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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANO - PUNO

MAMANI MALAGA, Roy Mag

Contenido I.

INTRODUCCION: .................................................................................................................... 2

II.

OBJETIVOS DEL TRABAJO: ..................................................................................................... 4 2.1.

OBJETIVO PRINCIPAL: .................................................................................................... 4

III.

HISTORIA DEL CONVERTIDOR BESSEMER: ........................................................................ 4

IV.

PROCESOS DE FABRICACIÓN DE ACEROS: ......................................................................... 5

4.1.

El convertidor de Bessemer, Thomas y LD. ................................................................... 6

4.1.1.

En la fase de llenado: ............................................................................................ 6

4.1.2.

En la fase de soplado: ............................................................................................ 6

4.1.3.

La fase de vaciado: ................................................................................................ 6

4.2.

Horno Bessemer ............................................................................................................ 7

4.3.

Materia Prima................................................................................................................ 7

V.

PROCESO DE FABRICACIÓN DE ACERO BESSEMER: .............................................................. 9 Fases del convertidor Bessemer ............................................................................................... 9 1era Etapa: ............................................................................................................................ 9 2 da Etapa:........................................................................................................................... 10 3era Etapa: .......................................................................................................................... 10 Deficiencias: ........................................................................................................................ 11

VI.

CONCLUSIONES: .............................................................................................................. 11

VII.

BIBLIOGRAFIA: ................................................................................................................. 12

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FABRICACIÓN DE ACERO BESSEMER I.

INTRODUCCION:

Tras el proceso de extracción del arrabio en el alto horno, éste se procesa para obtener los productos; hierro dulce, fundiciones y aceros con los que se elaboran los subproductos comerciales finales. Puede ocurrir que se produzca más arrabio que el que se pueda utilizar inmediatamente, en este caso parte de él se deposita en unos recipientes (moldes) denominados lingoteras para procesarlos posteriormente. 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 para 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.

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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. En la fabricación de acero existen las fases hierro, escoria y gases. Este sistema heterogéneo tiende a un estado de equilibrio si se adicionan unos elementos reaccionantes o varía la temperatura o la presión. Al fabricar un acero se pretende eliminar de la fase hierro los elementos perjudiciales en acceso y añadir los que faltan para conseguir el análisis final previsto. Por las reacciones reversibles entre las tres fases (hierro, escoria y gases) se consigue, al producirse un desequilibrio, la segregación o paso de elementos, eliminar del hierro la escoria, o viceversa. Es necesario un profundo conocimiento de estas reacciones para fabricar un acero con buen resultado. Todo el proceso de obtención de acero consta de un primer período oxidante o de afino, en el que se elimina el Carbono en fase gaseosa; el silicio y el manganeso se oxidan formando compuestos complejos con la escoria, que puede eliminarse; si la escoria es además básica, se elimina el fósforo. El segundo período es reductor y debe eliminar el exceso de óxido de hierro disuelto en el baño del hierro durante el período oxidante, a fín de poder eliminar después el azufre; o puede también recuperar el manganeso oxidado que pasó a la escoria. Finalmente, hay un período de desoxidación o refino por acción de las ferro−aleaciones de manganeso y silicio, que se adicionan en el baño a la cuchara, y de aluminio metálico, en la lingotera. Estos períodos pueden tener mayor o menor duración e importancia y realizarse netamente separados o entrelazados, y a mayor o menor velocidad en unos procesos que en otros. El desescoriado puede ser total o parcial en cada período, o transformar las FABRICACION DEL ACERO BESSEMER

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primeras escorias oxidantes en reductoras. Todo ello dependerá del horno o proceso utilizado, de las condiciones de las materias primas, de los elementos que interesa que pasen a la escoria y no retornen de ésta al baño de hierro, etc.

II.

OBJETIVOS DEL TRABAJO:

2.1. OBJETIVO PRINCIPAL:  El estudiante conocerá el funcionamiento y las partes del equipo utilizado en la obtención del hierro de primera fusión y acero; su transformación durante el proceso y tipos de productos obtenidos.

III.

HISTORIA DEL CONVERTIDOR BESSEMER:

El primer paso para lograr la transformación masiva del arrabio en acero lo dio el inglés Henry Bessemer en 1856. La idea de Bessemer era simple: eliminar las impurezas del arrabio líquido y reducir su contenido de carbono mediante la inyección de aire en un "convertidor" de arrabio en acero. Se trata de una especie de crisol, como el que muestra en la figura, donde se inyecta aire soplado desde la parte inferior, que a su paso a través del arrabio líquido logra la oxidación de carbono. Así, el contenido de carbono se reduce del 4 o 5% a alrededor de un 0,5%. Además el oxígeno reacciona con las impurezas del arrabio produciendo escoria que sube y flota en la superficie del acero líquido. En las figuras siguientes se muestran cortes típicos de convertidor es Bessemer o Thomas.

