1. ¿Qué es una mena?
Mineral metalífero, principalmente el de hierro, tal como se extrae del
yacimiento y antes de limpiarlo.
2. Mencione cuatro menas usadas en la
producción del acero.
La mena principal usada en la producción de hierro y acero es la
hematita (Fe203), otras menas incluyen la magnetita (Fe304), la siderita (Fe C
03) y la limonita (FeO (OH)- nH2O).
Las menas de hierro contienen de un 50 a un 70% de hierro, dependiendo
de su concentración; la hematita contiene casi 70% de hierro. Además, hoy se usa
ampliamente la chatarra como materia prima para la fabricación de hierro y
acero.
3.
¿Qué es
coque?
3.El coque es un combustible de
alto carbono, producido por el calentamiento de carbón bituminoso en una
atmósfera con bajo contenido de oxígeno durante varias horas, seguido de una
aspersión de agua en torres especiales de enfriamiento. La coquificación del
carbón mineral deja, como subproducto, gas de alto poder calorífico, que es
utilizado como combustible en los diversos procesos subsiguientes.
4.- ¿Qué funciones desempeña el coque el
proceso de producción del acero?
El coque
desempeña dos funciones en el proceso de reducción:
1)
Es un combustible que proporciona calor para la reacción química y
2)
produce monóxido de carbono (CO) para reducir las menas de hierro
5.- ¿Para qué se emplea la piedra
caliza en la producción del acero?
La piedra caliza es una roca que contiene
altas proporciones de carbonato de calcio (Ca CO 3). Esta piedra caliza se usa
en el proceso como un fundente que reacciona con las impurezas presentes y las
remueve del hierro fundido como escoria.
6. ¿Qué
es un alto horno y aproximadamente que dimensiones tiene?
Un alto horno es virtualmente una planta
química que reduce continuamente el hierro del mineral. Químicamente desprende
el oxígeno del óxido de hierro existente en el mineral para liberar el hierro.
Está formado por un recipiente cilíndrico de acero forrado con un material no
metálico y resistente al calor, como ladrillos refractarios y placas
refrigerantes. El diámetro del recipiente cilíndrico de 9 a 15 m (30 a 50 pies)
disminuye hacia arriba y hacia abajo, y
es máximo en un punto situado aproximadamente a una cuarta parte de su altura
total de 40 m (125 pies)
7.- ¿Qué es el arrabio?
El hierro fundido de primera fusión
8.- ¿Qué significa “Afino del acero”?
El acero se
obtiene a partir de dos materias primas fundamentales: el arrabio obtenido en
horno alto y la chatarra.
La fabricación
del acero en síntesis se realiza eliminando las impurezas del arrabio y
añadiendo las cantidades convencionales de Mg, Si y de los distintos elementos
de aleación.
Los métodos
más importantes de fabricación de aceros son los siguientes:
Ø Métodos antiguos:
• Hornos de Reverbero (Siemens-Martin)
• Convertidor Bessemer.
Ø Métodos modernos:
• Convertidor L.D.
• Hornos eléctricos de arco H.E.A.
• Convertidor A.O.R.
• Horno de inducción.
Ø Métodos actuales:
• Metalurgia secundaria en cuchara (La metalurgia
secundaria se lleva a cabo en equipos diversos, tales como cucharas,
convertidores u hornos especiales)
9.- Describa brevemente cómo funciona el método de afino de Crisol
Abierto.
Cualquier
proceso de producción de acero a partir de arrabio consiste en quemar el exceso
de carbono y otras impurezas presentes en el hierro. Una dificultas para la fabricación
del acero es su elevado punto de fusión, 1400ºC, que impide utilizar
combustibles y hornos convencionales. Para superar la dificultad se desarrolló
el horno a crisol abierto, que funciona a altas temperaturas gracias al
precalentado regenerativo del combustible gaseoso y el aire empleados para la
combustión. En el precalentamiento regenerativo los gases que escapan del horno
se hacen pasar por una serie de cámaras llenas de ladrillos, a los que ceden la
mayor parte de su calor. A continuación se invierte el flujo a través del
horno, y el combustible y el aire pasan a través de las cámaras y son
calentados por los ladrillos, con este método, los hornos de crisol abierto
alcanzan las temperaturas de hasta 1.650ºC.
