INSTITUTO TECNOLGICO DE TIJUANADEPARTAMENTO DE INGENIERA INDUSTRIAL

TAREA DE INVESTIGACION: OBTENCION DEL ACERO

TAREAQUE PRESENTA

HERNNDEZ PEA ARI JAIR

Semestre: 2015-1

TIJUANA, B.C.NOVIEMBRE DE 2014

ContenidoRESUMEN2INTRODUCCION3CONTENIDO3PROCESO DE OBTENCIN DEL ACERO.3CONVERTIDOR LD u Horno de afino de oxgeno bsico.6HORNO ELCTRICO7PROCESO DE PUDELADO8HORNO BESSEMER8HORNO B.O.F.10HORNO DE HOGAR ABIERTO10CONCLUSIONES10

RESUMENLa obtencin del acero comienza desde la extraccin de su materia prima que es el hierro, este se encuentra en grandes vetas y son explotadas para sustraer dicho mineral, que despus ser procesado para ser acero de caractersticas que pida el cliente, estas caractersticas se pueden ver modificadas a partir de aleaciones, las caractersticas que se modifican son las de dureza, resistencia, densidad, flexibilidad entre muchas otras.El hierro recin extrado se ve afectado por el alto horno que cuenta con un proceso donde transforma o ms bien, separa el hierro de otras impurezas que vengan con el despus de la extraccin, al salir del proceso del alto horno, se cuenta con arrabio y escoria, la que se utiliza para la produccin del hierro es el arrabio, que se hablara de el ms adelante, al contrario de la escoria que se te utiliza para alimentacin o simplemente se tira, el arrabio pasa por distintos hornos que la convierten en acero.Existen distintos hornos y procesos para la creacin del acero por ejemplo, del proceso de pudelado que simplemente consiste en meter el arrabio a una cmara de ladrillo refractario y se le somete a cierta temperatura para que las impurezas que un acompaan al arrabio aun despus del proceso del alto horno sean eliminadas del arrabio, esas impurezas son ms ligeras que el arrabio a la temperatura especificada as que estas flotan por encima del arrabio, son extradas y finalmente se extrae al acero. Y bsicamente asi es en la mayora de los procesos, solo que en unos se cambia la alimentacin para tener ms produccin en menos tiempo.INTRODUCCIONEl hierro es el metal pesado ms extenso y ms abundante en la superficie de la tierra. Debido a la facilidad con la cual reacciona, es raro encontrarlo en la forma de hierro puro.Debido a su avidez por el oxigeno, el hierro se encuentra en la naturaleza en forma de minerales, compuestos principalmente por los xidos.De estos minerales, los ms usados por la industria para la extraccin de este metal son: hematita, limonita, magnetita y siderita.El hierro se caracteriza por ser magntico, al calentarse pierde su magnetismo; es blando, maleable, con brillo metlico y de color gris acerado a negro; su punto de fusin es de 1536C, el de ebullicin de 2740C y tiene una densidad de 7.8gr/ml. En estado puro es muy reactivo qumicamente y se corroe en condiciones de aire hmedo o temperaturas elevadas.El metal puro no se encuentra comercialmente, sino que en general es aleado con el carbono u otros metales como manganeso, cromo, molibdeno, nquel y vanadio. Entre ms poroso sea, ofrecer mayor superficie a la accin de gases para que las reacciones se realicen con mayor rapidez.Para la produccin del hierro se utiliza un alto horno en el cual se alternan con capas de coque, piedra caliza y mineral de menas de hierro. La parte inferior del horno est dotada de varias aberturas tubulares llamadas toberas, por donde se fuerza el paso del aire. Cerca del fondo se encuentra un orificio por el que fluye el arrabio cuando se sangra (o vaca) el alto horno.CONTENIDOPROCESO DE OBTENCIN DEL ACERO.Para poder definir o describir este proceso, se comenzara con la definicin de su materia prima que es el hierro.El hierro es un metal y como tal no se encuentra en estado puro en la naturaleza sino que est formando parte de numerosos materiales. Para que un mineral pueda ser utilizado para la obtencin de hierro metlico ha de cumplir dos condiciones: Ha de ser un mineral muy abundante. Ha de presentar una elevada concentracin de hierro puro.Los minerales ms utilizados en la actualidad son dos xidos, la hematita (Fe2O3) y magnetita (Fe3O4), la limonita, que es un hidrxido de hierro de formula (FeOOH nH2O) y la siderita o carbonato de hierro (FeCO3).Una vez extradas las rocas que contienen los minerales, han de ser sometidas a numerosos procesos para poder obtener el hierro que tienen en su estructuraLa primera etapa de este proceso consiste en la extraccin en las minas de los distintos minerales que contienen hierro. En ellas el mineral, al que se le llama mena, se encuentra formando parte de las rocas, las cuales adems de la mena contienen componentes no tiles llamados gangas. Ambas partes deben ser separadas, para lo que habitualmente se pueden emplear dos mtodos: Imantacin: en primer lugar