3. PROCESO
Consiste en oxidar en un primer periodo los elementos
indeseables disueltos en el arrabio (materias primas):
• P
• Si
• Mn
• C
Se eliminan en la fase gaseosa y fijándolos en la
escoria.
Fuentes de oxígeno: aire; oxígeno puro, óxidos de
hierro y caliza.
4. Luego de alcanzados los niveles deseados de los
elementos de aleación se procede al período de
desoxidación.
Eliminación de oxígeno disuelto con un reductor.
Reductores: Si, Al o elementos que al oxidarse se fijan
en la escoria.
5. • Arrabio: La composición se ajusta para cumplir con
los requisitos de la acería, el cual es transportado en
estado fundido.
ELEMENTO COMPOSICIÓN (% EN PESO)
C 4 a 5 (saturado)
Si 0.3 a 1
S 0.03
P Hasta 1
Mn Hasta 0.1 a 2.5
Refinación del Arrabio
6. Refinación del Arrabio
El arrabio para producirlo en acero se debe
reducir el contenido de carbono.
El oxígeno reacciona con el carbono que sobra
(C + O2 – CO2 fuertemente exotérmica) y el
fundente (cal) facilita la formación de escoria.
7. Refinación del Arrabio
En el convertidor también se lleva a cabo la
aleación del acero con otros metales, para
obtener acero aleados que mejoran las
propiedades del metal original.
El proceso final consiste extraer el acero líquido
del convertidor para verterlo en moldes,
posteriormente se deja solidificar y se extrae la
pieza.
8. Refinación del Arrabio
Todos los procesos de fabricación de acero
pueden clasificarse en ácidos y básicos, según el
refractario y composición de la escoria utilizada.
9. TIPOS DE PROCESOS:
Según sea la composición de la escoria se pueden
distinguir procesos:
• Ácido
• Básico
Desde el punto de vista del mecanismo de oxidación:
• Proceso de solera abierta
• Procesos neumáticos
10. TIPOS DE PROCESOS
•Procesos de solera abierta:
•Proceso Siemens - Martin
•Hornos de arco Eléctrico y de inducción
• Procesos neumáticos:
•Procesos que emplean aire
•Bessemer
•Bessemer Thomas
• Procesos que emplean oxígeno puro
•Procesos LD, LD - AC y OLP
•Proceso Kaldo
•Proceso Rotor
11. PROCESO SIEMENS MARTIN
• Carga: Arrabio líquido, chatarra, mineral de hierro y
fundente.
• El calor necesario es generado quemando gas o petróleo
sobre el baño.
• La oxidación se efectúa por medio del mineral de fierro o
chatarra de oxidada de la carga, o bien con el oxígeno de la
fase gaseosa.
• El proceso puede durar de 6 a 12 hrs.
12. PROCESO SIEMENS MARTIN
Permite distintos tipos de mezclas, luego se obtienen productos definidos.
La solera puede ser ácida, básica o neutra.
Según la proporción de gas-aire podemos tener una atmósfera oxidante (para
quemar o descarburar), reductora (para eliminar el oxígeno) o neutra (para
mantener la T°).
Los gases del horno se les hace pasar por cámaras calentándolas; luego se
invierte el sentido, hacía otras cámaras frías. La corriente gaseosa atraviesa el
horno en un sentido y otro alternativamente. Los gases de proceso pasan a
recuperadores de calor para precalentar el aire de combustión y el combustible.
15. 1. LOS HORNOS Siemens-Martin (SM) son enormes, construidos de
material refractario, el ciclo de fabricación del acero se inicia dejando
caer en los hornos caliza, mineral de hierro y chatarra. Al comenzar la
fusión de la chatarra se agrega por el canal de adición, el arrabio líquido.
Cuando se llega a la fusión total de la carga, comienzan a realizarse
sucesivos controles químicos y de temperatura, para llevar el acero a las
especificaciones previstas. Al cabo de varias horas se destapa el orificio
de colada, y el acero fluye por gravedad a través de un canal llenando la
cuchara de colada. En el proceso SM se utilizan como combustibles
fuel-oil, gas de coque u otros.
2. Durante la colada se le agregan al acero diversos materiales de aleación,
a fin de obtener las características finales requeridas.
3. La escoria excedente que sobrenada al acero fluye a través del canal de
desborde hacia el pote de escoria. Una vez enfriada es triturada y
utilizada como materia prima en la carga del alto horno.
