El documento describe el proceso siderúrgico del alto horno para producir acero. El alto horno es un reactor vertical donde se produce hierro de primera fusión (arrabio) a partir de mineral de hierro, coque y fundentes. El proceso involucra varias zonas de reacción donde ocurren reducciones y formación de arrabio y escoria a altas temperaturas. El arrabio resultante contiene hierro, carbono, manganeso, silicio y trazas de otros elementos.

1. UNIVERSIDAD NACIONAL DANIEL
ALCIDES CARRION
CATEDRA: ING. Ramiro SIUCE BONIFACIO
FACULTAD DE INGENIERIA
ESCUELA DE FORMACION PROFESIONAL DE METALURGIA

2. PROCESOS SIDERURGICO DELACERO

3. 1. ALTO HORNO
Es un reactor vertical
continuo en contra
corriente, que se utiliza
para la producción del
hierro de primera fusión ó
arrabio, a partir de
mineral de hierro.

4. 2. PARTES DEL ALTO HORNO
2. ETALAJE. Esta parte ubicada
encima del crisol; de forma cónica
troncada.
5
4
3
2
1
5. TRAGANTE. Extremo superior
del alto horno donde se carga la
carga
3. VIENTRE. Esta parte forma la
zona entre los etalajes y la cuba.
4. CUBA. Forma cónica truncada es
la unidad más alta del horno.
1. CRISOL. Esta parte sirve como
depósito de los materiales
fundidos, el arrabio y la escoria;
tienen una forma cilíndrica.

5. 3. MATERIALES UTILIZADOS
PELLETS
FUNDENTE
COKE

6. 3.1. PELLETS
 Fe2O3 .HEMATITES, contiene 70% de Fe y 30% de 02, poco P y S.
 Fe2O3.nH2O LIMONITAS, (o hematita pardo) contiene 60% de Fe y 14%
de aguas de cristalización, el contenido en P varía grandemente.
 Fe3O4 MAGNETITA; contiene 72.4% de Fe y 27.6% de 02, contenido en P
varia grandemente.
 FeCO3 SIDEROSA; contiene 40.2% en Fe y 37.4 en C02 bajo contenido
en Mn, Mg y Ca.
 FeS2 PIRITAS; contiene 46.6 % de Fe y alto contenido de azufre (mayor
de 45% en S) no utilizado como menas de hierro
Pelotillas de 15mm a 25 mm
de diámetro, de color negro
y posen buena resistencia
mecánica, con 65 % de Fe

7. Es un combustible artificial sólido poroso formado por
carbono, que se obtiene después de someter carbones a
elevadas Tº en ausencia de O2, provocando la liberación de
gases. Debe tener una resistencia mecánica del orden de
160 Kg/cm2 para resistir sin pulverizarse grandes cargas. Su
poder calorífico es de 7000 Kcal/Kg. Conteniendo 15% de
cenizas, siendo su tamaño mínimo 2mm.
3.2. COQUE.

8. 3.3. EL FUNDENTE.
Es el mineral de CaCO3 que
tiene como función principal la
combinación con las
impurezas (P, S, Si, etc.)
existentes en el material de
hierro o en proporciones
reducidas de los pellets
formándose así la ESCORIA.

9. MATERIALES POR TONELADA DE
ARRABIO
 Pellets (Fe2O3) 1 480 kg.
 Coque 528 kg.
 Caliza (CaCO3) 225 kg.
 Cuarcita 5 kg.

10. 4. PROCESO DEL ALTO HORNO

11. PROCESO
Colada del arrabio

12. 3Fe2O3 + CO 2Fe3O4 + CO2
Fe3O4 + CO 3FeO + CO2
FeO + CO Fe + CO2
Reducción Indirecta
3Fe2O3 + C 2Fe3O4 + CO
Fe3O4 + C 3FeO + CO
FeO + C Fe + CO
Reducción directa
5. REACCIONES DE FORMACION DEL ARRABIO
Carburización
3Fe + C Fe3 C
2C (s) + O2(g) 2 CO(g)
C(s) + CO2 (g) 2CO(g)

13. I. ZONA: 150° A 400° C DE TEMPERATURA
 eliminación del agua higroscópica
II. ZONA: 400° A 700°C
a) Reducción indirecta de los óxidos de hierro:
3Fe2O3 + CO 2Fe3O4 + CO2
Fe3O4 + CO 3FeO + CO2
FeO + CO Fe + CO2
b) Solución del carbono por reacción de CO2:
CO2 + C = 2CO
c) Descomposición de los Óxidos de manganeso:
Mn3O4 + CO 3MnO + CO2
MnO2 + CO MnO + CO2
6. ZONA DE REACCIÓN

14. III ZONA: 700° A 1,350° C (absorción de calor)
 Reducción directa del óxido ferrico:
FeO + C Fe + CO
Fe2O3 + 3C 2Fe + 3CO2
 Disociación de los carbonatos:
CaCO3 CaO + CO2
 Reducción de los óxidos de manganeso:
MnO + C Mn + CO
 Formación de la escoria primaria, silicatos:
 El silicio existente en el mineral forma de sílice (SiO2),
MnO + SiO2 Mn SiO2
FeO + SiO2 FeO SiO2
CaO + SiO2 CaO SiO2

