producción del acero - copia

PRODUCCIÓN DEL ACEROJessika Nathalia Heredia Sosa

Julian Felipe Torres Campos

Yessica Melisa Martinez Soto

Tabla de contenido

1. Introducción

2. Características generales

3. Aplicaciones

4. Importancia y mercado

5. Extracción y síntesis

6. Procesamiento

7. Bibliografía

1. Introducción

El uso generalizado del acero se debe a

En la corteza de la tierra abundan los compuestos de hierro

Tomado de: http://www.blogodisea.com/wp-

content/uploads/2010/07/planeta-corteza-terrestre-partes-capas.jpg

1. Introducción

Los aceros se fabrican mediante técnicas de extracción, afino, aleación y

conformación relativamente económicas

Tomado de:

http://cache.boston.com/universal/site_graphics/blogs/bigpicture/man

uf_02_20/m09_17603445.jpg

1. Introducción

Las aleaciones férreas son extremadamente versátiles, ya que se pueden

adaptar para que tengan una gran variedad de propiedades físicas y

mecánicas. [1]

Tomado de: http://www.decoletajemalaga.com/images/piezas.jpg

2. Características generales

Los aceros son aleaciones hierro-carbono con concentraciones apreciables de

otros elementos aleantes. Existen miles de aceros que tienen distintas

composiciones y/o tratamientos térmicos.[1]

Aleaciones

Férreas

Aceros

Baja aleación

Bajo en carbono

Ordinario

Alta resistencia y baja aleación

Medio en carbono

Ordinario

Térmicamente tratable

Alto en carbono

Ordinario

Herramientas

Alta aleación

Inoxidable

Fundiciones

Gris

Dúctil (esferoidal)

Blanca

Maleable

No férreas

Tomado de http://metfusion.weebly.com/uploads/2/2/8/3/22838168/6866590_orig.jpg

Clases de acero

Clases de acero

Red cristalina cúbica centrada en el cuerpo

La ferrita acepta muy poco carbono en su interior.

Red cristalina cúbica centrada en las caras

La austenita puede aceptar hasta el 2% en masa,

de carbono.

Red cristalina de la fase martensita del acero

El carbono queda atrapado en una posición donde no

cabe en la red cúbica centrada en el cuerpo,

produciéndose así una distorsión elástica.

Clases de acero

Diagrama de fases del

acero (Fe – Fe3C)

Aceros bajos en carbono

Son relativamente blandos y poco resistentes, pero con extraordinaria ductilidad y

tenacidad además, son de fácil mecanizado, soldables y baratos.

Clases de acero

Designación Composición (%en peso)

AISI/SAE o

número ASTMNúmero UNS C Mn Otros


1010 G10100 0,10 0,45

1020 G10200 0,20 0,45

A36 K02600 0,29 1,00 0,20 Cu (mín.)

A516 Grado 70 K02700 0,31 1,00 0,25 Si

Aceros de baja aleación y alta resistencia

A440 K12810 0,28 1,350 0,30 Si (máx.), 0,20 Cu (mín.)

A633 Grado E K12002 0,22 1,350 0,30 Si, 0,08V, 0,2N, 0,03 Nb

A656 Grado 1 K11804 0,18 1,600 0,60 Si, 0,1 V, 0,20 Al, 0,015 N

Tabla 1. Composiciones de cinco aceros bajos en carbono y de tres aceros de

baja aleación y alta resistencia

Tomado de: http://www.ar.all.biz/img/ar/catalog/26356.jpeg

Los flejes de acero de bajo contenido de carbono, son aptos para su posterior cementado o

carbonitrurado. Se presentan aptos para troquelado, embutido moderado, profundo o

extraprofundo, perfilado, etc.

Clases de acero

AISI/SAE o

número ASTM

Resistencia a la

tracción [psi

x103 (MPa)]

Límite

elástico

[psi x103

(MPa)]

Ductilidad

(% EL en

2 pulg.)


1010 47 (325) 26 (180) 28

1020 55 (380) 30 (205) 25

A36 32 (220) 32 (220) 23

A516 Grado

7070 (485) 38 (260) 21


A440 63 (435) 42 (290) 21

A633 Grado E 75 (520) 55 (380) 23

A656 Grado 1 95 (655) 80 (552) 15

Estos aceros suelen tener un límite elástico de 275 MPa, una resistencia a la tracción

comprendida entre 415 y 550 MPA y una ductilidad del 25 %EL (porcentaje de

elongación). [1]

Clases de acero

Tabla 2. Características mecánicas de material laminado en caliente de aceros

bajos en carbono y aceros de alta resistencia y baja aleación

Aceros medios en carbono

Tienen porcentajes en carbono comprendidos entre 0,25 y 0,6%.

