Formas y partes del Alto horno

El esquema básico de un alto horno es el mismo que el utilizado en la antigüedad para la fundición de los cañones de hierro. Se añade alternativamente capas de carbón y mineral de hierro (A). En la parte inferior del horno existían unas toberas por donde se forzaba la entrada de aire mediante unos grandes fuelles (B). En el crisol del horno se encontraba un orificio por el que fluía el arrabio y se dirigía al molde del cañón (C). Encima de esta abertura, pero debajo de las toberas, había otra boca por donde salía la escoria(D).

El alto horno es la instalación industrial dónde se transforma o trabaja el mineral de hierro. Un alto horno típico está formado por una cápsula cilíndrica de acero de unos 30 m de alto forrada con un material no metálico y resistente al calor, como asbesto o ladrillos refractarios. El diámetro de la cápsula disminuye hacia arriba y hacia abajo, y es máximo en un punto situado aproximadamente a una cuarta parte de su altura total. La parte inferior del horno está dotada de varias aberturas tubulares llamadas toberas, por donde se fuerza el paso del aire que enciende el coque. Cerca del fondo se encuentra un orificio por el que fluye el arrabio cuando se sangra (o vacía) el alto horno. Encima de ese orificio, pero debajo de las toberas, hay otro agujero para retirar la escoria. La parte superior del horno contiene respiraderos para los gases de escape, y un par de tolvas redondas, cerradas por válvulas en forma de campana, por las que se introduce el mineral de hierro, el coque y la caliza. Una vez obtenido el acero líquido, se puede introducir en distintos tipos de coladura para obtener unos materiales determinados: la colada convencional, de la que se obtienen productos acabados; la colada continua, de la que se obtienen trenes de laminación y, finalmente, la colada sobre lingoteras, de la que lógicamente se obtienen lingotes.

Partes de un Horno altoBásicamente consta de tres partes fundamentales:•La cuba.- De forma troncocónica, constituye la parte superior del alto horno; por la zona más alta y estrecha, denominada boca, se introduce la carga compuesta por:•El mineral de hierro, que puede ser de diferentes composiciones: hematites y limonita (óxido férrico), magnetita (óxido ferroso férrico) y siderita (carbonato).•El combustible, que generalmente es coque, producto obtenido de la destilación del carbón de hulla de gran poder calorífico y pobre en cenizas. En los primeros altos hornos, instalados en Gran Bretaña, a mediados del siglo XVII, se utilizaba como combustible el carbón vegetal. En la actualidad cada vez se utilizan más los altos hornos eléctricos.•El fundente, que puede ser roca calcárea o arcilla, según la ganga presente en el mineral sea ácida o básica, respectivamente. El fundente se combina químicamente con la ganga para formar la escoria, que queda flotando en el hierro líquido y, entonces, se puede separar fácilmente por decantación. La carga va descendiendo poco a poco y su temperatura y volumen aumentan a medida que baja. Este aumento de volumen exige que la cuba se ensanche hasta llegar al vientre, zona donde se produce la unión con el etalaje y donde el diámetro de la instalación es mayor.•El etalaje.- También de forma troncocónica. En esta parte del horno se produce una notable disminución del volumen de los materiales, como consecuencia de las transformaciones químicas que tienen lugar en él. La zona inferior es de menor diámetro, a causa de esta disminución de volumen y, también, por el hecho de que la fusión de la carga hace que ésta fluya sin dejar espacios libres.•El crisol.- Es un cilindro de gran capacidad, que recoge la fundición líquida, así como la escoria, que queda flotando en estado líquido. En la zona de unión del etalaje y el crisol, se insertan las toberas, que son unos tubos mediante los cuales se inyecta una corriente de aire comprimido y previamente calentado en el crisol.

Refinacion de acero en calderos.Una carga de acero y un material para la formación de escoria se calienta en un caldero para formar acero fundido cubierto por una escoria que contiene óxidos de silicio, manganeso y calcio. El acero se agita mediante la inyección de un gas inerte tal como argón o nitrógeno para provocar la desoxidación y desulfuración del silicio/manganeso para producir un acero fundido apagado con silicio/manganeso. La agitación del acero fundido mediante el gas inerte mientras está en contacto con la escoria con contenido elevado de óxido de calcio genera bajos niveles de oxígeno libre en el acero y una desulfuración a niveles de azufre por debajo de 0.009%. La escoria subsecuente se puede espesar mediante la adición de cal para evitar la reversión del azufre de regreso en el acero y se puede inyectar oxígeno al acero para incrementar su contenido de oxígeno libre para producir un acero que se pueda fundir rápidamente en un fundidor de doble rodillo.

Convertidor Thomas-Bessemer

Convertidor Bessemer, Kelham Island Museum, Sheffield, Inglaterra (2002).

