• Author / Uploaded
• Carlos Barrera Hernandez

• Categories
• Hierro
• Acero inoxidable
• Arrabio
• Acero
• Alto horno

Citation preview

INTITUTO TECNOLOGICO DE MORELIA

Ingeniería Mecánica Ing. De los Materiales Metálicos

INTRODUCCION Durante toda la Edad Media y El Renacimiento el acero era producido en pequeñas cantidades por corporaciones de artesanos que guardaban en secreto el método de fabricación. El primer proceso de obtención industrial del acero fue ideado por el relojero inglés B.Huntsman en 1740; el proceso se llamó “al crisol”, porque consistía en cementar ( es decir, enriquecer en contenido de carbono ) el hierro con carbón vegetal y fundir sucesivamente en un crisol el producto obtenido. La fundición se conocía en Europa ya en el siglo XIV, como producto secundario de los hornos altos de producción de hierro; en un principio sólo se utilizó como sustitutivo del bronce. Antes de que pudiera emplearse en gran escala en la producción del acero, fue necesario que el inglés H. Cort inventase en 1874 un procedimiento de afina, en el que se producía el hierro en un horno de reverbero alimentado con carbón mineral; el carbón era quemado sobre una parrilla cuya solera estaba constituida por una capa que contenía óxido de hierro. Durante el proceso, llamado “pudelado”, la fundición era removida a mano con unas largas varillas de hierro, y luego comprimida en una prensa; el lingote resultante se laminaba al calor. Con tales procedimientos la producción de hierro fundido dejó de estar supeditada al consumo de carbón vegetal, solucionando el gravísimo problema que representaba para muchos países europeos el incremento de la tala de bosques. El acero producido al crisol era de óptima calidad, pero el coste de producción era muy superior al fabricado por pudelado. Ambos métodos fueron abandonados al introducirse los procedimientos modernos de producción en gran escala de Bessemer y de Tomas. El proceso Bessemer, ideado en 1856 por Henry Bessemer, consiste en obtener directamente acero mediante el afino de la fundición, introduciendo una corriente de aire en un aparato, actualmente llamado “convertidor” y entonces, por su forma, “pera de Bessemer”. En él, el calor que mantiene líquida la colada lo suministra la

reacción exotérmica de oxidación del Si.Dado que el convertidor ( la cuba de afino ) está revestido de sílice (ácida), el proceso es idóneo para una función de estas características. En el mismo período se patentaba en América un proceso análogo, el de William Kelly. En 1877, el inglés Sydney Gilchrist Thomas tuvo la idea de sustituir el revestimiento ácido del convertidor Bessemer por un revestimiento básico (dolomía), lo que permitía obtener escorias básicas; por consiguiente, se podía convertir fundición fosforosa en aceros. Entre 1860 y 1865 el francés Pierre Martín y los alemanes Wilhelm y Friedrich Siemens desarrollaron un tipo de horno alimentado por gas, denominado posteriormente “horno MartínSiemens”. Este tipo de horno permite obtener acero fundiendo en la solera grandes cantidades de chatarra de hierro y fundición o bien fundición y minerales. W. Siemens, entre 1878 y 1879, efectuó los primeros intentos de obtener acero a partir de chatarra de fundición de hierro en hornos de arco eléctrico. En 1898, E. Stassano instaló en Roma un horno de arco eléctrico para fabricar acero directamente del mineral, horno en que la colada era calentada por irradiación. Casi simultáneamente, en 1900, el francés P. T. L. Héroult, en América, iniciaba sus ensayos para obtener acero en un horno también de arco, siguiendo un procedimiento muy similar al Martín-Siemens. Los procesos Bessemer, Thomas, Martín-Siemens y más tarde los de acerería eléctrica inauguran la edad del acero, desplazando rápidamente a la madera como material estructural en las obras de ingeniería civil, y después al hierro fundido con materia prima de la construcción de raíles, barcos, cañones, etc.

MINERAL DE HIERRO Después del aluminio, el hierro es el elemento metálico más abundante en la superficie terrestre. Las especies minerales en en las que el hierro entra a formar parte pueden contarse por cientos. Es posible encontrarlo en muchos materiales terrosos, tales como arcillas, sales y arenas en general. En mayor o menor proporción se le puede encontrar prácticamente en todas las rocas, especialmente

en aquellas que contienen anfiboles, piroxenos, micas u divina. Sin embargo, los minerales de hierro más corrientes son sus óxidos, sulfuros, carbonatos y silicatos. La magnetita y la hematita son óxidos de hierro; la limonita es un hidróxido. La siderita, un carbonato, es relativamente poco importante como material de partida en la fabricación del hierro.

ACERO El acero es una aleación de hierro con pequeñas cantidades de otros elementos, es decir, hierro combinado con un 1% aproximadamente de carbono, y que hecho ascua y sumergido en agua fría adquiere por el temple gran dureza y elasticidad. Hay aceros especiales que contienen además, en pequeñísima proporción, cromo, níquel, titanio, volframio o vanadio. Se caracteriza por su gran resistencia, contrariamente a lo que ocurre con el hierro. Este resiste muy poco la def0rmacion plástica, por estar constituida solo con cristales de ferrita; cuando se alea con carbono, se forman estructuras cristalinas diferentes, que permiten un gran incremento de su resistencia. Ésta cualidad del acero y la abundancia de hierro le colocan en un lugar preeminente, constituyendo el material básico del S.XX. Un 92% de todo el acero es simple acero al carbono; el resto es acero aleado: aleaciones de hierro con carbono y otros elementos tales como magnesio, níquel, cromo, molibdeno y vanadio.

CLASIFICACION DE LOS MODERNOS PROCESOS DE OBTENCION DEL ACERO. 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.

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 ferroaleaciones 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 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.

Proceso por soplado, Bessemer ácido y Thomas básico. El proceso Bessemer ácido ha sido el primero utilizado y el más sencillo. Desde su inicio permite obtener en una sola operación, partiendo de hierro líquido, coladas de 10-25 tm al ritmo de 1 tm/ min. Por ser ácido, no defosfora ni desulfura y debe utilizar hierro líquido de análisis adecuado. La gran abundancia de mineral de hierro rico en fósforo, que al ser tratado en horno alto pasan gran parte al hierro líquido, provoca el desarrollo de procesos que pueden defosforar, y ha sido causa de que los procesos básicos se empleen en Europa mucho más que el Bessemer ácido, limitado éste a utilizar hierro bajo en fósforo, mucho más escaso. La operación se realiza en el convertidor, cuba de acero revestida de refractario, con toberas en su fondo y abierta en su parte superior, montada sobre apoyo con mecanismo basculante. La carga de hierro líquido se realiza con el convertidor en posición horizontal, lo que deja abiertas las toberas. Se insufla el aire necesario a través de uno de los soportes huecos a la caja de viento, que lo distribuye a través de las toberas a una presión de 2 kg / cm2. Se inicia el soplado al mismo tiempo que se pone el convertidor vertical; el aire a presión pasa a través del hierro líquido, introduciéndose así el oxígeno necesario para el afino. El silicio contenido en el hierro líquido es el factor termoquímico más importante para regular y obtener la temperatura necesaria. La llama expulsada por la boca del convertidor cambia de color y luminosidad, lo que permite juzgar el desarrollo del afino e interrumpir el soplado en el momento final adecuado; entonces se hace bascular el convertidor y se cuela el acero líquido en una cuchara de transporte. El revestimiento ácido de este tipo de convertidores proporciona el exceso de sílice indispensable para formar escoria, además del silicio que contiene el hierro líquido.

