INTRODUCCION

Existen muchos tipos de acero en funcin del elemento o los elementos aleantes que estn

presentes. La definicin en porcentaje de carbono corresponde a los aceros al carbono, en

los cuales este no metal es el nico aleante, o hay otros pero en menores concentraciones.

Otras composiciones especficas reciben denominaciones particulares en funcin de

mltiples variables como por ejemplo los elementos que predominan en su composicin

(aceros al silicio), de su susceptibilidad a ciertos tratamientos (aceros de cementacin),

de alguna caracterstica potenciada (aceros inoxidables) e incluso en funcin de su uso

(aceros estructurales).

Es as que el presente trabajo trata sobre el Acero, desde cmo lo podemos obtener hasta

como tenemos que utilizarlo ya que este material es usado en la construccin y no se

encuentran en la naturaleza en estado puro y por lo que para su empleo hay que someterlos

a una serie de operaciones metalrgicas cuyo fin es separar el metal de las impurezas u

otros minerales que lo acompaen.

Los metales inician su historia cuando el hombre se siente atrado por su brillo y se da

cuenta de que golpendolos puede darles forma. El hierro es el elemento esencial para la

produccin del acero, el cual est compuesto en un 78% como mnimo de Fe, el hierro

posee una gran cantidad de propiedades favorables para la construccin, y por ello

despus del concreto, es llamado como el esqueleto de las estructuras. El acero, como

material indispensable de refuerzo en las construcciones, es una aleacin de hierro y

carbono. Una de sus caractersticas es admitir el temple, con lo que aumenta su dureza y

su flexibilidad.

El hierro en estado puro no posee la resistencia y dureza necesarias para las aplicaciones

de uso comn. Sin embargo, cuando se combina con pequeas cantidades de carbono se

obtiene un metal denominado acero, cuyas propiedades varan en funcin de su contenido

en carbono y de otros elementos en aleacin, tales como el manganeso, el cromo, el silicio

o el aluminio, entre otros.

El acero se puede obtener a partir de dos materias primas fundamentales: el arrabio,

obtenido a partir de mineral en instalaciones dotadas de horno alto y las chatarras frricas.

EL ACERO

DEFINICION

El trmino acero sirve comnmente para denominar, en ingeniera metalrgica, a una

mezcla de hierro con una cantidad de carbono variable entre el 0,03 % y el 2,14 % en

masa de su composicin, dependiendo del grado. Si la aleacin posee una concentracin

de carbono mayor al 2,14 % se producen fundiciones que, en oposicin al acero, son

mucho ms frgiles y no es posible forjarlas sino que deben ser moldeadas.

No se debe confundir el acero con el hierro, que es un metal duro y relativamente dctil,

con dimetro atmico de 2,48 , con temperatura de fusin de 1535 C y punto de

ebullicin 2740 C. Por su parte, el carbono es un no metal de dimetro menor (dA = 1,54

), blando y frgil en la mayora de sus formas alotrpicas (excepto en la forma de

diamante). La difusin de este elemento en la estructura cristalina del anterior se logra

gracias a la diferencia en dimetros atmicos, formndose un compuesto intersticial.

La diferencia principal entre el hierro y el acero se halla en el porcentaje del carbono: el

acero es hierro con un porcentaje de carbono de entre el 0,03 % y el 1,075 %, a partir de

este porcentaje se consideran otras aleaciones con hierro.

Cabe destacar que el acero posee diferentes constituyentes segn su temperatura,

concretamente, de mayor a menor dureza, perlita, cementita y ferrita; adems de la

austenita (para mayor informacin consultar el artculo Diagrama Hierro-Carbono).

El acero conserva las caractersticas metlicas del hierro en estado puro, pero la adicin

de carbono y de otros elementos tanto metlicos como no metlicos mejora sus

propiedades fsico-qumicas.

Existe una gran variedad de aceros lo que llev a Siemens a definir el acero como un

compuesto de hierro y otra sustancia que incrementa su resistencia.

OBTENCIN DEL ACERO

1.-Aceros Obtenidos al estado slido

Los mtodos para la obtencin de aceros en Hornos de Pudelar y al Crisol, fueron los

primeros que se aplicaron a este fin. Tenan una produccin de unos 4.000 Kg. de acero

por da. Estos mtodos ya no se utilizan. Solo en el caso del horno a crisol, llega todava

utilizarse para conseguir un acero muy especial, pero en poca cantidad.