Las adiciones de cromo, níquel y molibdeno mejoran la capacidad de estas

aleaciones para ser tratados térmicamente, generando así gran variedad de

combinaciones resistencia-ductilidad. Estos aceros tratados térmicamente son más

resistentes que los aceros bajos en carbono, pero menos dúctiles y tenaces. [1]

Clases de acero

Alambre diseñado especialmente para el cerramiento de terrenos

en la industria agropecuaria y en diversos sistemas de

seguridad. Están hechos de acero de medio contenido de

carbono con mayor resistencia a la tracción y recubrimiento de

zinc tipo mediano, que los hace altamente resistentes a la

oxidación.

Tomado de: http://mallasan.com/secciones.php?seccion=Mg==&subseccion=MTI5

Aceros altos en carbono

Normalmente contienen entre 0,60 y 1,4% C y son más duros, resistentes y aún

menos dúctiles que los otros aceros al carbono.

Casi siempre se utilizan en la condición templada y revenida, en la cual son

especialmente resistentes al desgaste y capaces de adquirir la forma de herramienta

de corte. [1]

Clases de acero

Número

AISI

Número

UNISC W Mo Cr V Otros

W1 T72301 0,6 -1,4

S1 T41901 0,50 2,50 1,50

O1 T31501 0,90 0,50 0,50 1,00 Mn

A1 T30102 1,00

D2 T30402 1,50 1,00 5,00

M1 T11301 0,85 1,50 1,00 12,00 1,00

Tabla 3. Designación y composiciones de seis aceros de herramientas

Clases de acero

Tomillo coreano de alto

carbono de acero

inoxidable cuchillo de

fruta

Tomado de: http://i01.i.aliimg.com/img/pb/235/279/971/971279235_682.jpg

Aceros inoxidables

Los aceros inoxidables resisten la corrosión (herrumbre) en muchos ambientes,

especialmente en la atmósfera. El cromo es el principal elemento de aleación, en

una concentración mínima del 11%. [1]

Clases de acero

Aceros inoxidables austeníticos: . La austenita tiene una estructura FCC y es estable

por encima de 910°C.

Aceros inoxidables ferríticos: ferríticos no tienen un alto contenido de níquel, por lo que

la estructura BCC es estable. En el caso de muchas aplicaciones que no requieren elevada

resistencia a la corrosión de los aceros inoxidables austénticos, los aceros inoxidables

ferríticos, menos aleados (y con menos costo), resultan bastante útiles.

Númer

o AISI

Númer

o UNSC

composición

(%en peso )

Condicio

nes

Propiedades

Cr Ni Otros

Resistenci

a a la

tracción

[psi x103

(Mpa)]

Límite

elástico

[psi x103

(Mpa)]

Ductilida

d (%EL

en 2

pulg.)

Ferrítico

409 S409000,0

811 1,0 Mn Recocido 65 (448) 35 (240) 25

446 S44600 0,2 250,75 Ti;

1,5 MnRecocido 80 (552) 35 (240) 20

Austenítico

304 S304000,0

819 9 2,0 Mn Recocido 85 (586) 35 (240) 55

316L S316030,0

317 12

2,0 Mn;

2,5 MnRecocido 80 (552) 36 (240) 50

Martensítico

410 S410000,1

5

12,

51,0 Mn

Recocido

Q y T70 (483) 40 (275) 30

440A S44002 0,7 171,0 Mn;

0,75Mo

Recocido

Q y T

140 (965)

; 105

(724) ;

260

(1790)

100 (690)

; 60 (414)

; 240

(1655)

23 ;

20 ;

5

Clases de acero

Tabla 4. Designaciones, composiciones y propiedades mecánicas para los

aceros inoxidables ferríticos, austentícos y martencíticos.