El horno propiamente dicho suele ser un crisol de ladrillo plano y rectangular
de unos 6×10 m, con un techo de unos 2,5 m de altura. Una serie de puertas da a
una planta de trabajo situada delante del crisol. Todo el crisol y la planta de
trabajo están situados a una altura determinada por encima del suelo, y el
espacio situado bajo el crisol lo ocupan las cámaras de regeneración de calor
del horno. Un horno del tamaño indicado produce unas 100 toneladas de acero
cada 11 horas. El horno se carga con una mezcla de arrabio (fundido o frío), chatarra
de acero y mineral de hierro, que proporciona oxígeno adicional. Se añade
caliza como fundente y fluorita para hacer que la escoria sea mas fluida. Las
proporciones de la carga varían mucho, pero una carga típica podría consistir
en 60.000 Kg de chatarra de acero, 11.000 Kg de arrabio frío, 45.000 Kg de
arrabio fundido, 12.000 Kg de caliza, 1.000 Kg de mineral de hierro y 200 Kg de
fluorita. Una vez cargado el horno, se enciende, y las llamas oscilan de un
lado a otro del crisol a medida que el operario invierte su dirección para
regenerar el calor. Desde el punto de vista químico la acción del horno de
crisol abierto consiste en reducir por oxidación el contenido de carbono de la
carga y eliminar impurezas como silicio, fósforo, manganeso y azufre, que se
combinan con la caliza y forman la escoria. Estas reacciones tienen lugar
mientras el metal del horno se encuentra a la temperatura de fusión, y el horno
se mantiene entre 1.550 y 1.650ºC durante varias horas hasta que el metal
fundido tenga el contenido de carbono deseado. Un operario experto puede juzgar
el contenido de carbono del metal a partir de su aspecto, pero por lo general
se prueba la fundición extrayendo una pequeña cantidad del metal del horno,
enfriándola y sometiéndola a examen físico o análisis químico. Cuando el
contenido en carbono de la fundición alcanza el nivel deseado, se sangra el
horno a través de un orificio situado en la parte trasera. El acero fundido
fluye por un canal corto hasta una gran cuchara situada a ras del suelo, por
debajo del horno. Desde la cuchara se vierte el acero en moldes de hierro
colado para formar lingotes, que suelen tener una sección cuadrada de unos 50
cm de lado, y una longitud de 1,5 m. Estos lingotes, la materia prima para
todas las formas de fabricación de acero, pesan algo menos de 3 toneladas.
Recientemente se han puesto en práctica métodos
para procesar el acero en forma continua sin tener que pasar por el
proceso de fabricación de lingotes.
10.- Describa brevemente como funciona el método de afino denominado Convertidor
Bessemer.
El proceso más
antiguo para fabricar acero en grandes cantidades es el proceso Bessemer, que
empleaba un horno de gran altura en forma de pera, denominado convertidor de
Bessemer, que podía inclinarse es sentido lateral para la carga y el vertido.
Al hacer pasar grandes cantidades de aire a través del metal fundido, el
oxígeno del aire se combinaba químicamente con las impurezas y las eliminaba.
En el proceso básico de oxígeno, el acero también se refina en un horno en
forma de pera que se puede inclinar en sentido lateral. Sin embargo, el aire se
sustituye por un chorro de oxígeno casi puro a alta presión. Cuando el horno se
ha cargado y colocado en posición vertical, se hace descender en su interior
una lanza de oxígeno. La punta de la lanza, refrigerada por agua, suele estar
situada a unos 2 m por encima de la carga, aunque esta distancia se puede
variar según interese. A continuación se inyectan en el horno miles de metros
cúbicos de oxígeno a velocidades supersónicas. El oxígeno se combina con el
carbono y otros elementos no deseados e inicia una reacción de agitación que
quema con rapidez las impurezas del arrabio y lo transforma en acero. El
proceso de refinado tarda 50 minutos o menos, y es posible fabricar unas 275
toneladas de acero en una hora.
11.- ¿Cómo funciona un horno de arco eléctrico?
En algunos
hornos el calor para fundir y refinar el acero procede de la electricidad y no
de la combustión de gas. Como las condiciones de refinado de estos hornos se
pueden regular más efectivamente que las de los hornos de crisol abierto o los hornos básicos de oxígeno, los hornos
eléctricos son sobre todo útiles para producir acero inoxidable y aceros
aleados que deben ser fabricados según unas especificaciones muy exigentes. El
refinado se produce en una cámara hermética, donde la temperatura y otras
condiciones se controlan de forma rigurosa mediante dispositivos automáticos.
