabricacin del acero se destina aproximadamente el 75% del
arrabio que se produce en los altos hornos. El acero es una aleacin
de hierro con una pequea cantidad de carbono (siempre menor al
1,76%).El acero se obtiene en el horno convertidor a travs de una
operacin que se denomina afino, uno de los mtodos ms empleados para
realizar el afino es el sistema de inyeccin de oxgeno (LD), donde
El arrabio proveniente de los Altos Hornos se carga junto con
chatarra de acero. Por la accin del oxgeno puro que se inyecta al
convertidor se oxidan el carbono, silicio y fsforo del arrabio.
Estas reacciones son exotrmicas y causan la fusin de la carga
metlica fra sin necesidad de agregar ningn combustible y, por
adicin de cal, se forma la escoria en que se fijan otras impurezas
como azufre y parte de fsforo.
Qu metemos en el convertidor?
Arrabio Chatarra de hierro Fundente: Oxigeno
Qu obtenemos del convertidor?
Escorias: El fundente se pega a las impurezas y las hace flotar
formando la escoria. Acero: En la parte inferior del convertidor
quedar el hierro y el carbn que no se ha quemado.
Una vez finalizada la inyeccin de oxgeno se analiza su
composicin y se mide su temperatura, agregando finalmente las
ferroaleaciones que imparten las caractersticas principales a los
diversos tipos de aceros.
En las ferroaleaciones los aceros se pueden mezclar con otros
elementos qumicos (silicio, cromo, nquel, manganeso, entre otros)
para obtener aceros aleados, pudiendo obtener en funcin del
elemento con el que juntemos y su cantidad podemos obtener acero
con mltiples propiedades y para mltiples aplicaciones. Esto no
ocurre as para las fundiciones.
Por ejemplo, el acero mezclado con cromo se vuelve inoxidable o
si le aadimos wolframio evitamos que se ablande cuando se calienta
demasiado.
PROCESO DE COLADA
Colada Continua de Planchones
El acero lquido de la cuchara es vaciado a una artesa que se
comunica por el fondo con un molde en constante movimiento que es
enfriado por agua; en l se inicia el proceso de solidificacin del
acero que se completa a lo largo del trayecto por el interior de la
mquina.
El planchn que se produce es una cinta continua con un espesor
de 156 mm , un ancho que vara entre 800 y 1.050 mm. y que a la
salida se va cortando a los largos requeridos.
Colada Continua de Palanquillas
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La mquina de colada continua de palanquillas, cuenta con 5 lneas
conformadas por tubos de cobre de seccin cuadrada con refrigeracin
interna por agua, con sistema de enfriamiento controlado a lo largo
de la hebra y un agitador electromagntico al final de la hebra para
prevenir segregacin en aceros alto carbono.
Una vez que se ha formado una piel suficientemente gruesa dentro
del molde, la hebra inicia su recorrido curvo dentro de la mquina,
sometida a la accin de rociadores de agua controlados en funcin de
la velocidad de la mquina.
Al trmino de esta zona la hebra es enderezada mediante rodillos
y cortada a la dimensin especificada por sopletes de oxgeno-propano
para terminar siendo estampada con un nmero identificador.
La palanquilla terminada de 150 x 150 mm de seccin y 6,70 metros
de largo, es trasladada mediante mesas de empuje, mesas de rodillos
y una mesa galopante hasta la zona de despacho desde donde es
cargada mediante una gra dotada de electroimanes a carros de
ferrocarril o camiones segn su destino final.
LAMINACIN DEL ACERO EN PRODUCTOS TERMINADOS FINALES
LAMINADOR DE BARRA
Las palanquillas son productos semiterminados 150 x 150 mm de
seccin y largos de 6,70 metros.
Las palanquillas se procesan en este laminador en el cual despus
de ser recalentadas en un horno se laminan en pases sucesivos y se
transforman en barras redondas lisas o con resaltes para hormign,
todos ellos, productos terminados ampliamente utilizados como
materiales de construccin y en la manufactura de alambres, clavos,
tornillos, bolas para molinos, pernos, etc.
