Objetivo General

Analizar e interpretar el comportamiento terico de la produccin del hierro primario y del acero liquido, con el propsito de poder controlar y evaluar los procesos aplicados a nivel industrial en la produccin del hierro y sus aleaciones.

Programa Sinptico

Unidad I: Materias primas para la produccin de aceros.

Unidad II: Produccin de Arrabio (Alto Horno).

Unidad III: Procesos de reduccin directa Unidad IV: Produccin de aceros. Unidad V: Productos siderrgicos.

Plan de evaluaciPlan de evaluacinn

7%7%TodasTodasEvaluaciEvaluacin n continuacontinua

13%13%05/03/201305/03/2013VVExposiciExposicinn

30%30%26/02/201326/02/2013IVIV4to Parcial4to Parcial

15%15%22/01/201322/01/2013IIIIII3er Parcial3er Parcial

20%20%04/12/201204/12/2012IIII2do parcial2do parcial

15%15%06/11/201206/11/2012II1er parcial1er parcial

Porcentaje Porcentaje (%)(%)

FechaFechaUnidades a Unidades a evaluarevaluar

EvaluaciEvaluacinn

Materia prima para la produccin de acero

Unidad I

Siderurgia

Siderurgia

Es una rama de la metalurgia que se encarga de la produccin de las aleaciones a base de Fe (hierros, aceros, y fundiciones), desde la extraccin del mineral pasando por la obtencin del arrabio y/o hierro esponja para finalmente elaborar el acero en todas sus presentaciones.

Aleaciones Ferrosa

Aceros Son aleaciones constituida principalmente por Hierro

(Fe) y Carbono (C) donde este no supere 2% adems contiene Si, Mn, P, S como impureza.

Hierros Son tambin conocidos como aceros dulces o

hierro dulce por su alta ductilidad, tambin el contenido de carbono es inferior a 0,01%.

Fundiciones Son aleaciones multicomponente Fe, C y Si, cuyo

contenido de Carbono es mayor a 2% y menor a 5%

Diagrama Diagrama MetaestableMetaestableHierro Hierro Carburo de HierroCarburo de Hierro

AcerosAceros FundicionesFundiciones

Etapas de la SiderurgiaEtapas de la Siderurgia

Materia prima para la produccin de acero

Mineral de Hierro (pellas, triturado y clasificado)

Pre-reducidos (hierro esponja) Chatarra de hierro Fundentes Escorias sintticas Coque metalrgico, Combustibles Ferroaleaciones Aire/Oxigeno, gas inerte (Ar, N2) Energa Elctrica Mineral de Manganeso Materiales Refractarios

Mineral de Hierro

El Hierro ocupa el 4to lugar entre los elementos simples que forman la corteza terrestre.

1. O22. Si3. Al4. Fe

El Fe posee una afinidad moderada con el oxigeno debido a lo cual no se presenta en forma nativa en la naturaleza, sino principalmente en combinacin con el oxigeno, el dixido de carbono y azufre

Principales minerales de Hierro

MagnetitaMagnetita(Oxido ferroso f(Oxido ferroso frrico) rrico)

FeFe33OO44 entre 55 y 66 %Fe entre 55 y 66 %Fe

HematitesHematites(Oxido f(Oxido frrico anhidro)rrico anhidro)FeFe22OO33 entre 50 y 68 %Feentre 50 y 68 %Fe

Limonita Limonita (Oxido f(Oxido frrico Hidratado)rrico Hidratado)

nFenFe33OO44..mHmH22OO entre 30 y 56 %Feentre 30 y 56 %Fe

SideritaSiderita(Carbonato de Hierro)(Carbonato de Hierro)

FeCOFeCO33 entre 30 y 45 %Feentre 30 y 45 %Fe

Mineral de Mineral de HierroHierro(Fe)(Fe)

Mineral de hierro

Entre los principales compuestos que acompaan al hierro y forma la ganga del mineral tenemos: Silice {SiO2} Oxido de Manganeso {MnO} Cal (Oxido de Calcio) {CaO} Carbonatos (Ca, Mg) {CaCO3, MgCO3} Oxido de Magnesio (magnesita) {MgO} Sulfuros (Mn, Cu) {CuS, MnS} Oxido de Fsforo {P2O5} Alumina {Al2O3}

Factores que Influye en el proceso de reduccin

Fsicos: Estructura cristalina, temperatura, presin,

difusin, tamao y distribucin de las partculas.