15. IV ZONA: 1,360° A 1,550° C
 En esta zona, el hierro conserva un estado semisólido
pastoso y esponjoso, mezclado aún con parte de la
ganga aún no disuelta totalmente:
Carburación de la fundición:
3Fe + C Fe3C
Reducción de óxidos y formación de escorias:
 Reducción directa del manganeso:
MnO + C Mn + CO
 Reducción directa del silicio:
SiO2 + 2C 2CO + Si
 Reducción del fósforo:
(CaO)3P2O5 + 3SiO2 3CaO SiO2 + P2O5
P2O5 + 5C P2 + 5CO

16. V ZONA: 1,550° A 1,800° C (ZONA DE COMBUSTION)
 Las reacciones que en esta zona se producen son:
 Reacción de combustible, exotérmica:
C + O2 CO2
C + ½O2 CO
 Desulfuración de la fundición:
MnS + CaO + C Mn + CO + CaS
FeS + CaO CaS + FeO
 La alta temperatura reinante favorece la desulfuración
del Mn Y del hierro. Los sulfuros de calcio y manganeso
se incorporan a la escoria final

17. VI ZONA: 1,500° A 1,560 ºC (SEPARACION METAL-
ESCORIA)
 En esta zona se produce un descenso de temperatura,
como consecuencia de la absorción de calor exigida por
las reacciones endotérmicas anteriores, por estar por
debajo de la zona de activación de la combustión, la
cual es más intensa en el plano de las toberas que
introducen aire y además por las perdidas por
irradiación, así como también por la refrigeración de las
paredes del crisol y etalaje.

18. FeO + C Fe + CO
MnO + C Mn + CO
SiO2 + C Si + 2CO
6. REACCIONES DE FORMACION DEL LA ESCORIA
Impurezas que no se funden: (CaO, MgO, Al2O3)
Impurezas que parcialmente se reducen:
(SiO2, MnO, S, FeO)

19. FeO + SiO2 FeO. SiO2
MnO + SiO2 MnO. SiO2
CaO + SiO2 CaO.SiO2
P2O5(CaO)3 + SiO2 3CaO. SiO2 + P2O5
P2O5 + 5C 2P + 5CO
 Impurezas que forman silicatos
 Desulfuración
MnS + CaO + C Mn + CaS + CO
FeS + CaO + C Fe + CaS + CO
CaCO3 CaO + CO2
 Descomposición del fundente (Caliza)

20. 7. COLADA (ARRABIO)
Se realiza en un recipiente o en unos coches llamados
torpedos, siendo la composición del arrabio:
ANALISIS C Mn Si S P
STANDART 3.8/4.4 - 0.3/0.8 Max. 0.05 Max. 0.05
PROMEDIO 4.10 0.042 0.50 0.035 0.045

21.  Se producen generalmente tres clases de arrabio, según
la composición que se da a la carga: el gris, el blanco y
el atruchado.

22.  El lingote gris contiene 3 a 4 %C, en forma de escamas
grafíticas. Tiene aspecto cristalino o granular y es de
color gris oscuro. Su T° fusión es mas alta que la del
lingote blanco, pero es mas fluido cuando esta fundido.
 En el lingote blanco, todo el C esta combinado con el Fe
en forma (Fe3C). Su aspecto es blanco, y algunas veces
cristalino. Es más duro y frágil, que el lingote gris. Funde
a < T° pero es menos fluido; no se utiliza para fundición.
 El lingote atruchado es un tipo intermedio entre el gris y
el blanco y contiene carburo combinado y en forma de
grafito. Su aspecto es de una matriz de hierro blanco
con manchas grises.

23. IMPUREZAS DEL ARRABIO
 manganeso, silicio, fósforo y azufre. En su mayor parte,
proceden de la ganga de los minerales, excepto el
azufre que puede ser aportado por el coke.
(P O4)2Ca3 + 3 SiO2 P2O5 + 3 SiO3Ca
 El anhídrido fosfórico es reducido por el carbono
P2O5 + 5C 2P + 5 CO
 Y el fósforo pasa en su mayor parte al hierro en forma
de fosfuro férrico, según la reacción:
3 Fe + P Fe3 P

24.  El azufre, es introducido en el alto horno sobre todo por
el cok en forma de sulfuro o de sulfato.
FeS + CaO CaS + FeO
 La desulfuración por el manganeso se realiza con
arreglo a la siguiente reacción
FeS + MnO MnS + FeO
 también el manganeso (Mn) procedente de la reducción
del oxido de manganeso (MnO) reacciona con el FeS.
Mn + FeS MnS + Fe
En resumen: La desulfuración por la cal exige un gran
consumo de combustible, y la desulfuración por el
manganeso una importante aportación, de mineral de
manganeso.

