unidad 1

INSTITUTO TECNOLÓGICO DE TLALNEPANTLA

INGENIERÍA MECÁNICA PROPIEDAD DE LOS MATERIALES II UNIDAD i PRODUCCIÓN DE ARRABIO Y PROCESOS DE ACERACIÓN EQUIPO 5 INTEGRANTES: FLORES CALZADA ROBERTO MARTÍNEZ BAÑOS MARCO ANTONIO MORAN MOSQUEDA MIGUEL RODRÍGUEZ ARIAS JONATHAN ANTONIO SEMESTRE 4 PROFESOR: RÍOS RINCÓN HIPÓLITO

FECHA:FEBRERO 9 DE 2011

UNIDAD 1

PRODUCCIÓN DE ARRABIO Y PROCESOS DE ACERACIÓN

ÍNDICE 1.- PRODUCCIÓN DE ARRABIO Y PROCESOS DE

ACERACIÓN 1.1.- CONCEPTO DE METALURGIA 1.2.- PROCESO DE PREBENEFICIONS DE

MINERAL DE HIERRO 1.3.- PRODUCCIÓN DE ARRABIO 1.4.- PROCESOS DE ACERACIÓN

1.4.1.- HORNO ELÉCTRICO DE ARCO (HEA) 1.4.2.- HORNO BÁSICO AL OXÍGENO (BOF) 1.4.3.- DESGASIFICADO AL ARGÓN Y OXÍGENO (AOD) 1.4.4.- HORNO ELÉCTRICO DE INDUCCIÓN 1.4.5.- HORNO AL ALTO VACÍO (VHF)

INTRODUCCÓN En este tema, se habla de aquellos métodos

que se utilizan en la industria metalúrgica para la producción de los aceros, desde la extracción de los principales elementos hasta la obtención del acero deseado, se habla de los elementos necesarios así como de la maquinaria y equipo adecuado para estos procesos, aquí se mencionan los distintos tipo de altos hornos para la obtención del arrabio ya que este es el primer paso para la elaboración del acero,

INTRODUCCIÓN También se tienen que mencionar que

después de obtener el arrabio se utilizan otros tipos de hornos para realizar la fundición final y así obtener el acero no sin antes de llevar a cabo un proceso para examinar el producto y así saber si esta bien para terminar el proceso.

1.1 CONCEPTO DE METALURGIA

La metalurgia es la ciencia y tecnología de los metales, que incluye su extracción a partir de los minerales metálicos, su preparación y el estudio de las relaciones entre sus estructuras y propiedades. Los procesos metalúrgicos constan de dos operaciones: la concentración, que consiste en separar el metal o compuesto metálico del material residual que lo acompaña en el mineral.

CONCEPTO DE METALURGIA

y el refinado, en el que se trata de producir el metal en un estado puro o casi puro, adecuado para su empleo. Tanto para la concentración como para el refinado se emplean tres tipos de procesos: mecánicos, químicos y eléctricos. En la mayoría de los casos se usa una combinación de los tres. Desde tiempos muy remotos, el uso de ciertos metales conocidos, como el cobre, hierro, plata, plomo, mercurio, antinómico y estaño, se convirtió en indispensable para la evolución de las distintas civilizaciones.


Por ello, la metalurgia es una actividad a la que el ser humano ha dedicado grandes esfuerzos. Desde la antigüedad ya se aplicaban algunas técnicas metalúrgicas, como el moldeo a la cera perdida utilizado por los chinos, egipcios y griegos; la soldadura inventada por Glauco en el siglo VII a. C., y el tratamiento térmico para el temple con acero utilizado por los griegos. durante el siglo XIII aparecieron los primeros altos hornos y la fundición.

ARRIBA ALTO HORNO ,ABAJO(IZQ)ARRABIO,ABAJO(DER)ANALIZIS DEL MATERIAL OBTENIDO


RAMAS DE LA METALURGIAExisten varias ramas que comprenden la

metalurgia las cuales explican distintas formas de llevar a cabo los procesos metalúrgicos, estos procesos son:

Siderurgia Metalurgia extractiva Pulvi metalurgia Electrometalurgia Piro metalurgia Metalurgia adaptativa


SIDERURGIA

Es el proceso para el tratamiento del hierro para la obtención de diferentes tipos de hierro y sus aleaciones, este proceso inicia desde la extracción del mineral este se encuentra en la naturaleza en forma de óxidos, hidróxidos, carbonatos, silicatos y sulfuros. De los cuales los óxidos, hidróxidos y carbonatos los mas utilizados . Los procesos de transformación básicos son:

Óxidos: hematita (Fe2O3) y la magnetita (Fe3O4)Hidróxidos: limonitaCarbonatos: siderita o carbonato de hierro

(FeCO3)


Por lo regular los minerales se encuentran combinados en rocas, las cuales contienen gangas, elementos no deseados. Parte de la ganga puede ser separada del mineral de hierro antes de su envío a la siderurgia, existen dos métodos de separación:

Imantación: consiste en poner las rocas en un cilindro imantado de modo que aquellas que contengan mineral de hierro se adhieran al cilindro y caigan separadas de las otras rocas. El inconveniente de este proceso reside en que la mayoría de las reservas de minerales de hierro se encuentra en forma de hematita, la cual no es magnética.


Separación por densidad: se sumergen todas las rocas en agua, la cual tiene una densidad intermedia entre la ganga y el mineral de hierro. El inconveniente de este método es que el mineral se humedece siendo esto perjudicial en el proceso siderúrgico.