El proceso Bessemer

fue el primer proceso industrial barato para la fabricación en serie de acero de un metal en lingotes fundido. El proceso es nombrado por su inventor, Henry Bessemer, que sacó una patente del proceso en 1855.El proceso fue independientemente descubierto en 1851 por William Kelly.

El mismo también había sido usado fuera de Europa durante cientos de años, pero no a una escala industrial.3 El principio clave es la retirada de impurezas del hierro mediante la oxidación producida por el insuflado de aire en el hierro fundido. La oxidación causa la elevación de la temperatura de la masa de hierro y lo mantiene fundido.

Una ferroliga es la aleación de varios elementos metálicos y/o no metálicos con un contenido mínimo de 4% de hierro utilizada en general en las acerías o fundiciones como aleante, desoxidante, desulfurante y modificador, inoculante o nodulizante.

Los aceros son aleaciones de hierro-carbono, aptas para ser deformadas en frío y en caliente. Generalmente el porcentaje de carbono no excede el 1,76%.El acero se obtiene sometiendo e arrabio a un proceso de descarburación y eliminación de impurezas llamado afino (oxidación del elemento carbono).

Atendiendo al porcentaje de carbono, los aceros se clasifican en:

•Aceros hipoentectoides, si su porcentaje de carbono es inferior al punto S (entectoide), o sea al 0,89%.

•Aceros hiperentectoides, si su porcentaje de carbono es superior al punto S.

Desde el punto de vista de su composición, los aceros se pueden clasificar en dos grandes grupos:

Aceros al carbono: formados principalmente por hierro y carbono

Aceros aleados: Contienen, además del carbono otros elementos en cantidades suficientes como para alterar sus propiedades (dureza, puntos críticos, tamaño del grano, templabilidad, resistencia a la corrosión.)Con respecto a su composición, puede ser de baja o alta aleación y los elementos que puede contener el acero pueden ser tanto deseables como indeseables, en forma de impurezas.

Clasificación según la aplicación de los metales

En la industria, cada fabricante designa los aceros que produce con una denominación arbitraria, lo cual origina una verdadera complicación a la hora de elegir un acero o de establecer las equivalencias entre aceros de distintos fabricantes. Para evitar este inconveniente, el instituto del hierro y el acero adopta una clasificación que se ha incluido en las normas UNE españolas. (también existen las normas AISI de Estados Unidos)El IHA clasifica los materiales metalúrgicos en 5 grandes grupos:

F- Aleaciones férreas

L- Aleaciones ligeras

C- Aleaciones de cobre

V- Aleaciones varias

S- Productos sintetizados

La imperfección químicaDefectos puntualesDefectos linealesDefectos planares

Los defectos primordiales en los materiales son:

Imperfección Química:Un material solido que sea preparado sin

contener contaminación, es decir ningún material puede ser preparado sin tener algún grado de impurezas.

Los átomos o iones que componen a las impurezas alteran la regularidad estructural del material puro ideal.

La contaminación normal de una sustancia solida (como el caso de un cristal) con impurezas se le conoce como imperfección química.

Son defectos que se presentan estructuralmente a nivel atómico en sistemas cristalinos reales.

Existen dos tipos de defectos puntuales: vacante y intersticial.

La vacante es un sitio desocupado por átomo dentro de la estructura del cristal.

El intersticial es un átomo extra insertado en la estructura ideal del cristal haciendo que dos átomos ocupen un lugar cercano al de uno solo en la estructura perfecta del cristal.

VACANTE E INTERSTICIAL DE LOS ATOMOS

Los defectos puntuales ocurren como resultado de la vibración térmica de toda la estructura atómica del cristal.

Al aumentar la temperatura aumenta la intensidad de esta vibración y se incrementa la probabilidad de desorganización estructural.

La red cristalina se distorsiona alrededor de una línea. Las imperfecciones unidimensionales están asociadas con deformaciones mecánicas.

El defecto lineal generalmente es designado con una “T invertida”.

Las dislocaciones pueden ser de tipo helicoidal (de tornillo) o de borde, así como combinaciones mixtas de ambas. Se cuantifican por medio del vector de burgers b que indica la presencia de una dislocacion en el cristal.

Se genera por la inserción de un semiplano adicional de átomos.

La distancia de desplazamiento de los átomos alrededor de una dislocación se denomina vector b de deslizamiento y es perpendicular a la línea de dislocación.

AISI-SAE = SAE-AISI(AMERICAN IRON AND STEEL INSTITUTE)

SAE(SOCIETY OF AUTOMOTIVE ENGINEERS)

ALEACIONES PRICIPALESCARBONONIQUELNIQUEL-CROMOMOLIBDENOCROMOCROMO-VANADIONIQUEL-CROMO-MOLIBDENOSILICIO

APLICACCION DE LOS MATERIALES