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FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA ACADÉMICO PROFESIONAL DE INGENIERÍA INDUSTRIAL

INFORME

PROCESO INDUSTRIAL DEL PROCESO DE PRODUCCIÓN DEL ACERO INOXIDABLE Autores: OCAÑA GUTIERREZ, ASTRID NAYDU RAMIREZ CAMPOS, ESTEFANI SIOMARA REYES RIOS, WILIAN RICARDO REYES ZEVALLOS, ALDAIR EFRAIN

Docente: WILIAMS ESTEWARD CASTILLO MARTINEZ Nuevo Chimbote – Perú

2018

Escuela Profesional de Ingeniería Industrial

INDICE Página I. INTRODUCCIÓN .......................................................................................................................... 4 II. FUNDAMENTO TEORICO .......................................................................................................... 5 2.1. ACERO INOXIDABLE ............................................................................................................ 5 2.2. CICLO DE VIDA DEL ACERO INOXIDABLE ............................................................................. 5 2.3. CLASIFICACIÓN DE LOS ACEROS INOXIDABLES .................................................................... 6 2.4. PRINCIPALES APLICACIONES SEGÚN LA CLASE .................................................................... 7 III. OBJETIVOS ............................................................................................................................... 7 3.1. OBJETIVO GENERAL……..………………………………………………………………………………………………….7 3.1. OBJETIVOS ESPECÍFICOS………………………………………………………………………………………………....7 IV. DIAGRAMAS DEL PROCESO DE PRODUCCIÓN DEL ACERO INOXIDABLE .................................. 8 4.1 DIAGRAMA DE BLOQUES DE LA EXTRACCIÓN DEL HIERRO .................................................. 8 4.2. DIAGRAMA DE LA PRODUCCIÓN DEL HIERRO EN EL ALTO HORNO .................................... 8 4.3. DIAGRAMA DEL PROCESO DE FUNDICIONES ....................................................................... 9 4.4. DIAGRAMA DEL PROCESO DE MOLIENDA Y CONCENTRACIÓN .......................................... 9 4.5. DIAGRAMA DEL AFIENO DEL ACERO ................................................................................. 10 4.6. DIAGRAMA DE REDUCCIÓN DEL MINERAL ........................................................................ 10 4.7. DIAGRAMA DE FABRICACIÓN DEL ACERO INOXIDABLE .................................................... 11 4.8. DIAGRAMA DE FABRICACIÓN DEL LAMINADO ................................................................. 11 V. DESCRIPCIÓN DEL PROCESO DE PRODUCCIÓN DE ESPÁRRAGOS EN CONSERVA ................... 13 5.1. PROCESO TECNOLÓGICO DE LA EXTRACCIÓN DEL MINERAL DEL ACERO ......................... 13 5.2. PRODUCCIÓN DEL HIERRO................................................................................................. 14 5.3. EXPLOTACIÓN Y TRASLADO ............................................................................................... 15 5.4. TRITURACIÓN Y MOLIENDA ............................................................................................... 16 5.5. CLASIFICACIÓN................................................................................................................... 17 5.6. CONCENTRACIÓN .............................................................................................................. 17 5.7. BRIQUETADO ..................................................................................................................... 18 5.8. PALEATIZACIÓN ................................................................................................................. 18 5.9. PROCESO DE REFINACIÓN ................................................................................................ 18 5.10. FABRICACIÓN EN HORNO ELÉCTRICO ............................................................................ 20 6.11. PROCESO DE LAMINACIÓN EN EL ACERO INOXIDABLE ................................................. 23 6.11.1. FUNDAMENTO DE LA LAMINACIÓN ............................................................................. 23 PROCESOS INDUSTRIALES II

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Escuela Profesional de Ingeniería Industrial 6.11.2. MATERIALES PARA LA LAMINACIÓN ............................................................................ 24 6.11.3. TIPO DE CAJA DE LAMINACIÓN ................................................................................... 26 6.11.4. LAMINACIÓN EN CALIENTE ......................................................................................... 27 6.11.4.1. MATERIALES Y OPERACIONES DEL LAMINADO EN CALIENTE .................................. 27 6.11.4.2. OPERACIÓN ............................................................................................................... 29 6.12. LAMINADO EN FRÍO DE LOS ACEROS INOXIDABLES ...................................................... 30 6.12.1. PROCESOS ................................................................................................................... 30 VII. CONCLUSIONES ..................................................................................................................... 32 REFERENCIAS BIBLIOGRAFIAS ..................................................................................................... 33

