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2012

ALTO HORNO INFORME

ALUMNOS: LUIS ALFONSO HUATAY DIAZ LARRYS FERNANDEZ ACUÑA FRANCO PEÑA HORMAZABAL PROFESOR: CHRISTIAN HERNANDEZ OSORIO MATERIA: EQUIPAMIENTO INDUSTRIAL

INDICE  Resumen ........................................................................................... 3  Introducción ........................................................................................ 4  Historia ............................................................................................... 5  Alto Horno ........................................................................................... 6  Producción del Acero.......................................................................... 7  Partes del Alto Horno .......................................................................... 7  Funcionamiento .................................................................................. 8  Productos Obtenidos ....................................................................... 12  Conclusiones .................................................................................... 14  Bibliografía ....................................................................................... 15

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RESUMEN La siderurgia es la tecnología relacionada con la producción del hierro y sus aleaciones, en especial las que contienen un pequeño porcentaje de carbono, que constituyen los aceros. Un alto horno es un horno especial en el que tienen lugar la fusión de los minerales de hierro y la transformación química en un metal rico en hierro llamado arrabio. Un alto horno típico está formado por una cápsula cilíndrica de acero de unos 30m de alto forrado con un material no metálico y resistente al calor como asbesto o ladrillos refractarios. El diámetro de la cápsula disminuye hacia arriba y hacia abajo, y es máximo en un punto situado aproximadamente a una cuarta parte de su altura total. En la parte de abajo del horno está dotada de varias aberturas tubulares que se llaman toberas los cuales serán explicado más adelante por donde se fuerza el paso del aire que enciende el coque. La parte superior del horno contiene respiradores para los gases de escape, y un par de TOLVAS redondas, cerradas por válvulas en forma de campana por donde es introducido el mineral de hierro, el coque y la caliza; lo cual nos permitirá hacer el proceso de alto horno. Los altos hornos modernos funcionan en combinación con hornos básicos de oxígeno, y a veces con hornos de crisol abierto, más antiguos, como parte de una única planta siderúrgica. En esas plantas, los hornos siderúrgicos se cargan con arrabio. El metal fundido procedente de diversos altos hornos puede mezclarse en una gran cuchara antes de convertirlo en acero con el fin de minimizar el efecto de posibles irregularidades de algunos de los hornos.

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INTRODUCCION A continuación; se muestra una investigación que se refiere al tema del alto horno; el cual compete a la instalación industrial donde se transforma o trabaja el mineral de hierro. El mineral de fierro se extrae de las minas. Normalmente no se encuentra en estado puro, sino combinado con otros elementos químicos. A pesar de la abundancia de mineral de fierro en la naturaleza, sólo se aprovechan dos tipos en la industria: los óxidos y el carbonato. El primer tratamiento al que se debe someter el mineral de fierro, una vez extraído, consiste en una trituración y molienda, seguida de una separación del parte útil (mena) de la despreciable como tierras, rocas, cal, sílice, etc., constituyendo lo que se denomina ganga, mediante magnetismo, flotación, etc. Este procedimiento se denomina tratamiento preliminar. A pesar de que el mineral de fierro ya ha sufrido un tratamiento preliminar en que se ha reducido la ganga existente, siempre quedan impurezas unidas al mineral que es preciso eliminar. Para eliminar estas impurezas se emplean métodos de reducción de los cuales describiremos el alto horno y la reducción directa.

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HISTORIA No se conoce la fecha exacta en que se descubrió la técnica de fundir mineral de hierro para producir un metal susceptible de ser utilizado. Los primeros útiles de hierro descubiertos datan del año 3000 a. c. pero se sabe que antes ya se empleaba este mineral para hacer adornos de hierro. Los griegos descubrieron hacia el 1000 a.c una técnica para endurecer las armas de hierro mediante un tratamiento térmico. Todas las aleaciones de hierro fabricadas hasta el siglo XIV d.c se clasifican en la actualidad como hierro forjado. Para obtener estas aleaciones, se calentaba en un horno una masa de mineral de hierro y carbón vegetal. Mediante este tratamiento se reducía el mineral a una masa esponjosa de hierro llena de escoria formada por impurezas metálicas y cenizas de carbón vegetal. Esta masa esponjosa se retiraba mientras permanecía incandescente y se golpeaba con pesados martillos para eliminar la escoria y darle una determinada forma. El hierro que se producía en estas condiciones solía tener un 3% de partículas de escoria y un 0,1% de otras impurezas. En algunas ocasiones, y por error, solían producir autentico acero en lugar de hierro forjado. Los artesanos del hierro acabaron por aprender a fabricar acero, calentando hierro forjado y carbón vegetal en un recipiente de arcilla durante varios días, con lo que el hierro absorbía suficiente carbono para convertirse en acero. Después del siglo XIV se aumento el tamaño de los hornos empleados para fundir. En estos hornos, el mineral de hierro de la parte superior se convertía en hierro metálico y a continuación absorbía mas carbono debido a los gases que lo atravesaban. Como resultado daba arrabio, un metal que funde a temperatura menor que el hierro y el acero. Posteriormente se refinaba el arrabio para obtener acero. En la producción moderna de acero se emplean altos hornos que son modelos perfeccionados de los que se usaban antiguamente. El arrabio se refina mediante chorros de aire. Este invento de debe a un británico llamado Henry Bessemer, que en 1855 desarrollo este inventó. Desde 1960 funcionan varios mini hornos que emplean electricidad para la producción de acero a partir de chatarra pero las instalaciones de altos hornos son esenciales para producir acero a partir de mineral de hierro.