2.-Aceros obtenidos por procedimiento al aire o al Convertidor

Se trata de un recipiente metlico basculante de gran tamao cuyo interior est recubierto

de material refractario, y tena tres fase

Llenado: Se inclina el convertidor para un llenado ms fcil del arrabio, procedente del

horno alto.

Soplado: El horno se pone en posicin vertical. Se inyecta aire a presin al arrabio por

unos orificios realizados en la parte el fondo. El aire pasa por la masa fundida y oxida el

carbono, manganeso y silicio desprendiendo calor y manteniendo la temperatura de fusin

del arrabio.

Vaciado: Se realizaba una vez quemadas las impurezas. Se inclinaba el convertidor y se

verta el acero en las lingoteras.

2.1.-Convertidor Bessemer

El convertidor estaba revestido por refractario tipo silicoso, por eso, al convertidor

Bessemer se lo conoce, como proceso cido. Exteriormente, est construido por chapas

de acero y posee una forma similar a la de una pera. Este procedimiento no emplea

combustible. Se basa en el insuflado de aire a temperatura ambiente y a una presin = 2,5

kg /cm. EL O del aire reacciona con los elementos termgenos a reducir que contiene el

arrabio. Estas reacciones, producen el calor necesario para la conversin del arrabio en

acero.

Se alcanza temperaturas de unos 1.700 .

Emplea arrabio de una temperatura de 1300 a 1500 , de carcter cido, con un contenido en silicio entre 2 a 2,5% (Elevado % de silicio) y un contenido en fsforo inferior a 0,08%

(Bajo % de P), debido a que el refractario es de carcter cido. Un arrabio con alto % de

P deteriora al refractario del convertidor, a su vez, este procedimiento no permite eliminar

P ya que debe agregarse Oca y al ser este bsico, destruira el revestimiento. En 1879, fue

Thomas quin descubri la manera de tratar los arrabios que contenan demasiado P, para

ser tratados en el proceso cido, de esta manera, tenemos:

Fig 1.horno de pudelar

Procesos Acido Y Bsico

Convertidor Bessemer: Con revestimiento refractario cido en base a slice.

Convertidor Thomas: Con revestimiento refractario bsico en base a calcio

y magnesio.

2.2.-Convertidor Thomas

Trata arrabios con mayores % de P, que se encuentra como Fosfuro de Fe: P Fe.

Es un horno similar al del procedimiento Bessemer, pero su revestimiento refractario es

de carcter bsico. Se emplea arrabio con contenido elevado de fsforo y bajo contenido

de silicio. En ambos procedimientos el nitrgeno del aire proporciona al acero obtenido

una cierta fragilidad con el tiempo, lo que se denomina envejecimiento del acero. Las

fases de trabajo del Thomas, son similares a las del Bessemer. Actualmente, estos

procedimientos, ya no se utilizan por que la calidad de los aceros obtenidos, no era buena.

Fig2.Fases de los convertidores

Fig 3.convertidor

Thomas

2.3.-Convertidores Al Oxigeno

2.3.1..-Convertidor L D

Se emple por primera vez este horno en 1949. Dispositivo que permite obtener acero por

soplado de oxgeno con un 99,5% de pureza, mediante una lanza refrigerada por agua.

Fases:

Llenado: Se carga en primer lugar, l arrabio lquido procedente del A H; luego, la

chatarra de acero y, finalmente, el fundente encargado de formar y arrastrar la escoria.

Afino: Se inyecta oxgeno mediante la lanza (refrigerada a una presin de 12atm.).Esto

produce una reaccin que reduce el contenido de carbono (proceso muy rpido y a altas

temperaturas).Al mismo tiempo, se elimina el exceso de fsforo, azufre y silicio. Al final

del proceso, se aaden distintos aleantes dependiendo de las propiedades que queramos

obtener en ese acero.

Vaciado: Se elimina la escoria (mezcla de xidos metlicos, aunque puede contener

sulfuros) y se vaca el acero. Obtencin de aceros comunes de baja aleacin, denominado

acero LD. Son aceros aptos para tratamientos trmicos que aumentan su resistencia,

tenacidad y dureza. Aplicaciones generales en la Ingeniera de construccin. En cada

proceso entrega unas 300 Tn de acero. Los gases desprendidos en el Afino tienen

temperaturas de 1.700 . El material refractario puede ser cido o bsico, segn el arrabio que se emplee. La lanza es hueca construida en acero refractario y recubierta con material

refractario, suspendida a unos 10 cm del bao. Para evitar un aumento excesivo de la

temperatura, por ausencia de nitrgeno, se agrega a la carga hasta un 30% de chatarra de

acero. Las operaciones para una carga de 40 Tn, duran unos 25 minutos. La instalacin

es simple y se logra una buena calidad de acero.