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Escuela Profesional de Ingeniería Industrial I. INTRODUCCIÓN En la actualidad miremos donde miremos podemos notar la fuerte presencia del acero, este material es ampliamente utilizado en multitud de aplicaciones tanto industriales como cotidianas, por su alta resistencia, su bajo costo y ventajas frene a otros materiales de similares características. El acero inoxidable tiene aplicaciones que van desde la cubertería doméstica hasta los tanques reactor para la industria química, la resistencia a la corrosión y al manchado del acero inoxidable, junto con su bajo mantenimiento y su reciclabilidad de 100%, lo hacen un material ideal de base para muchas aplicaciones. De hecho, sus propiedades mecánicas promueven el uso del acero inoxidable en construcciones y obras publicas como ferrocarriles, túneles y puentes. Los tanques de almacenamiento de alimentos y vehículos de transporte son con frecuencia hechos de acero inoxidable porque éste es fácil de limpiar y tiene excelentes propiedades higiénicas. Esto lleva al uso del acero inoxidable en las cocinas comerciales y las plantas de procesamiento de alimentos, porque éste puede ser limpiado con vapor, esterilizado y no necesita ningún tratamiento adicional en la superficie. El presente informe contiene la información y conocimiento, con su proceso de producción del acero inoxidable, describe las diversas operaciones y controles que realiza desde la llegada de la materia prima, su procesamiento y almacenamiento del producto terminado. De la misma manera se explicará el proceso productivo del acero inoxidable, que en la actualidad tiene un alto valor intrínseco. A través del presente informe, se presentarán las principales características del proceso productivo del acero inoxidable. Desde la obtención de la materia prima, que es fundamental a base de mineral o material reciclado, también con la utilización de altos hornos y sus insumos principales que son el carbón y el mineral. El acero inoxidable es 100% reciclable y tiene una de las tasas más altas de reciclado de cualquier material. Se estima que al menos 70% de los aceros inoxidables son reciclados al final de su vida útil dependiendo del tipo, ubicación y disponibilidad de la chatarra de acero inoxidable, la producción de estos puede ser económicamente ventajosa, además, el sistema de reciclado para el acero inoxidable es muy eficiente y no requiere subsidios.

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II. FUNDAMENTO TEORICO 2.1. ACERO INOXIDABLE Es la aleación de hierro con un contenido de cromo de 10.5% y de carbono 1.2%, sus principales elementos ale antes son el níquel y el molibdeno, necesario para asegurar una capa protectora superficial autorregenerable (capa pasiva) que proporcione la resistencia a la corrosión. Su principal característica es su alta resistencia a la corrosión, esta resistencia es debido a la formación espontánea de una capa de óxido de cromo en la superficie del acero, aunque es extremadamente fina, adherida al metal y es extremadamente protectora en una amplia gama de medios corrosivos, rápidamente restaurada en presencia del oxígeno cuando es rayada, devastada por algún elemento, o algún tipo de mecanizado. Para aumentar la resistencia a la corrosión el cromo puede aumentarse y pueden añadirse otros elementos tales como níquel o molibdeno, el grado de impenetrabilidad de la capa de óxido en ciertos ambientes depende no sólo de la composición de la aleación, también es afectada por el medio específico, la temperatura de éste, y la concentración del agente corrosivo. (MORAN,2011)

Figura N° 1: Características del acero inoxidable

2.2. CICLO DE VIDA DEL ACERO INOXIDABLE La universidad de Yale (2009) describe el ciclo de vida el acero inoxidable al identificar las 4 etapas principales de la vida útil del material. 

El proceso de fabricación que incluye al proceso completo de producción del acero inoxidable, a partir de la producción de acero crudo para productos largos y planos acabados para uso en la manufactura.

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El proceso de fabricación y manufactura, donde el acero inoxidable acabado es utilizado en diferentes sectores de uso final para producir bienes finales.