LAMINADOR DE PLANOS EN CALIENTE
Los planchones que produce la Colada Continua son sometidos a
laminacin en caliente, con lo cual se reduce el espesor y aumenta
su longitud.
El proceso comienza calentando el material en un horno con una
capacidad de 150 toneladas/hora. Una vez alcanzada la temperatura
requerida, los planchones son reducidos en su espesor, primero en
un Laminador Trio, el que mediante pases sucesivos entrega un
semilaminado de 25 mm (plancha gruesa), para pasar posteriormente
al laminador continuo de seis marcos y obtener rollos de
aproximadamente 8,5 toneladas de peso, cuyas dimensiones finales
van de 725 a 1.050 mm de ancho por 1,8 a 12,0 mm de espesor.
Una parte de los productos obtenidos en este laminador, va
directamente al mercado, tanto en forma de rollos o planchas, donde
encuentra una gran aplicacin en la industria, y la otra parte de
rollos, contina su proceso en el Laminador de Planos en Fro.
LAMINADOR DE PLANOS EN FRO
A los rollos laminados en caliente, que se destinan a la
fabricacin de productos planos laminados en fro, se les somete al
proceso de decapado para eliminar los xidos y laminacin en fro para
disminuir el espesor. En esta etapa, una parte de los rollos son
procesados en la lnea Zinc-Alum, para obtener productos recubiertos
con una aleacin de Zinc y Aluminio, necesarios en la
construccin.
El resto de los rollos son sometidos a limpieza electroltica
para eliminar el aceite empleado en la laminacin en fro; recocido
en atmsfera protectora, que puede ser en Hornos o en lnea de
recocido continuo para eliminar la acritud dada por el trabajo
mecnico realizado en fro, y laminador de temple para eliminar las
lneas de fluencia, corregir la forma y dar la terminacin
superficial requerida.
Una fraccin de los rollos templados que resultan se despacha a
los clientes, como tales o cortados previamente en planchas, para
ser usados en la industria metalmecnica. Otra fraccin de ellos es
estaada en la lnea de Estaado Electroltico para obtener hojalata
apta para la industria conservera.
PRODUCTOS TUBULARES De la produccin de planchas gruesas del
laminado de Planos en Caliente, una parte se destina a la
fabricacin de tubos de gran dimetro, soldados por arco sumergido de
356 a 2.210 mm de dimetro.
OBTENCIN DE LA FUNDICIN
La fundicin es una aleacin de hierro y carbono, aunque el
porcentaje es superior a 1,76%. La fundicin se obtiene en un horno
llamado cubilete
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Que se introduce en el cubilete?:
A. Capas alternas de arrabio (contiene hierro, carbn e
impurezas), mas carbn y fundente (carbonato clcico).
B. Aire a travs de la base de cubilete para quemar el carbn.
Que se obtiene del cubilete?:
A. Escoria: El fundente se pega a las impurezas y las hace
flotar formando la escoria que se queda en la parte alta del
cubilete.
B. Fundicin: El hierro y el carbn que no se ha quemado, se queda
en la parte inferior del cubilete.
Finalmente se retira la escoria de la superficie y la fundicin
que ha quedado en el fondo se vierte sobre unos moldes (lingoteras)
para su enfriamiento.
Al final, obtenemos piezas muy duras pero que no pueden estar
sometidas a mucho esfuerzo porque de lo contrario se romperan
DIFERENCIAS ENTRE LOS ACEROS Y LAS FUNDICIONES:
Los aceros tienen un porcentaje menor de carbono (1,76% C).
Los aceros son ms caros que las fundiciones. Las fundiciones son
ms duras que los aceros. Los aceros son ms tenaces que las
fundiciones, es decir, soportan mejor los golpes.
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6.
DIAGRAMA DE BLOQUES CORRESPONDIENTE AL PROCESO INDUSTRIAL
INORGNICO SELECCIONADO.
