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Agosto-Diciembre 2019
INSTITUTO TECNOLÓGICO DE MEXICO
INSTITUTO TECNOLOGICO DE TUXTLA GUTIÉRREZDEPARTAMENTO DE METAL- MECÁNICA
INGENIERÍA MECÁNICAMCIM. HERNÁN VALENCIA SÁNCHEZ
UNIDAD III
PRODUCCION DE ARRABIO Y PROCESOS DE ACERACION
3.1. -CONCEPTO DE METALURGIA
3.2. -PROCESO DE PREBENEFICIO DEL MINERAL DE HIERRO
3.3.- PRODUCCION DE ARRABIO
3.4.- PROCESOS DE ACERACIÓN
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INSTITUTO TECNOLOGICO DE TUXTLA GUTIÉRREZDEPARTAMENTO DE METAL- MECÁNICA
INGENIERÍA MECÁNICAMCIM. HERNÁN VALENCIA SÁNCHEZ
3.1 CONCEPTO DE METALURGIA
* Es la ciencia que trata sobre la producción de los
metales a partir de los minerales.
* Es la ciencia y arte de extraer metales para su uso
práctico.
INSTITUTO TECNOLÓGICO DE MEXICO
INSTITUTO TECNOLOGICO DE TUXTLA GUTIÉRREZDEPARTAMENTO DE METAL- MECÁNICA
INGENIERÍA MECÁNICAMCIM. HERNÁN VALENCIA SÁNCHEZ
LA METALURGIA SE DIVIDE EN:
- Metalurgia extractiva
Procedimientos para extraer el mineral de la corteza terrestre
.
- Metalurgia de proceso
Aleación, tratamiento térmico y refinación de los metales.
- Metalurgia física
Estructura cristalina, propiedades físicas y mecánicas
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INSTITUTO TECNOLOGICO DE TUXTLA GUTIÉRREZDEPARTAMENTO DE METAL- MECÁNICA
INGENIERÍA MECÁNICAMCIM. HERNÁN VALENCIA SÁNCHEZ
ESTADO NATURAL DE LOS MINERALES
MENA: Es una roca que puede ser minada económicamente
para ser utilizada como materia prima para la producción de
metales, que contiene los minerales útiles. Mena diferente de
una roca común.
GANGA: Materia inútil que acompaña a los metales y que
luego se separa de la mena. (Sílice, alúmina, oxido de calcio,
oxido de magnesio, arena, tierra, etc.)
Clasificación de las menas
HIERRO (Magnetita, hematita, siderita, limonita,ilmenita)
SULFUROS (De cobre, sulfuros mezclados cu-fe, pirita)
HALUROS (Sal de roca, salmuera, cloruro de magnesio)
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INGENIERÍA MECÁNICAMCIM. HERNÁN VALENCIA SÁNCHEZ
A) Por el contenido de hierro
B) Por la composición de la ganga
C) Por la impurezas perjudiciales: azufre, fosforo, etc.
LA UTILIDAD DEL MINERAL HIERRO SE DETERMINA:
1.- Magnetita (mena negra)72.4% de oxido de hierro en estado puro. Imán natural.
2.- Hematita (mena roja, negra o marrón) 50-60% oxido de hierro deshidratado.
3.- Siderita (mena color gris con matices amarillos) 30-40% de hierro, bajo contenido de carbono.
4.- Limonita (mena color pardo con diferentes matices) 20-25% de hierro.
5.- Ilmita (mena gris) 47.3-60% oxido de hierroFeO.
1 2
4
5
Minerales (menas) para obtención del hierro:
3
PREPARACIÓN Y ENRIQUECIMIENTO DEL MINERAL
(PROCESO DE PREBENEFICIO )
En este proceso el mineral recibe los tratamientos mas comunes:
1.- Trituración
2.- Lavado
3.- Clasificación
4.- Separación
5.- Pirometalurgia
TRITURACIÓN
Se realiza en molinos de: mandíbulas o quijadas, de cono o
Symonds, de tambor, etc.
LAVADO (FLOTACIÓN)
Los minerales contienen arcilla, arena, tierra arcillosa, etc.
CLASIFICACIÓN
Una vez triturado el mineral pasa a clasificarse por medio
de cribas, bastidores inclinados, cilindros giratorios.
CLASIFICACIÓN
Imanes eléctricos separan las partículas del mineral de hierro,
rechazando la ganga no magnética.