Datos medios:

Para el procedimiento bsico se utiliza unos 40 kg de fundente por Tn de acero.

Produccin 3 turnos: 30 a 35 cargas por da.

Altura bao metlico: 50 a 70 cm.

Presin O: 10 a 12 atm.

Tiempo de soplado: 15 a 20 minutos.

Nitrgeno en el acero: 0,002 a 0,006 %.

Cantidad de mineral en la carga: 3,5% del peso de la chatarra.

Longitud de la lanza: 2,8 metros.

Ms del 55% del acero producido en el mundo se lo fabrica con este

procedimiento.

2.4.- Convertidor-Procedimiento BOF

Es un horno muy parecido al Bessemer con la gran diferencia de 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. Este horno fue inventado por Sir Henrry Bessemer a mediados de 1800, slo que

como en esa poca la produccin del oxgeno era cara se inici con la inyeccin de aire,

con lo que surgi el convertidor Bessemer.

Fig 5.Funcionamiento del horno bsico de oxigeno

Fig 4 .Detalles del convertidor LD

3.-Proceso Siemens Martin

Fue el primer dispositivo que permiti la obtencin de acero a travs de chatarra.

Consiste en un gran horno de reverbero de forma rectangular y techo abovedado capaz de

albergar 400 toneladas de material. El revestimiento interior es de carcter bsico y

dispone de cmaras para el precalentamiento del combustible empleado, que suele ser

gas.

La carga del material se realiza por la parte superior del horno mediante dispositivos

especiales. La carga puede ser arrabio lquido o slido o arrabio junto a chatarra (hasta

un mximo del 70%) y mineral de hierro. En todos los casos se aade cal para la

formacin y arrastre de la escoria.

El proceso de afino consiste en quemar el combustible precalentado en el interior del

horno, hasta alcanzar temperaturas de 1800c, temperatura a la cual las impurezas se

oxidan y se eliminan, como el monxido de carbono. Los xidos de silicio y fsforo son

arrastrados por la cal y forman la escoria.

Cuando se estima que el contenido de carbono es el adecuado, se aaden los aleantes

apropiados y se extrae la colada de acero.

Los aceros obtenidos por este procedimiento admiten forja, temple y soldadura.

Su principal inconveniente es su elevado consumo energtico y en la baja calidad del

producto.

Fig 6. Proceso Siemens Martin

4.-Hornos Elctricos

Producen temperaturas muy elevadas y son los ms indicados para la desulfuracin y

desfosforacin de la fundicin y para la obtencin de aceros especiales, el metal que se

elabora en estos hornos, se halla libre de elementos extraos a los deseados ya que no

utilizan combustibles (lquido, slido o gaseoso) ni tampoco aire. La potencia en los H E,

se expresa en KW.

Los Hornos elctricos, pueden ser a Resistencia, de Arco y de Induccin

1.- Hornos elctricos a resistencia. Son hornos que alcanzan temperaturas de 1.000 y se utilizan para tratamientos trmicos y en los Laboratorios. En general son llamados

Muflas.

2.- Horno de arco elctrico

La posicin de los electrodos, determina dos tipos de hornos, con arco formado sobre el

bao y con arco que atraviesa el bao. Es el ms verstil de todos los hornos para fabricar

acero. No solamente puede proporcionar altas temperaturas, hasta 1930C, sino que

tambin puede controlarse elctricamente con un alto grado de precisin. Debido a que

no se emplea combustible alguno, no se introduce ningn tipo de impurezas. El resultado

es un acero ms limpio. Al aplicarse la corriente elctrica, la formacin del arco entre los

electrodos produce un calor intenso. Cuando la carga se ha derretido completamente, se

agregan dentro del horno cantidades medidas de los elementos de aleacin requeridos. Se

utilizan con mayor intensidad en los pases donde se produce energa elctrica a bajo

costo. Este procedimiento tiene la ventaja de permitir un calentamiento rpido a

temperaturas muy elevadas y fcilmente regulables. Debido a la ausencia de aire, para

descarburar se emplean xidos slidos, por lo que en el acero obtenido, hay ausencia de

xidos. La ausencia de aire, permite regular la atmsfera del bao, por lo que se consigue

a voluntad, condiciones oxidantes, reductoras o neutras, esto, permite realizar una

importante y regulada eliminacin de azufre, de impurezas metlicas y de gases ocluidos.