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7. MODELADOS Y/O RECCIONES QUMICAS QUE IDENTIFICAN EL PROCESO
INDUSTRIAL INORGNICO
La reaccin de afino por excelencia en el BOF es la del
carbono:
C (dis; arrabio) + FeO (dis; escoria) = CO (g) + Fe (dis;
arrabio)
C (dis; arrabio) + O2 (g) = CO (g)
8. OTRAS REACCIONES QUMICAS GENERALES DE INTERS INDUSTRIAL
Existen otras reacciones de afino que deben ser
consideradas:
Afino del Silicio:
Si (dis; arabio) + O (dis; arrabio) = SiO2 (dis; escoria)
Si (dis; arrabio) + FeO (dis; escoria) = SiO2 (dis; escoria) +
Fe (dis; arrabio)
SiO2 (dis; escoria) + 2CaO (dis; escoria) = Ca2SiO4 (dis;
escoria)
Afino del manganeso:
Mn (dis; arrabio) + O (dis; arrabio) = MnO (dis; escoria)
Mn (dis; arrabio) + FeO (dis; escoria) = MnO (dis; escoria) + Fe
(dis; arrabio)
Afino del fsforo:
2P (dis; arrabio) + 5O (dis; arrabio) + 3CaO (dis; escoria)
=
P2O8Ca3 (dis; escoria) + Fe (dis; arrabio)
9. CONDICIONES DE PROCESO.
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La temperatura de fusin en el convertidor es de ms de 1650 C,
para cada componente la temperatura es la siguiente:
Entalpa y entropa del proceso:
Una de las funciones del convertidor es fundir la carga de xidos
y materiales metlicos. La entalpa asociada al proceso de fusin se
estima mediante la regla de las mezclas:
fusHfase metlica = xifusHi
Dnde:
xi [=] Fraccin molar del metal
fusHi [=] Entalpa de fusin del metal puro
La entalpa de fusin del metal puro depende de la temperatura de
fusin, por lo tanto:
fusHi(J.mol-1)= 10.4 Tfus(K)
Para la parte no metlica de la carga, no se puede hablar de
punto de fusin definido, sino de una temperatura de formacin de las
primeras fases lquidas, Tf,i, y de una temperatura de lquidos,
Tl,i, se utiliza la siguiente expresin:
fusH= TmfusS
Dnde:
Tm = (Tf,i + Tl,i) yfusS
La entropa al proceso de fusin solidificacin de la carga no
metlica estimada, se puede medir a partir de la entropa molar
parcial:
fusS = xifusSi
Corriente Fase Temp (K)
Oxgeno 273
Aire 298
Fundentes 298
Mineral 298
Arrabio 1620
Chatarra 298
Fe - Si 298
Gas 600
Acero 1873
Escoria 1873
Entrada
Salida
CUADRO: Temperaturas de cada
componente y corriente del convertidor
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10. MECANISMOS DE REACCIN DEL PROCESO
Etapa inicial:
En esta etapa se oxida el hierro, el silicio y el manganeso
generando calor por lo que el metal se calienta.
Durante este tiempo se forma la escoria. Las reacciones qumicas
que se producen son:
2Fe + O2 -----> 2FeO
Si + 2FeO ----> SiO2 + 2Fe
Mn + FeO ----> MnO + Fe
A su vez los xidos generados entran en combinacin segn:
MnO + SiO2 -----> MnO.SiO2
FeO + SiO2 -----> FeO.SiO2
y forma la escoria. Si la cantidad de SiO2 por la oxidacin del
silicio contenido en el arrabio no es suficiente, pasa a la escoria
la slice del revestimiento del convertidor. Todos estos procesos de
oxidacin han calentado el metal y se produce la segunda etapa
Etapa intermedia
Dada la alta temperatura del metal comienza a quemarse el
carbono:
C + FeO ----> CO + Fe
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Este proceso se realiza con absorcin de calor, pero el metal no
se enfra porque al mismo tiempo se est oxidando el hierro en el
convertidor que suple el calor necesario para mantener la
temperatura. El monxido de carbono que se produce, produce una
fuerte ebullicin del metal y al salir del convertidor se quema con
el aire atmosfrico, formando dixido de carbono, el convertidor
genera una llamarada clara. A medida que se consume el carbono, la
llama comienza a extinguirse hasta desaparecer por completo, esto
indica que el carbono se ha quemado casi en su totalidad y marca el
fin de la segunda etapa.
