Introducción El 90% de todos los metales fabricados a escala mundial

son de hierro y acero. Los procesos para la obtención de hierro fueron conocidos desde el año 1200 AC.

Hierro Es un metal maleable, de color gris plateado y presenta propiedades magnéticas; es ferromágnético a temperatura ambiente y presión atmosférica.Se encuentra en la naturaleza formando parte de numerosos minerales, entre ellos muchos óxidos, y raramente se encuentra libre. Para obtener hierro en estado elemental, los óxidos se reducen con carbono y luego es sometido a un proceso de refinado para eliminar las impurezas presentes.

AcerosAleaciones férreas; su materia prima principal es el hierro, con un contenido máximo de carbono del 2%, el cual puede estar como aleante de inserción en la ferrita y austenita y formando carburo de hierro. Algunas aleaciones no son ferromagnéticas

SiderurgiaEs la técnica del tratamiento del mineral de hierro para obtener diferentes tipos de éste o de sus aleaciones. El proceso de transformación del mineral de hierro comienza desde su extracción en las minas. El hierro se encuentra presente en la naturaleza en forma de óxidos, hidróxidos, carbonatos, silicatos y sulfuros. Los más utilizados por la siderurgia son los óxidos, hidróxidos y carbonatos.

BREVE SEMBLANZA DE LA INDUSTRIA SIDERURGICA

Henry Cort 1747 Pudelado: técnica fatigosa y de bajo rendimiento

Henry Bessemer segunda mitad XIX Producción de acero a gran escala a precios competitivos

Siemens-Martin 1864 Empleo de chatarra de acero

Gillchrist Thomas 1876 Revestimientos refractarios básicos

Horno de arco fines siglo XIX Gran capacidad de produccióneléctricoOxiconvertidores 1953 Adelanto más notable en la

tecnología siderúrgica

La tendencia a nivel mundial busca mejorar los procesos tecnológicos y eficientar los sistemas de recolección de chatarra con el fin de reciclarla

Tasa de re-utilización del acero (25 al 100% reciclado)EconómicoMenor contaminación

Menor utilización de recursos naturales

Hidróxido: Limonita 60-65% de HierroÓxido: Magnetita 72.4% de Hierro

Óxido: Hematita 70% de Hierro

Carbonato: Siderita 48. 3% de Hierro

Principales minerales en la extracción del hierro

Para la producción del acero son necesarios cuatro elementos fundamentales:

1. Mineral de hierro

2. Coque 3. Piedra caliza 4. Aire

• Los tres primeros se extraen de minas y son preparados antes que se transporten e introduzcan al sistema en el que se producirá el arrabio…

El arrabio es un hierro de poca calidad, su contenido de carbón no está controlado y la cantidad de azufre rebasa los mínimos permitidos en los hierros comerciales. Sin embargo es el producto de un proceso conocido como la fusión primaria del hierro y del cual todos los hierros y aceros comerciales proceden.

A la caliza, el coque y el mineral de hierro se les prepara antes de introducirse al alto horno para que tengan la calidad, el tamaño y la temperatura adecuada, esto se logra por medio del lavado, triturado y cribado de los tres materiales

Trituración

Tamizado

ciclonesSeparador magnético

Salida del material no magnético

Salida del material

magnético

Flotación

Proceso de fundición en alto horno

A partir de un arrabio cuya composición media es:

C / 4Fe / 93 P / 2 - 0.1 S / 0.05Si / 0.5 – 2.0 Mn / 1

C / 0.5 – 1.5Fe / 98 P <0.5 S <0.05Si / 0 – 0.3 Mn / 0.3 – 0.6

Se desea obtener

Reacciones químicas en el alto horno

El arrabio es llevado por canaletas hasta las vagonetas térmicas para su traslado a las

acerías

• Hierro fundido (arrabio), que contiene fósforo, azufre, manganeso, silicio y 4-5% de carbono. El hierro se puede aumentar su pureza en un convertidor y posteriormente ir a un laminado; alternativamente, se puede destinar a la fabricación de piezas de fundición.