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ALTO HORNO El alto horno es una instalación muy útil para el hombre, ya que proporciona las condiciones necesarias para reducir rápida y eficientemente las menas oxidadas de fierro y es la base para la mayor producción de acero. El objetivo principal del alto horno es producir arrabio de composición constante a alta velocidad. La temperatura del hierro y de la escoria constituye la variable crítica de operación, esta debe ser superior a1500°C para asegurar que los productos se encuentren en estado líquido. El objetivo del alto horno es la reducción de mineral del hierro. Reducción: es la separación de todas las sustancias extrañas que acompañan al metal especialmente del oxigeno. Esta operación es indispensable, pues los minerales, tales como se encuentran en las minas, no podrían ser trabajados y no tendrían directa aplicación. El alto horno es un horno especial en el que tienen lugar la fusión de los minerales de hierro llamado arrabio. Está constituido por dos troncos en forma de cono unidos por sus bases mayores. Mide de 20 a 30 metros de alto y de 4 a 9 metros de diámetro; su capacidad de producción puede varias entre 500 y 1500 toneladas diarias.

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PRODUCCION DEL ACERO La producción de acero ordinario se basa en la obtención del arrabio por reducción y fusión del mineral y por afino del arrabio. Para la obtención del arrabio, se introduce en el alto horno una mezcla (lecho de fusión) del mineral de hierro (óxidos de hierro), de combustible (coque, que actúa a la vez de reductor) y de fundente. Se insufla una corriente de aire caliente (viento), originando con el coque, óxido de carbono que reduce al mineral. Por combinación con el fundente, la ganga pasa al estado de escoria, fusible hacia los 1300°C; a esta temperatura el hierro se combina con el carbono y se forma arrabio, aleación compleja, con un contenido máximo de 95% de hierro; el arrabio y la escoria están en estado líquido, se separan por orden de densidades.

PARTES DE UN ALTO HORNO La Cuba: Tiene forma troncocónica y constituye la parte superior del alto horno: por la zona más estrecha y alta de la cuba (llamada tragante) se introduce la carga. La carga la componen: El mineral de hierro: magnetita, limonita, siderita o hematita.

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Combustible: que generalmente es carbón de coque. Recuerda que este carbón se obtiene por destilación del carbón de hulla y tiene alto poder calorífico. El carbón de coque, además de actuar como combustible provoca la reducción del mineral de hierro, es decir, provoca que el metal de hierro se separe del oxígeno. El carbono, en su forma industrial de coque, se mezcla con el mineral, con cuyo oxígeno se combina, transformándose, primero en monóxido de carbono (CO) y luego en dióxido de carbono (CO2). Fundente: Puede ser piedra caliza o arcilla. El fundente se combina químicamente con la ganga para formar escoria, queda flotando sobre el hierro líquido, por lo que se puede separar. Además ayuda a disminuir el punto de fusión de la mezcla. El mineral de hierro, el carbón coque y los materiales fundentes se mezclan y se tratan previamente, antes de introducirlos en el alto horno. El resultado es un material poroso llamado sínter. Las proporciones del sínter son: 1. Mineral de hierro…………….. 2 Toneladas 2. Carbón de coque …………… 1 Tonelada 3. Fundente…………………...... ½ Tonelada

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Se introducen por la parte más alta de la cuba. La mezcla arde con la ayuda de una inyección de aire caliente (oxígeno), de forma que, a medida que baja, su temperatura aumenta hasta que llega al Etalaje: Está separada de la cuba por la zona más ancha de esta ultima parte, llamada vientre. El volumen del etalaje es mucho menor que el de la cuba. La temperatura de la carga es muy alta (1500°C) y es aquí donde el mineral de hierro comienza a transformarse en hierro. La parte final del etalaje es más estrecha. Crisol: Bajo el etalaje se encuentra el crisol, donde se va depositando el metal líquido. Por un agujero, llamado bigotera o piquera de escoria se extrae la escoria, que se aprovecha para hacer cementos y fertilizantes. Por un orificio practicado en la parte baja del mismo denominada piquera de arrabio sale el hierro líquido, llamado arrabio, el cual se conduce hasta unos depósitos llamados cucharas. Así pues, el producto final del alto horno se llama arrabio, también llamado hierro colado o hierro de primera fusión.