B proceso siderúrgico


METALURGIA EXTRACTIVA es la práctica de extraer el metal de mineral,

purificándolo, y reciclándolo.La mayoría de los metales son encontrados en

la corteza de la tierra como óxido y sulfuro. Estos compuestos se deben reducir para liberar el metal deseado. Hay dos métodos de reducción: electrolítico y producto químico.


La reducción química se puede realizar en una variedad de procesos, incluyendo la fundición el proceso de calentar un mineral con agente reductor (a menudo, coque ) y agentes de purificación para separar el metal fundido puro de los residuos. Algunos otros procesos para la reducción química incluyen reducción del hidrógeno.

Este último, sin embargo, no produce el metal puro, por lo tanto requiere un tratamiento adicional al producto.

CONCEPTO DE MEALURGIA

Electrolítico: la reducción implica el pasar de una corriente

grande a través de un óxido del metal fundido o de una solución acuosa de la sal del metal. Por ejemplo, aluminio es electrolice de bauxita disuelto en fundido criolita vía Proceso de Pasillo-Héroult.

C PLANTAS EXTRACTORAS


PULVI METALURGIA Es un proceso de fabricación que parte de los polvos

finos, para darle una forma determinada (compacta) se sintetiza en atmosfera controlada para la obtención de la pieza, este método en el indicado para la fabricación de piezas pequeñas de gran precisión para piezas poco comunes y para controlar el grado de porosidad o permeabilidad, algunos manejos comunes de este tipo de metalurgia son:

Rodamientos Arboles de levas Herramientas de corte Segmento de pistones Guías de válvulas Filtros etc.

D PROCESO DE PULVIMETALURGIA

CONCEPTO DE METALURGIA ELECTROMETALURGIA

Es la ciencia que estudia el tratamiento de los metales por medio de la electricidad. Muchos procesos se basan en la electrolisis, los cuales se describen como electrometalurgia que está estrechamente ligada con la electroquímica.

La electroquímica es la parte de la fisicoquímica que comprende la relación entre la electricidad y las reacciones químicas las cuales dan lugar a energía eléctrica (celdas o pilas galvánicas) y el proceso inverso de estas reacciones que tienen lugar por medio de energía eléctrica (celda de electrólisis).


La electrometalurgia se aplica en la extracción del metal de sus disoluciones o al afino de metales. La extracción electrolítica es prácticamente la vía obligatoria para metales muy reactivos como la Plata (Ag) y el Magnesio (Mg). Para otros, como el Zinc (Zn) o el Cobre (Cu), la piro metalurgia es una alternativa.

Los métodos electrolíticos son importantes para obtener los metales más activos como por ejemplo el Sodio (Na) ya que éste no se puede obtener de soluciones acuosas debido a que el agua se reduce más fácilmente que los iones metálicos

PLANTA ELECTROMETALÚRGICA CHIMBAS ARGENTINA


PIROMETALURGIALos procesos pirometalúrgicos son los métodos

más antiguos y de aplicación más frecuentes de extracción y purificación de metales. Los metales más comunes que se tratan por estos métodos incluyen cobre, níquel, plomo cobalto

estos procesos utilizan una combinación de varios procesos tostación, fusión, conversión refinación a fuego, refinación electrolítica y refinación química.


La tostación, que es el primer proceso, Se emplea para cambiar los compuestos metálicos a formas de tratamiento más fácil por las operaciones que siguen, así como también para remover algunas impurezas volátiles en la corriente de gas. Mediante la fusión y la conversión se funden los compuestos metálicos y se forman nuevos compuestos en estado líquido, los cuales se separan en capas de valores metálicos pesados y escoria más ligera que se forman con la roca de desecho.


La fusión es un proceso de concentración en el que una parte de las impurezas de la carga se reúne formando un producto ligero de desecho llamado escoria, el cual puede separarse por gravedad de la porción más pesada que contiene prácticamente todos los componentes metálicos deseados. el sistema de ductos del horno hacia un colector de polvos en el que se separan los sólidos para recircularlos y procesar los nuevamente en el horno.


La conversión es la etapa segunda y final en la fundición de minerales o concentra-dos de

sulfuros y es también una operación de concentración, como lo es la fusión. La fase liquida del sulfuro metálico de la mata que se produjo en el horno de fusión ha experimentado la separación de la mayor parte de la ganga y una parte del contenido de hierro en forma de escoria durante el paso de fusión, después del cual quedó la mata como una solución compleja pero refina posteriormente


La refinación es la operación final en laque se separan, y generalmente se recuperan, las últimas cantidades de impurezas que aún quedan después de que en los procesos extractivos mayores los elementos constitutivos metálicos de valor se han concentrado y separado en su mayor parte de la gran cantidad de material de ganga asociado. Hay varios tipos de refinación. Refinación a fuego, refinación electrolítica y refinación química

PLANTA PIRO METALÚRGICA

1.2 PROCESO DE PREBENEFICIO DE MINERAL DE HIERRO

PROCESO DE PREBENEFICIO DE MINERAL DE HIERRRO

Con el avance en métodos de beneficiamiento como concentración y aglomeración, la variedad de materiales posibles de ser explotados que contienen hierro pudo ser ampliado a los de bajo grado, lo que en tiempos anteriores era imposible. Estos métodos no sólo ayudan a obtener concentrados de mineral de la taconita (plomo y hierro), sino que también son usados para mejorar el hierro de alto grado controlando su tamaño particular y reduciendo el contenido de la ganga en este mismo.

Existen diferentes métodos usados en el descubrimiento de minas y yacimientos de mineral de hierro.

PROCESO DE PREBENEFICIO DE MINERAL DE HIERRO

Están las técnicas geofísicas basadas en la instrumentación, perforación y otros métodos de estudio geológico tales como el mapeo, que se basa en las medidas contrarrestadas entre el mineral y sus rocas circundantes usando propiedades físicas como el magnetismo y densidad de ellas.


