PROCESOS DE OBTENCION DEL ACERO Y OTROS PRODUCTOS FERROSOS
los productos ferrosos se obtienen, de dos maneras, dependiendo de la materia prima empleada. Estos procedimientos son a través del horno alto (usando mineral de hierro) y del horno eléctrico (chatarra).
Utilizando un horno alto.
Materia prima del horno alto: La materia prima, formada por mineral de hierro (60%), carbón de coque (30%) y fundente (10%), se introduce por la parte superior.
Mineral de hierro: antes de introducirlo el el horno, se somete a unos tratamientos preliminares (triturar y moler el mineral) para separar la parte útil ,mena, de la no aprovechable ,rocas, cal, sílice, etc, que constituye la ganga.
Carbón de coque: creado artificialmente a partir de la hulla. Es necesario para: Producir el calor necesario para fundir la mena y generar las reacciones químicas necesarias para que el óxido de hierro se convierta en arrabio; Soportar el peso de la materia prima para que no se aplaste y pueda arder en la parte inferior y salgan los gases hacia la parte superior del horno.
Fundente: compuesto por piedra caliza (siempre que el mineral tenga composición ácida), cuya función es: Reaccionar con la ganga que haya podido quedar en el mineral, arrastrándola hacia la parte superior de la masa líquida, y formando la escoria; Bajar el punto de fusión de la ganga para que la escoria sea líquida.
Funcionamiento del horno alto:
Básicamente consta de tres partes fundamentales:
La cuba.- De forma troncocónica, constituye la parte superior del alto horno; por la zona más alta y estrecha, denominada boca, se introduce la carga compuesta por:
El mineral de hierro, que puede ser de diferentes composiciones: hematites y limonita (óxido férrico), magnetita (óxido ferroso férrico) y siderita (carbonato).
El combustible, que generalmente es coque, producto obtenido de la destilación del carbón de hulla de gran poder calorífico y pobre en cenizas. En los primeros altos hornos, instalados en Gran Bretaña, a mediados del siglo XVII, se utilizaba como combustible el carbón vegetal. En la actualidad cada vez se utilizan más los altos hornos eléctricos.
El fundente, que puede ser roca calcárea o arcilla, según la ganga presente en el mineral sea ácida o básica, respectivamente. El fundente se combina químicamente con la ganga para formar la escoria, que queda flotando en el hierro líquido y, entonces, se puede separar fácilmente por decantación. La carga va descendiendo poco a poco y su temperatura y volumen aumentan a medida que baja. Este aumento de volumen exige que la cuba se ensanche hasta llegar al vientre, zona donde se produce la unión con el etalaje y donde el diámetro de la instalación es mayor.
El etalaje.- También de forma troncocónica. En esta parte del horno se produce una notable disminución del volumen de los materiales, como consecuencia de las transformaciones químicas que tienen lugar en él. La zona inferior es de menor diámetro, a causa de esta disminución de volumen y, también, por el hecho de que la fusión de la carga hace que ésta fluya sin dejar espacios libres.
El crisol.- Es un cilindro de gran capacidad, que recoge la fundición líquida, así como la escoria, que queda flotando en estado líquido. En la zona de unión del etalaje y el crisol, se insertan las toberas, que son unos tubos mediante los cuales se inyecta una corriente de aire comprimido y previamente calentado en el crisol.
Transformación del arrabio en acero: convertidor.
La proporción de carbono en el arrabio extraído del alto horno se encuentra en el intervalo correspondiente a las fundiciones. Así pues, se trata de un material duro y frágil, que no puede ser extendido en hilos ni en láminas; por este motivo apenas tiene aplicación industrial. Se hace necesario, pues, reducir el contenido en carbono del arrabio para convertirlo en acero; que es un material que sigue siendo duro, pero más elastico, dúctil, maleable y capaz de soportar impactos.
Esta transformación del arrabio en acero se lleva a cabo en un recipiente llamado convertidor, y se realiza suministrando oxígeno al arrabio líquido. Veamos como es este proceso llamado afino.
Los convertidores son hornos, siendo empleados hoy en día los eléctricos, donde se lleva a cabo un proceso de fusión.
1. El arrabio se transporta líquido desde el alto horno hasta la acería (donde está el convertidor). El arrabio se transporta en unos depósitos llamados torpedos.
2. Se introduce en el convertidor, además del arrabio, chatarra, fundentes (cal) y oxígeno. El convertidor, a diferencia del alto horno, no se le proporciona calor extra.
3. El oxígeno reacciona con las impurezas, especialmente el carbono que sobra (se oxidan) y facilita la eliminación de la escoria formada. El fundente también facilita la formación de la escoria, que flota sobre el metal fundido.
Los productos obtenidos del convertidor son:
- Acero líquido: que será transportado por medio de otra cuchara para ser sometido a procesos siderúrgicos. Este acero ya es de calidad.
- Escoria: que se recicla para otros fines, especialmente la construcción.
- Gases: Especialmente monóxido de carbono y dióxido de carbono, resultantes de la combustión de carbono.
En el convertidor también se lleva a cabo la aleación del acero con otros metales (Ni, Cr, Mo, etc.) para obtener aceros aleados que mejoran las propiedades del metal original. Producción por hornada: Entre 100 y 300 toneladas, dependiendo del tipo de convertidor.
Utilizando un horno eléctrico.
Obtención de acero a través de la chatarra.
Actualmente los únicos hornos que transforman chatarra en acero, son los hornos eléctricos.
El horno eléctrico consta de las siguientes partes:
El transformador: convierte el voltaje y transforma la corriente eléctrica.
Cables flexibles: conducen la electricidad hasta los electrodos.
Brazos de los electrodos. Permiten que los electrodos se acerquen o se alejen de lachatarra para que salte el arco eléctrico.
Sujeción de electrodos.
Pórtico con brazos hidráulicos. Permite quitar y poner la tapadera del horno eléctricopara introducir la materia prima.
Salida de humos refrigerada. Conduce los humos a un filtro, eliminando las partículas en suspensión.
Estructura oscilante. Permite inclinar el horno para extraer el acero fundido. Dispone de un dispositivo de volteo hidráulico.