se tritura la roca y se hace pasar por un campo magntico, aquellos productos que contengan hierro se separarn de las otras rocas. Separacin por densidad: una vez triturada la roca, se sumerge en agua. Al tener la mena distinta densidad que la ganga, esta se separa del mineral del hierro.Independientemente de cul sea el mtodo utilizado, una vez realizada la separacin del mineral de hierro, se le somete a un proceso por el que se forman una especie de aglomerado de mineral llamado pelets. Estos se transportan a la planta siderrgica (conjunto de procesos que debe sufrir el mineral de hierro que se obtiene el metal utilizable) donde se procesaran en el alto horno.Un alto horno es una instalacin industrial en la que la mena contenida en el mineral de hierro es transformada en arrabio, tambin llamado hiero bruto.Estas instalaciones reciben este nombre por si gran altura que suele estar en torno a los 30 metros. Un alto horno es un horno de cuba, formado por dos troncos de cono unidos por sus bases mayores. El tronco superior recibe el nombre de cuba, y el inferior se llama etalajes, la zona intermedia se llama vientre. La parte inferior del horno est recubierta por material refractario y la exterior es de chapa de acero, entre ambas capas se dispone un circuito de refrigeracin.El horno es alimentado con una mezcla de mineral de hierro, carbn de coque y fundente, generalmente piedra caliza. La proporcin entre estas tres sustancias ha de ser 2Tm de mineral 0,5Tm de coque 1Tm de fundente. Mediante una cinta transportadora, esta mezcla se lleva hasta una tolva situada en la parte superior del horno.La mezcla se va alimentando al horno a travs de la parte superior, llamadatragante. En ella un mecanismo de trampillas permite la entrada de la materia prima evitando que escapen al exterior gases, humos y sustancias contaminantes.Los altos hornos operan en continuo. Esto quiere decir que la forma de trabajo no consiste en introducir la mezcla con los reactivos dejar que el horno funcione durante un determinado tiempo y que haya que detenerlo para extraer los productos. En un alto horno se introducen las materias primas solidas por la parte superior y los productos, ms densos, se extraen por la parte inferior de forma continua. Esto hace que la mezcla de entrada vaya cayendo hacia zonas ms bajas del horno y que sucesivamente vaya pasando por la cuba, el vientre y los atalajes.Por la parte inferior del horno se inyecta por unas toberasaire caliente. Este aire reacciona en la zona de etalajes con el coque, el coque se transforma en CO generando una temperatura de 1800C. Con esta temperatura la carga llega en la zona inferior del horno a la temperatura de fusin del hierro y debido a la diferencia de densidades entre el hierro y la escoriaestos quedan separados en el fondo del horno, en una zona llamadacrisol. El hierro fundido queda en la capa inferior del crisol y la escoria en la superior. Posteriormente se rompe (pincha) el tapn cermico que obtura lapiquerade arrabio y es sangrado el horno, extrayndose el hierro de primera fusin, hierro colado o arrabio y a continuacin la escoria.El arrabio se vierte en grandes recipientes llamados cucharas, stas pueden ser abiertas o cerradas (torpedo), que es un vagn semicerrado recubierto en su interior por ladrillos refractarios que mantienen el arrabio fundido, mientras es transportado hasta el horno de afino LD, donde le quitarn al arrabio las impurezas que todava contiene y que lo hacen poco adecuado para el uso industrial.Las escorias obtenidas son empleadas en la fabricacin de abonos agrcolas, como materia prima en la produccin de cemento y en la fabricacin de aislantes trmicos y acsticos.Hasta ahora se ha comentado como se separa el arrabio por la parte inferior del horno una vez que ya se ha formado. Pero recuerda que lo que hemos alimentado al horno no es el arrabio acompaado de escoria, por la parte superior del horno se ha alimentado un mineral de hierro. Lo que ocurre en las zonas superiores del horno (vientre y cuba) son procesos qumicos complejos por los que el CO producido en la zona de etalajes reacciona con el mineral reducindolo y transformndolo a medida que la carga baja a travs del horno en hierro metlico.Por la parte superior de la cuba salen unos gases provenientes de la combustin que tras ser filtrados, para quitarle impurezas, son empleados como combustibles en unos cambiadores de calor llamados recuperadores Cowper. El coque cumple tres papeles durante el proceso.a) Combustible, aportando el calor necesario para la fusin de la escoria y del metal.b) Soporte de la carga y responsable de la permeabilidad de la misma, dada su gran porosidad.c) Reductor de los xidos de hierro.