También existe el magnetómetro moderno usado para determinar la fuerza del campo magnético de la tierra o su componente vertical en cualquier punto. La forma del campo magnético de la Tierra no es uniforme debido a irregularidades producto de variaciones en la forma y composición de la corteza terrestre y capa superior. Las variaciones detectadas en menor escala son producto de disturbios magnéticos causados por concentración de material magnético cercano a la superficie y es aquí donde se deben buscar nuevos depósitos.


Por supuesto no se dejan de lado las técnicas de taladro debido específicamente a los mejoramientos recientes en las técnicas de la perforación de núcleo que permiten obtener muestras de calidad. Para lo anterior se emplean taladros de diamante y mezclas de éste según la dureza de la superficie de muestra. También son ayudados por el movimiento rotatorio penetrante y la circulación en reversa, que permiten una rápida penetración con toma de muestras bastante efectiva.


El término «beneficiamiento» con respecto al mineral de hierro se emplea comúnmente para designar todos aquellos métodos usados para procesar el mineral con objeto de mejorar sus características químicas, físicas o metalúrgicas de modo de desarrollar una mezcla más deseable para alimentar el horno. Algunos de estos métodos son:

Trituración y tamizado Mezcla Lavado Agitación


consiste en darle al mineral un tamaño apropiado para ser cargado en el alto horno, el que, actualmente, requiere de la trituración y tamizado de las granzas de carga directa al horno de un tamaño más fino que 6 mm y con más de 30 mm de grueso bruto. El tamaño se selecciona basado en las características del mineral de modo que asegure una alta permeabilidad en el apilado y permita el tiempo suficiente para la reducción del material bruto. Los finos de menos de 6 mm producidos mediante este método son generalmente aglomerados mediante sintetización e incluso a veces regraneados o reconstituidos y peletizados.


MEZCLA La mezcla sofisticada combinada y algunas

facilidades para su carga son ahora muy comunes, lo que ayuda a elaborar insumos que logren y cumplan la calidad requerida y los estándares que la industria necesita. Los sistemas más usados son los de apilamiento, que significan el agrupamiento en capas del mineral, donde cada capa representa mineral que varía en tamaño y composición química de las que le preceden y anteceden. El mineral se retira mediante grúas y excavadoras, cargadores frontales y otros. El retiro del mineral de esta pila resulta en la obtención de material con mezcla uniforme proveniente de todas las capas.

PROCESO DE PREBENEFICO DE MIERAL DE HIERRO

Además existe el «beneficiamiento» de mejorar la calidad del hierro de bajo estándar al despachar y embarcar este mismo. Por ejemplo, la formación natural de las reservas provoca capas de casi puro óxido de hierro mezclados con capas de sílice parcialmente descompuestas. El mineral de las capas de sílice puede ser fácilmente mejorado mediante técnicas simples de lavado donde las partículas finas de sílice pueden ser separadas de las más pesadas, densas y demás.


LAVADO Este método es el proceso más simple de

concentración de mineral que aprovecha la alta gravedad específica y tamaño bruto del mineral para separarlo de la ganga silicosa más fina y liviana predominantemente en forma de cuarzo y arcilla. Se prepara el mineral para ser lavado en dos etapas más finas que 50 mm. El mineral es alimentado a lavadores especialmente diseñados que se encargan de agitarlo intensamente mediante sus paletas que en combinación con el flujo contrapuesto del agua, remueve la sílice fina de éste, dejando un producto residual muy rico en hierro


AGITAZCIÓN Algo más complejo es el de agitación, usado en el

mineral con características más refractarias que requiere de quiebre para remover las capas de sílice. Consisten estos instrumentos de agitación, generalmente, en pantallas horizontales que alojan una cama de 15 a 25 cm de profundidad. Mediante la acción pulsante del agua, acción impartida a través de una bomba oscilante o mediante el movimiento físico hacia arriba y abajo de la propia pantalla, el mineral entrante a ésta es estratificado. Al caer el mineral, el movimiento pulsante permite que las partículas de sílice más livianas suban a la parte alta de la cama mientras que las partículas más ricas en hierro bajen a la base


Para utilizar en el alto horno, se requiere procesar el mineral o concentrados de modo que alcancen las especificaciones físicas y químicas necesarias. Hace dos décadas el mineral era clasificado por los productores para cumplir estándares de estos hornos que demandaban composiciones especiales químicas y particulares como también de estructura. Con el avance de técnicas de concentración y peletización esto se ha tornado más fácil. Las empresas comercializadoras de mineral alcanzan estos requerimientos mediante la obtención e intercambio con otros minerales.


La uniformidad, por ejemplo, ha obligado al uso de sistemas de mezcla y aleaciones involucrando la formación sistemática de capas en las pilas de almacenamiento o consumo mediante el corte transversal de estas capas. Lo anterior es usado para preparar una alimentación uniforme para la operación de modernas plantas de sintetización.

PRODUCCIÓN DE ARRABIO

PRODUCCION DE ARRABIO

El hierro de primer fusión, también conocido como arrabio, es el que se obtiene directamente del alto horno en forma de lingotes que, refundidos, dan las fundiciones o hierros de segunda fusión, empleados en coladas, en los que, en general, se introducen correctivos convenientes. Además de carbono, las fundiciones corrientes contienen: silicio, fósforo, manganeso y azufre. La adición de fósforo en pequeños porcentajes mejoran las características mecánicas, mientras que porcentajes mayores del 0,8% le dan gran resistencia al desgaste (fundiciones fosforosas).