Qumicos: Transformacin de fase, velocidad de

reaccin, composicin qumica.

Mineral de Hierro

Escala de aptitud de reduccin de los minerales

Magnetita

Hematites

Limonita

Siderita

Difcil

Fcil

Reservas geolgicas de mineral de hierro de Venezuela

3,690,0340,0690,753,1064,64Total

3,320,0290,0630,873,4564,58San Joaqun

4,110,0290,0640,934,1963,48Altamira

4,000,0310,0700,814,0863,71Las Pailas

4,380,0340,0820,672,3664,76Los Barrancos

2,380,0390,0530,693,1565,58San Isidro

%PPR%Mn%P%Al2O3%SiO2%Fe

Anlisis Qumico PromedioYacimiento

Mineral de Hierro de alto tenor (55 %Fe)

Mineral de Hierro

Factores que determinan la posibilidad de explotar los yacimientos de mineral: Situacin Geogrfica Riqueza del mineral Reservas del yacimiento Composicin y naturaleza de la ganga Condiciones fsicas, (porosidad) Grado de pureza Grado de Humedad y de elementos voltiles

(H2O y CO2)

Proceso de produccin

CVG Ferrominera Prospeccin y

Exploracin Geologa y Planificacin Perforacin y Voladura Carga y Acarreo de

Mineral Transporte a puerto

Ordaz Descarga y Trituracin Homogeneizacin y

Recuperacin Cernido y secado Peletizacin

Peletizacin

Es un proceso que consisten en aglomerar el mineral finamente molido o un concentrado mediante la adicin de un aglomerante (arcilla) y determinada cantidad de agua, para darle forma de esfera de determinado tamao, las cuales posteriormente son endurecidas por coccin en hornos rotativos a 650C.

Al producto de la peletizacin se le conoce como pellas o pellet de mineral de Fe

Chatarra de Hierro

Partes o componentes manufacturado de acero, hierro o fundicin, que ya alcanzaron su vida til y se considera como desperdicio industrial.

El acero es el nico material completamente reciclable, que podra ser utilizado un nmero ilimitado de veces sin perder calidad, y adems, ambos procesos de fabricacin, a partir del mineral o del reciclaje, contienen chatarra.

Chatarra de Hierro

Sin embargo siempre existen perdidas de elementos de aleacin, debido al proceso siderrgico mismo. Por lo cual se requiere enriquecer las cargas formadas en base de chatarra con nuevos elementos aleantes y en ocasiones inclusive con mineral o pre reducidos de hierro, con el fin de obtener la composicin qumica del acero o fundicin a fabricar.

Chatarra de Hierro

Fabricar a partir de chatarra de hierro reduce la utilizacin de los recursos naturales y el consecuente impacto ambiental.

En el caso del acero, ahorra materias primas como la piedra caliza, el mineral de hierro y el coque. Por cada tonelada de acero usado que se recicla, se ahorra 1,5ton de mineral de hierro y 500kg del carbn que se emplea para producir el coque

Chatarra de Hierro

Ciclo del reciclaje del hierro

Chatarra de Hierro Clasificacin, seleccin y

procesamiento De manera general la chatarra se puede

clasificar en 2 grupos:

Chatarra Interna

Chatarra de Comercio (Comercial)

Clasificacin de la chatarra

La chatarra bsicamente se clasifica de acuerdo a las siguientes propiedades: Composicin qumica, p. e., aceros

inoxidables, aceros de bajo carbono, fundiciones;

Nivel de impurezas. %S, %P Tamao y densidad; Homogeneidad.

ClasificaciClasificacin de la chatarran de la chatarra

Composicin qumica de la chatarra

La chatarra bsicamente esta compuesta por hierro metlico, xidos de hierro, carbono, elementos metlicos residuales e impurezas (P, S), en proporciones que varan segn el tipo de metlico o fuente que se este considerando.