• Escoria, que se utiliza para construcción de carreteras, para fabricación de cemento y para aislamiento térmico.

Acero

Arrabio

Moldeo Productos laminados

Laminación

Para la producción del hierro también se puede utilizar el método de reducción directa - Consiste en triturar la mena de hierro y pasarla por un reactor con los agentes reductores, con lo que algunos elementos no convenientes para la fusión del hierro son eliminados.

El producto del sistema de reducción directa es el hierro esponja que consiste en unos pellets de mineral de hierro los que pueden ser utilizados directamente para la producción de hierro con características controladas.

Una vez obtenido el arrabio o el hierro esponja es necesario refinar al hierro para que se transforme hierro o acero comercial.

Pasos para transformar el arrabio en acero:

Oxidación de las impurezas (C, Si, P, Mn, S)

Obtención de “acero al carbono”

Añadir elementos de aleación (Cr, Ni, Mn, V, Mo,W) que confieran al acero

las propiedades deseadas.

Reducción del contenido de

carbono

También contiene otras

impurezas

Convertidor Bessemer

La idea de Bessemer era simple: eliminar impurezas del arrabio líquido y reducir su contenido de carbono mediante la inyección de aire en un "convertidor" de arrabio en acero. Así, el contenido de carbono se reduce del 5% a alrededor de un 0.5 % . Además el oxígeno reacciona con impurezas produciendo escoria que flota en la superficie del acero líquido. Como la combinación del oxígeno con el carbono del arrabio es una combustión que genera calor; Bessemer sostenía que su proceso estaba exento de costos por energía. Convertidor de arrabio en acero inventado por Henry Bessemer. Un flujo de aire se inyecta por la parte inferior del horno para eliminar gran parte del carbono y otras impurezas del arrabio por oxidación. Este diseño fracasó inicialmente porque el refractario era ácido .

Los hermanos Siemens, alemanes, y posteriormente los hermanos Martin, franceses, dieron grandes pasos en el desarrollo de convertidores de arrabio en acero que antes de terminar el siglo XIX ya habían superado la producción a los de Bessemer

Horno Siemens - Martin

A diferencia del convertidor Bessemer donde soplaba aire por la parte inferior, en el BOF se inyecta el oxígeno por una lanza que entra por la parte superior. La lanza se enfría con serpentines de agua interiores para evitar que se funda.Un chorro de oxígeno con polvo de caliza, allí el arrabio es convertido en acero en un BOF. El oxígeno reacciona con el carbono del arrabio y lo elimina en forma de bióxido (o monóxido) de carbono. La caliza sirve para eliminar impurezas, entre las que destaca el fósforo.

Horno Eléctrico

El hierro esponja se convierte en acero líquido en horno de arco eléctrico, donde se lo funde, y agrega chatarra, haciendo pasar por ellos enormes cantidades de corriente eléctrica. El acero fundido se pasa a una olla, en ocasiones, donde se hace el ajuste final de aleación. Finalmente, se vacía en moldes adecuados para el proceso posterior

El horno de arco consta de una vasija recubierta con refractarios donde se coloca chatarra y/o hierro esponja, que se funden con el paso de una corriente eléctrica introducida con electrodos de grafito.

En el proceso de colada continua se produce barras de sección cuadrada (palanquillas) en un molde, directamente a partir de acero líquido. La colada continua produce ahorro considerable de trabajo y energía respecto a procesos menos recientes.

Del horno eléctrico, el acero líquido se pasa a una olla donde en ocasiones se pasa a una máquina de colada continua para producir barras de acero de sección cuadrada de 10 a 15 centímetros por lado y de 6 a 8 metros de longitud, llamadas palanquillas.

La laminación consiste en pasar un trozo de metal maleable a través de un sistema de dos rodillos. Al girar los rodillos aplanan al metal. A veces los rodillos tienen acanalados que sirven para conformar barras o perfiles en forma de T o I, o alguna otra configuración.

Laminación