En el caso del convertidor básico, llamado “proceso Thomas”, el revestimiento es de magnesita o dolomía calcinada y alquitrán. Por la acción fuertemente oxidante del soplado se elimina primero el carbono y después se oxida el fósforo, que actúa de importante elemento termógeno. La cal necesaria se añade con la carga; se funde durante el soplado y se combina con el fósforo oxidado, formando la escoria Thomas, utilizada como fertilizante. Este proceso ha sido un factor muy importante del desarrollo industrial alcanzado en Europa a fines del siglo pasado. Se controla como el Bessemer por el aspecto de la llama. El tiempo necesario del soplado es sólo de 15 min, por lo que el éxito del proceso depende de la pericia del operario. Tan corto tiempo no permite efectuar control por análisis de muestras.

Proceso sobre solera, básico y ácido. Desde principios de siglo este proceso es el que domina en todos los países merced al tonelaje producido, siempre en aumento; sin embargo, en la actualidad, aunque se perfeccione, puede perder terreno, debido a las mejoras del convertidor y del horno eléctrico. Los dos procesos, de afino por soplado y de afino por solera, constituyen la base de la moderna producción de acero a bajo coste y elevado tonelaje. El rápido auge inicial del proceso Bessemer se debió a su sencillez. El predominio final del proceso sobre solera obedece, a su posibilidad de utilizar con ventaja chatarra para poder fundirla, a su flexibilidad en el uso de otras materias primas y a su cualidad de obtener una gama más amplia de aceros de muy buena calidad. Se puede trabajar en forma ácida o básica con refractarios adecuados, y en ambos casos son posibles amplias variaciones de trabajo. La solera, en un horno básico, está revestida con magnesita o dolomía calcinada y, en horno ácido, con refractarios o arenas silicosas. La bóveda, que forma un amplio arco de medio punto, se construye de ladrillo de sílice, pero en la actualidad se tiende a fabricarla con ladrillos básicos formando arcos suspendidos. El tipo de refractario de la bóveda es independiente del de la solera, ya que la bóveda no está en contacto con la escoria fundida en el baño. Los quemadores situados en ambos extremos

del horno funcionan alternativamente en ciclo controlado, por lo general de 10-15 min. Los combustibles que se suelen utilizar son gas de hulla, gas natural o aceite pesado; su elección depende de lo que se disponga y de su coste, sin ninguna otra condición. Para conseguir en el horno una temperatura suficiente ( superior a 1650 º C ) con coste mínimo de combustible, se precalienta el aire para la combustión en un sistema de recuperadores de calor reversibles. El régimen de trabajo del horno es continuo para conseguir un mejor aprovechamiento del calor, un descascarillado mínimo del refractario y una producción máxima en toneladas de acero ( 200-300 tm por colada ). Los materiales que se cargan fríos en el horno son caliza o cal, mineral de hierro y chatarra de acero, y se colocan por este orden en el horno. La chatarra constituye algo más de la mitad del peso de hierro necesario para una colada. Se forma así una mezcla de material ligero, voluminosa y pesada; distribuido de esta manera, se consigue una rápida absorción de calor, economía de espacio y que se mantengan en el fondo, durante el mayor tiempo posible, la cal y el mineral. Se calculan las cantidades necesarias de cal y mineral, que dependerán del tipo de chatarra y del análisis de la carga de hierro, con vistas a seguir un correcto análisis del acero y escoria final. Durante el calentamiento, y conseguida la fusión de la carga, aumenta su oxidación por la acción de la atmósfera del horno, que debe contener un exceso de oxígeno para mantener una combustión eficaz. Cuando la chatarra está parcialmente fundida, se añade el hierro líquido necesario para completar el peso total de la carga. La acción oxidante tiene su origen en el proceso de afino por solera, en la atmósfera del horno, en el aire y productos de la combustión y en el mineral de hierro que pasa a la escoria fundida en gran cantidad en forma de óxido de hierro. Cualquiera que sea el origen del oxígeno, existirá suficiente presión del mismo, y el acero líquido disolverá, de acuerdo con su temperatura y composición, una cantidad de oxígeno. Éste oxígeno disuelto reacciona a su vez con otros elementos del baño de acero. Para un contenido dado de carbono la cantidad de oxígeno disuelto en el baño aumentará con la temperatura, mientras que para una temperatura determinada los contenidos de carbono y oxígeno del baño están en proporción

inversa. La escoria es un producto de la calcinación de la pieza caliza durante el período de fusión.

Proceso del horno eléctrico. El progreso de la electricidad permitió, hacia el año 1900, que el horno eléctrico se introdujera a escala industrial para fabricar acero ( 50 años después de los procesos de afino por soplado y por solera ). El horno de arco calienta directamente el baño de acero por debajo de la escoria y consigue la alta temperatura necesaria de trabajo. Sin requerir la presencia de oxígeno en su atmósfera, el horno eléctrico ocupa una posición privilegiada para la fabricación de una amplia gama de calidades de aceros finos aleados, con elevados contenidos de elementos de aleación oxidables, tales como el carbono, vanadio y wolframio. El horno de tres electrodos ha alcanzado gran auge y perfeccionamiento, no sólo por la alta calidad del acero que se obtiene, sino también en muchos casos por ser competitivo con el proceso de afino por solera para cualquier calidad de acero; parece que continúa aumentando su importancia, incluso para la producción de grandes tonelajes, merced a la menor inversión necesaria o también cuando se dispone de energía eléctrica a coste inferior o similar a la caloría gas. Existen asimismo las dos variedades, básico y ácido, con los mismos fundamentos que en los procesos anteriores, pero con notable predominio del horno básico dadas las dificultades y fluctuaciones que experimenta el mercado para poder adquirir primeras materias suficientes para el trabajo ácido. El tamaño del horno es muy variable, desde 500 kg hasta 200 tm. Los más pequeños tienden a desaparecer; los de 5 tm y más se utilizan para el moldeo y aceros aleados, y las grandes unidades para la producción en serie de lingotes. Normalmente trabajan con carga sólida; en algunas acerías lo hacen con carga de acero líquido en proceso duplex, conjunto de convertidor u horno de solera y horno eléctrico para el acabado. La carga de los grandes hornos es un factor determinante de su rendimiento; en general se ha adoptado la bóveda desplazable para carga por encima del horno abierto, con recipiente metálico de fondo de fácil abertura, o por otros rápidos procesos mecanizados. La marcha de la colada se inicia con la carga sólida de mineral, caliza o cal, según se disponga, chatarra y lingote de afino. La proporción

de estos materiales dependerá del acero que se quiera fabricar y del análisis que convenga que tenga la carga fundida a la temperatura necesaria; para el afino oxidante, el mineral y las batiduras de laminación proporcionan el oxígeno que necesitan el silicio, manganeso, fósforo y carbono que contiene la carga; se introduce suficiente cal para que la escoria tenga la basicidad que requiere el fósforo para pasar a ella. En el horno eléctrico el aire de su atmósfera interior está en contacto con los electrodos de grafito, y su oxígeno es rápidamente consumido para mantener el equilibrio y conseguir la temperatura de régimen del horno. La escoria básica y oxidante contendrá el fósforo que fue oxidado durante el afino; se bascula el horno para facilitar el desescoriado. Eliminada la escoria, si la especificación de calidad del acero requiere adiciones de elementos aleables, la siguiente etapa es preparar una escoria reductora, añadiendo cal apagada y electrodos o coque triturados. En todo momento se pueden sacar muestras del baño para su análisis y ajustar los elementos aleados hasta que se cumpla la especificación pedida, y también regular la temperatura hasta que el baño esté a punto para colar. Aunque con menor intensidad que en otros procesos de obtención de aceros, es necesaria la adición de desoxidantes en la cuchara.