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La fase de uso en la que los bienes finales son empleados por el usuario final y donde el acero inoxidable permanece durante la vida útil de un producto dado.

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El proceso de reciclado y recolección, donde los productos al final de su vida útil son reciclados o desechado en rellenos sanitarios.

Figura N° 2: Ciclo de vida del acero inoxidable 2005 2.3. CLASIFICACIÓN DE LOS ACEROS INOXIDABLES 

Aceros Inoxidables Martensíticos Los aceros inoxidables martensíticos son esencialmente aleaciones Fe-Cr que contienen entre 12% y 17% de Cromo y tienen suficiente carbono (0.15% a 10%) para que se pueda producir mediante el templado una estructura martensítica a partir de la región de la fase austenítica.

Figura N° 3: Acero inoxidable martensíticos PROCESOS INDUSTRIALES II

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Aceros inoxidables Ferríticos Se caracterizan por su estructura ferrítica a cualquier temperatura por consiguiente no hay transformaciones de la ferrita en austenita en el calentamiento ni transformación martensítica en el enfriamiento, por esta razón no hay posibilidad de regeneración del grano y la recristalización solo es posible mediante una deformación plástica en frio, previo recocido o mediante una deformación en caliente, en estos aceros cuando el contenido de cromo aumenta la resiliencia disminuye. Se identifican por tener una composición de hasta un 11% a 30% de cromo y carbono máximo de 0.12.

Figura N° 4: Tira de acero inoxidable ferrítico Aceros inoxidables Austeníticos Los aceros inoxidables austeníticos son en esencia aleaciones ternarias de hierro, cromo y níquel que contienen entre 16% y 25% de cromo y de 7% a 20% de níquel, la presencia de níquel, que tiene una estructura cristalina “ccc”, permite que dicha estructura mantenga a la temperatura ambiente, la alta moldeabilidad de los aceros inoxidables austeníticos se debe a su estructura cristalina ccc. Estos aceros tienen normalmente mayor resistencia a la corrosión que los de tipo ferrítico y martensítico porque los carburos pueden conservarse en solución solida mediante el enfriamiento rápido a partir de altas temperaturas.

Figura N° 5: Acero Inoxidable Austenítico

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Escuela Profesional de Ingeniería Industrial 2.4. PRINCIPALES APLICACINES SEGÚN LA CLASE

Tabla N° 1: Aplicaciones según la clase III. OBJETIVOS 3.1. OBJETIVO GENERAL 

Conocer y describir las operaciones de proceso de producción del acero inoxidable.

3.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS  

Conocer el fundamento científico y tecnológico en el proceso industrial del acero inoxidable. Establecer las etapas en el proceso productivo en la elaboración del acero inoxidable.

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Escuela Profesional de Ingeniería Industrial IV. DIAGRAMA DEL PROCESO DE PRODUCCIÓN DEL ACERO INOXIDABLE 4.1. DIAGRAMA DE BLOQUES DE LA EXTRACCIÓN DEL HIERRO (1° FUNCIÓN)

4.2. DIAGRAMA DE LA PRODUCCIÓN DEL HIERRO EN EL ALTO HORNO

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4.3. DIAGRAMA DEL PROCESO DE FUNDICIONES

4.4. DIAGRAMA DEL PROCESO DE MOLIENDA Y CONCETRACIÓN

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Escuela Profesional de Ingeniería Industrial 4.5. DIAGRAMA DEL AFINO DEL ACERO

4.6. DIAGRAMA DE REDUCCIÓN DEL MINERAL

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Escuela Profesional de Ingeniería Industrial 4.7. DIAGRAMA DE FABRICACIÓN DEL ACERO INOXIDABLE