El fósforo favorece la colabilidad de la fundición, mejorando su fluidez. El azufre confiere fragilidad y, por tanto, su contenido ha de ser muy limitado. Se llama fundición especial a la que contiene otros elementos además de los antes mencionados, particularmente níquel, cromo, molibdeno y vanadio. Se denomina fundición hematites a la de primera fusión que tiene menos del 0, 1 % de fósforo, un 4% de carbono y carece casi de azufre; por su pureza se emplea para obtener fundiciones especiales.


Para la producción de hierro y acero son necesarios cuatro elementos fundamentales:

Mineral de hierro. Coque. Piedra caliza. Aire. Los tres primeros se extraen de minas y son

transportados y prepararlos antes de que se introduzcan al sistema en el que se producirá el arrabio.


ALTO HORNO Un horno alto funciona ininterrumpidamente, día

y noche, hasta que, al cabo de un tiempo, que oscila entre 7 y 15 años, debe retirarse del servicio para reconstruir las instalaciones corroídas. El arrabio que sale por la boca de colada del alto horno se recoge en un gran recipiente, que es de acero y se halla revestido interiormente de refractario, el cual lo aísla térmicamente y permite su transporte hasta la acerería, en la que es transformado en el acero.

ALTO HORNO

ESQUEMA DE UN ALTO HORNO


Los tres minerales, el mineral de hierro, el coque y la caliza se vacían en el horno a intervalos, haciendo así continuo el proceso. Para producir una tonelada de hierro se requieren aproximadamente dos toneladas de mineral, una tonelada de coque y media de piedra caliza.

Uno de los tres minerales principales en la producción del arrabio es el coque, resultado de que se alientan ciertos carbones suaves en ausencia de aire.

FUNCIONAMIENTO DEL ALTO HORNO


Cuando el carbón de piedra se calienta en hornos de coque y se extraen los resultantes, el residuo es el coque. El coque material duro, frágil y poroso que contiene del 85 % a de carbono, junto con algo de cenizas, azufre y fósforo. Del gas que se produce en los hornos de coque obtienen muchos productos útiles: gas combustible, amoniaco, azufre, aceites y alquitranes. De los alquitranes del carbón de piedra provienen muchos productos importantes como colorantes, plásticos, hules sintéticos perfumes y aspirinas.


El horno se carga con capas alternadas de capas alternadas de coque, piedra caliza y mineral; desde el fondo se inyecta por toberas aire precalentado a 900 °C a través de la carga efectuándose la combustión completa del coque que adquiere temperaturas máximas entre 1700 a 1800 °C


El hierro fundido, arrabio o fundición de primera fusión se acumula en el cristal y sobre su superficie flota la escoria durante el sangrado del horno el hierro (Fe) se deja correr por el canal para colectarse en ollas grandes, con las cuales se llenan lingoteras o bien se conducen a mezcladoras calientes donde se almacenan y se mezclan con otras fundiciones para curarse posteriormente en algún proceso de obtención del acero (refinación de arrabio.)

ARRABIO

PRODUCCION DE ARRABIO FUNDICION GRIS

Constituyen la clase más común y reciben este nombre por el color de material recién fracturado. Contienen aproximadamente un 4 % de carbono y un 3 % de silicio; la estructura es perlática, con láminas de carbono granítico distribuidas por la matriz.

Esta discontinuidad estructural explica las propiedades características de esa clase de fundiciones: valores de resistencia a la tracción y alargamiento muy bajos (R = 10 - 35 kg/mm2), escasa sensibilidad al corte y comportamiento inelástico a las tensiones. Sin embargo, hay que recordar nuevamente que las propiedades y la estructura depende en gran manera de la velocidad de enfriamiento de la pieza y, por consiguiente, de sus dimensiones.


Sin embargo, hay que recordar nuevamente que las propiedades y la estructura depende en gran manera de la velocidad de enfriamiento de la pieza y, por consiguiente, de sus dimensiones. La fundición gris se fabrica en el alto horno, para esto se utiliza de 900 a 1500Kg. de coque se lleva a cabo la llamada marcha caliente, obteniéndose fundición gris que contiene cantidades altas de carbono en forma de grafito (2.2 a 4.5 %), debido al alto contenido de silicio más de 1% y pequeñas cantidades de magnesio fósforo y azufre.


La escoria contiene una cantidad baja de oxido de hierro debido a su considerable reducción, el enfriamiento es lento

Las fundiciones grises se utilizan para fabricar elementos robustos, debido a su óptima facilidad de colada, pero poco sometidos a fatigas y esfuerzos, tales como soportes, contrapesos, basamentos de máquinas, etc. Las aleaciones de esta clase no pueden ser tratadas térmicamente. Mediante técnicas de colada adecuadas se obtiene una distribución uniforme de grafito en forma de partículas muy finas dispersas por el núcleo o matriz. Este factor produce alguna mejora de las propiedades mecánicas del material colado (R alcanza valores de hasta 45 kg/mm2) Con lo que aumenta notablemente la plasticidad.

FUNDICION GRIS


FUNDICIONES BLANCAS

La fundición blanca cuando se fabrica en alto horno se utilizan 830 a 990 Kg de coque, para que obtenga la fundición blanca se debe trabajar el horno en marcha fría, obtiene fundición blanca, con menos grafito o sin él. El carbono permanece combinado con el carburo de hierro (45%) por enfriamiento rápido de lingote, su contenido es del 3% de carbono y posee menos del 1% de silicio ya que la temperatura de marcha es relativamente baja; la reducción en este caso es incompleta por lo que determinada cantidad de FeO pasa a la escoria.