OPERACIONES EN UN HORNO SIEMENS MARTIN
16. 4. El acero es vaciado en lingoteras de formas y tamaños diferentes desde
la cuchara de colada, a través de un orificio ubicado en el fondo.
5. Los ladrillos refractarios de las cámaras recuperadoras absorben el calor
cuando los gases calientes pasan entre ellos; al invertirse el sentido de la
corriente gaseosa, los ladrillos calientan el aire entrante devolviendo el
calor almacenado.
6. La repetición del proceso SM va ocasionando deterioro en la superficie
interior del horno; su reparación se realiza mediante una máquina que
proyecta materiales refractarios granulados reconstruyendo las zonas
afectadas.
OPERACIONES EN UN HORNO SIEMENS MARTIN
17.
18. HORNO ELÉCTRICO
Fusión de chatarra por medio de una corriente eléctrica y posterior afino
del baño fundido. Hay dos tipos de hornos:
a) DE ARCO ELÉCTRICO
b) DE INDUCCIÓN
Ventajas:
Fácilmente regulable.
Calentamiento rápido.
Se mantiene la T° a voluntad, y muy elevadas.
No hay gases en la combustión (menos impurezas).
El revestimiento interior puede ser ácido o básico (distintos tipos de
fundiciones).
19. HORNOS DE ARCO ELÉCTRICO Y DE INDUCCION
• El calentamiento de la carga se efectúa mediante un arco
entre los electrodos de grafito y el baño
• La oxidación de los elementos de aleación indeseables, se
efectúa por medio del mineral de fierro de alta ley, o bien
soplando oxígeno a alta velocidad sobre el baño.
• El horno de inducción la carga se calienta por medio de un
campo inducido de media o alta frecuencia.
• El horno de inducción en general se emplea para fundir
metales puros y obtener aceros de alta calidad con un
mínimo de impurezas.
23. BESSEMER Y BESSEMER THOMAS
• Procesos que emplean aire
• La carga consiste de arrabio, chatarra y caliza o sílice.
• El contacto entre el aire y el baño líquido es íntimo y bastan
10 a 20 minutos, para oxidar los elementos disueltos en el
arrabio.
• El calor necesario para fundir la carga es aportado en su
mayor parte por la oxidación del silicio y del fósforo.
• Bessemer, que emplea un convertidor revestido de ladrillos
de sílice
• Thomas o Bessemer utiliza revestimiento básico.
24. El convertidor tiene forma cilíndrico - cónica y posee en su
parte inferior un fondo perforado para introducir aire al baño.
Un eje de giro permite al convertidor tomar distintas
posiciones para cargarlo, soplar y sangrar.
BESSEMER Y BESSEMER THOMAS
25.
26. Permite descarburar la fundición gracias a una corriente de aire
comprimido que atraviesa la masa de fundición líquida contenida en el
convertidor.
Tres fases: llenado, soplado y vaciado.
El proceso se puede detener cerrando la entrada de aire.
BESSEMER Y BESSEMER THOMAS
27.
28. PROCESOS LD, LD - AC y OLP
Procesos que emplean oxígeno puro
• Proceso LD
• Emplea un convertidor cilíndrico que pueden bascular sobre un eje,
lo que permite cargar y descargarlo.
• Su revestimiento es generalmente magnesita o dolomita impregnada.
• Una lanza refrigerada con agua permite soplar oxígeno a alta presión
sobre la superficie del baño,
• Regulando la altura de la lanza y la presión de oxígeno se puede
oxidar el metal profundamente o sólo en la superficie.
29. CONVERTIDOR LD
El oxígeno se inyecta a alta presión (10-14 at.)a través de un tubo
refrigerado (lanza).
Fases del proceso:
Carga
soplado y afino
Colada o vaciado
31. 1. La carga del convertidor de efectúa inclinandolo a 45º para
recibir en forma sucesiva la chatarra y el arrabio, contando para
esta operación con dos grúas-puente de 250 toneladas de
capacidad cada una.