Esta caracterizacin permite mediante los balances de carga, tener una aproximacin de la composicin qumica del acero a producir, y los ajustes necesarios que deben

TABLA # 1

B

R

I

Q

U

E

T

A

S

C

H

A

T

A

R

R

A

L

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V

I

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N

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Q

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C

A

S

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A

M

I

N

A

C

I

N

1 Fe Total 89,500 96,346 92,884 97,216 93,529 97,392 98,274 96,346 94,670 97,210 97,210 97,2102 Fe Met. 82,250 92,459 86,665 96,050 88,865 96,615 97,497 92,459 89,880 96,434 96,430 96,4303 hierro 9,330 5,000 8,000 1,500 6,000 1,000 1,000 5,000 3,750 1,000 1,000 1,0004 C 1,230 0,100 0,150 0,200 0,170 0,300 0,060 0,100 3,230 0,188 0,188 0,188

RESIDUALES5 Cu - 0,150 0,150 0,150 0,300 0,150 0,150 0,150 0,090 0,150 0,150 0,1506 Ni 0,020 0,080 0,080 0,080 0,230 0,100 0,080 0,080 0,240 0,100 0,100 0,1007 Sn - 0,015 0,015 0,010 0,017 0,015 0,015 0,015 0,015 0,096 0,096 0,0968 Mo - - - 0,080 0,020 0,020 - - 0,040 - - -9 Cr - 0,120 0,120 0,120 0,100 0,100 0,120 0,120 0,150 0,100 0,100 0,100

IMPUREZAS92,830 97,724 95,180 98,190 95,702 98,300 98,922 97,924 97,395 98,068 98,060 98,060

10 Mn - 0,45 0,6 0,600 0,600 0,900 0,900 0,450 0,500 0,720 0,720 0,72011 Si - 0,08 0,15 0,150 0,150 0,250 0,080 0,080 2,000 0,165 0,165 0,16512 P 0,094 0,016 0,025 0,015 0,016 0,020 0,016 0,016 0,084 0,020 0,020 0,02013 S 0,014 0,03 0,045 0,040 0,032 0,030 0,032 0,030 0,011 0,027 0,027 0,02714 impurezas - 1,5 4 1,000 3,500 0,500 0,500 1,500 0,010 1,000 1,000 1,00015 7,060 - - - - - - - - - - -

7,17 2,076 4,82 1,810 4,298 1,700 1,078 2,076 2,605 1,932 1,932 1,932100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00

COMPOSICION QUMICA DE LOS DIFERENTES TIPOS DE CHATARRA EN PORCENTAJE

CaO + ganga

Acumuladas parcial

TOTAL IMPUREZAS

R

E

S

I

D

U

A

L

E

S

I

M

P

U

R

E

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A

S

TOTAL

COMPOSICION QUIMICA DE LA CHATARRA (Sidetur Barquisimeto)

Chatarra Pesada Esta constituida por

rieles, vigas, laminas, tubos, perfiles, piezas de acero fundido, etc. Debe tener un espesor igual o superior a 6mm con dimensiones de hasta 1,00m x 0,60m

Hierro Colado Fundiciones

Se presenta en bloques de motores, tubos, cmaras, piezas de maquinaria, tambores de freno, mltiples de escape y cigeales.

Panquecas

Proviene del acero botado en fosa de emergencia o el acero perdido en bateas o tundish.

Chatarra Liviana

Proviene de laminas, tubos de herrera, perfiles, piezas fundidas, envases, rines, tapas de ventilador con espesores inferiores a 6 mm.

Paquetes

Chatarra compactada a base de piezas automotrices, retazos o recortes de chapas, laminas delgadas, pedazos de perfiles, envases de alimentos, carroceras, pipotes, etc.

Fragmentada

Proviene de la trituracin de laminas, perfiles, pedazos de chapas, lnea blanca, chatarra domestica, envases, tapas de botella con espesores inferiores a 6mm y libre de cualquier contaminante.

Alambres y guayas sueltas.Alambres y guayas sueltas.--DifDifcil manipulacicil manipulacin:n:retraso en la preparaciretraso en la preparacin de las cargas.n de las cargas.--CondiciCondicin insegura por colgar fuera de n insegura por colgar fuera de las cestas son transportados por las las cestas son transportados por las grgras.as.

Alambre y guayas sin Alambre y guayas sin amarrar (sueltos)amarrar (sueltos)

Chatarra pesada.Chatarra pesada.--PPrdida de tiempo por pisadas de carga rdida de tiempo por pisadas de carga en el horno.en el horno.-- PPrdida de capacidad en la cesta de rdida de capacidad en la cesta de carga.carga.