Las fundiciones blancas son duras, frágiles, de fractura blanca y cristalina Y en ellas el carbono se presenta combinado en forma de cementita. En las fundiciones blancas, el carbono, en porcentaje nunca superior al 3 %, está combinado por completo en forma de cementita y la estructura es mixta: perlítica-cementítica. Este efecto es favorecido por la presencia de ligantes como el cromo y el manganeso, por la reducción del contenido de silicio y por el aumento de la velocidad de enfriamiento.


Presentan una dureza notable y resistencia al desgaste, por lo que son utilizadas fundamentalmente para fabricar mazos de trituradores, cilindros de laminadores, etcétera.

Sin embargo, su función más importante consiste en constituir el punto de partida para la obtención de fundición maleable: mediante un adecuado tratamiento térmico se provoca la coalescencia (capacidad de fundirse) de las láminas de grafito en nódulos separados o también, además de la coalescencia del grafito, la descomposición de la perlita hasta obtener un núcleo ferrifico, con nódulos de grafito dispersos en él.


Las fundiciones maleables se consideran productos intermedios entre las fundiciones grises y los aceros; pueden ser tratadas térmicamente y son adecuadas tanto para piezas robustas como para las sometidas a tensiones del tipo medio. Se utilizan en gran escala en la industria automovilística y de producción de máquinas agrícolas, para obtener ejes, soportes, puentes posteriores, basamentos, horquillas, etc.… igualmente, son muy empleadas para empalmes roscados de tubos. Sin embargo, existe una limitación de carácter dimensional, ya que no es posible obtener la estructura deseada cuando se trata de piezas muy gruesas.

FUNDICION BLANCA


FUNDICION ATRUCHADA La fundición atruchada es una variedad

intermedia que tiene el aspecto de hierro blanco con manchas color gris oscuro. El carbono se encuentra en forma libre y combinada. Este hierro se produce en condiciones controladas.

Generalmente no tiene mucho uso comercial, se utiliza donde no se requiere que soporte mayores esfuerzos o realice trabajos forzados, un ejemplo son las bancas que están en los parques, son de hiero atruchado.

FUNDICION ATRUCHADA


APLICACIONES DE LAS FUNDICIONES En cuanto a las aplicaciones más importantes

de las fundiciones, dependen del tipo de fundición:

Fundición blanca: se trata de fundiciones cuyo enfriamiento se ha realizado de una manera rápida y, por lo tanto, el exterior de la pieza es fundición blanca hasta 4 cm de espesor, y el interior es una fundición gris, así se obtienen piezas duras en la periferia y un alma suficientemente resistente.


Las aplicaciones principales suelen ser para piezas que resisten fuertes desgastes: cilindros laminadores, mandíbulas de machacadoras, ruedas de vagones, zapatas de freno de ferrocarril, etc. Los procedimientos de maleabilización se aplican a objetos que tienen su forma definitiva, así permiten obtener piezas de formas complicadas que serían difíciles de realizar en acero, sea por colada, sea por forja. El producto obtenido en las maleabilizaciones es blando y tenaz. Algunas aplicaciones son las siguientes: para soportes del motor de un coche, maquinaria agrícola, conexiones de tuberías, etc.

SOPORTE DE MOTOR DE UN COCHE HECHO POR FUNDICION BLANCA


Fundición gris: la industria no utiliza apenas estas fundiciones ya que sus propiedades mecánicas son mediocres. Tienen una gran capacidad de amortiguamiento de las vibraciones, y de ahí su utilización para las bancadas de las máquinas. La fundición gris, tratada térmicamente, se utiliza para máquinas herramientas, motores de combustión interna y otras piezas sometidas a vibración y desgaste. En cuanto a la fundición gris de grafito esferoidal, poseen una resistencia mecánica y una ductilidad mayor que las de las fundiciones grises usuales. La facilidad de mecanización es excelente. Las principales aplicaciones son: tubos para la conducción de agua, de gas y de petróleo.

EJEMPLO DE FUNDICION BLANCA


Fundiciones aleadas: los tipos principales que utiliza la industria son:

Fundiciones de alta resistencia mecánica: son fundiciones grises de débil contenido en Ni (de 1-2%) y en Cr (0,2-0,8%) en las cuales la mejora es originada por la finura de perlita y de grafito, y fundiciones blancas de contenidos más altos (3 a 5 Ni, 0,5 a 2 Cr). Se emplean para cilindros de motores de explosión, elementos de machacadoras, cilindros de laminadores, etc. a causa de su excelente resistencia al desgaste.


Fundiciones resistentes a la corrosión: Se utilizan fundiciones de 15Ni, 3Cr, 6Cu o de alto contenido en cromo (30-35%). Las aleaciones de 15-18% sí resisten los ácidos y en particular al ácido sulfúrico.

ELEMENTOS DE LA MACHACADORA SO HECHOS POR FUNDICION ALEADA

1.4 PROCESOS DE ACERACIÓN

PROCESOS DE ACERACION

Actualmente en el mundo solo 2 procesos de aceración son lo que producen la totalidad del acero que es alrededor de 1.2 billones de toneladas. Estos procesos son el BOF (LD) u oxiconvertidor al oxígeno y el HEA u Horno Eléctrico de Arco.