CLASIFICACION DE LOS ACEROS. El acero puede ser clasificado de muchas y muy variadas formas, a continuación se dan algunas de ellas:

Clasificación según UNE-EN 10020:2001 Por composición química Según la norma UNE EN 10020:2001, y atendiendo a la composición química, los aceros se clasifican en: • Aceros no aleados, o aceros al carbono: Son aquellos en el que, a parte del carbono, el contenido de cualquiera de otros elementos aleantes es inferior a la cantidad mostrada en la tabla 1 de la UNE EN 10020:2001. Como elementos aleantes que se añaden están el manganeso (Mn),

el cromo (Cr), el níquel (Ni), el vanadio (V) o el titanio (Ti). Por otro lado, en función del contenido de carbono presente en el acero, se tienen los siguientes grupos: I) Aceros de bajo carbono (%C < 0.25) II) Aceros de medio carbono (0.25 < %C < 0.55) III) Aceros de alto carbono (2 > %C > 0.55) • Aceros aleados: Aquellos en los que, además del carbono, al menos uno de sus otros elementos presentes en la aleación es igual o superior al valor límite dado en la tabla 1 de la UNE EN 10020:2001. A su vez este grupo se puede dividir en: I) Aceros de baja aleación (elementos aleantes < 5%) II) Aceros de alta aleación (elementos aleantes > 5%) • Aceros inoxidables: Son aquellos aceros que contienen un mínimo del 10.5% en Cromo y un máximo del 1.2% de Carbono.

Según la calidad A su vez, los anteriores tipos de aceros la norma UNE EN 10020:2001 los clasifica según la calidad del acero de la manera siguiente: Aceros no aleados Los aceros no aleados según su calidad se dividen en: Aceros no aleados de calidad:

Son aquellos que presentan características específicas en cuanto a su tenacidad, tamaño de grano, formabilidad, etc. Aceros no aleados especiales:

Son aquellos que presentan una mayor pureza que los aceros de calidad, en especial en relación con el contenido de inclusiones no metálicas. Estos aceros son destinados a tratamientos de temple y revenido, caracterizándose por un buen comportamiento frente a estos tratamientos. Durante su fabricación se lleva a cabo bajo un control exhaustivo de su composición y condiciones de manufactura. Este

proceso dota a estos tipos de acero de valores en su límite elástico o de templabilidad elevados, a la vez, que un buen comportamiento frente a la conformabilidad en frío, soldabilidad o tenacidad. Aceros aleados Los aceros aleados según su calidad se dividen en: Aceros aleados de calidad:

Son aquellos que presentan buen comportamiento frente a la tenacidad, control de tamaño de grano o a la formabilidad. Estos aceros no se suelen destinar a tratamientos de temple y revenido, o al de temple superficial. Entre estos tipos de aceros se encuentran los siguientes: 

Aceros destinados a la construcción metálica, aparatos a presión o tubos, de grano fino y soldables.



Aceros aleados para carriles, tablestacas y cuadros de entibación de minas.



Aceros aleados para productos planos, laminados en caliente o frío, destinados a operaciones severas de conformación en frío.



Aceros cuyo único elemento de aleación sea el cobre.



Aceros aleados para aplicaciones eléctricas, cuyos principales elementos de aleación son el Si, Al, y que cumplen los requisitos de inducción magnética, polarización o permeabilidad necesarios.

Aceros aleados especiales:

Son aquellos caracterizados por un control preciso de su composición química y de unas condiciones particulares de elaboración y control para asegurar unas propiedades mejoradas. Entre estos tipos de acero se encuentran los siguientes: 

Aceros aleados destinados a la construcción mecánica y aparatos de presión;



Aceros para rodamientos;



Aceros para herramientas;



Aceros rápidos;



Otros aceros con características físicas especiales, como aceros con coeficiente de dilatación controlado, con resistencias eléctricas, etc.

Aceros inoxidables Los aceros inoxidables según su calidad se dividen en: Según su contenido en Níquel:



Aceros inoxidables con contenido en Ni < 2.5%;



Aceros inoxidables con contenido en Ni ≥ 2.5%;

Según sus características físicas:



Aceros inoxidables resistentes a la corrosión;



Aceros inoxidables con buena resistencia a la oxidación en caliente;



Aceros inoxidables con buenas prestaciones frente a la fluencia.

Por su aplicación Según el uso a que se quiera destinar, los aceros se pueden clasificar en los siguientes:

Aceros de construcción: Este tipo de acero suele presentar buenas condiciones de soldabilidad.

Aceros de uso general: Generalmente comercializado en estado bruto de laminación.

Aceros cementados: Son aceros a los cuales se les ha sometido a un tratamiento termoquímico que le proporciona dureza a la pieza, aunque son aceros también frágiles (posibilidad de rotura por impacto). El proceso de cementación es un tratamiento termoquímico en el que se aporta carbono a la superficie de la pieza de acero mediante difusión, modificando su composición, impregnado la superficie y sometiéndola a continuación a un tratamiento térmico.

Aceros para temple y revenido: Mediante el tratamiento térmico del temple se persigue endurecer y aumentar la resistencia de los aceros. Para ello, se calienta el material a una temperatura ligeramente más elevada que la crítica y se somete a un enfriamiento más o menos rápido (según características de la pieza) con agua, aceite, etc. Por otro lado, el revenido se suele usar con las piezas que han sido sometidas previamente a un proceso de templado. El revenido disminuye la dureza y resistencia de los materiales, elimina las tensiones creadas en el temple y se mejora la tenacidad, dejando al acero con la dureza o resistencia deseada. Se distingue básicamente del temple en cuanto a temperatura máxima (unos 50° C menor que el templado) y velocidad de enfriamiento (se suele enfriar al aire). La estructura final conseguida es martensita revenida;

Aceros inoxidables o para usos especiales: Los aceros inoxidables son aquellos que presentan una aleación de hierro con un mínimo de 10% de cromo contenido en masa. El acero inoxidable es resistente a la corrosión, dado que el cromo, u otros metales que contiene, posee gran afinidad por el oxígeno y reacciona con él formando una capa exterior pasivadora, evitando así la corrosión del hierro en capas interiores. Sin embargo, esta capa exterior protectora que se forma puede ser afectada por algunos ácidos, dando lugar a que el hierro sea atacado y oxidado por mecanismos intergranulares o picaduras generalizadas. Algunos tipos de acero inoxidable contienen además otros elementos aleantes, como puedan ser el níquel y el molibdeno;

Aceros para herramientas de corte y mecanizado: Son aceros que presentan una alta dureza y resistencia al desgaste;

Aceros rápidos: Son un tipo de acero especial para su uso como herramienta de corte para ser utilizados con elevadas velocidades de corte. Generalmente van a presentarse con aleaciones con elementos como el W, Mo y Mo-Co.