Etapa final
En este momento se interrumpe la insuflacin de aire, ya que con
su suministro ulterior y con muy poco carbono comenzar a oxidarse
el propio hierro a xido frrico con las consiguientes prdidas de
metal. Una vez interrumpido el suministro de aire el convertidor se
lleva a la posicin horizontal para realizar la desoxidacin y
carburacin del acero. El objetivo de este paso es eliminar el
oxgeno disuelto como FeO, como desoxidantes generalmente se
utilizan las ferroleaciones y el aluminio puro. Para elevar el
contenido de carbono en el acero a los valores deseados se utiliza
una fundicin especial. El material terminado se convierte a grandes
lingotes para su uso en los laminadores. El acero Bessemer se
utiliza en piezas de uso general, varillas para hormign armado,
vigas laminadas, hierro comercial para construcciones y
similares.
11. TECNOLOGIA DE PURIFICACION DEL PRODUCTO PRINCIPAL A
OBTENER
Una vez formado el acero en el horno, ste es pasado a la etapa
de Purificacin, en la cual se separan las impurezas propias de la
mezcla, para finalmente ser moldeado para su posterior
comercializacin. ste proceso se da en 3 etapas:
Afino del Acero
El afino se lleva a cabo en dos etapas. La primera en el propio
horno y la segunda en un horno cuchara. En el primer afino se
analiza la composicin del bao fundido y se procede a la eliminacin
de impurezas y elementos indeseables (silicio, manganeso, fsforo,
etc.) y realizar un primer ajuste de la composicin qumica por medio
de la adicin de ferroaleaciones que contienen los elementos
necesarios (cromo, nquel, molibdeno, vanadio o titanio).
El acero obtenido se vaca en una cuchara de colada, revestida de
material refractario, que hace la funcin de cuba de un segundo
horno de afino en el que termina de ajustarse la composicin del
acero y de drsele la temperatura adecuada para la siguiente fase en
el proceso de fabricacin.
La colada continua
Finalizado el afino, la cuchara de colada se lleva hasta la
artesa receptora de la colada continua donde vaca su contenido en
una artesa receptora dispuesta al efecto.
La colada continua es un procedimiento siderrgico en el que el
acero se vierte directamente en un molde de fondo desplazable, cuya
seccin transversal tiene la forma geomtrica del semi producto que
se desea fabricar; en este caso la palanquilla.
La artesa receptora tiene un orificio de fondo, o buza, por el
que distribuye el acero lquido en varias lneas de colada, cada una
de las cuales dispone de su lingotera o molde, generalmente de
cobre y paredes huecas para permitir su refrigeracin con agua que
sirve para dar forma al producto. Durante el proceso la lingotera
se mueve alternativamente hacia arriba y hacia abajo, con el fin de
despegar la costra slida que se va formando durante el
enfriamiento.
Posteriormente se aplica un sistema de enfriamiento controlado
por medio de duchas de agua fra primero, y al aire despus,
cortndose el semi producto en las longitudes deseadas mediante
sopletes que se desplazan durante el corte.
En todo momento el semi producto se encuentra en movimiento
continuo gracias a los rodillos de arrastre dispuestos a los largo
de todo el sistema.
Finalmente, se identifican todas las palanquillas con el nmero
de referencia de la colada a la que pertenecen, como parte del
sistema implantado para determinar la trazabilidad del producto,
vigilndose la cuadratura de su seccin, la sanidad interna, la
ausencia de defectos externos y la longitud obtenida.
-
La laminacin
Las palanquillas no son utilizables directamente, debiendo
transformarse en productos comerciales por medio de la laminacin o
forja en caliente.