4.8. DIAGRAMA DE FABRICACIÓN DEL LAMINADO

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V. DESCRIPCIÓN DEL PROCESO DE PRODUCCIÓN DEL ACERO INOXIDABLE 5.1. PROCESO TECNOLÓGICO DE LA EXTRACCIÓN DEL MINERAL DEL HIERRO La producción del hierro y del acero empieza con las menas de hierro y otros materiales requeridos (mena = mineral metalífero, principalmente el de hierro, tal como se extrae del yacimiento y antes de limpiarlo). La mena principal usada en la producción de hierro y acero es la hematita (Fe203), otras menas incluyen la magnetita (Fe304), la siderita (Fe C 03) y la limonita (Fe 2 O 3 - XH2O) donde x vale alrededor de (1.5). Las menas de hierro contienen de un 50% a un 70% de hierro, dependiendo de su concentración; la hematita contiene casi 70% de hierro. Además, hoy se usa ampliamente la chatarra como materia prima para la fabricación de hierro y acero. Las otras materias primas que se necesitan para reducir el hierro de sus menas son el coque y la piedra caliza. El coque es un combustible de alto carbono, producido por el calentamiento de carbón bituminoso en una atmósfera con bajo contenido de oxígeno durante varias horas, seguido de una aspersión de agua en torres especiales de enfriamiento. La coquificación del carbón mineral deja, como subproducto, gas de alto poder calorífico, que es utilizado como combustible en los diversos procesos subsiguientes. El coque desempeña dos funciones en el proceso de reducción: que es un combustible que proporciona calor para la reacción química y produce monóxido de carbono (CO) para reducir las menas de hierro. La piedra caliza es

una roca que contiene altas proporciones de carbonato de calcio (Ca CO 3).

Esta piedra caliza se usa en el proceso como un fundente que reacciona con las impurezas presentes y las remueve del hierro fundido como escoria.

Figura N° 6: Proceso de Extracción

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5.2. LA PRODUCCIÓN DEL HIERRO Para producir hierro, se alimenta por la parte superior de un alto horno una carga con capas alternadas de coque, piedra caliza y mineral de menas de hierro. Un alto horno es virtualmente una planta química que reduce continuamente el hierro del mineral. Químicamente desprende el oxígeno del óxido de hierro existente en el mineral para liberar el hierro. Está formado por un recipiente cilíndrico de acero forrado con un material no metálico y resistente al calor, como ladrillos refractarios y placas refrigerantes. El diámetro del recipiente cilíndrico de 9 a 15 m (30 a 50 pies) disminuye hacia arriba y hacia abajo, y es máximo en un punto situado aproximadamente a una cuarta parte de su altura total de 40 m (125 pies. La parte inferior del horno está dotada de varias aberturas tubulares llamadas toberas, por donde se fuerza el paso del aire. Cerca del fondo se encuentra un orificio por el que fluye el arrabio cuando se sangra (o 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 la carga en el horno. Los materiales se llevan hasta las tolvas en pequeñas vagonetas o cucharas que se suben por un elevador inclinado situado en el exterior del horno. Desde la parte baja de la cámara se inyecta por toberas una corriente de gases y aire precalentados a 900 °C a gran velocidad para realizar la combustión y la reducción del hierro efectuándose la combustión completa del coque que adquiere temperaturas máximas entre 1700 a 1800 °C. Los gases calientes (CO, H2, CO2, H2O, N2, O2 y los combustibles) realizan la combustión del coque conforme pasan hacia arriba, a través de la carga de materiales. El monóxido de carbono se suministra como un gas caliente, pero también se forma adicionalmente por la combustión del coque. El gas CO tiene un efecto reductor sobre las menas de hierro. El hierro fundido escurre hacia abajo, acumulándose en la base del alto horno. El hierro fundido de primera fusión, o arrabio se vacía periódicamente en carros cuchara o carros torpedo con los cuales se llenan lingoteras o bien se conducen a mezcladoras calientes donde se almacenan y se mezclan con otras fundiciones para curarse posteriormente en algún proceso de obtención del acero (refinación de arrabio). Los lingotes se someten a una operación de enfriamiento para convertirse mediante procesos metalúrgicos posteriores, en: hierro fundido de segunda fusión, hierro dulce, hierro maleable o bien acero. Los altos hornos funcionan de forma continua. La materia prima que se va a introducir en el horno se divide en un determinado número de pequeñas cargas que se introducen a intervalos de entre 10 y 15 minutos. La escoria que flota sobre el metal fundido se retira una vez cada dos horas, y el arrabio se sangra cinco veces al día. PROCESOS INDUSTRIALES II