Según AISI Además de los números anteriores, las especificaciones AISI pueden incluir un prefijo mediante letras para indicar el proceso de manufactura. Decir que las especificaciones SAE emplean las mismas designaciones numéricas que las AISI, pero eliminando todos los prefijos literales. El significado de los anteriores campos de numeración es la siguiente: XX indica el tanto por ciento (%) en contenido de carbono (C) multiplicado por 100. Y indica, para el caso de aceros de aleación simple, el porcentaje aproximado del elemento predominante de aleación. Z indica el tipo de acero (o aleación). Los valores que puede adoptar Z son los siguientes: 

Z=1: si se trata de aceros al Carbono (corriente u ordinario);



Z=2: si se tarta de aceros al Níquel;



Z=3: para aceros al Níquel-Cromo;



Z=4: para aceros al Molibdeno, Cr-Mo, Ni-Mo, Ni-Cr-Mo;



Z=5: para aceros al Cromo;



Z=6: si se trata de aceros al Cromo-Vanadio;



Z=7: si se trata de aceros Al Tungsteno-Cromo;



Z=8: para aceros al Ni-Cr-Mo;



Etc.

Como ya se indicó, la anterior designación puede incorpora también letras adicionales para indicar lo siguiente: 

E . . . . : para indicar Fusión en horno eléctrico básico.



. . . . H: para indicar Grados de acero con templabilidad garantizada.



C . . . .: para indicar Fusión en horno por arco eléctrico básico.



X . . . .: para indicar alguna desviación del análisis de norma.



TS . . .: para indicar que se trata de una Norma tentativa.



. . B . .: para indicar que se trata de Grados de acero con un probable contenido mayor de 0.0005% en boro.



. . . LC: para indicar Grados de acero con extra-bajo contenido en carbono (0.03% máx.).



. . . F: Grados de acero automático.

A continuación se incluyen algunos ejemplos de designación de tipos de aceros según la norma AISI, que incluyen algunas notas aclaratorias:

AISI 1020: 1: para indicar que se trata de un acero corriente u ordinario; 0: no aleado;

20: para indicar un contenido máx. de carbono (C) del 0.20%.

AISI C 1020: La letra C indica que el proceso de fabricación fue SIEMENS-MARTIN-básico. Puede ser B (si es Bessemer-ácido) ó E (Horno eléctrico-básico).

AISI 1045: 1: acero corriente u ordinario; 0: no aleado; 45: 0.45 % en C.

AISI 3215: 3: acero al Níquel-Cromo; 2: contenido del 1.6% de Ni, 1.5% de Cr; 15: contenido del 0.15% de carbono (C).

AISI 4140: 4: acero aleado (Cr-Mo); 1: contenido del 1.1% de Cr, 0.2% de Mo; 40: contenido del 0.40% de carbono (C).

A continuación se adjunta una tabla resumen de distintos tipos de aceros y su contenido aproximado de elementos principales de aleación, según AISI:

No obstante, la composición de los aceros no es exacta, sino que existe un rango de tolerancia aceptable en referencia a los valores indicados en normas o catálogos. Así por ejemplo, las tolerancias en la composición del acero AISI 4140 que indicamos anteriormente serían las siguientes:

C : 0,38-0,43 % Mn : 0,75-1,00 % Cr : 0,80-1,10 % Mo : 0,15-0,25 % Si : 0,15-0,35 % P menor o igual que 0,035 % S menor o igual que 0,040 %

ACEROS INOXIDABLES: Por otro lado, la norma AISI especifica a los aceros inoxidables utilizando 3 números: Aceros Inoxidables martensíticos: 4XX: Base Cr. Medio-alto carbono. 5XX: Base Cr, Mo. Bajo carbono. Ejemplos: AISI 410, AISI 416, AISI 431, AISI 440, AISI 501, AISI 502, AISI 503, AISI 504. Inoxidables ferríticos: 4XX: Base Cr. Bajo carbono. Ejemplos: AISI 430, AISI 442, AISI 446. Inoxidables austeníticos: 3XX: Base Cr, Ni. Bajo carbono. 2XX: Base Cr, Ni, Mn. Bajo carbono. Ejemplos: AISI 302, AISI 304, AISI 316, AISI 303, AISI 202.

ACEROS PARA HERRAMIENTAS. Para los aceros para herramientas, la norma AISI ha formulado códigos específicos según la siguiente tabla:

Codificación de Aceros para Herramientas, según AISI Grupo Símbolo Descripción Alta velocidad (rápidos) T Base Tugsteno (%W: 11.75-19) Alta velocidad (rápidos) M Base Molibdeno (%Mo: 3.25-10.0) Trabajo en caliente H Base Cr, W, Mo Trabajo en frío A Media aleación, temple al aire Trabajo en frío D Alto Cr, alto C (%Cr: 11.5-13.5) Trabajo en frío O Templables al aceite Resistencia al impacto S Medio carbono, al Si Propósitos específicos L Baja aleación, medio-alto carbono Propósitos específicos F Alto carbono, al W Moldes P Baja aleación, bajo carbono Templables al agua W Alto carbono

OBTENCION DE ACERO Y FUNDICIONES. En la entrada de producción de arrabio hemos visto cuales son los materiales de partida y el funcionamiento de un alto horno para convertir la mena de hierro en arrabio, con un alto contenido en hierro, pero con algunas impurezas (0.6-1.2% de silicio, cerca de un 0.2% de fósforo, 0.4-2% de manganeso y cerca de un 0.03% de azufre, entre otros). Una pequeña parte del arrabio producido se destina

directamente al moldeo de primera fusión (fundiciones moldeadas). La mayor parte se destina a la fabricación de acero (transportado en estado líquido hacia la planta que lo fabrica), y el resto se cuela en lingoteras para ser sometido a una nueva

fusión

para

obtener

las

fundiciones

de

segunda

fusión.

Aunque la mayor parte del oxígeno de los óxidos de hierro ya ha sido removido en el alto horno, el arrabio aún contiene demasiado carbono y demasiadas impurezas (silicio, fósforo, manganeso....) que lo hace demasiado frágil y poco adecuado para la fabricación de objetos tecnológicos; siendo necesario su purificación en un proceso que tiene como principales objetivos: 

Reducir el contenido en carbono



Eliminar impurezas



Añadir otros elementos que les confiera las características o propiedades deseadas.

Básicamente, el proceso de refinación consiste en un proceso de oxidación, llamado afino. Dicha operación puede lograrse con el oxígeno de aire y óxidos férricos en forma de chatarra. Así, al oxidarse (quemarse) el carbono con el aire se libera monóxido y dióxido de carbono escapando ambos en forma de gas, mientras que el silicio, el manganeso y el fósforo forman óxidos que se escapan con

la

escoria.