El revestimiento, puede ser cido, bsico o neutro, permitiendo tratar distintos tipos de

materia prima.

Caractersticas generales

Carga slida: Fundente, Mineral, Chatarra de acero o de fundicin.

Carga lquida: Arrabio de A H o Fundicin de cubilotes.

Duracin del refractario: Entre 120 y 150 coladas.

Tiempo de operacin de refino: 3 a 4 horas

Consumo de energa para carga slida: 700 a 900 Kw/h por Tn de acero.

Consumo de energa para carga lquida: 300 a 450 Kw/h por Tn de acero.

Tensin de trabajo: 80 a 220 Voltios

Intensidad de corriente: 5.000 a 10.000 Amp.

Capacidad: De 2 a 60 Tn. La carga puede estar constituida por 80% de slido y el

resto lquido.

Empleo de los hornos elctricos

Para afino de arrabio con el fin de producir acero.

Para elaboracin de aceros a partir de la chatarra de acero y de las fundiciones.

Para refino del acero proveniente de otros procedimientos.

Para fabricar aceros especiales.

3.-Hornos elctricos a induccin

Consiste en un recipiente cilndrico de altura superior a 4 metros y de dimetro superior

a los 7 m. y en su parte exterior lleva una bobina. El interior est recubierto de material

refractario. Una vez cargado el material se hace circular una corriente elctrica de alta

frecuencia por la bobina. Esta corriente induce en el interior del material del horno las

corrientes de Foucault, que produce un enorme aumento de temperatura capaz de fundirlo.

Fig 7.horno elctrico

Fig 8. Horno por induccin

3.1.- Hornos elctricos a Induccin de baja frecuencia

El calentamiento, se origina por las corrientes parsitas de Foucault. Para iniciar el ciclo,

se deja una pequea cantidad de material en el crisol, estos hornos se basan en el principio

de induccin electro magntica, es decir en el principio de las corrientes inducidas por

variacin de campo magntico, la frecuencia es de 50 a 60 Hz, si consideramos un ncleo

ferromagntico formado por lminas de acero, donde se devana un circuito primario y

uno secundario, alimentando el primer circuito con corriente alterna, se produce un campo

magntico variable que atraviesa el circuito secundario y se genera una corriente inducida

de igual frecuencia.

En estos hornos, el secundario est formado por el propio metal de la carga a fundir o por

el crisol, que debe ser construido de un material conductor, de esta manera, el secundario,

est conformado por una sola espira.

El campo magntico genera un movimiento enrgico en la masa fundida debido a que el

campo magntico obra como el inducido de un motor elctrico.

Pero corre el riesgo de producir oclusiones de escorias, debido a este movimiento de

metal, por eso son poco usados.

Carga: Puede ser fundicin lquida o slida

3.2.- Horno elctrico a induccin de alta frecuencia

Posee un crisol rodeado por la espira de la bobina y es alimentado por corriente alterna

de alta frecuencia 1.500 a 3.000 Hz, la bobina est formada por espiras de tubo de cobre

refrigeradas por agua. El crisol no necesita ser conductor ya que la carga si lo es.

En el caso de bajas frecuencias la corriente, circula por la masa y en el caso de los hornos

de alta frecuencia, la corriente circula por las paredes del crisol, construido en material

refractario en base a cuarcita, magnetita o grafito.

PROCESO DE FABRICACIN DEL ACERO

1. Preparacin de materia primas:

Esta etapa incluye la descarga, pesaje y almacenamiento de las materias primas

necesarias para la fabricacin del acero, que bsicamente son: mineral de hierro,

carbones metalrgicos y caliza.

Planta de coque y subproductos: la mescla de carbones metalrgicos se somete a un

proceso de destilacin seca que lo transforma en coque metalrgico.

2. Reduccin del mineral para obtener arabio:

Se realiza en los altos hornos. Por el tragante se carga por capas los minerales de hierro,

la caliza y el coque.

La inyeccin de aire precalentado a 1.000C, genera elevadas temperatura que actan

sobre el mineral y la caliza, transformndolos en arrabio (hierro lquido) y en escoria,

respectivamente.

3. Fabricacin del acero:

Acera de convertidores al oxigeno: el arrabio proveniente de los altos hornos se carga

junto con chatarra de acero. Por el oxgeno que se inyecta al convertidor se oxida el

carbono, silicio y fosforo del arrabio. Luego por adicin de cal, se forma la escoria en que

se fijan otras impurezas como azufre y parte de fosforo agregando finalmente las

ferroaleaciones que imparten las caractersticas principales a los diversos tipos de acero.

