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• Diana Carolina Zapata Bereche

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OBTENCIÓN DEL ACERO EN ALTO HORNO Producción del hierro y el acero

El 90% de todos los metales fabricados a escala mundial son de hierro y acero. Los procesos para la obtención de hierro fueron conocidos desde el año 1200 ac.

Los principales minerales de los que se extrae el hierro son: Hematita (merma roja)

70% de hierro

Magnetita (merma negra)

72.4% de hierro

Siderita (merma café pobre)

48.3% de hierro

Limonita (merma café)

60-65% de hierro

Hematita, hematites u oligisto es un mineral compuesto de óxido férrico (Fe2O3) y constituye una importante mena de hierro ya que en estado puro contiene el 70% de este metal. Propiedades especiales: mineral industrial, pigmento, extracción de hierro, agente para pulidos.

Magnetita es un mineral de hierro constituido por óxido ferroso-diférrico (Fe3O4). Siderita es el carbonato de hierro (FeCO3), romboédrico. Limonita es el nombre dado a ciertos minerales de hierro provenientes de alteración nutrida de los vegetales en aguas ferroginosas. Pueden considerarse como un hidrato de hierro son amorfos y de color pardo oscuro. Su composición es: (Fe 203). El alto horno es la instalación industrial dónde se transforma o trabaja el mineral de hierro. Un alto horno típico está formado por una cápsula cilíndrica de acero de unos 30 m de alto forrada con un material no metálico y resistente al calor, como asbesto o ladrillos refractarios. La parte inferior del horno está dotada de varias aberturas tubulares llamadas toberas, por donde se fuerza el paso del aire que enciende el coque. Cerca del fondo se encuentra un orificio por el que fluye el arrabio cuando se vacía el alto horno. Encima de ese orificio, pero debajo de las toberas, hay otro agujero para retirar la escoria. La parte superior del horno contiene respiraderos para los gases de escape, y un par de tolvas redondas, cerradas por válvulas en forma de campana, por las que se introduce el mineral de hierro, el coque y la caliza. Una vez obtenido el acero líquido, se puede introducir en distintos tipos de coladura

para obtener unos materiales determinados: la colada convencional, de la que se obtienen productos acabados; la colada continua, de la que se obtienen trenes de laminación y, finalmente, la colada sobre lingoteras, de la que lógicamente se obtienen lingotes.

Proceso de Reducción directa (DRI) 11 enero, 2016acero, automotriz, economia, engineering, gas, industria, proyectos, seguridad,steel, usa, xiderexace ro, china, economia, europa, mexico, steel, usa

En siderurgia, la reducción directa es el proceso mediante el que se emplean agentes reactivos reductores como gas natural, coque, aceite combustible, monóxido de carbono, hidrógeno o grafito, obtenidos de la reformación catalítica del CH4. El procedimiento consiste en triturar la mena de hierro y pasarla por un reactor con los agentes reductores, con lo que algunos elementos no convenientes para la fusión del hierro son eliminados. El producto del sistema de reducción directa es el fierro esponja que consiste en unos pellets de mineral de hierro los que pueden ser utilizados directamente para la producción de acero con características controladas. Historia La producción de hierro esponja era el primer método utilizado para obtener el hierro en el Medio Oriente, Egipto, y Europa, donde se mantuvo en uso hasta al menos el siglo 16. Existe alguna evidencia de que el método bloomery también se utilizó en China, pero China había desarrollado altos hornos para la obtención de arrabio 500 BCE. La ventaja de la técnica de bloomery es que el hierro se puede conseguir a una temperatura inferior del horno, sólo alrededor de 1100 ° C o menos. La desventaja, relativamente a la utilización de un alto horno, es que sólo pequeñas cantidades se pueden hacer a la vez.

Hierro de reducción directa (DRI)

Información general Hierro de reducción directa (DRI), también llamado Fierro Esponja, se produce a partir reducción directa de mineral de hierro (en forma de grumos, pellets o multas) por un gas reductor producido a partir de gas natural o carbón. El gas reductor es una mezcla, la mayoría de los cuales es hidrógeno (H2) y monóxido de carbono (CO) que actúan como agentes reductores. Este proceso de reducción del mineral de hierro en forma sólida mediante la reducción de los gases se llama reducción directa. La ruta convencional para la fabricación de acero se compone de plantas de sinterización o peletización, hornos de coque, altos hornos, y hornos de oxígeno básico. Estas plantas requieren altos costos de capital y materias primas de las estrictas especificaciones. Plantas de acero integradas de menos de un millón de toneladas de capacidad anual generalmente no son económicamente viables. Los hornos de coque y plantas de sinterización en una planta de acero integrada generan mucha contaminaciòn y son unidades caras.