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Escuela Profesional de Ingeniería Industrial El papel que juega la piedra caliza se resume en la siguiente ecuación. Primero se reduce a cal (CaO) por calentamiento (∆): Ca CO 3 + ∆ CaO + CO2 …. (4) La piedra caliza se combina con la sílice (Si O 2) presente en el mineral (la sílice no se funde a la temperatura del horno) para formar silicato de calcio (Ca Si O 4?), de menor punto de fusión. Si no se agregara la caliza, entonces se formaría silicato de hierro (Fe 2 Si O 4), con lo que se perdería el hierro metálico, allí está la importancia de la piedra caliza. La cal se combina con impurezas tales como sílice (Si O 2), azufre (S) y aluminio (Al 2 O 3) para formar silicatos de calcio y de aluminio, en reacciones que producen una escoria fundida que flota encima del hierro. El arrabio o hierro de primera fusión no se puede utilizar directamente en la industria por ser muy quebradizo debido a sus impurezas y poca resistencia contiene excesivo carbón, de 2.2% a 4.5%, además de cantidades de silicio, magnesio, fósforo cuyos contenidos son muy variables.

5.3. EXPLOTACIÓN Y TRASLADO 

PROSPECCIÓN Y EXPLORACIÓN Esta etapa tiene como propósito conocer las características de los yacimientos, principalmente cuantitativas y cualitativas, así como estudiar los aspectos técnicos y económicos que determinarán la factibilidad de su aprovechamiento. Se utilizan herramientas que van desde la exploración de campo y estudio de los mantos por medio de perforaciones, hasta la información obtenible a través de aerografías y satélites; así se clasifican nuestros yacimientos de acuerdo con sus propiedades físicas y químicas. Por estas razones el departamento de control de la calidad y de planificaciones, hace necesario mantener un inventario preciso de los volúmenes disponibles de los diferentes tipos de mineral, así como su localización dentro del yacimiento.

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VOLADURA DE MINA Constituye una de las fases más importantes del proceso, esto debe ser cuidadosamente planificado de manera tal que el mineral obtenido se encuentre dentro de los lineamientos dados por la gerencia de calidad a fin de satisfacer los requisitos de producción. Las operaciones de extracción del mineral de hierro en los yacimientos se inician con las perforaciones para las voladuras. Para esta operación se cuenta con taladros eléctricos rotativos, que pueden perforar con diámetros de 31 a 38 cm y profundidades de hasta 18 m, lo que permite construir bancos de explotación de 15 m de altura. El número de perforaciones en el área mineralizada depende del tonelaje que se quiera producir, el explosivo utilizado es una mezcla de Nitrato de aluminio con gasoil.

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ENVIO DE MINERAL A LA PLANTA DE PROCESAMIENTO Una vez que el mineral es fracturado, por efecto de la voladura, es removido por palas eléctricas desde las distintas fuentes de producción. Las palas cuentan con baldes de 7,3 m3 y de 10 m3 de capacidad, luego el mineral es vaciado en camiones roqueros marca LECTRA-HALL de 90 toneladas de capacidad. (Se usan adicionalmente cargadores frontales con capacidad de 60 m3 cada uno). Para el acarreo del mineral de los frentes de producción hasta la plata forma o andenes de carga con capacidad de 35 vagones de 90 toneladas cada uno, se utilizan camiones de 90 y 160 toneladas. El coordinador de aseguramiento asigna durante el proceso de carga el número de la pala y registra el corte de vagones, con el número de cada vagón, el código de la mina, el muelle de carga y la estimación del porcentaje de mineral fino y grueso cargado. Los grupos de vagones, una vez cargados en 1os frentes de producción, son llevados al patio de ferrocarril, donde se realizan los acoples hasta formar trenes de aproximadamente 125 vagones. En el proceso de carga, un operario muestreador toma muestra de los vagones para la determinación del grado químico y físico del mineral cargado; las muestras son entregadas al Coordinador de Aseguramiento para llevarlos al laboratorio. Los resultados obtenidos son registrados. El jefe de turno del Departamento de Aseguramiento estima el corte o grupo de vagones cargados conforma y sectoriza el tren, entregando la liberación al Supervisor de operaciones ferroviarias. En la conformación de trenes verifica la secuencia de corte de vagones por cada tren. Para el traslado del mineral a la planta de procesamiento, los trenes son remolcados por tres locomotoras diesel eléctricos.