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 el se inicia el proceso de solidificacin del acero que se completa a lo largo del

trayecto por el interior de la mquina.

4. Laminacin del acero en productos terminados finales

Laminador de barras: las palanquillas se procesan en este laminador en el cual despus

de ser recalentados en un horno se laminan en pases sucesivos y se transforman en barras

redondas lisas o con resaltes para hormign.

Laminador de planos caliente: el proceso comienza calentando el material en un horno

donde los planchones son reducidos en su espesor, primero en un laminador trio, para

pasar posteriormente al laminador continuo de seis marcos para obtener rollos de

aproximadamente 8,5 toneladas de peso.

Laminador de planos en fros: a los rollos laminados en caliente, se le somete al proceso

de decapado para eliminar los xidos y laminacin en frio para disminuir el espesor. En

esta etapa, una parte de los rollos son procesados en lnea zinc-alum, para obtener

productos recubiertos de aleacin de zinc y aluminio.

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.

APLICACION DEL ACERO

Los aceros se clasifican en cinco grupos principales: aceros al carbono, aceros aleados,

aceros de baja aleacin ultrarresistentes, aceros inoxidables y aceros de herramientas.

1. Aceros al carbono

El 90% de los aceros son aceros al carbono. Estos aceros contienen una cantidad diversa

de carbono, menos de un 1,65% de manganeso, un 0,6% de silicio y un 0,6% de cobre.

Con este tipo de acero se fabrican maquinas, carroceras de automvil, estructuras de

construccin, pasadores de pelo, etc.

2. Aceros aleados

Estos aceros estn compuestos por una proporcin determinada de vanadio, molibdeno y

otros elementos; adems de cantidades mayores de manganeso, silicio y cobre que los

aceros al carbono. Estos aceros se emplean para fabricar engranajes, ejes, cuchillos, etc.

3. Aceros de baja aleacin ultrarresistentes

Es la familia de aceros ms reciente de las cinco. Estos aceros son ms baratos que los

aceros convencionales debido a que contienen menor cantidad de materiales costosos de

aleacin. Sin embargo, se les da un tratamiento especial que hace que su resistencia sea

mucho mayor que la del acero al carbono. Este material se emplea para la fabricacin de

bagones porque al ser ms resistente, sus paredes son ms delgadas, con lo que la

capacidad de carga es mayor. Adems, al pesar menos, tambin se pueden cargar con un

mayor peso. Tambin se emplea para la fabricacin de estructuras de edificios.

4. Aceros inoxidables

Estos aceros contienen cromo, nquel, y otros elementos de aleacin que los mantiene

brillantes y resistentes a la oxidacin. Algunos aceros inoxidables son muy duros y otros

muy resistentes, manteniendo esa resistencia durante mucho tiempo a temperaturas

extremas. Debido a su brillo, los arquitectos lo emplean mucho con fines decorativos.

Tambin se emplean mucho para tuberas, depsitos de petrleo y productos qumicos

por su resistencia a la oxidacin y para la fabricacin de instrumentos quirrgicos o

sustitucin de huesos porque resiste a la accin de los fluidos corporales. Adems se usa

para la fabricacin de tiles de cocina, como pucheros, gracias a que no oscurece

alimentos y es fcil de limpiar.

5. Aceros de herramientas

Estos aceros se emplean para fabricar herramientas y cabezales de corte y modelado de

mquinas. Contiene wolframio, molibdeno y otros elementos de aleacin que le

proporcionan una alta resistencia, dureza y durabilidad.

CONCLUSIONES

El proceso que se necesita para lograr conseguir el acero y las complicaciones que

tiene este proceso que es muy complejo adems las dificultades para lograr los

diferentes tipos de acabados que se le pueden dar al acero.

Los sistemas de obtencin del acero son muy variados dependiendo de la cantidad

del acero a obtener.

La variedad de aceros es muy extensa dependiendo del mtodo de fabricacin y

la cantidad de carbono que contenga.

Algunos tipos de acero pueden volverse a fundir de forma que contaminan menos

al ser reciclados y vueltos a utilizar.

El uso del acero en la construccin es muy importante, ya que este es que le

proporciona a las estructuras el refuerzo adicional, por ende es llamado el

esqueleto de las estructuras.

La industria sobre el acero es muy extensa y a la vez es de mucha calidad, por eso

es uno de los sectores que predomina en nuestro pas desde hace mucho tiempo.

Bibliografa

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