Introducción
Se denomina siderurgia al conjunto de operaciones mediante las cuales se obtiene un metal ferroso. El proceso abarca desde la extracción del mineral de hierro hasta su posterior transformación en acero con una presentación comercial determinada.
Actualmente los hornos más empleados en la actualidad son el convertidor LD y el horno eléctrico.
Convertidor LD.
Se trata de un horno, de creación bastante reciente, que permite la obtención de aceros de excelente calidad. También se le conoce con el nombre de horno de oxígeno básico.
- Materia prima que emplea.
· Arrabio líquido procedente del alto horno (es la materia principal). Se tratan en un convertidor LD los arrabios que son demasiado pobres en fósforo y silicio para ser afinados en el convertidor Bessemer.
· Chatarra.
· Fundente (cal), para que reaccione con las impurezas y de lugar a la formación de escoria que flota sobre el material fundido.
· Ferroaleaciones.
- Características del horno.
· La parte interior está recubierta de ladrillo refractario (de composición química básica).
· Bajo la lanza de oxígeno, el metal alcanza fácilmente 3000 ºC, con gran turbulencia, debido al óxido de carbono desprendido.
· Cada hornada dura entre 30 y 40 minutos, obteniéndose unas 300 TM de acero por cada hornada. El acero obtenido es de una extraordinaria calidad.
El proceso de carga se efectúa colocando el horno en posición inclinada. Se añade el arrabio líquido. Luego se introducen los fundentes y/o la chatarra. Se pone el horno vertical y se baja la lanza de oxígeno (doble tubo refrigerado con agua) y se inyecta oxígeno en el metal fundido. Las impurezas se queman desprendiendo calor. Posteriormente, se inclina el horno y se saca la escoria que flota sobre la masa líquida. Finalmente, se vierte el acero sobre la cuchara y se añaden elementos tales como carbón (para aumentar el contenido en carbono), níquel, cromo, etc.… para conseguir el tipo de acero que se desee.
Horno eléctrico
Mediante este procedimiento se obtienen aceros finos de gran pureza y calidad. Ello se debe a que el baño no queda expuesto a la acción sulfurante de los gases de caldeo, ni a al del oxígeno, ya que se puede lograr una atmósfera neutra, con una temperatura exacta. Es un horno especialmente indicado para la fabricación de aceros para la construcción de herramientas o aceros que vayan a estar sometidos a condiciones de trabajo especiales. También se emplea para el fundido simultáneo de varios metales que van a formar una aleación y cuyo punto de fusión es muy alto, tales como wolframio, tántalo, molibdeno, etc.
· Se carga, principalmente, con chatarra de acero seleccionada.
· Materiales de aleación, tales como Ni, Cr, Mo, etc.
- Características del horno
· Interiormente tiene un revestimiento de ladrillo refractario.
· Dentro de este horno se pueden llegar a alcanzar temperaturas de hasta 3500 ºC.
· Estos hornos se suelen construir para una carga de 100 Tm, donde la operación de afinado suele durar entre 50 minutos y 1 hora.
· El oxígeno necesario para la oxidación de las impurezas que contiene la masa líquida procede del aire que está en contacto con el baño, elementos de adición (fundentes) y la chatarra añadida (en forma de óxido).
Se introduce en el horno la chatarra más el fundente (cal). Mediante tres cilindros de grafito, llamados electrodos, se funde el metal introducido. Posteriormente, una vez efectuada la fusión se vierte en la cuchara, cuya finalidad es transportar el líquido al proceso de horno-cuchara. Este proceso, comienza con un análisis del contenido que es necesario ajustar a la composición del acero. Los elementos que se añaden son aleaciones metálicas de ferrosilicio, ferromanganeso, sílice y cal en abundancia para eliminar el azufre.
Obtención y tratamiento de las materias primas
El mineral de hierro se extrae de minas. A pesar de la abundancia de mineral de hierro en la naturaleza, solo se aprovechan dos tipos en la industria: los óxidos y el carbonato. Normalmente, el mineral, no se encuentra en estado puro, sino combinado con otros elementos químicos. De este modo se requieren una serie de procesos para la separación de la ganga (parte despreciable) y mena (parte útil).