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La pared del convertidor de Bessemer estaba recubierta con ladrillos refractarios ricos en óxido de silicio: sílice. En la jerga de los refractarios a éstos se les llama "ácidos" para distinguirlos de los óxidos metálicos, que se denominan "básicos". La triste experiencia del primer intento de Bessemer sirvió para demostrar que los refractarios ácidos entorpecen la eliminación del fósforo del arrabio. Más tarde Thomas y Gilchrist, también ingleses, probaron que el convertidor de Bessemer transformaba exitosamente el arrabio en acero si la pared del horno se recubría con refractarios "básicos", de óxido de magnesio por ejemplo. Para quitar el fósforo y el sílice del arrabio, añadieron trozos de piedra caliza que reacciona con ambos para producir compuestos que flotan en la escoria. Esto no se podía hacer en el convertidor "ácido" de Bessemer porque la piedra caliza podría reaccionar con los ladrillos de sílice de sus paredes. La figura siguiente muestra las tres etapas desde la carga al soplado en un convertidor tipo Bessemer-Thomas

IV.

PROCESOS DE FABRICACIÓN DE ACEROS:

A partir del siglo XIX y hasta la actualidad se han desarrollado diversos procedimientos de afino del hierro para obtener el acero. Entre los dispositivos empleados destacan el convertidor desarrollado por Bessemer y Thomas, el convertidor LD, el horno Martin- Siemens y los hornos eléctricos.

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4.1. El convertidor de Bessemer, Thomas y LD. El arrabio procedente del alto horno, transportado por los torpedos se deposita en los convertidores, recipientes de acero y revestidos interiormente, como los altos hornos, de ladrillos refractarios Se diferencian de los hornos en que a éstos se les proporciona calor y a los convertidores no, el material se deposita fundido y dentro se produce más calor con la combustión del carbono del arrabio. El convertidor ideado por Bessemer consistía en un recipiente metálico basculante de gran tamaño recubierto por material refractario de carácter ácido. El proceso de afino duraba entre 15 y 20 minutos y tenía tres fases: llenado, soplado y vaciado. 4.1.1. En la fase de llenado: 

se inclinaba el convertidor para facilitar su llenado con el arrabio fundido procedente del horno alto.

4.1.2. En la fase de soplado: 

el convertidor se situaba en posición vertical y se inyectaba aire a presión a través de unos orificios practicados en el fondo.

El aire entraba a través de la masa fundida y oxidaba el carbono, el silicio y el manganeso. El calor desprendido en estos procesos de oxidación permitía mantener la temperatura de fusión del arrabio.

4.1.3. La fase de vaciado:  se iniciaba una vez quemadas las impurezas. Se inclinaba de nuevo el convertidor y se vertía acero en las lingoteras. La principal ventaja de este procedimiento consistía en poder detenerlo con sólo cerrar la entrada del aire. De este modo se conseguían aceros con distintas cantidades de carbono, silicio y manganeso. Su principal inconveniente radicaba en que sólo podía utilizarse para arrabios con cantidades muy pequeñas de fósforo, ya que este material no se eliminaba.

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Convertidor Bessemer

4.2. 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.

4.3. Materia Prima El convertidor estaba revestido por refractario tipo silicoso, por eso, al convertidor Bessemer se lo conoce, como proceso ácido. Exteriormente, está construido por chapas de acero y posee una forma similar a la de una pera. Este procedimiento no emplea combustible. Se basa en el insuflado de aire a temperatura ambiente y a una presión = 2,5 kg./cm². EL O del aire reacciona con los elementos

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termógenos a reducir que contiene el arrabio. Estas reacciones, producen el calor necesario para la conversión del arrabio en acero. Se alcanza temperaturas de unos 1.700 ℃. Emplea arrabio de una temperatura de 1.300 a 1.500 ℃, de carácter ácido, con un contenido en silicio entre 2 a 2,5% (Elevado % de silicio) y un contenido en fósforo inferior a 0,08% (Bajo % de P), debido a que el refractario es de carácter ácido. Un arrabio con alto % de P deteriora al refractario del convertidor, a su vez, este procedimiento no permite eliminar P ya que debe agregarse Oca y al ser este básico, destruiría el revestimiento. En 1.879, fue Thomas quién descubrió la manera de tratar los arrabios que contenían demasiado P, para ser tratados en el proceso ácido, de esta manera, tenemos:

1. Recipiente.2. Cavidad interior.3. Entrada de aire.4. Caja de cierre.5. Toma de aire 6. Mecanismo basculante.7. Boca

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V.