Hierro de reducción directa (DRI) está fabricado de un material metálico producido por la reducción (eliminación del oxígeno) de óxido de hierro a temperaturas inferiores al punto de fusión del hierro (1536° C o 2797 ° F). El óxido de hierro, ya sea en bulto, o en forma de pellet se reduce en 800-1050 ° C (1472-1922 ° F) por la interacción con reductores (H2 CO) derivado de gas natural o carbón. DRI bulto, pastillas, y frío-briquetas moldeadas tienen una densidad aparente de menos de 5.0 g / cm3 (312 lbs / ft3). Fría-briquetas moldeadas se forman a una temperatura inferior a 650 ° C (1202° F). Hierro briqueteado en caliente (HBI) es una forma compactada de DRI con características físicas mejoradas, que lo hacen ideal para el manejo, envío, y almacenar como un producto comercial. El tamaño de partícula puede variar desde menos de 6.35 mm (0.25 pulgadas) a 12 mm (0.5 pulgadas). El contenido de humedad puede ser tanto como 12 por ciento (en peso). Química Típica de DRI

* Depende de la fuente de óxido de hierro * Ganga es el término para los minerales de óxido (es decir. CaO, Al2O3, SiO2, MgO) que permanecerá en el DRI y se eliminan en la escoria de acero. Proceso La reducción directa, una vía alternativa de fabricación de hierro, ha sido desarrollado para superar algunas de estas dificultades de los altos hornos convencionales. DRI es fabricado con éxito en varias partes del mundo a través de gas natural o la tecnología basada en el carbón. El mineral de hierro se reduce en estado sólido a 800 a 1,050 ° C (1,470 a 1,920 ° F) ya sea mediante la reducción de gas (H2 CO) o carbón. Las inversiones y gastos de funcionamiento específicos de plantas de reducción directa son bajas en comparación con las plantas de acero integradas y son más adecuados para muchos países en desarrollo, donde los suministros de carbón de coque se limitan. El proceso de reducción directa es energía eficiente, pero más competitivo con el Alto horno (BF) cuando se puede integrar con Horno de arco eléctrico (EAF) para aprovechar el calor latente producido por el producto DRI. Factores que ayudan a hacer económico el proceso de Reducción Directa: Hierro de reducción directa tiene aproximadamente el mismo contenido de hierro como Arrabio (MPI), típicamente 90-94% de hierro total (dependiendo de la calidad del mineral en bruto) en contraposición a alrededor de 93% del hierro fundido (Pig Iron).

Por lo que es una excelente materia prima para los hornos eléctricos utilizados por acerías, permitiéndoles usar los grados más bajos de calidad de la chatarra para el resto de la carga o para producir altos grados de acero. Hot briquette Iron (HBI) es una forma compacta de DRI diseñado para la facilidad del traslado, manejo, y almacenamiento. Fierro esponja caliente de reducción directa (HDRI) este no se enfría antes de salir del horno de reducción, y es inmediatamente transportado y cargado a un horno de arco eléctrico con el consiguiente ahorro de energía. El proceso de reducción directa puede utilizar gas natural contaminado con gases inertes, evitando la necesidad de eliminar estos gases para otro uso. Sin embargo, cualquier contaminación de gas inerte del gas reductor reduce el efecto (calidad) de esa corriente de gas y de la eficiencia térmica del proceso. Suministros de mineral en polvo y el gas natural en bruto están disponibles en áreas como el norte de Australia, evitando los costos de transporte. En la mayoría de los casos, la planta de DRI se encuentra cerca de la fuente de gas natural, ya que es más rentable para enviar el mineral en lugar del gas. Este método produce 97% de hierro puro.

Problemas Hierro de reducción directa es altamente susceptible a la oxidación y la corrosión si se deja sin protección, y es normalmente rápido tratados posteriormente con el acero. El hierro a granel también se incendia, ya que es pirofórica. Usos El fierro esponja no es útil por sí mismo, pero se puede procesar para crear hierro forjado. La esponja se retiró del horno, llamado bloomery, y repetidamente golpeado con martillos pesados y doblada para eliminar la escoria, oxidar cualquier carbono o carburo y soldar el hierro juntos. Este tratamiento suele crear hierro forjado con el tres por ciento de escoria y una fracción de un por ciento de otras impurezas. El tratamiento posterior puede añadir cantidades de carbono controlado, permitiendo diversos tipos de tratamiento térmico. Hoy, el fierro esponja se crea mediante la reducción de mineral de hierro sin fundirse. Esto lo convierte en una materia prima de alta eficiencia energética para los fabricantes de aceros especiales que solía depender de la chatarra.