En las primeras fases de este proceso de refinado se inyecta oxígeno de alta
pureza a través de una lanza, lo que aumenta la temperatura del horno y
disminuye el tiempo necesario para producir el acero. La cantidad de oxígeno
que entra en el horno puede regularse con precisión en todo momento, lo que
evita reacciones de oxidación no deseadas.
En la mayoría
de los casos, la carga está formada casi exclusivamente por material de chatarra. Antes de poder
utilizarla, la chatarra debe ser analizada y clasificada, porque su contenido
en aleaciones afecta a la composición del metal refinado. También se añaden
otros materiales, como pequeñas cantidades de mineral de hierro y cal seca,
para contribuir a eliminar el carbono y otras impurezas. Los elementos
adicionales para la aleación se introducen con la carga o después, cuando se
vierte a la cuchara el acero refinado. Una vez cargado el horno se hacen
descender unos electrodos hasta la superficie del metal. La corriente 6
eléctrica fluye por uno de los electrodos, forma un arco eléctrico hasta la
carga metálica, recorre el metal y
vuelve a formar un arco hasta el siguiente electrodo. La resistencia del
metal al flujo de corriente genera calor que, junto con el producido por el
arco eléctrico, funde el metal con rapidez. Hay otros tipos de horno eléctrico
donde se emplea una espiral para generar calor
12.- ¿Qué ventajas tiene la desgasificación
de un proceso de afino?
A.)
Tratamiento de desgasificación: El acero contiene elementos perjudiciales que
deben eliminarse. Entre éstos están los gases disueltos durante el proceso de
fabricación; Hidrógeno; Oxígeno; Nitrógeno. Para reducir el tamaño al máximo
del contenido de estos gases, en especial el Hidrógeno, se somete al acero
líquido al vacío, según distintos procesos, que pueden agruparse en tres
técnicas principales:
A.1.)
Desgasificación del chorro de colada: Consiste en situar el recipiente receptor
del acero líquido (cuchara o lingotera) en una cámara de vacío, sobre la que se
ajusta la cuchara que contiene el acero líquido. El chorro de acero, por efecto
del vacío, se fracciona en gotas que favorecen la eliminación de los gases.
A.2.)
Desgasificación del acero en la cuchara: La cuchara se sitúa previamente en una
cámara de vacío. Para facilitar la desgasificación, el acero se remueve por una
corriente de gas inerte (Argón) o electromagnéticamente.
A.3.) Desgasificación
por recirculación: Consiste en hacer circular repetidas veces el acero por un
recipiente que actúa de cámara de vacío.
13.- ¿Porqué y para qué se usa el gas Argón en los procesos de afino?
B.)
Tratamiento de afino de los aceros inoxidables: La chatarra se funde en un
horno eléctrico de arco de inducción. Después de colada la cuchara con el acero
fundido en la cámara y hecho el vacío, se inyecta oxígeno con una lanza situada
en la parte superior, que elimina el carbono con un mínimo de oxidación metálica. Al mismo
tiempo, se pasa Argón a través de un tapón poroso situado en el fondo de la
cuchara, para homogeneizar la masa del acero líquido
14.- ¿Qué es el barboteo en los procesos de afino?
C.) Tratamiento de homogeneización por barboteo:
Consiste en la agitación del baño
mediante la inyección de un gas inerte, generalmente Argón, a través del
fondo de la cuchara o por una lanza.
15.- ¿Cómo se usa el vacío en los procesos de afino?
E.) Desoxidación del acero por el carbono en el
vacío o (VCD): Al ser tratado el acero en el vacío conteniendo carbono y
oxígeno disueltos estos elementos reaccionan entre sí, dando origen a CO, de
esta forma se elimina el oxígeno del acero sin dejar residuos sólidos
(inclusiones no metálicas). El CO (gas) es eliminado del sistema (vacío),
siguiendo la reacción hasta prácticamente la eliminación total del oxígeno. La
deshidrogenación también es más elevada, al ser ayudada por el desprendimiento
de burbujas de CO, que facilitan el arrastre del hidrógeno.