Una dificultad para la fabricación de los derivados del arrabio es su alto punto de fusión (1400-1500ºC) lo que impide que el proceso de refinado sea llevado a cabo en hornos convencionales.

OBTENCION DE ACERO. En el afino del arrabio se emplean los siguientes materiales de partida: Arrabio: procedente del alto horno suele transportarse en estado fundido.

Chatarra: aporta óxidos de hierro. Fundentes: con las mismas funciones que en el alto horno, y la cuál conllevará la formación de escoria. Ferroaleaciones: aleaciones con altos contenidos en otros elementos (cromo, boro, wolframio, molibdeno, cobre, niquel...) para aportar nuevas propiedades y facilitar tratamientos posteriores del acero (como por ejemplo el temple). A lo largo de la historia se han desarrollado diferentes tipos de hornos o convertidores (horno de hogar abierto, horno Martin-Siemens, convertidores Thomas-Bessener, hornos de arco eléctricos, hornos de inducción) siendo el horno de oxígeno básico, LD o BOF el más usado para el tratamiento de arrabios.

Convertidor de oxígeno básico, BOF o LD Convertidor de oxígeno básico, BOF o LDEl convertidor LD consta de una cubeta vasculante de acero recubierta interiormente de material refractario. En posición inclinada se carga el arrabio líquido y la chatarra (25%). A continuación, en posición vertical, se hace descender una lanza de oxígeno puro o de oxígeno disuelto en argón refrigerado durante unos 20 min, al mismo tiempo que se añade el fundente. Convertidor de oxígeno básico, BOF o LDAl lanzar el oxígeno se producen una serie de reacciones de oxidación(no voy a entrar en ellas) que altamente exotérmicas (desprenden mucho calor), por lo que no precisa de combustible. Tras cesar el aporte de oxígeno, se obtiene una muestra del metal fundido, la cual se somete a análisis para determinar su composición. De acuerdo con los resultados, se puede añadir más oxígeno, inyectándolo o más mineral. Cuando se obtiene la composición deseada, se elimina la escoria inclinando el horno, se vierte el acero en una cuchara y se añade carbón (normalmente antracita) y/o las ferroaleaciones para ajustar la composición fina y producir aceros con diferentes propiedades. Las ventajas de este convertidor frente a otros son que proporciona aceros de alta

calidad con bajos contenidos en carbono, dosajes exactos, bajos costes, altos rendimientos y todo ello en un espacio corto de tiempo.

OBTENCION DE FUNDICIONES. El horno más empleado para afinar las fundiciones es el horno de cubilote, los cuales permiten la adición de otros elementos. Estos hornos, son de cuba cilíndrica recubiertos interiormente por material refractario donde se carga el arrabio y el combustible (normalmente coque) a través de aberturas laterales introduciéndose aire por las toberas que rodean el horno por encima del crisol, situado

en

la

parte

inferior.

Este tipo de equipo es muy parecido al alto horno, sólo que sus dimensiones disminuyen notablemente. Debido al contacto directo entre el metal, las cenizas y el oxígeno el acero colado producido no puede ser rigurosamente controlado desde

el

punto

de

vista

metalúrgico.

COLADA Una vez obtenido el acero propiamente dicho, es necesario llevarlo a estado sólido mediante su colada o vaciado. Habitualmente se distinguen dos tipos de colada:



Colada en lingotes: Es el procedimiento convencional. Por medio de una cuchara se va vertiendo el acero fundido en lingoteras, que una vez enfriadas dan lugar a lingotes manejables para seguir con el resto de procesos.



Colada en continuo: El método más empleado hoy en día, procedimiento mediante el cual se producen unas barras, perfiles o planchas que se solidifican a medida que se va vertiendo el metal líquido en una lingotera sin fondo, que se alimenta indefinidamente. En la siguiente animación podéis ver el proceso A continuación os dejo otra infografía, elaborada por Ternium Argentina, que puede ayudaros e entender cómo funciona el horno alto.

PROCESOS DE ACERACIÓN PROCESO BESSEMER O PROCESO ÁСIDO (1855) Este es un proceso de refinación de acero dentro de un convertidor con revestimiento ácido, a través del cual se inyecta aire a presión por el fondo perforado del recipiente. El mecanismo metalúrgico de refinación es mediante la oxidación de la carga por el oxígeno que contiene el aire, oxidándose primero el Si, luego el Mn, С y algo de Fe. Con este proceso no es factible eliminar el azufre y el fósforo ya que estos elementos se eliminan con CaO, por lo que requiere una escoria de carácter básico y como el revestimiento presenta carácter ácido esto se hace imposible. Este proceso no necesita combustible, por lo que sus costos de producción son muy bajos, tiene una duración de 20 minutos aproximadamente y la cinética es gobernada por el calor que desprenden las reacciones presentes en la refinación

Esquema del Convertidor Bessemer

En el proceso de conversión del arrabio en acero, ocurren tres periodos importantes: Primer Periodo: Se caracteriza por la aparición de abundantes chispas por encima de la boca del homo convertidor. La aparición de las chispas se explica por la acción del aire en el hierro fundido; arrastrando pequeñas gotas de hierro, las cuales se queman en el aire produciendo las chispas. En este periodo empieza la oxidación enérgica de las impurezas del hierro, principalmente la del silicio que va acompañado por un desprendimiento considerable de calor y un aumento brusco de la temperatura en el convertidor.   

Fe + '/2O2 = FeO 2 FeO + Si = 2 Fe + SÌO2 FeO + Mn = Fe + MnO

64430 cal 78990 cal 32290 cal

Segundo Periodo: Empieza con el aumento de la temperatura hasta 1500°C, lo que crea condiciones para una combustión intensa del carbono. 

FeO + C = CO + Fe

34460 cal

El CO que se forma provoca una enérgica ebullición del baño y la aparición de una brillante y blanca llama por encima de la boca del convertidor, debido a la combustión completa en el aire del monóxido de carbono para quemar CO2. 

CO + /1O2 = CO2

Tercer Periodo: Se caracteriza por la aparición de un humo pardo que es indicio de la oxidación enérgica del Fe. En ese momento termina el proceso.

Características principales del proceso 

La escoria es de carácter ácido, muy viscosa y con altos contenidos de



SIO2 (70%), FeO y MnO. El revestimiento es de tipo ácido con una campaña de 15 a 25 coladas de acero y su composición química es de:

   

SIO2 93% AI2O3 4% FeO 3% La presión del aire de soplo está en función de la viscosidad del metal (mayor viscosidad implica mayor presión), aproximadamente se suministran

 

presiones de 0.30-0.35 MPa. Su capacidad es de 25 a 30 toneladas. Los aceros obtenidos en el convertidor Bessemer son de baja calidad debido al alto contenido de P, S, H y N; por lo que se usan solamente para fabricar tornillos, clavos y chapas de baja calidad.

PROCESO THOMAS O PROCESO BASICO (1878). Aquí el acero se refina en un convertidor con forma cilíndrica el que representa un revestimiento de material refractario tipo básico hecho de dolomita (CaMg(C03)2) El afino del acero se lleva a cabo con soplo de aire por la parte inferior del convertidor, siendo el oxígeno aquí aportado quién se encarga de oxidar el Si, Mn, С y P. Debido a que la escoria que se obtiene en este proceso es de carácter básico, existe la posibilidad de eliminar el P y el S. Características: 

La campaña del refractario dura aproximadamente 100 coladas en el piso y



1000 coladas en las paredes. La capacidad de estos convertidores es de 60 toneladas en su mayoría.