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VACIADO DEL MINERAL Al llegar el mineral todo en uno (TEU) a la planta de procesamiento, los trenes son seleccionados en grupos de 15 vagones según la distribución realizada por el departamento de seguridad, de acuerdo a los requerimientos de las pilas de mineral a homogenizar. La operación de vaciado consiste en desalojar el mineral de los vagones, los cuales son impulsados por el empujador de vagones (FD-800) individualmente hasta posicionarlos dentro del volteador de vagones que se encuentra en la entrada del sector de trituración primaria. El volteo de un corte generalmente presenta una duración de 35 a 40 min. si se opera en óptimas condiciones.

5.4. TRITURACIÓN Y MOLIENDA La trituración se realiza por objeto reducir el tamaño de los minerales, se hace en sexo en máquinas llamadas trituradoras, que pueden ser de mandíbulas o giratorias. PROCESOS INDUSTRIALES II

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La molienda puede hacerse con materiales húmedos o secos, se utilizan los molinos rotatorios. La diferencia entre un proceso y otro está en el tamaño de los materiales obtenidos en cada proceso: en la molienda se obtiene el mineral y en partículas más pequeñas en la trituración 5.5. CLASIFICACIÓN Es la separación del material obtenido en los procesos anteriores por tamaños similares. Se utilizan diversos instrumentos y procedimientos. Criba: separan el material por tamaño, por una parte los que pasan por una malla y los que no pasan. Tamiz: es una criba fina y se usa para obtener partículas muy pequeñas. Procedimiento de clasificación hidronámica: se basa en el principio de que un líquido donde se introducen las partículas de mineral obtenido en los procesos anteriores, por efecto de las diferentes velocidades de caída. Al cabo del tiempo, tendrá lugar una estratificación de éstas, de forma que las de mayor densidad quedarán en las capas inferiores y las de menor en las superiores.

Figura N° 7: Clasificación del mineral

5.6. CONCENTRACIÓN Es la operación de separar la mena de la ganga. Los procedimientos son: Flotación: Se separan las partículas de materiales diferentes haciendo que las de uno de ellos flote sobre un líquido y las demás estén sumergidas en él. Separación magnética: Un material con propiedades magnéticas se puede separar de la ganga aplicando al conjunto un campo magnético.

(TECNOAGRO,2011)

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5.7. BRIQUETEADO Se suministra esponja de hierro granular a una prensa de rodillos a temperaturas de 600 a 850ºc para moldeado de briquetas calientes. Se produce una estructura de tira de esponja de hierro que contiene las briquetas calientes formadas, las cuales se colocan a una distancia entre sí. Al desintegrar la estructura de tira, las briquetas calientes se separan entre sí, de manera que se obtienen fragmentos de la estructura de tira. Las briquetas calientes y por lo menos parte de los fragmentos se enfrían a temperaturas en el intervalo desde 20 hasta 400ºc, y las briquetas enfriadas y fragmentos se hacen pasar a través de un tambor giratorio. En el tambor giratorio, se producen finos de grano fino de las briquetas y fragmentos. Posteriormente, estos finos se separan de las briquetas y fragmentos, pues muestran un comportamiento pirofórico.

5.8. PELEATIZACIÓN Si el mineral posee bajo contenido de impurezas (principalmente fósforo y azufre), puede ser utilizado para carga directa a Altos Hornos, requiriendo sólo tratamientos de molienda y concentración. Si, por el contrario, el contenido de impurezas es relativamente alto, se realiza también la molienda y concentración, pero requiere además de un proceso químico de paletización, donde se reducen significativamente dichas impurezas. (CAICEDO,2016)

5.9. PROCESO DE REFINACIÓN El acero se puede obtener a partir de dos materias primas fundamentales:

• El arrabio, obtenido a partir de mineral en instalaciones dotadas de alto horno (proceso integral);