De forma simple, podramos describir la laminacin como un proceso
en el que se hace pasar al semi producto (palanquilla) entre dos
rodillos o cilindros, que giran a la misma velocidad y en sentidos
contrarios, reduciendo su seccin transversal gracias a la presin
ejercida por stos. En este proceso se aprovecha la ductilidad del
acero, es decir, su capacidad de deformarse, tanto mayor cuanto
mayor es su temperatura. De ah que la laminacin en caliente se
realice a temperaturas comprendidas entre 1.250C, al inicio del
proceso, y 800C al final del mismo.
La laminacin slo permite obtener productos de seccin constante,
como es el caso de las barras corrugadas.
El proceso comienza elevando la temperatura de las palanquillas
mediante hornos de recalentamiento hasta un valor ptimo para ser
introducidas en el tren de laminacin. Generalmente estos hornos son
de gas y en ellos se distinguen tres zonas: de precalentamiento, de
calentamiento y de homogeneizacin. El paso de las palanquillas de
una zona a otra se realiza por medio de distintos dispositivos de
avance. La atmsfera en el interior del horno es oxidante, con el
fin de reducir al mximo la formacin de cascarilla.
Alcanzada la temperatura deseada en toda la masa de la
palanquilla, sta es conducida a travs de un camino de rodillos
hasta el tren de laminacin. Este tren est formado por parejas de
cilindros que van reduciendo la seccin de la palanquilla. Primero
de la forma cuadrada a forma de valo, y despus de forma de valo a
forma redonda. A medida que disminuye la seccin, aumenta la
longitud del producto transformado y, por tanto, la velocidad de
laminacin. El tren se controla de forma automtica, de forma que la
velocidad de las distintas cajas que lo componen va aumentando en
la misma proporcin en la que se redujo la seccin en la
anterior.
El tren de laminacin se divide en tres partes:
- Tren de desbaste: donde la palanquilla sufre una primera
pasada muy ligera para romper y eliminar la posible capa de
cascarilla formada durante su permanencia en el horno.
- Tren intermedio: formado por distintas cajas en las que se va
conformando por medio de sucesivas pasadas la seccin.
- Tren acabador: donde el producto experimenta su ltima pasada y
obtiene su geometra de corrugado.
Las barras ya laminadas se depositan en una gran placa o lecho
de enfriamiento. De ah, son trasladadas a las lneas de corte a
medida y empaquetado y posteriormente pasan a la zona de
almacenamiento y expedicin.
Durante la laminacin se controlan los distintos parmetros que
determinarn la calidad del producto final: la temperatura inicial
de las palanquillas, el grado de deformacin de cada pasada para
evitar que una deformacin excesiva d lugar a roturas o
agrietamientos del material, as como el grado de reduccin final,
que define el grado de forja, y sobre todo el sistema de
enfriamiento controlado.
IMPACTO AMBIENTAL DE LOS MATERIALES USADOS, ELABORADOS Y LA
PROPUESTA DE MITIGACIN La industria de acero es una de las ms
importantes en los pases desarrollados y los que estn en vas de
desarrollo. Su impacto econmico tiene gran importancia, como fuente
de trabajo, y como proveedor de los productos bsicos requeridos por
muchas otras industrias: construccin, maquinaria y equipos, y
fabricacin de vehculos de transporte y ferrocarriles. Durante la
fabricacin de acero se producen grandes cantidades de aguas
servidas y emisiones atmosfricas. Si no es manejada adecuadamente,
puede causar mucha degradacin de la tierra, del agua y del aire.