En el caso del primer proceso, cuya característica es la insuflación de oxígeno a una velocidad supersónica y cuya materia prima lo constituye cerca de un 70% de arrabio o hierro primario líquido y el resto de chatarra, se utilizan las variantes de su unión con el proceso Q-BOP (inyección de oxigeno y gas natural por el fondo) que dieron como resultado la tecnología actual llamada

PROCESO DE ACERACIÓN

“Soplo Combinado” es decir, fabricar aceros inyectando oxígeno tanto por la parte superior como por la parte inferior del Convertidor y en el que desde el punto de vista metalúrgico trabaja con una escoria del tipo Oxidante y Básica. Para el caso del HEA, en el que la principal fuente de energía es la electricidad en conjunto con la inyección de oxígeno y de quemadores de oxiconbustible, ha tenido tantos desarrollos que le permiten en el mundo participar en el mundo con una producción de aproximadamente el 40% de la producción mundial y en México con cerca del 60%.


El HEA tiene mayor flexibilidad que el BOF, puesto que puede operar con 1 o 2 Escorias, oxidantes o reductoras, básicas o ácidas, según las necesidades de producción.

Es muy importante mencionar que con el advenimiento de la tecnología de Refinación Secundaria, tanto el BOF como el HEA solo se utilizan prácticamente para descarburizar y las demás reacciones se realizan fuera de estos hornos, ya sea en la Olla o en unidades especiales.


En el convertidor Bessemer, la fundición (material frágil e impuro con 3 a 4% de carbono) se transforma en acero de 0.10% de carbono aproximadamente, que es muy tenaz, dúctil y maleable.

El método ideado por Bessemer consistió en hacer pasar un chorro de AIRE a través de la fundición que en estado líquido contenía un gran crisol en forma de pera. Al oxidarse el Silicio, el Manganeso, el Hierro y el Carbono que contiene la fundición se producía una gran cantidad de calor y se elevaba la temperatura del baño metálico de 1250 a 1650ºC. Los óxidos de estos elementos se combinan entre sí dando lugar a silicatos complejos de poca densidad que formaban la ESCORIA. El óxido de carbono se quema al contacto con el aire.

ACEROS TERMINADOS

1.4.1 HORNO ELÉCTRICO DE ARCO (HEA)

HORNO ELECTRICO DE ARCO

es un horno que se calienta por medio de un arco eléctrico.

Los tamaños de un horno de arco eléctrico van desde la tonelada de capacidad (utilizado en fundiciones) hasta las 400 toneladas de capacidad utilizada en la industria metalúrgica. Además, existen hornos de laboratorio y usados por dentistas que tienen una capacidad de apenas doce gramos.

La temperatura en el interior de un horno de arco eléctrico puede alcanzar los 1800 grados Celsius.


El horno de arco eléctrico para acería consiste en un recipiente refractario alargado, refrigerado por agua para tamaños grandes, cubierta con una bóveda también refractaria y que a través de la cual uno o más electrodos de gráfico están alojados dentro del horno. El horno está compuesto principalmente de tres partes:

El armazón, que consiste en las paredes refractarias y la cimentación.

El hogar, que consiste en el lecho refractario que bordea la cimentación.

La bóveda o cubierta, de aspecto esférico o de frustrum (de sección cónica), cubre el horno con material refractario.


La bóveda está construida con materiales de alta resistencia piroscópica (generalmente hormigón refractario) para soportar grandes choques térmicos y en el cual entran los electrodos de grafito que producen el arco eléctrico. Los electrodos tienes una sección redonda y, por lo general, en los segmentos con acoplamientos roscados, de modo que a medida que se desgastan los electrodos, se pueden agregar nuevos segmentos.


El arco se forma entre el material cargado y el electrodo, así la carga se calienta tanto por la corriente que pasa a través de la carga como por la energía radiante generada por el arco. Los electrodos suben y bajan automáticamente mediante un sistema de posicionamiento, que puede emplear ya sean montacargas eléctricos o cilindros hidráulicos.

El sistema de regulación mantiene aproximadamente constante la corriente y la potencia de entrada durante la fusión de la carga, a pesar de que la chatarra puede moverse debajo de los electrodos a medida que se derrite.


Los brazos del mástil de sujeción de los electrodos llevan pesados embarrados, los cuales pueden estar huecos con tuberías de cobre refrigeradas por agua llevando corriente eléctrica a las sujeciones de los electrodos. se pueden fabricar de acero revestido de cobre o de aluminio. Puesto que los electrodos se mueven arriba y abajo de forma automática para la regulación del arco y se levantan para permitir quitar la bóveda del horno, cables refrigerados por agua pesada conectan el haz de tubos y brazos con el transformador situado junto al horno. Para proteger el transformador del calor, éste se instala en una cámara acorazada.


El horno está construido sobre una plataforma basculante para que el acero líquido se vierta en otro recipiente para el transporte. La operación de inclinación del horno para verter el acero fundido se conoce como "tapping". Originalmente, todos los hornos de producción de acero tenían un caño para verter que estaba revestido de refractario que aliviaban cuando estaban inclinados, pero a menudo los hornos modernos tienen una desembocadura excéntrica en la parte inferior (EBT) para reducir la inclusión de nitrógeno y de escoria en el acero líquido.

ELECTRODOS FUNCIONANDO


Producir una tonelada de acero en un horno de arco eléctrico requiere aproximadamente de 400 kilovatios-hora de electricidad por tonelada corta, o alrededor de 440 kWh por tonelada métrica; la cantidad mínima teórica de energía requerida para fundir una tonelada de chatarra de acero es de 300 kWh (punto de fusión 1520°C/2768°F). Por lo tanto, dicho horno de arco eléctrico de 300 toneladas y 300 MVA requeriría aproximadamente de 132 KWh de energía para fundir el acero, y un "tiempo de encendido" (el tiempo que el acero se funde con un arco) de aproximadamente 37 minutos. La fabricación de acero con arco eléctrico es sólo rentable donde hay electricidad abundante, con una red eléctrica bien desarrollada.