2. El oxigeno insuflado en el convertidor mediante una lanza
refrigerada, oxida el exceso de carbono contenido en la carga,
que se evacua por chimenea. Los restantes óxidos son fijados por
la escoria. Las reacciones de oxidación proporcionan la
temperatura necesaria para efectuar la colada
3. Cumplido el proceso, el convertidor es basculado y el acero se
vierte en la cuchara de colada. En la misma, se agregan al acero
diversos materiales de aleación con el fin de obtener las
características finales requeridas.
OPERACIONES EN UN CONVERTIDOR LD
32. 4. La adición de ferroaleaciones en la cuchara de colada se efectúa
en forma semiautomática . Para la preparación de las mismas se
dispone de un sistema de tolvas, balanzas y cintas
transportadoras.
5. Finalizada la colada de acero, el convertidor es basculado en
sentido opuesto, y la escoria volcada en un pote montado sobre
un vagón. Una vez enfriada, es triturada y utilizada como materia
prima en la carga de los altos hornos.
6. El acero es vaciado en lingoteras de formas y tamaños diferentes
desde la cuchara de colada, a través de un orificio ubicado en el
fondo de la misma.
OPERACIONES EN UN CONVERTIDOR LD
33.
34. PROCESOS LD, LD - AC y OLP
• Proceso OLP
• Ocurre en dos etapas, después de soplar oxígeno se elimina
la primera escoria que contiene gran parte del fósforo.
• Empleando una lanza especial se vuelve a soplar oxígeno
con CaO en polvo que forma una segunda escoria la que
elimina el resto del fósforo.
• Esta segunda escoria puede emplearse como primera
escoria para la carga siguiente.
35. PROCESOS LD, LD - AC y OLP
• Proceso LD – AC
• En el proceso LD - AC la caliza de la segunda escoria se
agrega en trozos directamente al baño metálico.
38. COMPARACIÓN DE LOS PROCESOS DE
ACERACIÓN
Proceso
Tamaño mínimo económico
de planta
Ton/año
Horno Siemens Martin Mas de 2 millones de Ton
Convertidor básico de
oxígeno
Probablemente ½ millón de Ton
Horno de Arco eléctrico
Básico
Cualquiera, depende de la
producción deseada
39. Proceso
Flexibilidad de las materias
primas
Horno Siemens
Martin
Grande, pero es preferible un máximo de P
de 0,2 %, cero arrabio líquido (práctica de
metal frío) o 25 a 75% de chatarra
incluyendo óxidos
Convertidor básico
de oxígeno
Escasa, 65 a 80% de arrabio líquido; resto
chatarra con pocos óxidos o 90% de metal
con óxidos
Horno de Arco
eléctrico Básico
Escasa usualmente cero de arrabio líquido,
excepcionalmente hasta 40%, normalmente
90 a 100% de chatarra, resto arrabio en
lingotes, 50% hierro de reducción directa
COMPARACIÓN DE LOS PROCESOS DE ACERACIÓN
40. Proceso Combustible
Horno Siemens
Martin Liquido o gaseoso
Convertidor básico
de oxígeno Ninguno (O2 + metaloides)
Horno de Arco
eléctrico Básico
Ninguno (calentamiento con arco
eléctrico).
COMPARACIÓN DE LOS PROCESOS DE ACERACIÓN
41. Proceso Productividad por hora
Horno Siemens
Martin
Baja con carga fria, 8 a 20 tph con
arrabio liquido 25 a 70 tph
Convertidor básico
de oxígeno Alta 150 a 550 tph
Horno de Arco
eléctrico Básico
Media 20 a 60 tph, 50 a 80 tph con
arrabio liquido
COMPARACIÓN DE LOS PROCESOS DE ACERACIÓN
42. PROCESO KALDO
• Convertidor cilíndrico inclinado 15-20º con la
horizontal.
• Gira 20 – 30 RPM sobre su eje.
• Sopla oxígeno puro a baja presión sobre la
escoria a través de lanzas refrigeradas.
• Transporte de oxígeno puede ser sólo a través
de la escoria, la rotación permite la renovación
de la interfase escoria-metal y por lo tanto la
homogenización.
43. PROCESO KALDO
• La posición de la lanza y la velocidad de giro del
convertidor permite condicionar la velocidad del
proceso.
• La homogeneización del baño es muy eficiente debido a
la rotación del convertidor
• La continua renovación de la interfase escoria - metal
permite una alta velocidad de transferencia de masa y
energía.
• El control del proceso es mejor que en el proceso LD,
aunque el tiempo de refinación algo superior (40 - 60
min).