La escoria obtenida en este proceso es muy rica en P2O5 lo que se emplea



en la industria agrícola como fertilizante. El arrabio tiene poco Si ya que éste se oxida durante la fusión s SIO2 formando escorias acidas que corroen el revestimiento básico del



refractario. El acero aquí obtenido es de baja calidad y se emplea para la producción de chapas, tubos soldados, perfiles laminados para construcción, alambres y otros productos cuya obtención exige una gran cantidad de metal barato.

PROCESO SIEMENS-MARTTN Este proceso se puede definir como la refinación de un acero dentro de un homo de flama con revestimiento ácido o básico y con un a principal característica que

es el calentamiento regenerativo, es decir, aprovechar al máximo el calor generado por los combustibles que se inyectan al homo y por las reacciones químicas que al efectuarse dentro del mismo generan calor. Para este efecto, el homo cuenta con instalaciones adecuadas llamadas; "Cámaras de Recuperación", por donde se hacen pasar los gases calientes generados, antes de salir a la chimenea. El calor que es absorbido por el refractario de las cámaras sirve para precalentar el aire de combustión. El gran éxito que tuvo este proceso se debió en principio a su capacidad para fundir chatarra, lo que antes de su introducción en 1870, llegó a representar un inconveniente para las acerías que usaban el proceso Bessemer debido a que éste no consume chatarra. Además, el proceso Bessemer ácido no podía retinar en absoluto el fósforo o azufre de la carga, mientras que el proceso Siemens Martin, en principio ácido y por lo tanto inadecuado para refinarlos, se modificó rápidamente a la variante con revestimiento básico.

Principales Características del Proceso:  El tipo de revestimiento puede ser ácido:  Arcillas 18-45% AI2O3 y 55-82% SÍO2  Sílice 94-98% SÍO2  bien de carácter básico:  Magnesita 94-98% MgO

 

Dolomita 30% CaO; 22% MgO; 48% CO2 Cromita 30% Cr203; 18% MgO; 14% FeO; 24% AI2O3

 El tipo de combustibles pueden ser gaseosos tales como:  Gas Natural  Gas de Coque  Gas de Alto Homo  Y pueden ser líquidos tales como:  Diesel  Aceite Combustible  Aceite de Alquitrán  Sus capacidades van desde 5 toneladas hasta 500 toneladas.  Las principales materias primas utilizadas son:  Arrabio Líquido  Chatarra Sólida de Acero  Fundentes (cal, caliza, fluorita, etc.)  Carburantes (antracita, coque, grafito)  Materiales Oxidantes (O2 gaseoso, cascarilla de laminación, mineral 

de Fe) Materiales Desoxidantes y de Aleación (Al, Ca02, SiCa, FeSi, FeMn, etc.)

Ventajas del Proceso. 1.- Fácil control de la temperatura del homo y de la composición del acero 2.- Bajos contenidos de H, N, P y S. 3.- Se puede producir una amplia gama de aceros (bajo C, alto C, aleados, microaleados). 4.- Es un proceso flexible, por la vialidad de las materias primas y combustibles que acepta. Desventajas del Proceso. 1.- El contenido de O2 es elevado por lo que se consumen grandes cantidades de materiales desoxidantes. 2.- Existe la posibilidad de incrementar el contenido de azufre, ya que este proviene del combustible.

3.- Costos elevados de inversión inicial.

PROCESO STORA-KALDO En este proceso se introduce oxígeno a un determinado ángulo con respecto a la superficie del baño metálico, el que se encuentra en un homo rotatorio inclinado. El convertidor usado es muy similar al usado en los procesos Bessemer y Thomas pero con fondo sólido. Además tiene la capacidad de inclinarse en diferentes posiciones para que se lleven a cabo las diferentes operaciones de carga y descarga, al mismo tiempo el homo puede girar sobre su eje longitudinal, a una velocidad de 30 rpm.

Secuencia de Operaciones. 

En la Figura se muestran las diferentes posiciones que puede tener este



convertidor así se tiene que: En la posición 1 el homo está inclinado hacia atrás de 15 a 200 para cargar



cal, caliza y mineral. En la posición 2 se inclina el homo hacia el lado contrario en donde se



carga arrabio líquido. En la posición 3 se hace circular agua de enfriamiento a través de la lanza y se introduce la lanza por la boca del homo para iniciar el soplo de oxígeno, al mismo tiempo el homo comienza a rotar hasta completar la refinación del



acero. En la posición 4 se lleva a cabo la etapa de sangrado del horno.

Principales características del Proceso 

El oxígeno usado tiene 95% de pureza y se inyecta a una presión



aproximada de 4 atm. El grado de oxidación de la escoria y de los elementos principalmente C y P se regula haciendo variar el número de revoluciones del convertidor, la situación de la lanza y el consumo de oxígeno. De esta manera se tiene que al aumentar la velocidad de rotación, el ángulo de inclinación de la lanza con respecto al baño y el consumo de oxígeno se acelera la oxidación del carbono y disminuye el grado de oxidación de la escoria. Al desacelerar la rotación y disminuir el ángulo de inclinación de la lanza, aumenta el grado de oxidación de la escoria, lo que acelera la desfosforación. En este caso la

  

oxidación del C es más lenta. Se puede manejar de 30 a 40% en peso de chatarra. Las capacidades de estos convertidores varían entre 50 y 150 ton. El revestimiento del horno es de carácter básico y tiene una campaña de 100 coladas aproximadamente.

Ventajas:



La homogeneidad del baño es muy buena tanto en composición química



como en temperatura, debido a la rotación del convertidor. La rotación disminuye el sobrecalentamiento local del baño, en el lugar



donde el metal está en contacto con el chorro de oxígeno. La baja presión de oxígeno y su suministro bajo un ángulo respecto a la superficie del baño, dan lugar a que no todo el oxígeno sea asimilado por el baño, así el oxígeno que queda en la cavidad del convertidor permite



quemar una parte considerable de CO. Se tienen bajos contenidos de H y N.

Desventajas:   

Necesidad de un equipo mecánico muy complejo. Tiempo de fusión más largo (65%) comparado con el BOF. Mayores gastos de instalación y afino.

PROCESO ROTOR Otro proceso de aceración básico con inyección de oxígeno es el proceso Rotor, desarrollado en Oberhausen en Alemania Federal. Se emplea principalmente para refinar aceros partiendo de arrabios con alto contenido de fosforo, este proceso está basado en el mismo principio de rotación del proceso Kaldo, solo que este rota a una velocidad mucho menor que es de 0.5 a 2 rpm. El convertidor es cargado por uno de sus extremos y sangrado por el otro. El oxígeno se inyecta por el lado de carga, por medio de dos lanzas, las que se encuentran en una plataforma móvil y son enfriadas con agua. A través de una lanza se inyecta oxígeno de alta pureza (95%) al baño metálico y con la otra lanza se inyecta oxígeno de menor pureza (45%) con el propósito de quemar el СО formado durante el proceso.

