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• Enrique Claudio Medina

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I.

Tema

MÉTODOS DE OBTENCIÓN DE ACERO II.

Objetivos

Objetivo General Distinguir entre los diferentes métodos de obtención de acero. Objetivos Específicos -Ilustrar el funcionamiento de los diferentes tipos de convertidores para la obtención del acero. -Reconocer los tipos de convertidores por su forma y material. III.

Marco Teórico

El proceso de fabricación del acero a partir del arrabio (material fundido que se consigue en el alto horno) consiste en eliminar el exceso de carbono y otras impurezas. La dificultad consiste en que para la fabricación del acero se necesita una elevada temperatura para llegar al punto de fusión, 1.400ºC aproximadamente. Existen diferentes tipos de hornos para fabricar el acero: 3.1 Convertidor Siemens Martin Los hornos Martin-Siemens son hornos de reverbero y se utilizan principalmente para la fusión y afino del acero destinado a la fabricación de lingotes. Su capacidad puede variar entre 25 y 500 toneladas [1].

El horno Martin-Siemens es calentado con aceite, gas de coquería, gas de gasógenos o una mezcla da gas de alto horno y de coquería, si se dispone de ella. Cuando se emplea un gas de poco poder calorífico, como el gas de gasógeno o la mezcla citada, es fundamental

precalentar el gas en un regenerador. El aire se recalienta siempre para conseguir la máxima economía térmica y lograr una elevada temperatura de llama [1]. El horno propiamente dicho comprende tres partes principales: la solera, el laboratorio y la bóveda. La solera recoge los materiales que se han de afinar y es una especie de cubeta rectangular, cuyo fondo está inclinado hacia el agujero de colada. El laboratorio es la parte comprendida entre la solera y la bóveda, donde se producen las reacciones de afino. Cierto número de aberturas colocadas en la parte anterior del horno, permiten efectuar la carga, y una de ellas está dispuesta de modo que permite la limpieza. La bóveda es de ladrillos silíceos y su misión es dirigir el calor por radiación sobre la solera [1]. Dependiendo del revestimiento del horno, ya sea ácido o básico, tendremos dos procesos distintos.

Figura 01: Convertidor Bessemer Fuente: [1] 3.2 Convertidor Thomas-Bessemer El convertidor es un horno giratorio en forma de retorta, de cuello ancho. En él se lleva a cabo el procedimiento. Este aparato es de palastro,

y está revestido interiormente

de ladrillos refractarios. Estos ladrillos, para la marcha ácida del convertidor, se hacen de cuarcita, arcilla y una pequeña cantidad de arcilla refractaria, que son mezcladas y sometidas a calcinación [2].

Para la marcha básica se hacen de dolomía calcinada (óxido de calcio y magnesio), reducida a polvo y aglomerada con alquitrán. Después se llevan a la prensa hidráulica, donde son fuertemente comprimidos [2]. La idea es eliminar las impurezas del arrabio líquido y reducir su contenido de carbono mediante la inyección de aire en un convertidor de arrabio en acero. El sistema Bessemer permite convertir el hierro en acero mediante un proceso de descarburación gracias a la introducción de chorros de aire caliente. Este sistema logró mejorar la calidad y la producción del producto consumiendo menos mineral y utilizando además un tipo de mineral no fosfato extraído de las propias minas [3]. Una cubeta donde se vierte el hierro fundido, junto con el resto de los minerales a alear con éste para conseguir un acero con las características deseadas. Cuando esta mezcla fundida se encuentra dentro de la cubeta se inyecta por su base un chorro de aire a alta presión. A las temperaturas que se producen dentro de esta cubeta, la inyección de aire produce una rápida oxidación de elementos como el carbono, el silicio o el manganeso; una oxidación que, al ser exotérmica, aumenta aún más la temperatura del hierro fundido [3]. Con lo que, además de limpiar las impurezas de la mezcla, el proceso ahorra una gran cantidad de combustible que antes era necesario para mantener fundido el hierro [3].

Funciona en tres fases: 1ª Fase (Escorificación): Se coloca el convertidor horizontalmente y se llena el 20% de capacidad con fundición. Se inyecta aire a presión y el convertidor vuelve a su posición normal. El oxígeno del aire quema el silicio y el manganeso que se encuentra en la masa fundida y los transforma en los correspondientes óxidos [2]. 2ª Fase (Descarburación): El oxígeno comienza a oxidar el carbono. 3ª Fase (Recarburación): quemándose el carbono, el oxígeno llegaría a oxidar totalmente el hierro dejándolo inservible; a este punto se corta el aire, se inclina el convertidor y se añade a la masa liquida una aleación de hierro, carbono y manganeso [2].