Clases de acero

Tomado de:

http://www.listadoempresarial.com/demos/conexionesind

ustriales/images/11.jpg

http://metalium.mx/img/productos/acero%20comercial.jpg

La aleación acero inoxidable 316 es un austenítico de uso

ordinario con una figura cúbica de caras concentradas. Es

esencial no magnético en la etapa recocida y

exclusivamente logra fortalecerse en frío.

http://metalium.mx/acero-inoxidable/acero-inoxidable-aisi-316/AISI_316

3. Aplicaciones


Esta clase de aceros se utilizan para fabricar carrocerías

de automóviles, vigas (en forma de L, canales y ángulos)

y láminas para construir tuberías, edificios, puentes y

latas estañadas.[1]AISI/SAE o

número ASTMAplicaciones típicas


1010 Paneles de automóvil, clavos y alambre

1020 Tubos; aceros laminados y estructurales

A36 Estructurales (puentes y edificios)

A516 Grado 70 Recipientes a presión a baja temperatura


A440 Estructuras atornilladas o remachadas

A633 Grado E Estructuras utilizadas a bajas temperaturas

A656 Grado 1 Bastidores de camiones y vagones de tren

http://img.mo

torpasion.com/

2014/03/cfrp-

i3.jpg

Medios en carbono

Esta clase de aceros se utilizan para fabricar ruedas y rieles de trenes,

engranajes, cigüeñales y otros componentes estructurales que necesitan alta

resistencia mecánica, resistencia al desgaste y tenacidad. [1]

3. Aplicaciones

http://img.directindustry.es/images_di/photo-g/engranaje-dientes-rectos-20096-2851487.jpghttp://img.interempresas.net/fotos/624885.jpeg

Altos en carbono

Las herramientas y las matrices se fabrican con aceros aleados altos en carbono

que contienen, generalmente, cromo, vanadio, tungsteno y molibdeno.

Estos elementos de aleación se combinan con el carbono para formar

carburos muy duros y resistentes al desgaste [1]

3. Aplicaciones

http://www.tgwint.com/Spanish/grafix/packaginggraphic.jpg

http://www.arrodemexico.com.mx/imagenes/imagen2.jpg

3. Aplicaciones

Aceros al carbono del alta aleación

Número AISI Aplicaciones más corrientes

Ferrítico

409Tubos de escape, válvulas (alta

temperatura), moldes de vidrio446

Austenítico

304 Industria alimentaria

316L Estructuras soldadas

Martensítico

410 Cañones de rifles Cuchillería

440ª Instrumental quirúrgico

Precipitación

17-7PH Cuchillos, muelles

http://s364105922.mialojamiento.es/marvax/images/innstrumental.jpg

http://www.gastronorm.it/open2b/var/catalog/images/265/0-81d3e055-800.jpg


Material ampliamente utilizado en las grandes edificaciones actuales, en la construcción de puentes

colgantes, los hilos, las cerchas y vigas. Los beneficios; son más livianas, ofrecen espacios mucho

más amplios, es sencillo hacer ventanales panorámicos y edificaciones más altas. Una de las pocas

desventajas del acero en la construcción es que no es muy resistente a la corrosión y al fuego.

http://paredrocdnzone1.grupodecomunicac.netdna-cdn.com/wp-

content/uploads/2013/04/estadio-beij.jpg

Esta infraestructura a nivel deportivo es

la más importante dentro de las

edificaciones de Beijing


http://infoacero.camacero.org/wp-content/uploads/2014/06/Torres-Petronas.png

Las torres petronas con 88 pisos

de hormigón armado, acero y

vidrio, evocan motivos

tradicionales del arte islámico

http://1.bp.blogspot.com/-

z8qHZk2K0hE/TdIR1DDGErI/AAAAAAAAAA8/inWBoOkCVLU/s16

00/13.jpg

El hierro y el acero

manifestaron desde un

principio su diferencia respecto

a los materiales de

construcción tradicionalmente

empleados. Generaron nueva

Arquitectura. TORRE EIFFEL.

PARIS (1887-1889)

La industria siderúrgica se caracteriza por:

Altos costos fijos

Economías de escala

Requerimientos intensivos de calidad

Uso de mano de obra con alto nivel de

calificación

Impacto ambiental que implica el

proceso productivo


Una vez se obtiene el acero, se siguen dos grandes líneas productivas: una para

la fabricación de productos largos y otra para productos planos. [5]


http://p200871.webspaceconfig.de/wp-content/uploads/2013/08/halbprodukte-header.jpg

http://www.sifuentes.com.mx/blogadmin/Files/P

hotos/articlemain_10.png?width=448&crop=auto


Mercado: el crecimiento de la actividad productiva incentivó la inversión en la

industria siderúrgica y las mejoras sustanciales en la capacidad productiva, fenómeno

que se concentró en Asia. El acero en china se ofrece a menor precio y fue el primer

país en producir mas de 500 MMT en un año.