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ACEROS AREQUIPA formación Corporativa>Proceso de producción>Proceso de reducción directa

Proceso de Reducción Directa (Hierro Esponja) Un componente importante en la producción del acero es el hierro esponja. Este se obtiene en la planta de reducción directa a partir de la reducción del mineral de hierro que llega en forma de "pellets" o como calibrado. Se le denomina "hierro esponja" porque al extraerle el oxígeno al mineral de hierro se obtiene un producto metálico poroso y relativamente liviano. La materia prima para la obtención del hierro esponja es el mineral de hierro (óxido de hierro). Este, al igual que el carbón y la dolomita, se almacenan en silos antes de ingresar a los hornos. En los hornos rotatorios se reduce el mineral de hierro, liberándolo del oxígeno gracias a la acción del carbón, para así transformar la mayor proporción del hierro a su estado metálico y utilizarlo en el horno eléctrico como carga metálica en la fabricación del acero, con la ventaja de obtener un producto con menor cantidad de residuales y mejores propiedades. Para tener un mejor control en los procesos de Acería y Laminación, así como mejorar la calidad de nuestros productos, pusimos en funcionamiento en 1996 esta planta, que opera con dos hornos tubulares rotatorios inclinados tipo "kiln", donde se producen alrededor de 12 toneladas de hierro esponja por hora. Lo que hace un promedio de 45,000 t/a ( toneladas anuales) cada uno; siendo la producción total de 90,000 t/a. ¿Cómo se extrae el oxigeno del mineral de hierro? El mineral de hierro, junto con el carbón y la caliza, ingresan a los hornos rotatorios en proporciones adecuadas mediante el uso de balanzas dosificadoras (weight feeders) y el tiempo de permanencia en su interior se controla mediante la velocidad de rotación. El interior de los hornos está recubierto de material refractario para evitar las pérdidas térmicas. Por efecto de la combustión controlada y de la temperatura alcanzada (aproximadamente 1050 °C) se favorece la generación del monóxido de carbono, el cual permite la reducción del mineral de hierro. Para el control de la temperatura se dispone de 7 ventiladores a lo largo del horno y de un quemador central ubicado en la zona de descarga, los que brindan el aire necesario para la combustión del carbón y del gas natural inyectado como combustible. El hierro esponja obtenido pasa luego al enfriador rotatorio donde mediante un intercambio indirecto de calor con agua, se le disminuye la temperatura a aproximadamente 100 °C.

Luego es clasificado por tamaños y vía separadores magnéticos, en donde el hierro esponja es separado de los residuos de carbón y cenizas, para que finalmente la carga metálica así obtenida se apile en la bahía de consumo de metálicos en espera de su utilización. Los residuos de carbón son luego concentrados para su reutilización en el proceso. Información Corporativa>Proceso de producción>Proceso de Fragmentación de metálicos

Proceso de Fragmentación Otro componente en la producción del acero es la carga metálica. En la zona de metálicos, se acopia el acero a reciclar, según su carga residual y su densidad, determinada por una junta calificadora. La compra de acero en desuso viene generando un importante mercado de trabajo en nuestro país y contribuye además al cuidado del medio ambiente. La carga metálica pasa por un proceso de corte y triturado en la planta fragmentadora de Aceros Arequipa. En el interior de la fragmentadora, poderosos martillos reducen la carga a un tamaño óptimo. Luego, a través de una faja transportadora, la carga fragmentada pasa por una serie de rodillos magnéticos que seleccionan todo lo metálico. Los materiales que no lo son, se desvían por otro conducto para su almacenamiento y uso alternativo en los procesos productivos. En la zona de carga, al hierro esponja se le añade la carga metálica fragmentada. Esta mezcla se lleva a la Planta de Acería para iniciar la producción del acero.

ión Corporativa>Proceso de producción>Proceso de acería

Proceso de Acería La línea de producción del proceso de Acería cuenta con un Horno Eléctrico de Fusión AC de 80 t y un Horno de Afino (Horno Cuchara).