16.- ¿Qué función tienen los alambres de aluminio y calcio en los
procesos de afino?
G.) Adición de
Aluminio y Calcio por medio de alambre o de proyectiles: El alambre se
introduce a gran velocidad en el acero mediante un mecanismo especial. Al mismo
tiempo se remueve el acero de la cuchara inyectando Argón. En el caso de
adición por proyección, los proyectiles se lanzan a una velocidad controlada
para que almacenen el fondo de la cuchara, por medio de un aparato que funciona
como una metralleta de aire comprimido.
17.- ¿Qué es la escoria
Impurezas como
silicio, fósforo, manganeso y azufre, que se combinan con la caliza y forman la
escoria.
18.- ¿Según el tipo de refractario cómo se pueden
clasificar los métodos de fabricación del
acero?
Desde el punto
de vista químico−metalúrgico, todos los procesos de fabricación de acero se
pueden clasificar en ácidos y básicos (según el refractario y composición de la
escoria utilizada ), y cada proceso tiene funciones específicas según el tipo
de afino que puede efectuar. Los procesos ácidos utilizan refractarios de
sílice, y por las condiciones de trabajo del proceso hay que poder formar
escorias que se saturen de sílice. Los procesos ácidos pueden utilizarse para eliminar
carbono, manganeso y silicio; no son aptos para disminuir el contenido en
fósforo y azufre, y por esto requieren
el consumo de primeras materias seleccionadas, cuyo contenido en fósforo y
azufre cumple las especificaciones del acero final que se desea obtener. Los
procesos básicos utilizan refractarios de magnesita y dolomía en las partes del
horno que están en contacto con la escoria fundida y el metal. La escoria que
se forma es de bajo contenido de sílice compensada con la cantidad necesaria de
cal. El proceso básico elimina, de manera tan eficaz como el proceso ácido, el
carbono, manganeso y silicio, pero además eliminan el fósforo y apreciables
contenidos de azufre. De aquí las grandes ventajas del proceso básico, por su
gran flexibilidad par consumir diversas materias primas que contengan fósforo y
azufre, y por los tipos y calidades de acero que con él se pueden obtener.
Desde el punto de vista tecnológico existen tres tipos fundamentales de
procesos:
1) Por
soplado, en el cual todo el calor procede del calor inicial de los materiales
de carga, principalmente en estado de fusión.
2) Con horno
de solera abierta, en el cual la mayor parte del calor proviene de la
combustión del gas o aceite pesado utilizado como combustible; el éxito de este
proceso se basa en los recuperadores de calor para calentar el aire y así
alcanzar las altas temperaturas eficaces para la fusión de la carga del horno.
3) Eléctrico,
en el cual la fuente de calor más importante procede de la energía eléctrica (
arco, resistencia o ambos ); este calor puede obtenerse en presencia o ausencia
de oxígeno; por ello los hornos eléctricos pueden trabajar en atmósferas no
oxidantes o neutras y también en vacío, condición preferida cuando se utilizan
aleaciones que contienen proporciones importantes de elementos oxidables
19.- ¿En los procesos ácidos de fabricación
del acero principalmente que escorias se eliminan?
Los procesos
ácidos utilizan refractarios de sílice, y por las condiciones de trabajo del
proceso hay que poder formar escorias que se saturen de sílice. Los procesos
ácidos pueden utilizarse para eliminar carbono, manganeso y silicio; no son
aptos para disminuir el contenido en fósforo y azufre, y por esto requieren el consumo de primeras
materias seleccionadas, cuyo contenido en fósforo y azufre cumple las
especificaciones del acero final que se desea obtener. Los procesos básicos
utilizan refractarios de magnesita y dolomía en las partes del horno que están
en contacto con la escoria fundida y el metal
20.- ¿Según el punto de vista tecnológico
cómo se pueden clasificar los métodos
de fabricación del acero?
Acero Bof,
Horno Eléctrico y Convertidores BessemerThomas
21.- Describa el proceso de fabricación del acero denominado Bessemer ácido.