El fundente cumple una doble funcin.a) Reduce la temperatura de fusin del hierro.b) Reaccionan con los elementos que acompaan al mineral para formar la escoria.El hierro colado o arrabio obtenido del alto horno es un producto que todava no est listo para ser utilizado industrialmente. Por un lado contiene impurezas de elementos como Azufre o Silicio. Por otro lado contiene un porcentaje demasiado alto de carbono y por ltimo todava arrastra restos de xidos de hierro. Todas estas sustancias hacen que las propiedades del producto no sean las deseables. Es necesario pues tratar este hierro, el proceso por el que esto se lleva a cabo se llama colado.Colado: Proceso por el que se eliminan las impurezas y se reduce la cantidad de carbono presente en el arrabio para transformarlo en un acero apto para la actividad industrial. Las impurezas eliminadas generan unaescoria.Acero: Aleacin de hierro y carbono en la que el porcentaje de carbono no supera el 2%.CONVERTIDOR LD U HORNO DE AFINO DE OXGENO BSICO.Este sistema est formado por en una olla de acero recubierta en su interior con material refractario en la que se deposita el arrabio a tratar. A travs de una lanza situada en la parte superior se inyecta oxgeno al recipiente. Debido a las altas temperaturas de trabajo, la lanza se enfra continuamente a travs de serpentines de agua interiores para evitar que se funda. La carga y la descarga de la olla se hacen por la parte superior por lo que la olla est montada en ejes rotatorios que permiten su volcado.

Cuando el horno se ha cargado de arrabio procedente del torpedo y con chatarra seleccionada se coloca en posicin vertical, se hace descender en su interior la lanza de oxgeno hasta unos 2 m por encima de la carga. A continuacin se inyectan en el horno gran cantidad de oxgeno a elevada presin. El oxgeno reacciona con el carbono y otros elementos no deseados e inicia una reaccin que quema con rapidez las impurezas del arrabio produciendo una escoria. Esta, al tener menor densidad, se sita en la parte superficial.Normalmente el chorro de oxgeno contiene polvo de piedra caliza que sirve para eliminar impurezas, entre las que destaca el fsforo.Terminado el proceso se inclina el horno para extraer la escoria, quedando abajo el acero afinado.Una vez obtenido el acero afinado, se le pueden aadir los elementos que formarn las distintas ferroaleaciones, o bien hacerlo ms tarde cuando el acero afinado sea vertido en la cuchara. El proceso tarda unos 50 minutos, y estos sistemas estn dimensionados para poder producir unas 275 toneladas de acero por hornada.Una de las grandes ventajas que desde un principio se observ en estos convertidores fue su capacidad para aceptar hasta un 20% de "chatarra junto con la carga de arrabio lquido.HORNO ELCTRICOEn estos hornos el calor aportado procede de un arco elctrico que se hace saltar entre unos electrodos de grafito y la superficie de la chatarra con que se carga el horno, la resistencia del metal al flujo de corriente genera calor, que junto con el producido por el arco elctrico funde el metal con rapidez. Las condiciones de afinado pueden ser estrictamente reguladas.

Cada jornada produce en torno a 100Tm y el proceso tarda en torno a una hora.

