INSTITUTO TECNOLOGICO SUPERIOR DE TEPEACA INGENIERIA INDUSTRIAL PROCESOS DE FABRICACION Unidad i Proceso de obtención del hierro y el acero

HIERRO Y ACERO El hierro es un metal maleable, de color gris plateado y presenta propiedades magnéticas. Es extremadamente duro y denso. 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. Los aceros son aleaciones férreas con un contenido máximo de carbono del 2%, Los principales minerales de los que se extrae el hierro son: Hematita (mena roja) 70% de hierro Magnetita (mena negra) 72.4% de hierro Siderita (mena café pobre) 48.3% de hierro Limonita (mena café) 60-65% de hierro

1.1 proceso tecnologico del hierro de primera fusión Para la producción de hierro y 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 transportados y preparados antes de que se introduzcan al sistema en el que se producirá el arrabio.

Algunos elementos químicos en la fundición del hierro Carbono. Arriba del 4% baja la calidad del hierro, sin embargo se debe decir que es el elemento que da la dureza al hierro y por medio de sus diferentes formas en las que se presenta, se pueden definir varias propiedades de las aleaciones y su grado de maquinabilidad. Silicio. Este elemento hasta un 3.25% es un ablandador del hierro y es el elemento predominante en la determinación de las cantidades de carbono en las aleaciones de hierro. Manganeso. Es un elemento que cuando se agrega a la fundición arriba del 0.5% sirve para eliminar al azufre del hierro. Como la mezcla producto del azufre y el manganeso tiene baja densidad flota y se elimina en forma de escoria. Azufre. No sirve de nada en el hierro, debe ser eliminado y controlado.

Proceso para obtención del arrabio

1.2 FUNCIONAMIENTO DEL PROCESO TECNOLOGICO Y OTROS PRODUCTOS OBTENIDOS La producción del hierro y del acero empieza con las menas de hierro y otros materiales requeridos. Las otras materias primas que se necesitan para reducir el hierro de sus menas, son el coque y la piedra caliza. 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.

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.

En general los altos hornos tienen un diámetro mayor a 8 m y llegan a tener una altura superior de los 60 m. Están revestidos de refractario de alta calidad. alto horno La caliza, el coque y el mineral de hierro se introducen por la parte superior del horno por medio de vagones que son volteados en una tolva. Con la inyección de aire caliente a 550°C, se reduce el consumo de coque en un 70%. Los sangrados del horno se hacen cada 5 o 6 horas, y por cada tonelada de hierro se produce 1/2 de escoria. Los altos hornos pueden producir entre 800 y 1600 toneladas de arrabio cada 24 h.

La producción del hierro. Para producir hierro, se alimenta por la parte superior de un alto horno una carga con capas alternadas de coque, piedra caliza y mineral de menas de hierro. 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.

El hierro fundido de primera fusión, o arrabio se vacía periódicamente en carros con los cuales se llenan lingoteras. Los lingotes se someten a una operación de enfriamiento para convertirse mediante procesos metalúrgicos posteriores, en: hierro fundido de segunda fusión hierro dulce acero

1.3 AFINO DEL ACERO TIPOS DE AFINO DE ACERO Cualquiera que sea el proceso de obtención del acero, siempre trae consigo la presencia de impurezas, gases, incrustaciones y segregaciones que hacen necesario la implementación de procesos de refinación posterior, comúnmente conocidos como “afino” del acero. TIPOS DE AFINO DE ACERO Los modernos métodos de producción del acero utilizan el arrabio como materia prima. El afino se efectúa por los siguientes métodos: convertidor (hogar abierto), proceso de inyección por oxígeno (soplado) y con horno eléctrico.

1.4 PROCESOS TECNOLOGICOS PARA LA OBTENCION DEL ACERO BOF, HORNO ELECTRICO, CONVERTIDORES BESSEMER Y THOMAS. Una vez obtenido el es necesario refinar al hierro para que se transforme en material útil para diferentes objetos o artefactos, o sea en hierro o acero comercial. HORNO BESSEMER Es un horno en forma de pera que está forrado con refractario de línea ácida o básica. El convertidor se carga con chatarra fría y se le vacía arrabio derretido, posteriormente se le inyecta aire a alta presión con lo que se eleva la temperatura por arriba del punto de fusión del hierro, haciendo que este hierva. Con lo anterior las impurezas son eliminadas y se obtiene acero de alta calidad. Este horno ha sido substituido por el BOF.

HORNO BASICO DE OXIGENO (BOF) Este horno fue inventado por Sir Henrry Bessemer a mediados de 1800. HORNO BASICO DE OXIGENO (BOF) Es un horno muy parecido al Bessemer con la gran diferencia de que a este horno en lugar de inyectar aire a presión se le inyecta oxígeno a presión, con lo que se eleva mucho más la temperatura que en el Bessemer y en un tiempo muy reducido. QUE SE LE AGREGA? • 75% de Arrabio (Metal Caliente) • Chatarra • Carbono • Ferroaleaciones • A través de la lanza se le inyecta oxigeno y polvo de piedra caliza QUE RESULTA • Acero fundido • Refinación del arrabio

HORNO DE ARCO ELECTRICO Por lo regular son hornos que sólo se cargan con chatarra de acero de alta calidad. Son utilizados para la fusión de aceros para herramientas, de alta calidad, de resistencia a la temperatura o inoxidables Existen hornos de arco eléctrico que pueden contener hasta 270 toneladas de material fundido. Para fundir 115 toneladas se requieren aproximadamente tres horas y 50,000 kwh de potencia. También en estos hornos se inyecta oxígeno puro por medio de una lanza. Los hornos de arco eléctrico funcionan con tres electrodos de grafito los que pueden llegar a tener 760mm de diámetro y longitud de hasta 12m. La mayoría de los hornos operan a 40v y la corriente eléctrica es de 12,000 A. Estos equipos son los más utilizados en industrias de tamaño mediano y pequeño, en donde la producción del acero es para un fin determinado, como varilla corrugada, aleaciones especiales, etc.

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