Chatarra pesada con mChatarra pesada con ms s de 1m de longitud.de 1m de longitud.

En la chatarra liviana y en los En la chatarra liviana y en los paquetes.paquetes.Explosiones en el horno.Explosiones en el horno.

Recipientes sellados: Recipientes sellados: amortiguadores, turbinas amortiguadores, turbinas de vehde vehculos y bombonas.culos y bombonas.

En recipientes sellados y en tiempo En recipientes sellados y en tiempo de lluvia.de lluvia.

Por evaporaciPor evaporacin rn rpida causa pida causa explosiones dentro del horno.explosiones dentro del horno.Agua y HerrumbreAgua y Herrumbre

Mezclado en chatarra liviana.Mezclado en chatarra liviana.Material no conductor (rotura de Material no conductor (rotura de electrodos) y con alto contenido de electrodos) y con alto contenido de azufre.azufre.

Goma, neumGoma, neumtico y tico y pintura.pintura.

Mezclado o escondido en la chatarra Mezclado o escondido en la chatarra liviana y en los paquetes.liviana y en los paquetes.

Material no conductor que genera roturas Material no conductor que genera roturas de electrodos.de electrodos.Madera y ConcretoMadera y Concreto

Viruta, amortiguadores y filtros de Viruta, amortiguadores y filtros de aceite.aceite.Contiene azufreContiene azufreAceiteAceite

Viruta con aceite, chatarra con tierra, Viruta con aceite, chatarra con tierra, chatarra petrolera y hierro colado.chatarra petrolera y hierro colado.

Fragilidad en caliente y generaciFragilidad en caliente y generacin de n de grietas durante el proceso de colado.grietas durante el proceso de colado.Azufre y FAzufre y Fsforosforo

Embobinado de motores mezclados Embobinado de motores mezclados en la chatarra fragmentada.en la chatarra fragmentada.Fragilidad en caliente.Fragilidad en caliente.CobreCobre

FORMA DE PRESENTACIFORMA DE PRESENTACINNEFECTOEFECTOMATERIALMATERIAL

MATERIALES Y SITUACIONES INDESEABLES EN EL MATERIALES Y SITUACIONES INDESEABLES EN EL AREA DE CHATARRAAREA DE CHATARRA

Seleccin de la chatarra

Una adecuada seleccin de la chatarra permite la estandarizacin del proceso de acera y optimiza el rendimiento metlico (cantidad de acero producido/cantidad de carga del horno).

La seleccin se realiza tanto al momento de la carga del horno, como en la recepcin de la chatarra a la planta.

Procesamiento de la chatarra

La mayora de la siderrgicas realizan algunas operaciones unitarias a la chatarra que utilizan, entre las cuales se pueden mencionar: Eliminacin de elementos contaminantes

(tierra, aceites, gomas, madera, metales no ferrosos, etc.).

Reduccin de tamaos de la carga (segn sea el caso).

Compactacin de la chatarra (aumento de la densidad)

Fundentes

La funcin de los fundentes es: En el proceso de reduccin del mineral

Combinarse con los elementos de la ganga y las cenizas del coque, dando un compuesto mas fcil de fundir.

En el proceso de afino del metal lquido Proveer al metal lquido con un compuesto con

propiedades fsico-qumicas que permitan eliminar estas impurezas del metal liquido y protegerlo de la oxidacin.

Fundente El tipo de fundente a utilizar depende de

segn sea el caso: Las caractersticas de la ganga del mineral. La caracterstica de la escoria que se utilice o

requiera en el proceso. Las caractersticas del refractario del horno.

Los fundentes se presenta a nivel comercial en sacos y a granel, previamente tamizados y clasificados.

Fundentes

Los fundentes mas usados son: La Slice Caliza o Cal Doloma (oxido de magnesio y oxido de

calcio) Fluorespastos

El comportamiento de los fundentes, en el horno siderrgico depende principalmente del tamao de la partculas y la pureza.

Escoria Es el producto de la combinacin de la ganga

del mineral (etapa de reduccin) o los xidos de la carga (etapa de afino y reafino) y el fundente. Sirve para proteger y atrapar las impurezas del bao metlico.