SEPARACIÓN MAGNETICA
OTRAS OPERACIONES
Operaciones físicas
Molido
Filtrado
Centrifugado
Destilación
Precipitación
Levigación
(separación)
Operaciones químicas
Oxidación
Reducción
Electrolisis
Hidrólisis
Lixiviación (reacciones convirtiendo
en sales)
Electrodeposición (Galvanoplastia)
PIROMETALURGIA
SECADO
TOSTACION
SINTERIZACIÓN (pellets)
3.3 PRODUCCIÓN DE ARRABIO
OBTENCIÓN DE HIERRO
MATERIA PRIMA: Mineral del hierro
-Magnetita, Hematita, Limonita, siderita, ilmenita, taconita
Mena y Ganga: Alúmina, arcilla, azufre, fósforo, etc.
La ganga se evacúa por diferentes métodos:
Físicos o químicos
Fundición (Caliza y Dolomita) = perdigones, panes, lingotes.
Fundición para formación de aceros
PRODUCCIÓN DE ARRABIO:
(HIERRO DE PRIMERA FUNDICIÓN)
Para la creación de hierro, se realiza en altos hornos.
Altos hornos: 30 - 70 m , 19m de diámetro, son una cápsula de
acero cubierta por una capa de material no metálico y resistente
al calor, (ladrillos refractarios o asbesto).
Algunos componentes del alto horno
Tragante, boca, cuba, vientre, etalaje, crisol, solera, toberas,
bigotera, piquera, cucharones.
PARA LA FUNDICIÓN 3 ELEMENTOS PRINCIPALES
Mineral de HierroCombustible: Carbón coke (Coque) Fundente: Caliza
CaCO3Destilación de carbón bituminoso
EL PROCESO OCURRE EN 3 PERIODOS
1.-Reducción del hierro a partir de sus óxidos:
Aire caliente (1200°C) llega al crisol
Desciende el combustible y reacciona con el aire
Desciende el resto materiales de la carga (Zona de
precalentamiento; se libera agua y azufre) al tiempo que
ascienden gases.
Disminuye el contenido oxígeno y la oxidación del carbono se
vuelve incompleta:
En la zona de reducción, reacción de C
y simultáneamente se descompone la caliza
Reducción del hierro a partir de sus óxidos y de los óxidos por el Carbono sólido
Simultáneamente reacciones de reducción de OTROS elementos contenidos en
la carga: Si, Mn, P, etc.
2. Trasformación del Fe en fundición (arrabio)
(Zona de fusión) Ocurre una carburación, El óxido de Carbono a una
temperatura de 900°C-1100°C reacciona con Fe
El FeS formado por Fe y azufre expulsado en Z. Precalentado se
disuelve con el Fe restante.
Aleación compleja de Fe, S,C, Mn y P
3.-Caliza; reacciona con cenizas, coque, ganga, parte de azufre e
impurezas formando escoria.
REDUCCIÓN DIRECTAConcentración
70%
Minerales de Hierro y cuarcitas
ferruginosas
Concentrado de mineral de Hierro
1
• El concentrado se tritura + agua= Pasta
2
• Planta de enriquecimiento Mineral
3
• Evacuar humedad y agregar una sustancia arcillosa
4
• Pega las partículas formando “gránulos brutos” (1 - 2cm)
5• Se someten a un ensayado de resistencia
6
•Gránulos con mas de 67% de Hierro se reducen en hornos de Cuba Automáticos a 800°C (Gas Natural)
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•Gránulos metalizados o Hierro Esponja (Hierro con cierta cantidad de aire, manejable) con mas del 70% de Hierro.
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•Se suministra a Hornos eléctricas para la producción del acero
ACERACIÓN
¿QUÉ ES?
La aceración es el proceso donde se otorgarán las
características específicas del acero.
CARGA
Podemos encontrar 2 tipos de materia prima (MP):
-Segura: Se conoce el análisis químico. Ejemplo: Arabio, hierro
esponja, etc.
-No segura: No se conoce el análisis químico. Ejemplo: Chatarra
que provienen de industrias.
Estas MP pueden tener 3 tipos de problemas:
1. Aceros aleados elevan la resistencia mecánica y aumenta la fragilidad.
2. Otros metales como níquel, estaño, etc., que tienen un límite
de solubilidad muy bajo forman aleaciones que dan fragilidad.
3. Recubrimientos no metálicos como vidrios o esmaltados
genera impurezas.