El Horno de Fusión tiene un transformador de 100 MVA, además de 4 lanzas supersónicas para la inyección de oxígeno, instaladas en su estructura metálica. Los paneles (paredes del horno) y la bóveda son refrigerados con agua. Cuando la mezcla de hierro esponja y la carga metálica ingresan al horno, la puerta principal es cubierta con una masa selladora. Esto evita el ingreso excesivo de aire y permite mantener mejor el calor. En el interior del horno eléctrico, la principal fuente de energía usada para fundir la carga es la energía eléctrica; a través del arco eléctrico producido por tres electrodos que generan temperaturas por encima de los 3,000°C a 5,000°C. Adicionalmente se consume energía química generada en reacciones exotérmicas por el uso de oxigeno. El hierro esponja y la carga metálica se funden a 1600ºC, obteniéndose así el acero líquido. Luego de 35 minutos de proceso en el horno eléctrico, el acero líquido pasa al horno cuchara en donde se realiza el afino, es decir, se ajusta la composición química del acero, logrando así la calidad necesaria para el producto y dándole al acero la temperatura necesaria para el resto del proceso. Luego, la cuchara es enviada a la colada continua para iniciar el proceso de solidificación. En la colada continua a través de la buza u orificio ubicado en la base de la cuchara, se inicia el vertido del acero líquido de la cuchara al tundish o distribuidor, que reduce la turbulencia del flujo y lleva el acero líquido por 4 líneas de colada hacia los moldes oscilatorios, en donde se le da una refrigeración primaria para solidificarla superficialmente. Luego, mediante spray´s y toberas se realiza la refrigeración secundaria. Esta barra solidificada es cortada obteniéndose así la palanquilla, el producto final de la acería y la materia prima para la laminación. Todo este proceso es muy importante porque de él depende la calidad de la palanquilla y del producto final. La capacidad de producción anual es de 850,000 t/a de palanquilla de diferentes secciones, (130x130mm y 150x150mm), que se destina a la fabricación de barras corrugadas, perfiles, alambrones y aceros especiales. Dentro del proceso continuo de mejora tecnológica, la Planta de Acería ha logrado avances significativos que incluyen el desarrollo de tecnología propia patentada, permitiendo ubicar al Horno Eléctrico de Aceros Arequipa entre los más rápidos y potentes del mundo, y haciendo que en los últimos años la producción de palanquilla se incremente sustancialmente. La modernización del horno, el proceso a puerta cerrada, el uso de metálicos sin residuos, y el conocimiento, innovación y creatividad de sus colaboradores, han permitido a Corporación Aceros Arequipa incrementar la productividad de la planta de acería y asegurar la calidad de los diferentes aceros producidos.

Corporativa>Proceso de producción>Proceso de Laminación

Proceso de Laminación La última parte del proceso de producción del acero es la laminación en caliente, donde las palanquillas se transforman en los diferentes productos de acero largo que el mercado nacional e internacional requiere. Las dos plantas de Laminación de Pisco cuentan con dos trenes de

laminación con alto nivel de automatización, el tren laminador N°1 dedicado a la fabricación de barras cuadradas y redondas, platinas, barras helicoidales y ángulos; y tren laminador N° 2, dedicado exclusivamente a la fabricación de barras de construcción desde Ø 8mm hasta Ø 1 3/8” con la tecnología de alta velocidad. Ambas plantas suman una capacidad de producción de 1´250,000 toneladas anuales de producto terminado de acero. El tren laminador N° 1, la materia prima es la palanquilla que suministra la Planta de Acería. Se alimenta al Horno de Recalentamiento y se calienta a una temperatura de 1,160°C promedio, mediante el proceso de combustión con gas natural. Una vez obtenida la temperatura deseada, la palanquilla ingresa al tren laminador que consta por un conjunto de equipos (casetas) puestos en serie que tienen la finalidad de reducir la sección transversal de la palanquilla a través de su compresión entre los rodillos de las casetas, dando la forma del producto final y mejorando sus propiedades mecánicas. Luego el producto es descargado y enfriado al medio ambiente en la Placa de Enfriamiento; posteriormente es cortado a la longitud comercial deseada con la Cizalla de Corte en Frío. Cuando se fabrican perfiles, en la zona de corte se cuenta con una Enderezadora Multihilos que sirve para dar mayor rectitud al producto. La capacidad anual es de 450,000 t. Se cuenta también con una línea de Alambrones en el tren laminador N°1 donde se laminan los alambrones para trefilería, calibrados, electrodos y construcción. Una vez que la barra termina su proceso en el tren laminador, pasa por un Bloque Acabador (BGV) de alta velocidad llegando a los 100 m/s. Para obtener las características mecánicas y metalúrgicas requeridas, se controla la temperatura del alambrón con cajas de enfriamiento controlado. Luego, el alambrón se forma en espiras con la Bobinadora para su formación en rollos y finalmente son embalados e identificados. El tren laminador N° 2: destinado exclusivamente a la fabricación de barras de construcción. El proceso de laminación es similar al tren laminador N°1, se calienta la palanquilla en el horno y es laminado, ya sea con carga caliente o fría, en el tren hasta obtener la forma del producto final y con mejoras en sus propiedades mecánicas. La diferencia que tiene el nuevo tren laminador, es que posee la línea de alta velocidad, que consta de dos bloques acabadores (BGV) y Cajas de Enfriamiento controlado, el cual se realiza el proceso a dos hilos con un mayor ritmo de producción el cual tiene la capacidad fabricar 120 t/h y su capacidad anual es de 800,000 t. Los Productos acabados en barras y bobinas son trasladados al Almacén de Productos Terminados para su despacho a los clientes.