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FUNCIONAMIENTO DEL ALTO HORNO Para obtener hierro a partir de sus minerales, es necesario liberar el oxígeno que acompaña a los minerales, mediante un proceso llamado reducción. Para realizarlo es necesario un elemento reductor que sea más afín con el oxígeno y que lo separe del hierro, combinándose con aquél. Hay varias materias que pueden ser reductoras pero es necesario que se encuentre en cantidades suficientes y que sea barato. El carbono es el elemento químico que cumple todos estos requisitos siendo el constituyente principal del carbón, por ello es el elemento reductor utilizado en siderurgia. El carbono, en su forma industrial de coque, se mezcla con el mineral, con cuyo oxigeno se combina, transformándose, primero en monóxido de carbono (CO) y luego en dióxido carbónico (CO2). Las reacciones de reducción comienzan a desarrollarse a unas temperaturas de cientos de grados pero adquieren una velocidad económicamente alrededor de los 1000°C. En este proceso de reducción el mineral se va empobreciendo en oxígeno hasta transformándose en hierro esponjoso. Si el proceso continúa, elevándose la temperatura, el hierro esponjoso se carbura y funde, transformándose en arrabio. Este proceso de obtención de hierro en forma de arrabio en estado líquido a temperaturas superiores a 1500°C se desarrolla en el alto horno. Existen otros procesos industriales en los que se realiza a temperaturas inferiores a 1500°C y el producto que se obtiene es el hierro esponjoso o prerreducido. Estos procesos reciben el nombre de reducción directa ya que puede utilizarse como reductor el carbón o gases reductores, como el hidrogeno y el monóxido de carbono, obtenidos a partir del gas natural. Los procesos de reducción directa suponen un pequeño porcentaje del total, por lo que el alto horno sigue siendo de gran importancia.

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PRODUCTOS OBTENIDOS DEL ALTO HORNO • Humos y gases residuales.- Se producen como consecuencia de la combustión del coque y de los gases producidos en la reducción química del mineral de hierro que, en un elevado porcentaje, se recogen en un colector situado en la parte superior del alto horno. Estos gases son, principalmente, dióxido de carbono, monóxido de carbono y óxidos de azufre. • Escoria.- Es un residuo metalúrgico que a veces adquiere la categoría de subproducto, ya que se puede utilizar como material de construcción, bloques o como aislante de la humedad y en la fabricación de cemento y vidrio. La escoria, como se comentó anteriormente, se recoge por la parte inferior del alto horno por la piquera de escoria. • Fundición, hierro colado o arrabio.- Es el producto propiamente aprovechable del alto horno y está constituido por hierro con un contenido en carbono que varía entre el 2% y el 5%. Se presenta en estado líquido a 1800 ºC. En ocasiones, a este metal se le denomina hierro de primera fusión. A partir de la primera fusión, se obtienen todos los productos ferrosos restantes: otras fundiciones, hierro dulce, acero...

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CONCLUSIONES  El alto horno es un elemento básico y fundamental en siderurgia.  El hombre aprovecha el mineral de hierro que se extrae de la tierra para conseguir ciertos materiales que luego se emplean habitualmente en nuestra sociedad. Pero la forma de fabricar estos productos ha cambiado mucho a lo largo del tiempo. Los altos hornos de carbón vegetal ya se utilizaban hace 600 años en la producción de hierro y en épocas modernas se construyen estructuras cilíndricas de acero que alcanzan cerca de 10 metros de ancho en su base y 30 de altura. Como resultado final se consigue material para fundirse en lingotes y para la fabricación de acero, una aleación de hierro que resulta más dura, presenta una mayor resistencia a la corrosión y tiene mejor maleabilidad  El alto horno es la instalación industrial donde se transforma o trabaja el mineral de hierro con el fin de transformarlo en arrabio. Este es el proceso anterior a la elaboración del acero.

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BIBLIOGRAFÍA    

Cámara Nacional del Acero. Página de Internet de la Asociación Americana de Pruebas y Materiales. Altos Hornos de México S.A.B. de C.V. (AHMSA) Cinética de los procesos de la metalurgia extractiva H. Y. Sohn, M. E. Wadsworth Editorial Trillas  El alto horno de hierro J. G. Peacy Editorial Limusa

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