Principales Características del Proceso.



El revestimiento del convertidor es de carácter básico y debido a las elevadas temperaturas de trabajo, su campaña es de 100 coladas

 

únicamente. Sus capacidades van de las 25 ton a las 70 ton. Para un convertidor de 66 ton de capacidad, el proceso dura 2 horas aproximadamente, llevándose a cabo la inyección de oxígeno durante 1.5 horas aproximadamente.

Ventajas: 

Debido a la rotación del homo, el área de contacto metal-escoria es muy grande, razón por la cual la desfosforación y la desulfuración se llevan a



cabo muy eficientemente. Las altas temperaturas alcanzadas permiten el uso de hasta 40% de



chatarra así como el uso de mineral de fierro, de pellets y de sinter. Se producen aceros bajos en H y N.

Desventajas:  

Instalaciones muy complejas y costosas El uso de arrabios con altos contenidos de fosforo (1.8 2.2%) obligan a



trabajar en un proceso de doble escoria. La primera con alto contenido de fosforo se extrae cuando se tiene 2% de С y de 0.1 a 0.2% de P. La segunda escoria se deja en el convertidor después del sangrado del acero, para ayudar a la formación de escoria en la siguiente colada.

PROCESO OBM у Q-BOP En 1960 la empresa Air Liquid de Canadá diseño una tobera para la inyección de oxígeno dentro de un convertidor de acero. En 1967 la empresa Eisenwerk Gesellschaft Maximilianchutte de Alemania Federal uso industrialmente esa tobera, al proceso se le llamo OBM (Oxigen Bottom Maximilianchute). Al inyectar oxígeno y gas natural a través del fondo de convertidores Thomas empleando esa tobera se comprobó que debido a las altas temperaturas que había en el convertidor se descomponían instantáneamente los hidrocarburos que llegaban a la boca de la tobera envolviendo el oxígeno, esta descomposición endotérmica, absorbía el calor y producía una fuerte refrigeración del refractario próximo a las toberas, dando mayor vida de servicio al mismo. El proceso se usó en Europa Central usando siempre fundiciones ricas en fosforo, de las usadas en el proceso Thomas, la calidad del acero obtenido es media debido a los altos contenidos de P e H en el mismo. En 1971 U.S. Steel instala un homo OBM y tiene gran éxito por lo que se aplica el proceso a nivel industrial con algunos cambios bautizando el proceso como Q BOP (Quiet, Quality, Basic Oxigen Process). En el cual se utilizan arrabios pobres en fosforo, además se instala una tobera extra en el convertidor, por donde se

inyectan polvos de CaO, mejorando de esta manera la calidad del acero producido. Principales Características del Proceso. 

El oxígeno se sopla con flujos de 200m 3/min y P = 10 atm; el propano se



sopla flujos de 0.5m3/min y P = 6 atm. El consumo de oxígeno es de 60m 3/ton acero, el consumo de CaO es de

 

80kgs/ ton acero. El soplo dura aproximadamente 20 minutos. El revestimiento del horno es de carácter básico, teniendo una campaña de



1000 coladas en las paredes y 300 en el fondo. La capacidad de estos convertidores va de 25 a 200 toneladas.

PROCESO LD O BOF La idea de producir acero inyectando oxígeno puro sobre la superficie del arrabio fundido filé de Bessemer quien patento en 1856 este proceso, sin embargo no lo pudo desarrollar dado la imposibilidad de obtener la cantidad suficiente de oxígeno y además de alta pureza en esa época. Fue en 1946 que las plantas de aceración austríacas en Linz y Donavitz hicieron experimentos para producir acero dentro de un convertidor con el soplo de oxígeno de alta pureza sobre la superficie del arrabio, por medio de una lanza que se encuentra en posición perpendicular al baño y a una cierta distancia del mismo. El nombre de proceso LD se lo debe a las iniciales de las dos empresas donde se desarrolló (Linz y Donavitz) y el nombre de BOF como es mejor conocido en America es por las iniciales de Basic Oxigen Furnace (Horno Básico al Oxígeno).

Ventajas y Desventajas del Proceso. Ventajas:  

El uso de oxígeno de alta pureza, permite producir aceros bajos en H y N. Gracias al calor generado, se puede usar gran cantidad de chatarra (50%

   

en peso de la carga). El mineral de Fe se reduce fácilmente. El exceso de calor permite afinar muy bien los arrabios altos en Si y P. La calidad del acero producido es muy buena. La eliminación del azufre es satisfactoria.

Desventajas:    

Se presentan derrames durante la inyección de oxígeno. Se tiene un elevado consumo de oxígeno. La inversión inicial es elevada. Se tienen muchos criterios para la ubicación de la lanza.

PROCESOS DE ACERACIÓN EN HORNOS

ELÉCTRICOS PROCESO DE HORNO DE ARCO ELÉCTRICO Los hornos son conectados a fuentes de corriente alterna trifásica y tienen tres electrodos colocados en forma vertical, el calentamiento y la fusión se llevan a cabo a costa del calor generado por los arcos eléctricos producidos entre los electrodos y el metal. Con el objetivo de disminuir el calentamiento y la oxidación de los electrodos se colocan unos anillos alrededor de estos sobre la parte exterior de la bóveda. Estos anillos se enfrían con agua por lo que a su vez estos ayudan a enfriar la bóveda. La fuente de calor es el bombardeo de la superficie de los electrodos por partículas cargadas con iones positivos en el cátodo y electrones en el ánodo. Durante el inicio de la operación del homo, la carga metálica está fría, y debido a que la conductividad térmica del metal es alta, el calor rápidamente se difunde por todos lados, desde las partes calentadas por el arco eléctrico. En el momento en

que la carga metálica se convierte en cátodo por el cambio de polaridad, su temperatura no es suficiente para la emisión de electrones y por eso el arco se interrumpe (se apaga). Debido a que la conductividad térmica del carbono es aproximadamente menor 100 veces que la del hierro, el carbono se enfría lentamente y el arco se vuelve a formar fácilmente. En cuanto la carga metálica se calienta lo suficiente y parcialmente se funde, el arco se forma sin interrupción. Un arco que se interrumpe constantemente no es deseable ya que no se aprovecha toda la capacidad del transformador, con lo cual el tiempo de fusión es más largo. Para que el arco no se interrumpa se colocan pedazos de coque o grafito sobre la carga fría, en los puntos de contacto del arco de los electrodos.

Periodos del Proceso de Fusión. 1. Preparación del homo.- Consiste en la corrección de las zonas desgastadas y deterioradas del revestimiento por medio de polvos de magnesita.