• Las chatarras tanto férricas como inoxidables, El tipo de materia prima condiciona el proceso de fabricación. En líneas generales, para fabricar acero a partir de arrabio se utiliza el convertidor con oxígeno, mientras que partiendo de chatarra como única materia prima se utiliza exclusivamente el horno de arco eléctrico (proceso electro-siderúrgico). Los procesos en horno de arco eléctrico pueden usar casi un 100% de chatarra metálica como materia [Steel Recycling Institute; 2000], convirtiéndolo en un proceso más favorable desde un punto de vista ecológico. Las aleaciones de acero se realizan generalmente a través del horno de arco eléctrico, incluyendo el acero inoxidable. En algunos tipos de acero inoxidable se añade a su composición molibdeno, titanio, niobio u otro elemento con el fin de conferir a los aceros distintas propiedades. Tras el proceso de reconversión industrial de la siderurgia en España se abandonó la vía del alto PROCESOS INDUSTRIALES II

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Escuela Profesional de Ingeniería Industrial horno y se apostó de forma decidida por la obtención de acero a través de horno eléctrico. En este proceso, la materia prima es la chatarra, a la que se le presta una especial atención, con el fin de obtener un elevado grado de calidad de la misma. Para ello, la chatarra es sometida a unos severos controles e inspecciones por parte del fabricante de acero, tanto en su lugar de origen como en el momento de la recepción del material en fábrica. La calidad de la chatarra depende de tres factores: -

Su facilidad para ser cargada en el horno

-

Su comportamiento de fusión (densidad de la chatarra, tamaño, espesor, forma)

-

Su composición, siendo fundamental la presencia de elementos residuales que sean difíciles de eliminar en el proceso del horno

Atendiendo a su procedencia, la chatarra se puede clasificar en tres grandes grupos:

a) Chatarra reciclada: formada por despuntes, rechazos, etc. originados en la propia fábrica. Se trata de una chatarra de excelente calidad.

b) Chatarra de transformación: producida durante la fabricación de piezas y componentes de acero (virutas de máquinas herramientas, recortes de prensas y guillotinas, etc.).

c) Chatarra de recuperación: suele ser la mayor parte de la chatarra que se emplea en la acería y procede del desguace de edificios con estructura de acero, plantas industriales, barcos, automóviles, electrodomésticos, etc. (RIKOLTO,2014)

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5.10. FABRICACIÓN EN HORNO ELÉCTRICO La fabricación del acero en horno eléctrico se basa en la fusión de las chatarras por medio de una corriente eléctrica, y al afino posterior del baño fundido. El horno eléctrico consiste en un gran recipiente cilíndrico de chapa gruesa (15 a 30 mm de espesor) forrado de material refractario que forma la solera y alberga el baño de acero líquido y escoria. El resto del horno está formado por paneles refrigerados por agua. La bóveda es desplazable para permitir la carga de la chatarra a través de unas cestas adecuadas. La bóveda está dotada de una serie de orificios por los que se introducen los electrodos, generalmente tres, que son gruesas barras de grafito de hasta 700 mm de diámetro. Los electrodos se desplazan de forma que se puede regular su distancia a la carga a medida que se van consumiendo. Los electrodos están conectados a un transformador que proporciona unas condiciones de voltaje e intensidad adecuadas para hacer saltar el arco, con intensidad variable, en función de la fase de operación del horno. Otro orificio practicado en la bóveda permite la captación de los gases de combustión, que son depurados convenientemente para evitar contaminar la atmósfera. El horno va montado sobre una estructura oscilante que le permite bascular para proceder al sangrado de la escoria y el vaciado del baño. (JUVASA,2014)

Figura N° 8: Fabricación del acero inoxidable en horno eléctrico

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Escuela Profesional de Ingeniería Industrial El proceso de fabricación se divide básicamente en dos fases: la fase de fusión y la fase de afino. 

FASE DE FUSIÓN Una vez introducida la chatarra en el horno y los agentes reactivos y escorificantes (principalmente cal) se desplaza la bóveda hasta cerrar el horno y se bajan los electrodos hasta la distancia apropiada, haciéndose saltar el arco hasta fundir completamente los materiales cargados. El proceso se repite hasta completar la capacidad del horno, constituyendo este acero una colada.