Residuos de manejo especial Para obtener las mezclas de la calidad
del acero, se funden muchos materiales como tierras slicas y
metales, cuando se termina la fundicin y se recupera el acero,
pueden quedar cenizas y escorias que no se pueden mezclar con la
basura normal aunque tampoco son peligrosos, son inertes, lo
correcto es separarlos y disponer de ellos a la brevedad, otro
ejemplo de estos residuos, son los recortes o tiras de metal que
quedan despus de darle forma y cortar las lminas de acero, estas a
veces se amontonan y se venden como chatarra, o se vuelven a
fundir, esto es correcto, siempre y cuando no entre en contacto con
agua, porque la puede contaminar Residuos peligrosos Los
principales Residuos peligrosos, seran las emisiones a la atmsfera
que se generan cuando se funden los metales que pueden ser gases de
efecto invernadero, y se recomienda usar gas natural en los hornos
de fundicin, ya que cuando se usa disel, gasolinas, combustleo o
carbn de hulla, se contamina ms que con el gas, estos gases pueden
ser principalmente, xidos de nitrgeno, de azufre, de carbono,
partculas, compuestos orgnicos voltiles, en residuos slidos, tambin
pueden ser peligrosos algunas especies de tierras, y cuando los
-
lquidos son mezclados con la chatarra peligrosa, tambin se
vuelven un residuo peligroso, al igual que los aceites usados en
las mquinas y hornos. APLICACIN Y FINES DEL ACERO El acero en sus
distintas clases est presente de forma abrumadora en nuestra vida
cotidiana en forma de herramientas, utensilios, equipos mecnicos y
formando parte de electrodomsticos y maquinaria en general as como
en las estructuras de las viviendas que habitamos y en la gran
mayora de los edificios modernos. Domstico: En electrodomsticos
tales como heladeras, lavarropas, hornos a microondas, utensilios,
latas para bebidas y alimentos, hojas de afeitar, alfileres.
Transporte: En carroceras, partes del motor de automviles, ruedas,
ejes, camiones, cajas de cambio, ferrocarriles, rieles, buques,
cadenas de anclas, trenes de aterrizaje de aeronaves, componentes
de motores a chorro. Construccin: En construcciones de alta y baja
altura, viviendas, edificaciones modulares; edificios comerciales,
industriales, educativos y hospitales; estadios deportivos,
estaciones, barras de refuerzo para hormign, placas para puentes,
pilares y cables portantes, puertos, revestimientos metlicos y
techados, oficinas, tneles, seguridad, defensas fluviales y
costeras. Electricidad y energa: En pozos y plataformas petroleras,
tuberas para conduccin de fluidos, componentes de turbinas
elctricas, torres elctricas, turbinas aerodinmicas. Maquinaria
pesada: En excavadoras de tierra y minerales, gras, elevadores de
carga. Agricultura e industria.- En vehculos y maquinarias
agrcolas, tanques de almacenamiento, herramientas, estructuras,
pasarelas, equipos de proteccin. CASOS PROBLEMTICOS DE INTERS
INDUSTRIAL Accidentes en Personal
Quemaduras Frente al Horno. Por contacto con Metal fundido.
Explosin de crisoles calientes. Derrame de Metal fundido Durante el
Colado Durante el Transporte
Atropellos en Sectores de la Planta durante: Movimiento Interno
del Material (Gras y Equipos de Va Fija) Transporte externo de la
fbrica (Camiones y Tractores Industriales)
-
Intoxicacin
Monxido de Carbono Altos Hornos Convertidores Hornos de Coque
(Necesarios para producir la energa del Proceso)
Polvo y Vapor de Hierro Durante el proceso de Separacin. Durante
la Sintetizacin.
Slice Durante el revestimiento y mantenimiento de los altos
hornos.
Riesgo en Equipos
Hornos Resplandores (capaces de producir ceguera) Problemas
Ergonmicos.
Sopladores y Ventiladores Deterioro Auditivo Propagacin de Gases
(en caso de fugas)
-
Medidas tcnicas
Proteger las partes peligrosas de la maquinaria y los equipos.
Organizar un sistema regular de inspeccin, comprobacin y
mantenimiento para todas las mquinas y equipos de instalacin
(gras, aparejos, cadenas y ganchos, etc.). Disponer de un
sistema eficaz de sealizacin y alarma. Buena ventilacin general en
toda la planta y ventilacin por extraccin localizada en las zonas
en que se generen cantidades
importantes de polvo y vapores o puedan producirse
desprendimientos de gases.