Esta constituida fundamentalmente por Silicatos doble de Aluminio y Calcio, mezclados con xidos de Fe, Magnesia, sulfuros, Manganeso y Fsforo entre otros.

Escoria y Fundente Temperatura de fusin de los principales xidos que forman el

mineral de hierro: SiO2 1725C MnO 1947C CaO 2572C CaCO3, MgCO3 TDescomposicin ~ 840C y 540C

CaCO3 + CaO + CO2 MgCO3 + MgO + CO2

MgO 2852C P2O5 340C Al2O3 2072C Fe2O3 1566C Fe3O4 1597C

Temperatura de proceso, temperatura de colada mxima (16501650CC)

Escoria y Fundente

Hierro Esponja Es un material slido

poroso con un alto porcentaje de metalizacin, generalmente de la misma forma del material de carga, que contiene un alto porcentaje de hierro metlico (Fe), xido de hierro (FeO), carburo de hierro (Fe3C) y ganga, con un porcentaje de C que varia entre 1 a 2%.

Este producto de la reduccin directa del mineral de hierro

Coque Metalrgico

Es un residuo slido poroso, que se obtiene por destilacin de la hulla semigrasa de llama corta (carbn mineral). Esta se realiza en cmaras cerradas, donde estos carbones son calentados a altas temperaturas (900 a 1250C) fuera del contacto del aire.

Coque Metalrgico (cont.)

El coque sirve de combustible para calentar y fundir la carga y adems en calidad de agente qumico principal para los procesos de reduccin del mineral y carburacin del hierro (proceso en alto horno).

Tambin por su resistencia mecnica permite formar un lecho que soporta la carga.

Caractersticas o propiedades del Coque

Buena resistencia a la compresin. Buen nivel de porosidad. Composicin qumica bien definida. Es

necesario que el contenido de S, P y cenizas sea lo mas bajo posible.

Resistencia a la abrasin y al desgaste.

Caractersticas o propiedades del Coque (cont.)

Humedad 5% Cenizas 10.5% Azufre 0.65% Voltiles 1.5% Carbono fijo (base seca) 88% min Granulometra 25 mm x 80 m

Ferroaleaciones

Estas se emplean para mejorar las propiedades del acero y proveerlos de los elementos necesario para alearlos. Tambin ayuda a la refinacin como elementos desoxidantes.

Las principales ferroaleaciones usadas en siderurgia son: Fe-Si, Fe-Mn(desoxidantes); Fe-Ti, Fe-Cr, Fe-V (elementos de aleacin).

Influencia de los elementos de aleacin en el acero

Silicio Este se disuelve en la ferrita , aumentando la

resistencia sin disminuir mucho la ductilidad. Manganeso

Su objetivo es contrarrestar los efectos perjudiciales del azufre.

Fsforo Impureza que en cantidades superiores a 0,04%

aumenta la fragilidad en fro del acero Azufre

Se combina con el Fe para producir un FeS en cual tiende a concentrarse en los limites de grano, presenta un punto de fusin bajo lo cual tiende a producir fragilidad en caliente

Materiales Refractarios

Estos materiales se usan principalmente en los recubrimientos de los hornos y reactores. Deben soportar y contener las altas temperaturas que se desarrollan en los hornos y adems deben resistir los fenmenos fsicos qumicas con el metal liquido, la escoria y la erosin los gases calientes.

Los materiales refractarios mas utilizados en siderurgia son los hechos a base de Dolomita, Magnesita, Silico-Aluminosos, de alta Alumina y Grafito.

Principales empresas del sector siderrgico en Venezuela

CVG Ferrominera COMSIGUA VENPRECAR Orinoco Iron MATESI SIVENSA SIDETUR SIDOR LAMIGAL SIZUCA

Seguridad industrial en la industria Siderrgica

La industrial siderrgica es una de las actividades con mayor nivel riesgo a la integridad fsica de sus trabajadores, ya que en ella existe: Altas temperaturas (superficies, carga, gases, etc.). Izamientos de cargas de alto peso y temperatura. Peligro de explosin e incendio. Altos niveles de ruido y polvo. Alto niveles de gases y vapores. Zonas con nivel de radiacin moderadas. Alto nivel de transito peatonal y vehicular. Peligro de choques elctricos.