45. PROCESO ROTOR
• Convertidor cilíndrico horizontal que gira
lentamente (0,5 RPM).
• Mediante dos lanzas se insufla aire dentro y
sobre el baño metálico.
• Sobre el baño metálico para quemar CO a CO2
y generar calor adicional.
• El burbugeo de oxígeno y del CO generado
produce buena agitación y homogenización del
baño.
47. ULTIMOS DESARROLLOS
• Soplado por la boca
• Soplado por el fondo
• Soplado combinado
• Agitación por el fondo
• Añadiendo la posibilidad de inyectar cal en polvo por la
boca o por el fondo.
50. Eliminación de impurezas
• Ca, Mg, Al, Ti : Afinidades altas por el oxígeno,
se oxidan rápidamente si están en forma metálica .
•Si : se oxida con facilidad, el SiO2 resultante es un
óxido fuertemente ácido
• P : Se oxida tan fácilmente como el Si, pero el
P2O5 es inestable, excepto con la presencia de un
exceso de FeO y CaO, también es fuertemente
ácido.
51. Eliminación de impurezas
• Cr, V, Cd, Mn : se eliminan parcialmente por
oxidación
•C : se elimina parcialmente por oxidación
• Fe : una oxidación excesiva del hierro produce
menor rendimiento del horno
• Ni, Cu, Sn, Pb, As, Mo, Co: elementos residuales
o atrapados que no se eliminan. Una parte de Pb se
volatiliza y otra se filtra parcialmente por el fondo
del horno
52. COLADA DELACERO
El ACERO sale del horno en estado líquido, hay que solidificarlo, varios
métodos:
Vertiendo el acero sobre moldes de forma establecida (acero
moldeado)
Colar el acero líquido sobre moldes prismáticos (lingoteras), para
transformarlo luego por laminación o forja.
Colada continua del acero obteniendo directamente el semiproducto
deseado.
53.
54. PRESENTACIÓN COMERCIAL DELACERO
Productos planos, planchas y chapas de 0.5 – 3 mm
Productos largos, sección pequeña y gran longitud, barras de distintas secciones:
Cuadrada
Rectangular (pletina)
Redonda
Hexagonal
Media caña
Triangular
Alambre
Perfiles, formas variadas y longitud variable: angular de lados iguales (L), angular
de lados desiguales (L), angular en I, H (o doble T), en U, en T, perfiles tubulares
(redondo, cuadrado, perfilado)
57. CLASIFICACIÓN DE LOS ACEROS
• COMPOSICIÓN
ACEROS AL CARBONO
O NO ALEADOS
ACEROS ESPECIALES
O ALEADOS
Presencia de otros
elementos < 0.7%
De baja aleación: 1 – 5 %
De alta aleación: > 5%
58. FERROALEACIONES
PRODUCTOS SIDERÚRGICOS QUE CONTIENEN
ADEMÁS DEL HIERRO, UNO O VARIOS
ELEMENTOS QUE LO CARACTERIZAN.
Se emplean como materia prima para procesos
metalúrgicos: Ferromanganesos, Ferrocromos,
Ferrosilicios, Ferrovanadios, Ferroníquel,
Ferrowolframio.
59.
60.
61. FUNDICIONES
• FUNDICIÓN GRIS, presenta el C en forma de grafito laminar:
Funde a 1200º C
Tenaz, pero poca dureza
Soporta altas presiones y temperaturas sin dilatarse
FUNDICIÓN BLANCA, presenta el carbono en forma de carburo de hierro Fe3C (cementita)
de color blanco.
Funde a 1150º C
Es muy dura, pero frágil
Difícil de mecanizar por su dureza.
FUNDICIÓN ATRUCHADA, propiedades mezcla de las anteriores.
FUNDICIÓN MALEABLE PERLÍTICA, mediante recocido a 900º C de la fundición
blanca se produce a su descarburación (de 2-4% a 1-1.5%), eliminando la fragilidad,
aumentando la resistencia a tracción.
FUNDICIÓN MALEABLE BLANCA, el C de la cementita, ha desaparecido total o
parcialmente.
FUNDICIÓN MALEABLE NEGRA, C de la cementita precipita en copos de grafito.
FUNDICIÓN DE GRAFITO ESFEROIDAL O NODULAR, por adición de Cerio o Mg