1.4.2 HORNO BASICO AL OXIGENO

HORNO BASICO AL OXIGENO

El proceso de oxígeno básico tiene lugar en un recipiente de forma semejante al convertidor Bessemer. En él se introduce hierro fundido y chatarra de acero, y se proyecta sobre la superficie un chorro de oxígeno a una presión muy grande. El carbono y las impurezas se queman rápidamente. Un crisol BOS típico sostiene aproximadamente 500 toneladas de acero. El crisol está recubierto con ladrillos refractarios resistentes al calor que pueden resistir la alta temperatura del metal fundido.

El proceso de acería de oxígeno básico es como sigue:


El hierro fundido de un horno alto es vertido en un contenedor refractario-rayado grande llamado un cucharón.

El metal en el cucharón es enviado directamente para la acería de oxígeno básica a una etapa de pre tratamiento. El pre tratamiento del metal de alto horno es usado para reducir la carga de refinado de azufre, silicio, y fósforo. En el pre tratamiento de desulfuración, una lanza es introducida en el hierro fundido en el cucharón y varios cientos de kilogramos de magnesio pulverizado son añadidos. Las impurezas de azufre son reducidas al sulfuro de magnesio en una reacción exotérmica violenta.


. El sulfuro es sacado del crisol en forma de escoria. El pre tratamiento similar es posible para desiliconisación y defosforilación que usa la escala de molino (óxido de hierro) y la cal como reactivo. La decisión de pre tratar depende de la calidad del metal de alto horno y la calidad final requerida del acero BOS.

El relleno del horno con los ingredientes es llamado culpando. El proceso de BOS es autogenerado: la energía térmica requerida es producida durante el proceso. Manteniendo el equilibrio de precio apropiado, la proporción de hot-metal para desechar, es por lo tanto muy importante. El recipiente BOS es un quinto lleno de la pizca de acero.


El hierro fundido de la cucharón es añadido como requerido por el equilibrio de precio. Una química típica de hot-metal cobrado en el contenedor BOS es: el 4 % C, 0.2-0.8%Si, 0.08 %-0.18%P, y 0.01-0.04%S.

El recipiente es puesto entonces derecho y una lanza refrescada por agua es bajada abajo en ello. La lanza hace volar el oxígeno puro del 99 % en el acero y hierro, haciendo la temperatura elevarse a aproximadamente 1700°C. Este derrite la pizca, baja el contenido de carbón del hierro fundido y las ayudas quitan elementos químicos no deseados. Esto es este uso de oxígeno en vez del aire que mejora en el proceso de Bessemer, para el nitrógeno (y otros gases) en el aire no reacciona con el precio cuando el oxígeno hace.


Los flujos (cal quemada o dolo mite) son alimentados al contenedor para formar la escoria que absorbe impurezas del proceso de acería. Durante la sopladura del metal en el contenedor forma una emulsión con la escoria, facilitando el proceso de refinado. Cerca del final del ciclo de soplado, que toma aproximadamente 20 minutos, la temperatura es medida y las muestras son tomadas. Las muestras son probadas y un análisis de computadora del acero dado dentro de seis minutos. Una química típica del metal hecho volar es 0.3-0.6%C, 0.05-0.1%Mn, .01-0.03%Si, 0.01-0.03%S y P.


El recipiente BOS es inclinado otra vez y el acero es vertido en un cucharón gigantesco. Este proceso es llamado dando un toque al acero. El acero es refinado adelante en el horno de cucharón, añadiendo materiales de aleación para dar las propiedades especiales de acero requeridas por el cliente. A veces el gas de nitrógeno o argón es burbujeado en el cucharón para asegurarse la mezcla de aleaciones correctamente. El acero ahora contiene el carbón del 0.1-1 %. Más de carbón en el acero, más duro es, pero es también más frágil y menos flexible.

Después de que el acero es quitado del recipiente BOS, la escoria, llena de impurezas, es vaciado y refrescado.

PROCESO DE HRNO BASICO AL OXIGENO

1.4.3 DESGASIFICADO AL ARGON Y OXIGENO

DESGASIFICADO A L ARGON Y OXIGENO

En este como el acero contiene elementos perjudiciales que se deben eliminar como los gases disueltos durante su procesos de fabricación para reducir estos contenidos se somete el acero liquido al vacio, este tipo de técnica tiene tres principales sub divisiones que son la desgasificación de chorro de colada que consiste en situar el recipiente que va a recibir al acero liquido ya sea una cuchara o lingotera en una cámara de vacío,

DESGASIFICADO AL ARGON Y OXIGENO

el acero por efecto del vacío se fricciona y esto favorece la eliminación de los ya mencionados gases; la desgasificación del acero en la cuchara se refiere a que primero se sitúa la cuchara dentro de la cámara de vacio lo cual facilita la desgasificación ya que el acero se remueve por una corriente de gas para ser específicos de argón o electromagnéticamente; la desgasificación por recirculación: consiste en hacer circular repetidas veces el acero por una cámara de vacío.


Existe además el afino de aceros inoxidables: en este proceso lo que viene siendo la chatarra se funde en un horno eléctrico, después de colada la cuchara con al acero fundido en la cámara de vacio se le inyecta oxigeno con una especie de lanza esto elimina el carbono provocando una muy baja oxidación metálica, al mismo tiempo se pasa argón a través de un tapón poroso situado al fondo de la cuchara este sirve para

Homogenizar la masa del acero.


Tratamiento de homogenización por barboteo: consiste en la agitación del baño mediante la inyección de un gas a través del fondo de la cuchara por un alanza, este gas es generalmente argón.