Grafica 1.Distribución regional del acero en el mundo 2008

América Latina: Desde

2002 y hasta 2008, se

presentó un aumento

acumulado cercano a 45%

en la producción y en el

consumo del acero. Uso

en 2009 reduce un 33% por

desaceleración mundial.

Colombia

En 2002, representaba 5,8% del total de la producción industrial del país y 0,8%

del PIB. Desde 2003 y hasta la fecha, ha representado en promedio 7,1% y 1,2%,

respectivamente. - Así, también, es un importante demandante de energía y de

fuerza laboral.


Grafica 2. Consumo de energías de las industrias básicas de hierro y acero


la demanda de personal de la industria siderúrgica ha

estado constantemente en aumento y exhibe desde el

año 2000 una tasa de crecimiento anual promedio de 5%

El hierro es el segundo metal más abundante en la corteza terrestre (aproximadamente 5%) y es el cuarto de todos los elementos.

En la naturaleza, el hierro se encuentra formando parte de numerosos minerales, entre los que destacan la hematita (Fe2O3), la magnetita (Fe3O4), la limonita (FeO(OH)), la siderita (FeCO3), la pirita (FeS2), ilmenita (FeTiO3), entre otros [6]


http://inecex.com.mx/wp-content/uploads/2012/08/acerofund.jpg

Mineral Fórmula química %Fe

Siderita FeCO3 48,2

Limonita Fe2O3 H2O 62,9

Hematita Fe2O3 69,6

Magnetita Fe3O4 72,4

El hierro se puede obtener de dos sitios; minas y chatarra.

Minería

1) El primer paso será hacer explotar la roca, por ejemplo, con dinamita.

2) El material que se ha soltado gracias a la explosión se carga en camiones.


http://www.renewables4mining.com/wp-content/uploads/2012/12/IMG_1244.png

3) Los camiones se hacen pasar por arcos

detectores de metal.

4) Primero se trituran las rocas, para facilitar la

separación de la mena y la ganga.

5) Eliminar parte de las impurezas

mediante imanes o mediante flotación.

6) Sinterizado[6]


Una dificultad para la fabricación del acero es su elevado punto de fusión,

1.400ºC aproximadamente, que impide utilizar combustibles y hornos

convencionales.

Para esto es necesario usar,

HORNO DE HOGAR Y CRISOL

HORNO DE OXIGENO BASICO

HORNO DE ARCO ELECTRICO


http://www.infoacero.cl/acero/hornos.htm

Obtención de arrabio

Para llevar a cabo el proceso de reducción de

los óxidos se utiliza el alto horno que se carga

con mena de hierro Fe2O3 en forma de pellets,

coque (el agente reductor) y fundentes.


Diagrama de un alto horno

El proceso de oxidación de coque con oxígeno libera

energía y se utiliza para calentar (llegándose hasta unos

1900 °C en la parte inferior del horno).

Reacción global en las toberas

2C + O2 2CO2

Reacciones en intervalo de 700-100 °C

3 Fe2O3 + CO 2 Fe3O4 + CO2

Fe3O4 + CO 3 FeO + CO2

FeO + CO Fe + CO2


http://www.infoacero.cl/catalogo/images_csh/100_Instalaciones/103_Altos_Hornos/103_016.jpg

El arrabio es recibido en carros para ser transportado a la

acería de convertidores al oxígeno, la escoria es

separada del arrabio por su menor densidad. [6]

Fabricación en convertidor de oxigeno.

También se le conoce como fabricación de acero básico al oxigeno (BOS por sus siglas en

inglés) o proceso Linz-Donawitz.

En la planta de fabricación de acero, el hierro se trata en dos fases: primero se elimina el

carbón y segundo se añaden aditivos que modifican las propiedades del acero.