El proceso
Bessemer ácido ha sido el primero utilizado y el más sencillo. Desde su inicio
permite obtener en una sola operación, partiendo de hierro líquido, coladas de
10−25 tm al ritmo de 1 tm/ min. Por ser ácido, no defosfora ni desulfura y debe
utilizar hierro líquido de análisis adecuado. La gran abundancia de mineral de
hierro rico en fósforo, que al ser tratado en horno alto pasan gran parte al
hierro líquido, provoca el desarrollo de procesos que pueden defosforar, y ha
sido causa de que los procesos básicos se empleen en Europa mucho más que el
Bessemer ácido, limitado éste a utilizar hierro bajo en fósforo, mucho más
escaso. La operación se realiza en el convertidor, cuba de acero revestida de
refractario, con toberas en su fondo y abierta en su parte superior, montada
sobre apoyo con mecanismo basculante. La carga de hierro líquido se realiza con
el convertidor en posición horizontal, lo que deja abiertas las toberas. Se
insufla el aire necesario a través de uno de los soportes huecos a la caja de
viento, que lo distribuye a través de las toberas a una presión de 2 kg / cm2.
Se inicia el
soplado al mismo tiempo que se pone el convertidor vertical; el aire a presión
pasa a través del hierro líquido, introduciéndose así el oxígeno necesario para
el afino.
El silicio
contenido en el hierro líquido es el factor termoquímico más importante para
regular y obtener la temperatura necesaria. La llama expulsada por la boca del
convertidor cambia de color y luminosidad, lo que permite juzgar el desarrollo
del afino e interrumpir el soplado en el momento final adecuado; entonces se
hace bascular el convertidor y se cuela el acero líquido en una cuchara de
transporte. El revestimiento ácido de este 16 tipo de convertidores proporciona
el exceso de sílice indispensable para formar escoria, además del silicio que
contiene el hierro líquido.
En el caso del
convertidor básico, llamado proceso Thomas, el revestimiento es de magnesita o
dolomía calcinada y alquitrán. Por la acción fuertemente oxidante del soplado
se elimina primero el carbono y después se oxida el fósforo, que actúa de
importante elemento termógeno. La cal necesaria se añade con la carga; se funde
durante el soplado y se combina con el fósforo oxidado, formando la escoria
Thomas, utilizada como fertilizante. Este proceso ha sido un factor muy
importante del desarrollo industrial alcanzado en Europa a fines del siglo
pasado. Se controla como el Bessemer por el aspecto de la llama. El tiempo
necesario del soplado es sólo de 15 min, por lo que el éxito del proceso
depende de la pericia del operario. Tan corto tiempo no permite efectuar
control por análisis de muestras
22.- Describa el proceso de fabricación del acero denominado BOF.
Convertidores
(BOF) - Soplado con Oxígeno El Horno de Oxígeno Básico es un elemento muy
eficaz para convertir los lingotes de hierro en acero inyectando oxígeno.
Carburos Metálicos puede suministrar el gas, los sistemas de control de
procesos y el caudal así como el know-how técnico (por ejemplo, en la
colocación de lanzas).
Convertidores
(BOF) - Precalentamiento de la ChatarraSe han desarrollado equipos de control y
quemadores para precalentar de forma eficaz la chatarra férrea mediante
quemadores de oxi-combustible no refrigerados por agua. Se suelen conseguir
ahorros de combustible del 70% y reducciones del 50% en tiempos de
calentamiento.
Convertidores
(BOF) - Salpicadura de Escoria Mediante la inyección de nitrógeno en la zona
inferior del horno a través de la misma lanza de oxígeno se consigue una capa
de protecicón de escoria fundida en la pared del refractario reduciendo el
“gunning consumption” y alargando la campaña.
Convertidores
(BOF) - Agitación Inferior El metal fundido se agita mediante una inyección de
gas de alta presión con el fin de incrementar la producción de acero, la
recuperación de los metales de aleación y alargar la duración de la campaña.
23.- Mencione los cinco grupos en los cuales
se puede clasificar el acero.
1.
Aceros Al Carbono
2.
Aceros Aleados
3.
Aceros De Baja Aleación Ultra Resistentes
4.
Aceros Inoxidables
5.
Aceros De Herramienta
24.- ¿En tus palabras que es el acero?
Aleación de hierro y carbono, en diferentes proporciones,
que, según su tratamiento, adquiere especial elasticidad, dureza o resistencia.
El acero es uno de los metales más resistentes,
versátiles, adaptables y ampliamente utilizado. Al contener hierro, posee una
característica única, su magnetismo, lo que lo hace ser uno de los materiales
más fáciles de reciclar