Los hornos elctricos se emplean para producir acero inoxidable y aceros aleados de extraordinaria calidad que deben ser fabricados segn especificaciones muy exigentes. El afinado se produce en una cmara hermtica, donde los parmetros que intervienen en el proceso son controlados rigurosamente con dispositivos automticos. En las primeras fases de este proceso de refinado se inyecta oxgeno de alta pureza a travs de una lanza, lo que aumenta la temperatura del horno y disminuye el tiempo necesario para producir el acero. La cantidad de oxgeno inyectada se puede regular con precisin, lo que evita oxidaciones no deseadas.

La carga es chatarra seleccionada, porque su contenido en aleaciones afecta a la composicin del acero afinado. Tambin se aaden otros materiales, como pequeas cantidades de mineral de hierro y fundente, para contribuir a eliminar el carbono y otras impurezas. Los elementos adicionales para laaleacinse introducen con la carga o despus, cuando se vierte a la cuchara el acero afinado.PROCESO DE PUDELADOEl hierro dulce 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 de reverbero de 230 kg, este horno es 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.HORNO BESSEMEREs 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. El proceso Bessemer fue el primer proceso industrial barato para la fabricacin en serie de acero de un metal en lingotes fundido. El proceso es nombrado por su inventor, Henry Bessemer, que sac una patente del proceso en 1855. El proceso fue independientemente descubierto en 1851 por William Kelly. El mismo tambin haba sido usado fuera de Europa durante cientos de aos, pero no a una escala industrial. El principio clave es la retirada de impurezas del hierro mediante la oxidacin producida por el insuflado de aire en el hierro fundido. La oxidacin causa la elevacin de la temperatura de la masa de hierro y lo mantiene fundido. El aparato ideado por el ingls Thomas Bessemer se llama convertidor por cuanto convierte el arrabio ya procesado, es decir, la fundicin, en acero o en hierro. Consiste en una gran caldera piriforme, forrada con grueso palastro de acero y revestida interiormente de material refractario; la parte superior est abierta y la inferior es redonda y mvil en torno de un eje horizontal y taladrada por pequeos agujeros para la insuflacin del aire. El aparato descansa sobre dos soportes, uno de los cuales posee un mecanismo hidrulico que hace girar el recipiente, para que sea posible cargar la fundicin sin que se tapen los agujeros del fondo, y tambin para facilitar la colada del acero una vez realizada la conversin. La operacin de conversin se desarrolla en tres periodos: Convertidor Thomas-Bessemer, diagrama esquemtico. Escorificacin: el aparato cuando se trata de la primera conversin y se retiran las cenizas; luego se coloca en sentido horizontal y se carga de fundicin hasta 1/5 de su capacidad. Se le inyecta aire a presin y enseguida se devuelve al convertidor a su posicin normal. El oxgeno del aire, a travs de la masa lquida, quema el silicio y el manganeso que se encuentra en la masa fundente y los transforma en los correspondientes xidos. Esta primera fase se efecta sin llamas dentro de unos 10 min, y recin al trmino de la operacin aparecen chispas rojizas que salen de la boca del convertidor. Descarburacin: continuando la accin del soplete, el oxgeno empieza la oxidacin del carbono, lo que se efecta con mucha violencia y con salidas de llamas muy largas, debido a las fuertes corrientes del aire y al xido de carbono en combustin.Recarburacin: quemndose el carbono, el oxgeno llegara a oxidar totalmente el hierro dejndolo inservible; a este punto se corta el aire, se inclina el convertidor y se aade a la masa liquida una aleacin de hierro, carbono y manganeso en una cantidad relacionada con la calidad del acero que se desea obtener. Se endereza luego el aparato y simultneamente se le inyecta otra vez aire por pocos minutos y por ltimo se vierte por su boca ante todo las escorias y despus el acero o el hierro elaborado.HORNO B.O.F.Horno muy parecido al Bessemer con la gran diferencia que a este horno en lugar de inyectar aire a presin se le inyecta oxigeno 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 oxigeno. 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 honro es superior a los 1650C y es considerado como es sistemas ms eficiente para la produccin de acero de alta calidad. HORNO DE HOGAR ABIERTOCONCLUSIONES