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PROCESO DE FABRICACIÓN DE ACERO BESSEMER:

Convertidor Bessemer: Con revestimiento refractario ácido en base a sílice. Carga p/ Bessemer C = 3,5 a 4 % Si = 1,2 a 2 % Mn = 1,5 a 3 % S = 0,005 % P = 0,005 %

En ambos casos, se utiliza un aparato llamado Mezclador que tiene la finalidad de homogeneizar las cargas de arrabio, provenientes de diferentes AH, manteniendo la temperatura y con posibilidad de agregar elemento químicos para correcciones.

Fases del convertidor Bessemer 1era Etapa. Oxidación y escorificación: Duración ~ 5 min. 2 da Etapa. Oxidación del C (descarburación): Duración ~ 8 min. 3era Etapa. Colado de escoria y agregados: Duración ~ 4 min.

1era Etapa: El aire insuflado, atraviesa la masa líquida, EL O comienza oxidando al Si y al Mn y termina por el C. Primero se oxida el Fe.  Fe + ½ O ₂ ⇛ FeO + 64 Kcal. (Exotérmica)

Este FeO, reacciona con el Si y el Mn:  Si + 2 FeO ⇛ SiO ₂ + 2 Fe + 66 Kcal. FABRICACION DEL ACERO BESSEMER

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 Mn + FeO ⇛ MnO + Fe + 26 Kcal. El SiO ₂ y el MnO, pasan a la escoria, que sobrenadan en forma de silicatos.  SiO ₂ + FeO ⇛ SiO ₃ Fe + 6 Kcal. SiO ₂ + MnO ⇛ SiO ₃ Mn + 8 Kcal. Si la cantidad de sílice SiO ₂ por la oxidación del Si contenido en el arrabio no es suficiente, pasa a la escoria la sílice del revestimiento del convertidor. Estas reacciones levantan la temperatura del baño y se pasa a la segunda etapa.

2 da Etapa: Dada la alta temperatura del baño, comienza a quemarse el C.  C + FeO ⇛ CO + Fe – 35 Kcal. Así se elimina el C. Este proceso se realiza con absorción de calor.

El CO que se produce, genera una fuerte ebullición del metal y al salir a la superficie se quema con el aire atmosférico, formando CO ₂. Al finalizar la descarburación, la masa metálica se hace más densa y con una ebullición violenta indica la finalización de la conversión. Se continúa insuflando aire hasta que el contenido de C se reduce a un 0,03% y el baño se calma.

3era Etapa: Se suspende la entrada de aire ya que si lo continuamos insuflando y al haber poco C, se comenzara a oxidar el propio Fe a FeO, con las consiguientes pérdidas de metal. Se lleva al Convertidor a la posición horizontal para realizar la desoxidación y la carburación del acero. Se elimina el O en exceso disuelto como FeO, agregando (Fe Si y Fe Mn) ferro silicio y ferromanganeso y el aluminio. Para aumentar el C se utiliza una fundición especial. Una carga usual para estos convertidores estaba entre las 15 y 18 tn.

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Deficiencias: a) Imposibilidad de eliminar el P y el S. b) Elevada pérdida de Fe por oxidación (8 a 18%). c) Saturación del acero con N y FeO que empeora la calidad.

VI.

CONCLUSIONES:

En concusión la base del procedimiento Bessemer, para la obtención de acero, a partir de arrabio salido del Alto Horno pasado por mezcladores, a 1300ºC; y sin el aporte de calor proveniente de un combustible, es hacer pasar aire a través de la fundición, consiguiendo los siguientes efectos:  Mezcla la fundición, mediante las burbujas de aire. Evitando así, la operación de remover la fundición.  Oxida las impurezas contenidas en el arrabio, las que forman la escoria luego de su combustión.  Eleva la temperatura del arrabio, llevándolo a la temperatura de fusión. El revestimiento de los convertidores Bessemer deben de ser ácidos, es decir, estar compuesto mayoritariamente por sílice. Esto limita la composición de la FABRICACION DEL ACERO BESSEMER

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fundición empleada, la cual debe ser rica en sílice y manganeso y pobre en azufre y fósforo.

VII. BIBLIOGRAFIA: o http://producciondeacero.jimdo.com/procesos-de-fabricaci%C3%B3ndel-acero/aceros-bessemer-y-thomas/ o http://www.monografias.com/trabajos82/siderurgia/siderurgia2.shtml#ixz z3uxcWM8RO o https://sites.google.com/site/conocerlosmateriales/home/proceso-defabricacion-los-aceros o https://books.google.com.pe/books?id=PW7jBPNU8hwC&pg=PA388&lp g=PA388&dq=aceros+ordinarios+thomas&source=bl&ots=TQfo8y7Gr9& sig=3bmtoeFh4D6R_54KCr7bs7Bo7nI&hl=es&sa=X&ved=0ahUKEwjT2a Cq8d7JAhWIlR4KHZ3gCPoQ6AEIGjAA#v=onepage&q=aceros%20ordin arios%20thomas&f=true

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