El primer tratamiento al que se debe someter el mineral de hierro, una vez extraído, consiste en una trituración y molienda con el fin de adoptar un tamaño que permita una mejor selección. Posteriormente se realiza la separación de la ganga mediante magnetismo, flotación, tamizado, etc. Finalmente una vez separada la mena se procederá a su clasificación, siendo el método mas empleado el que la clasifica por su aspecto.
Por ultimo se procede al lavado y se aglomera la mena en pelets, nódulos, sinters o briquetas, con el fin de mejorar su manipulación.
La misión del carbón de coque es:
· Producir, por combustión, el calor necesario para las reacciones químicas de reducción (eliminación del oxigeno) así como fundir la mena dentro del horno alto
· Soportar las cargas (mezcla de carbón de coque, fundente y mineral de hierro) dentro del alto horno.
· Producir un gas reductor (CO) que transforme los óxidos en arrabio.
· Dar permeabilidad a la carga del alto horno y facilitar el paso del gas.
El coque de los altos hornos debe de tener una dimensión de ocho a doce centímetros, con un contenido de cenizas 9,8% al 10,2% y del 0,9% a 1,2% de azufre.
Pese a que el mineral de hierro ya ha sufrido un tratamiento preliminar en el que se he reducido la ganga existente, siempre quedan impurezas unidas al mineral que es preciso eliminar. Estas impurezas van a reaccionar químicamente con el fundente y formar la escoria, que flotara sobre el metal fundido.
La función principal del fundente, formado por piedra caliza, es la siguiente:
· Bajar el punto de fusión de la ganga haciendo que la escoria se mantenga liquida.
· Reaccionar químicamente con las impurezas (ganga) que contiene la mena, en el momento en que se encuentre en estado liquido dentro del alto horno, arrastrándolas hacia la parte superior, y formando lo que se denomina escoria.
Funcionamiento del alto horno
La función del alto horno es reducir el mineral de hierro, principalmente sus óxidos, mediante el monóxido de carbono que se forma por combustión del carbono del coque y el oxigeno de la corriente de aire que se introduce en el horno. Este se carga con mena de hierro, coque y fundentes en proporción de:
1.- Mineral de hierro……………. 2 Tm
2.- Carbón de coque…………….. 1 Tm
3.- Fundente…………………….. ½ Tm
Los altos hornos, una vez encendidos, están funcionando ininterrumpidamente hasta que sea necesario hacerles una reparación. Para evitar el escape de humos a la atmósfera (con la consiguiente contaminación) en el momento de introducir las cargas por la parte superior, disponen de unos sistemas de apertura especiales. El aire necesario para el trabajo del horno alto entra por las toberas y procede de un cinturón de viento que recibe este de maquinas sopladoras. Los gases escapan por conductos laterales.
A medida que baja la carga, su temperatura aumenta hasta que llega al etalaje donde se llegan a producir temperaturas del orden 1.650ºC, suficientes para que al mineral de hierro (mena) se transformen gotas de hierro que se depositan en el fondo (crisol), cuya temperatura ronda los 1.600ºC.
La caliza (fundente) reacciona químicamente con las impurezas formando la escoria, que flota sobre el hierro fundido. Por un agujero, llamado bigotera o piquera de escoria, se extrae, aproximadamente, cada dos horas.
Periódicamente se sangra el horno, es decir, se vacía el crisol por un orificio practicado en la parte baja del mismo, denominado piquera de arrabio. El hierro liquido (arrabio) se conduce por unas regueras de arena hasta colarlo en las cucharas, que pueden ser abiertas o cerradas (cuchara torpedo). Estas últimas permiten conservar el calor del caldo durante el transporte o durante los tiempos de espera.
Al producto que se obtiene del alto horno se le denomina arrabio, hierro colado o hierro de primera fusión. El problema que tiene el arrabio es que posee un exceso de impurezas, que lo hacen demasiado frágil y poco adecuado para el uso industrial en la fabricación de diferentes piezas.