FUSIÓN
La operación se basa en el cambio de estado de la carga,pero lo importante en esta etapa es el método o fuente deenergía que utilizamos.En los procesos de conversión el oxígeno que se introduceoxida a los aleantes y provoca que estos no ingresen comoaleantes, sino como oxido de aleantes que generanimpurezas. Por otro lado, los hornos de inducción son másseguros en este aspecto, porque tiene una tapa que evita quelos aleantes se oxiden por la presencia de oxígeno.
Algunos tipos de acero
inoxidable contienen además
otros elementos aleantes
OXIDACIÓN
En esta etapa se oxidan los elementos para eliminar las
impurezas.
No todos los elementos reaccionan igualmente con el oxígeno. El
orden de afinidad de los elementos de primero al último es: Si,
Mn, C, P, Fe respectivamente. Como hay mayor cantidad de Fe
el oxígeno tendera a reaccionan con el mismo, pero cuando se
encuentra con otros elemento (Si, Mn, C, P) el oxígeno reacciona
con estos últimos porque tiene mayor afinidad.
Las inclusiones que se forman en la reacción son atraídas por la
escoria que tienen un PH diferente al de la inclusiones, por
ejemplo, la escoria de carácter básico atrae a la inclusiones de
carácter ácido y viceversa.
Otro factor que influye en este proceso es la alta viscosidad del
hierro ya que sólo las inclusiones de mayor tamaño van a tender a
flotar, mientras que las pequeñas inclusiones son retenido dentro
del hierro.
DESOXIDACIÓN
Este proceso tiene como objetivo disminuir el óxido ferroso.
Para llevar a cabo el proceso se debe utilizar un elemento
que tenga máxima afinidad con el oxígeno como el Si. Por lo
general se utiliza la opción 2 porque a través de esta
reacción se elimina el P que fragiliza al acero.
COLADA
Es el proceso donde el acero pasa de un estado líquido a
sólido y hay dos formas de llevarlo a cabo:
-Lingotera: Se vierte el acero líquido en una lingotera y seobtiene un lingote.
-Colada continua: Es la alimentación continua a una
lingotera que puede ser vertical o curva. Este método se
utiliza cuando es necesario tratar grandes cantidades de
acero en poco tiempo.
TIPOS DE HORNOS
1.- BOF
2.- HOGAR ABIERTO
3.- HORNO ELECTRICO:
4.- DE ARCO
5.- DE INDUCCION
Una dificultad para la fabricación del acero es su elevado punto de
fusión, 1.400ºC aproximadamente, que impide utilizar combustibles y
hornos convencionales
HORNO BOF
El nombre del horno se debe a que tiene un recubrimiento de
refractario de la línea básica y la inyección de oxigeno.
Su característica es la insuflación de oxigeno a una velocidad
supersónica cuya materia prima lo constituye un 70 % de arrabio o
hierro liquido y el resto chatarra.
HORNO DE HOGAR ABIERTO
El HORNO DE HOGAR ABIERTO semeja un horno enorme, y se le
denomina de esta manera porque contiene en el hogar (fondo) una
especie de piscina larga y poco profunda (6m de ancho, por 15 m de
largo, por 1 m de profundidad, aproximadamente).
El horno se carga en un 30% a un 40% con chatarra y piedra caliza,
empleando aire pre-calentado, combustible líquido y gas para la
combustión, largas lenguas de fuego pasan sobre los materiales,
fundiéndolos. Al mismo tiempo, se quema (o se oxida) el exceso de
carbono y otras impurezas como el fósforo, silicio y manganeso.
El proceso completo demora de 5-8 horas, mientras que el Horno de
Oxígeno Básico produce la misma cantidad de acero en 45 minutos
aproximadamente.
HORNO DE ARCO DE ELECTRICO
Su principal fuente de energía es la electricidad en conjunto con
las inyecciones de oxigeno y de quemadores de oxido-combustión.
En este “método”, tiene mayor flexibilidad que el BOF
HORNO DE INDUCCIÓN
Actividad 1.- Explique el funcionamiento del horno de
Inducción (Equipo)
Actividad 2.- Analizar un video de la producción del acero
Describir con sus palabras todo el proceso que se lleva acabo hasta la
obtención del Acero) en su trabajo debe de ir presentación del equipo,
fecha de entrega, Introducción ,desarrollo, conclusión y bibliografía (en
Bibliografía debe de ir el link del Video analizado)
Actividad 3.- Realizar un mapa mental de Proceso de
Aceración.(Individual)
Actividad 4.- Realizar un mapa conceptual de la producción del
arrabio.(individual)
Actividad 5.- Expliquen como funciona un alto horno(Equipo)
Fecha de entrega el 01 de abril del 2020