Figura 02: Convertidor Bessemer Fuente: [3] 3.3 Convertidor LD En el Convertidor LD (BOF) la concentración de carbono en el metal caliente es reducida al nivel requerido mediante la inyección de oxígeno a alta presión. También se agrega algo de chatarra de acero reciclada. Otras adiciones también son necesarias. Su rol es controlar la operación del horno, especialmente el soplado de oxígeno y realizar adiciones apropiadas, antes de colar el acero en una cuchara lista para los procesos de metalurgia secundaria [4]. El procesamiento en el convertidor LD (BOS) tiene por objeto afinar el metal caliente arrabio producido en el alto horno – en acero líquido bruto, que luego podrá ser nuevamente afinado por metalurgia secundaria. Las principales funciones del Convertidor LD (BOF) son la descarburación y la eliminación del fósforo del arrabio y la optimización de la temperatura del acero, para que cualquier otro tratamiento, previo a la colada, pueda realizarse con el mínimo recalentamiento o enfriamiento del acero [4]. Las reacciones exotérmicas de oxidación que ocurren durante el proceso en el convertidor LD (BOS) generan gran cantidad de energía térmica – más de la necesaria para lograr la

temperatura final del acero. Este calor adicional se utiliza para fundir chatarra y/o adiciones de mineral de hierro [4].

Figura 03: Fabricación del acero en convertidor LD Fuente: [4] 3.4 Horno eléctrico La fabricación del acero en horno eléctrico se basa en la fusión de las chatarras por medio de una corriente eléctrica, y al afino posterior del baño fundido. El horno eléctrico consiste en un gran recipiente cilíndrico de chapa gruesa (15 a 30 mm de espesor) forrado de material refractario que forma la solera y alberga el baño de acero líquido y escoria. El resto del horno está formado por paneles refrigerados por agua. La bóveda es desplazable para permitir la carga de la chatarra a través de unas cestas adecuadas [5]. La bóveda está dotada de una serie de orificios por los que se introducen los electrodos, generalmente tres, que son gruesas barras de grafito de hasta 700 mm de diámetro. Los electrodos se desplazan de forma que se puede regular su distancia a la carga a medida que se van consumiendo. Los electrodos están conectados a un transformador que proporciona unas condiciones de voltaje e intensidad adecuadas para hacer saltar el arco, con intensidad variable, en función de la fase de operación del horno. Otro orificio practicado en la bóveda permite la captación de los gases de combustión, que son depurados convenientemente para evitar contaminar la atmósfera. El horno va montado sobre una estructura oscilante que le permite bascular para proceder al sangrado de la escoria y el vaciado del baño. El proceso de fabricación se divide básicamente en dos fases: la fase de fusión y la fase de afino [5].

Figura 04: Fabricación del acero en horno eléctrico Fuente: [5] IV.

Conclusiones

-Existen diferentes tipos de convertidores cada uno con una manera distinta de obtener en acero. -Cada convertidor está compuesto de distintos materiales para soportar las elevadas temperaturas de fusión. V.

Bibliografía

[1]"Horno Siemens Martin - Ciencia y Educación", 2018. [En línea]. Disponible: https://www.taringa.net/posts/ciencia-educacion/15568613/Horno-Siemens-Martin.html. [2]"Fabricación del acero. Tipos de hornos", Tecnologiautrillas.ftp.catedu.es, 2018. [En línea]. Disponible: http://tecnologiautrillas.ftp.catedu.es/materiales/web3.htm. [3]V. perfil, "TIPOS DE HORNOS PARA LA FUNDICION DE METALES", Industproces.blogspot.com, 2018. [En línea]. Disponible: http://industproces.blogspot.com/2015/05/tipos-de-hornos-para-la-fundicion-de.html. [4]"Fabricación y procesamiento del acero", METFUSION, 2018. [En línea]. Available: https://metfusion.wordpress.com/2013/10/14/fabricacion-y-procesamiento-del-acero/. [5]Upcommons.upc.edu, 2018. [En línea]. Disponible: https://upcommons.upc.edu/bitstream/handle/2099.1/3319/55868-7.pdf?sequence=7.