6. Procesamiento

http://3.bp.blogspot.com/_d9naQyyF3JU/SarPKj_IIDI/AAAAAAAAAAY/i7fOvALyb9U/s400/PIU.bmp

Primera fase: eliminación del carbón

Este proceso de soplado de oxígeno se

realiza en grandes tanques basculantes

llamados convertidores. En las plantas

modernas, es común encontrar tanques

de acero básico al oxígeno capaces de

convertir 350 toneladas de metal de un

soplido.

6. Procesamiento

Convertidor de acero básico al oxigeno

Segunda fase: modificación de las propiedades del

acero

El acero en bruto se mezcla con aditivos en tanques de

menor tamaño y, a continuación, recibe un segundo

ciclo de soplado antes de la fundición en la planta de

fundición continua.

Es necesario eliminar las impurezas del hierro por

oxidación debido a las potentes condiciones reductoras

del alto horno. El carbono y el silicio residual se oxidan

con la ayuda de los fundentes básicos añadidos.

6. Procesamiento

Posiciones del convertidor

Fabricación en horno eléctrico.

Se basa en la fusión de las chatarras

por medio de una corriente eléctrica, y al

afino posterior del baño fundido.

El horno eléctrico consiste en un gran

recipiente cilíndrico de chapa gruesa (15

a 30 mm de espesor) forrado de

material refractario que forma la

solera y alberga el baño de acero

líquido y escoria.

6. Procesamiento

http://www.unesid.org/iris2013/images/b3.jpg

Fases

Fusión; Una vez introducida la

chatarra en el horno y los agentes

reactivos y escorificantes

(principalmente cal) se desplaza la

bóveda hasta cerrar el horno y se bajan

los electrodos hasta la distancia

apropiada, haciéndose saltar el arco

hasta fundir completamente los

materiales cargados.

Afino; se analiza la composición del

baño fundido y se procede a la

eliminación de impurezas y

elementos indeseables

6. Procesamiento

http://3.bp.blogspot.com/_C_WhIeeA9Oo/RcH8T7kAVpI/AAAAAAAAAEA/BnmjGaALSZ8

/s400/Proceso.jpg

Fases

Colada continua; procedimiento

siderúrgico en el que el acero se

vierte directamente en un molde de

fondo desplazable, cuya sección

transversal tiene la forma geométrica

del semiproducto que se desea fabricar;

en este caso la palanquilla.

Laminación; 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 sección transversal

gracias a la presión ejercida por éstos.

6. Procesamiento


/s400/Proceso.jpg

Fases

El tren de laminación; 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 sección.

- Tren acabador: donde el producto

experimenta su última pasada y obtiene

su geometría de corrugado.

6. Procesamiento


/s400/Proceso.jpg

Referencias Bibliográficas

[1] W. Callister, Introducción a la Ciencia e Ingeniería de los Materiales, Utah : Editorial Reverté S.A.

[2] M. F. Ashby y D. R. H. Jones, Engineering Materials 2, Oxford: Oxford: Pergamon Press.

[3] P. Maranian, Reducing Brittle and Fatigue Failures in Steel Structures, New York: American Society of Civil Engineers, 2009.

[4] D. Raabe, P. P. Choi, Y. J. Li, A. Kostka, X. Sauvage, F. Lecouturier, K. Hono, R. Kirchheim, R. Pippan y D. Embury, Metallic

composites processed via extreme deformation - Toward the limits of strength in bulk materials, MRS Bulletin, 2010.

[5] E. C. y. D. Garcia, «Camacol,» Octubre-Diciembre 2009. [En línea]. Available:

http://camacol.co/sites/default/files/secciones_internas/EE_Coy20091222044525.pdf. [Último acceso: 14 Marzo 2015].

[6] Universidad Nacional Autónoma de Mexico, Procesos de obtención de metales, Azcapotzalco: Colegio de ciencias y humanidades ,

2010.

[7] A. Moffit, Enciclopedia de salud y seguridad en el trabajo: Industrias basadas en recursos naturales, 1995.

[8] Eurotherm by Schneider Electric , «Planta de fabricación de acero/acero básico al oxígeno,» 15 03 2015. [En línea]. Available:

http://www.eurotherm.es/industries/heat-treatment/metals-applications/steelmaking-bos-plant/. [Último acceso: 2015].

[9] J. Jones, B. B y L. P, «"Electric Furnace Steelmaking", in The Making, Shaping and Treating of Steel,» Pittsburgh, The AISE Steel

Foundation, 1998, p. 525–660.

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