25. 8. ESCORIA
Sílice (SiO2) 18 a 38 %
Alumina (Al2O3) 8 a 27 %
Cal (CaO) 30 a 50 %
En general, la suma de la
alumina y de la sílice suele
variar de 45 a 55 %.
Es el sub producto de la fabricación del arrabio en el alto
horno
se suele decir “No se hace hierro en el alto horno, se hace
escoria”.’ Es decir, que si el horno produce “buena
escoria», el funcionamiento del horno y el arrabio obtenido
serán también buenos.

26.  Las escorias empiezan a formarse hacia los 700° a 800°
SiO2FeO „ SiO22FeO „ SiO2MnO
 Estos tres silicatos, al descender con la carga por el
horno, reaccionan al llegar a los 1.100°, con la cal
(CaO), formada de 800° a 900°, teniendo lugar las
siguientes reacciones
SiO2 FeO + CaO SiO2CaO + FeO
SiO22FeO + 2CaO SiO22CaO + 2FeO
SiO2MnO + CaO SiO2CaO + MnO

27. Diagrama ternario SiO2 – Al2O3.-CaO

28. GASES DE HORNO ALTO
 Se obtiene 6.000 kg. (4.500 Nm3) de gases por Tn de
arrabio, a T°s de 800° a 900° con una potencia calorífica
media de 900 Kcal./Nm3.
Una vez depurados en los separadores de polvo se
aprovechan los gases para:
 Caldear el aire que se inyecta por las toberas de los
altos hornos, en las estufas Cowper.
 Como combustible para caldeo de los hornos de cok,
hornos de fosa para laminación, etc.
 Para producción de fuerza en motores adecuados.
 Para producción de energía eléctrica.

29.  Composición aproximada en volumen de estos gases

30.  Calculo de la altura total del alto horno:
H = 6.44.V0.22 m
 Siendo V el volumen útil en m.
 La altura útil del horno:
Hu = 0.88 H m.
 Altura del crisol:
hc = 0.115 Hu m.
 Diámetro del crisol:
dc = 0.32 V0.45 m.
 Altura del vientre:
hv = 0.08 Hu m.
 Diámetro del vientre:
D = 0.5 V0.4 m.
 Altura do la cuba:
h cuba = 0.69Hu - 3.0 m.
 Altura del tragante:
ht = 0.105Hu m.
 Diámetro del tragante:
dt = 0.30 V0.36 m.
 Altura del etalaje:
he = 3.0 a 3.5 m.
 El ángulo de la cuba  = 83 - 86°
 y el ángulo del etalaje B = 79 a 82º
DISEÑO DEL ALTO HORNO

31. PROBLEMA:
Que cantidad de mineral necesario, se necesita para obtener 1
ton. De arrabio
Datos:
Composición del mineral:
Fe2O3 ---------- 79 % SiO2 --------------- 12 %
MnO ------------ 2.5 % Al2O3-------------- 3 %
P2O5 ----------- 2.5 % H2O---------------- 1 %
Composición de las escorias: En las escorias se encuentran 0.5 %
de Fe utilizado.
Composición del Arrabio obtenido
Fe------------ 92.6 % Mn ----------------0.9 %
Si ------------ 2.0 % P ------------------ 0.7 %
C ------------ 3.6 % S ------------------ 0.2 %

32. Determinando la cantidad de hierro que contiene una tonelada de
mineral.
Base: 1000 Kg.
Peso del Fe2O3 = 1000Kg X 0.79 =790 Kg
Peso atómico del Fe = 56, y del O2 = 48
Fe2 = X
Fe2O3 790
por lo tanto:
X = 790 x 112 = 553kg
160
Contenido de hierro: 553 Kg/t de mineral

33.  Calculo del contenido de hierro que pasa a la escoria
553 x 0.005 = 2.765
Contenido de hierro útil:
553 – 2.765 = 550.235
 Peso del mineral para obtener una tonelada de arrabio.
Del análisis se tiene: 92.6 % Fe
1000 kg x 0.926 = 926 t/ ton de arrabio
Entonces:
1000 Kg 550.235 t/ton de arrabio
X 926 t/ton de arrabio
X = 1000 x 926 X = 1682.91 kg/ton de arrabio
550.235
Rta: Para 1 ton de arrabio se necesita 1682.91 kg de mineral/t de arrabio

34. 790 kg Fe2O3 112 kg Fe
1Ton Mineral 160 kg Fe2O3
=
594,21 kg Fe 1 Tn de Mineral
1000 kg Fe X Tn de mineral
x 553 kg Fe/ Tn Mineral
553 x 0.005 = 2,765 kg Fe
553 x 2.765 = 550,235kg Fe
550,235kg Fe 92.6 %
X kg Fe 100 %
X = 594,21kg Fe
X = 1,683kg Mineral
Calculo del peso del arrabio
Calculo del peso Útil del Fe
Calculo del peso del Fe que pasa a la escoria
Calculo del peso Real del Fe (arrabio)
Calculo del peso del mineral para 1 Tn Fe (arrabio)

35. G r a c i a s