2. Carga de los materiales.- Los materiales se cargan con cestos provistos de fondos abatibles, colocando los materiales como sigue, en el fondo se coloca una parte de menudos para proteger el revestimiento de golpes de chatarra, a continuación se coloca chatarra gruesa y pesada en el centro, en la periferia chatarra de sección media y arriba la chatarra menuda restante. La colocación apretada de los materiales mejora su conductibilidad y asegura una combustión estable del arco, acelerando la fusión. Posteriormente se agregan los fundentes junto con coque o grafito y los aleantes. 3. Fusión.- Una vez terminada la carga del horno, se bajan los electrodos y se conecta la corriente. Los materiales situados bajo los electrodos se funden, el metal líquido se vierte hacia abajo, acumulándose en la parte central de la solera y los electrodos se bajan paulatinamente aumentando el lecho de fusión. En lo ulterior a medida que va aumentando la cantidad de metal líquido, los electrodos se elevan, ya que cuentan con un control automático que permite mantener constante la altura del arco. En el periodo de fusión se asegura la formación temprana de una escoria que evite que el metal quede saturado por gases y carburado por los electrodos. Durante la fusión se oxidan los componentes de la carga, se forma la escoria y se pasa el fosforo a ella. La oxidación se lleva a costa del oxígeno atmosférico, el de la cascarilla de laminación y el de! Mineral introducido con los materiales de carga. Con la ayuda de toberas se inyecta oxígeno o gas combustible para acelerar la fusión (ahorrando asi hasta un 15% de energía eléctrica) la fusión dura de 1 a 3 horas. 4. Periodo oxidante: Los objetivos de este periodo son: a) Disminuir el contenido de fósforo en el metal b) Disminuir los contenidos de hidrógeno y nitrógeno en el metal c) Calentar el metal hasta una temperatura próxima a la de sangría (120 a 130°C arriba de la temperatura del líquido).

En este periodo se elimina aproximadamente 65% de la escoria formada para eliminar el P y se agregan más fundentes y mena de fierro con lo que se logra la ebullición del baño debido a la abundancia de CO2 formado con lo que se favorece la salida de H y N del baño, a la vez que se homogeniza el mismo. El periodo de oxidación termina cuando el carbono está oxidado hasta el límite inferior del contenido en el acero de la marca fabricada mientras que el P ha disminuido a 0.01% y así este periodo termina con la evacuación de la escoria oxidante. Este periodo dura unas 2 horas. 5. Periodo reductor: La finalidad de este periodo es: a) Desoxidar el metal. b) Eliminar el azufre. c) Poner en rango la composición química del acero y la temperatura de sangría. Todos estos objetivos se consiguen paralelamente; una vez evacuada la escoria oxidante se agrega en el bono FeMn, FeSi y Al con el propósito de realizar una desoxidación por precipitación del metal, a continuación se forma la escoria agregando fundentes como CaO y CaF2 principalmente. Al final del periodo reductor se agregan desoxidantes más fuertes como son; CaSi molido y Al en polvo, como resultado disminuye la cantidad de FeO en la escoria obteniéndose así lo que se conoce como escoria blanca y de acuerdo con la ley de distribución del oxígeno este pasa a la escoria a partir del metal (desoxidación por difusión). Durante este periodo se lleva a cabo la desulfuración ya que aquí se tienen las condiciones idóneas. Es aquí también donde se lleva a cabo la agitación electromagnética. En ocasiones el periodo de reducción no se lleva a cabo con una escoria blanca, sino con una escoria gris que es más básica y está compuesta por CaC2 (este compuesto desoxida y desulfura más enérgicamente). El periodo dura aproximadamente 80 min.

6. Sangría del acero.- Esta se lleva a cabo una vez que se ha homogénizado la composición y temperatura del baño y se ejecuta aproximadamente 130°C arriba de la temperatura del líquido.

LA FUSIÓN EN EL HORNO DE INDUCCIÓN. La fusión de los metales en el homo de inducción sin núcleo, consiste en hacer pasar una corriente de alta frecuencia a través de una bobina cilíndrica de cobre, produciendo así un campo magnético alterno, el cuál pasa a través de la carga

induciendo corrientes en ella y ocasionando su posterior fusión (de la carga metálica). La condición ideal desde el punto de vista eléctrico, sería que la carga llenara completamente el interior de la bobina, de tal! manera que no hubiera espacios libres entre ellas, con lo cual evitarían pérdidas de flujo. Sin embargo esto es imposible y debe haber un crisol o revestimiento, para retener el metal cuando este fundido además de un aislamiento térmico para proteger de bobina y evitar las pérdidas de calor.

Principales Ventajas y Desventajas Ventajas: 

Ausencia de los electrodos, debido a lo cual el metal no se carboniza durante la fusión, esto permite fabricar aceros de muy bajo contenido de



carbono. Ausencia del arco eléctrico de alta temperatura, por lo que disminuye la



perdida por ignición del metal. Agitación electromagnética, por lo tanto se tiene un metal homogéneo.

Desventajas: 

Baja temperatura de la escoria, ya que esta se calienta a partir del metal, razón que dificulta la eliminación del fosforo u azufre.

 

Baja resistencia del revestimiento. Baja productividad.

Es por estás tres razones principalmente que en la actualidad los hornos de inducción no se utilizan para la producción de acero, empleándose básicamente en investigación y para la fusión de hierros y algunas aleaciones no ferrosas.

CONCLUSION Podemos apreciar cómo han ido evolucionando los procesos para obtener tanto arrabio como acero y que algunos de ellos fueron remplazado por su baja eficiencia, otros no son tan utilizados debía sus altos costos, además de darnos una idea de cuál es la calidad y propiedades de los aceros para así elegir el que mejor convenga de acurdo a su aplicación o utilización. De manera general los procesos de aceración son métodos tecnológicos que se han desarrollado a lo largo de la historia por la necesidad de ir produciendo cada vez más y mejores aceros de acuerdo a las necesidades específicas requeridas por lo cual se concluye que ningún proceso se puede considerar mejor que otro ya que su importancia radica en las necesidades de cada fabricante es decir la utilización de algún proceso se da en función de distintos factores como pueden ser: presupuestos, tiempo, propiedades del acero, impacto ambiental de proceso, riesgos de producción etc.

BIBLIOGRAFIA http://www.quimica.unam.mx/IMG/pdf/1828Aceracion.pdf http://www.elojodeltuerto.com/tag/convertidor-bessemer/ http://es.slideshare.net/almamously/clase-convertidor-bessemer http://es.wikipedia.org/wiki/Convertidor_Thomas-Bessemer http://www.catedu.es/arablogs/blog.php?id_blog=1953&id_articulo=1 23168 http://producciondeacero.jimdo.com/procesos-de-fabricaci%C3%B3ndelacero/aceros-bessemer-y-thomas/ http://www.academia.edu/7033982/Convertidor_ThomasBessemer_1 http://eet466savio.webcindario.com/catedras/conmateriales/bloque3. pdf http://www.catedu.es/tecnologiautrillas/materiales/web3.htm https://www.google.com.mx/search?q=horno+siemens+martin&espv= 2&biw=1366&bih=624&source=lnms&tbm=isch&sa=X&ei=dEF5VPqjI MWjNuHIgYAE&ved=0CAYQ_AUoAQ#facrc=0%3Bhorno%20siemen s%20martin %20wikipedia&imgdii=_&imgrc=_ http://oa.upm.es/1929/1/Aceria_electrica_MONO_2009.pdf http://www.lenntech.es/periodica/elementos/fe.htm http://www.taringa.net/post/ciencia-educacion/16273315/19-metalesmasutilizados.html Enrique Rocha Rangel, E. M. (2006). Aceración. México: Universidad Autonoma Metropolitana Unidad Azcapotzalco.