Tratamiento de desulfuración y desoxidación: se inyectan silicio y calcio en polvo a través de una lanza junto con escoria, el acero produce una agitación por el paso del gas lo que conlleva una buena homogenización de temperatura y composición del baño y una buena limpieza.


La desoxidación del acero por el carbono en el vacío: al ser tratado en el vacio el acero debido a que tienen gases como carbono y oxigeno estos reaccionan entre sí formando CO este es eliminado del vacío disminuyendo casi en su totalidad la presencia de oxigeno, disminuyendo también la presencia de hidrogeno.

Tratamiento de afino con calentamiento de acero en cuchara: este método permite crear aceros con bajo contenido de gases y azufre además de una regulación en la composición y la temperatura, se les hace inyección de argón y cuando se tiene el grado de azufre que se requiere se le añaden ferroaleaciones y así se obtiene el acero deseado.

1.4.4 HORNO ELECTRICO DE INDUCCION

HORNO ELECTRICO DE INDUCCION

Es un horno eléctrico en el que el calor es generado por calentamiento por la inducción eléctrica de un medio conductivo (un metal) en un crisol alrededor del cual se encuentran enrolladas bobinas magnéticas.

El principio de calentamiento de un metal por medio de la inducción fue descubierto por Michael Faraday en 1831 mientras se encontraba experimentando en su laboratorio.


Una ventaja del horno de inducción es que es limpio, eficiente desde el punto de vista energético, y es un proceso de fundición y de tratamiento de metales más controlable que con la mayoría de los demás modos de calentamiento. Otra de sus ventajas es la capacidad para generar una gran cantidad de calor de manera rápida. Los principales componentes de un sistema de calentamiento por inducción son: la bobina de inducción, la fuente de alimentación, la etapa de acoplamiento de la carga, una estación de enfriamiento y la pieza a ser tratada.


Las fundiciones más modernas utilizan este tipo de horno y cada vez más fundiciones están sustituyendo los altos hornos por los de inducción, debido a que aquellos generaban mucho polvo entre otros contaminantes. El rango de capacidades de los hornos de inducción abarca desde menos de un kilogramo hasta cien toneladas y son utilizados para fundir hierro y acero, cobre, aluminio y metales preciosos.

HORNO ELECTRICO DE INDUCCIÓN

Uno de los principales inconvenientes de estos hornos es la imposibilidad de refinamiento; la carga de materiales ha de estar libre de productos oxidantes y ser de una composición conocida y algunas aleaciones pueden perderse debido a la oxidación (y deben ser re-añadidos).

El rango de frecuencias de operación va desde la frecuencia de red (50 ó 60 Hz) hasta los 10 KHz, en función del metal que se quiere fundir,

http://es.wikipedia.org/wiki/Hercio

HORNO ELECTRICO DE INDUCCIÓN

la capacidad del horno y la velocidad de fundición deseada - normalmente un horno de frecuencia elevada (más de 3000 Hz) es más rápido, siendo utilizados generalmente en la fundición aceros, dado que la elevada frecuencia disminuye la turbulencia y evita la oxidación. Frecuencias menores generan más turbulencias en el metal, reduciendo la potencia que puede aplicarse al metal fundido. Un horno para una tonelada precalentado puede fundir una carga fría en menos de una hora. En la práctica se considera que se necesitan 600 Kw para fundir una tonelada de hierro en una hora.

HORNO ELECTRICO DE INDUCCION (FUNCIONANDO)

1.4.5 HORNO AL ALTO VACIO

HORNO AL ALTO VACÍO

Después de ser producido en cualquiera de los hornos de fabricación de acero, el acero derretido puede refinarse aún más para producir acero de alta pureza y homogeneidad. Esto se logra removiendo los gases (oxígeno, hidrógeno y nitrógeno) en el acero derretido que fueron absorbidos o formados durante el proceso de fabricación.

Si los gases no se remueven antes que el acero se solidifique, su presencia o sus reacciones con otros elementos en el acero puede producir defectos tales como: inclusiones (partículas sólidas de óxido), sopladuras (bolsas de gas), descascarillamiento (grietas internas) y fragilidad (pérdida de ductibilidad).


La desgasificación del acero fundido se lleva a cabo exponiéndolo a un vacío. La presión enormemente reducida sobre la superficie del líquido permite que los gases escapen.

El acero fundido puede desgasificarse de varias

maneras. Las dos más comunes son: Desgasificación por Flujo Desgasificación en la Olla Colada

Desgasificación por flujo


En este proceso, el acero fundido se vierte desde la olla de colada dentro de una lingotera, la cual está completamente encerrada en una cámara de vacío. Mientras el flujo de acero fundido cae dentro del vacío, se separa en gotitas. Debido a la reducida presión sobre el líquido, los gases disueltos revientan y se extraen fuera de la cámara por medio de una bomba de vacío. Libre ya de gases en la lingotera, éste se solidifica en un acero de alta pureza.

HORNO AL ALTO VACIO

Desgasificación en la olla de colada

En este proceso, el acero derretido se desgasifica en la olla de colada. Se hace descender un recipiente de vacío calentado de modo que su boquilla de absorción quede por debajo del nivel líquido del acero fundido.

La presión atmosférica impulsa el acero fundido hacia arriba dentro de la cámara de vacío, en donde los gases revientan y se extraen mediante la bomba de vacío. La elevación del recipiente de vacío permite que el acero fundido fluya de vuelta, por la fuerza de gravedad, dentro de la olla de colada. Este ciclo se repite varias veces hasta que la totalidad el acero fundido en la olla se ha desgasificado.

HORNO AL ALTO VACIO (PARTES)

unidad 1

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