FASE DE AFINO El afino se lleva a cabo en dos etapas. La primera en el propio horno y la segunda en un horno cuchara. En el primer afino se analiza la composición del baño fundido y se procede a la eliminación de impurezas y elementos indeseables (silicio, manganeso, fósforo, etc.) y realizar un primer ajuste de la composición química por medio de la adición de ferroaleaciones que contienen los elementos necesarios (cromo, níquel, molibdeno, vanadio o titanio). El acero obtenido se vacía en una cuchara de colada, revestida de material refractario, que hace la función de cuba de un segundo horno de afino en el que termina de ajustarse la composición del acero y de dársele la temperatura adecuada para la siguiente fase en el proceso de fabricación.



LA COLADA CONTINUA Finalizado el afino, la cuchara de colada se lleva hasta la artesa receptora de la colada continua donde vacía su contenido en una artesa receptora dispuesta al efecto. La colada continua es un procedimiento siderúrgico en el que el acero se vierte directamente en un molde de fondo desplazable, cuya sección transversal tiene la forma geométrica del semiproducto que se desea fabricar; en este caso la palanquilla. La artesa receptora tiene un orificio de fondo, o buza, por el que distribuye el acero líquido en varias líneas de colada, cada una de las cuales dispone de su lingotera o molde, generalmente de cobre y paredes huecas para permitir su refrigeración con agua, que sirve para dar forma al producto. Durante el proceso la lingotera se mueve alternativamente hacia arriba y hacia abajo, con el fin de despegar la costra sólida que se va formando durante el enfriamiento.

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Escuela Profesional de Ingeniería Industrial Posteriormente se aplica un sistema de enfriamiento controlado por medio de duchas de agua fría primero, y al aire después, cortándose el semiproducto en las longitudes deseadas mediante sopletes que se desplazan durante el corte. En todo momento el semiproducto se encuentra en movimiento continuo gracias a los rodillos de arrastre dispuestos al largo de todo el sistema. Finalmente, se identifican todas las palanquillas con el número de referencia de la colada a la que pertenecen, como parte del sistema implantado para determinar la trazabilidad del producto, vigilándose la cuadratura de su sección, la sanidad interna, la ausencia de defectos externos y la longitud obtenida.

6.11. PROCESO DE LAMINACIÓN EN EL ACERO INOXIDABLE 6.11.1. FUNDAMENTO DE LA LAMINACIÓN En su forma más elemental, un laminador está constituido por dos o más cilindros que giran en sentidos contrarios entre sí. La distancia entre las superficies cilíndricas enfrentadas es siempre menor que el espesor inicial del lingote, por lo que éste, al pasar entre los dos cilindros se aplasta y se alarga proporcionalmente a la reducción de sección. El objetivo de la laminación es producir una deformación permanente en el material de partida, aprovechando la ductilidad del acero, que es mucho mayor en caliente. Para ello se hace pasar al material a laminar entre dos cilindros que giran a la misma velocidad y en sentido contrario y cuya separación es inferior al espesor del material de entrada. La presión que ejercen los cilindros sobre el material hace que se reduzca el espesor del mismo aumentando proporcionalmente, en consecuencia, la longitud del producto que emerge de los cilindros.

Figura N° 9: FORMA DE GIRAR DE LOS CILINDROS

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Escuela Profesional de Ingeniería Industrial 6.11.2. MATERIALES PARA LA LAMINACIÓN CILINDROS: Los cilindros para laminar plano son de tabla lisa, mientras que los destinados a obtener otras formas son perfilados. Para evitar la flexión de los cilindros por efecto de los elevados esfuerzos de la componente vertical, la longitud de la “tabla” no debe superar más de 3,5 veces el diámetro. La superficie de los cilindros de laminación debe ser muy dura para reducir el desgaste. No obstante, el material debe ser tenaz, pues se ve sometido a fuertes solicitaciones dinámicas durante el trabajo. Han de ser más duros que el acero a laminar. Partes esenciales de un cilindro son: 

Tabla: es la parte comprendida entre los cojinetes. Suele ocupar la mayor parte del cilindro y es donde se realiza el trabajo de laminación. En los cilindros para laminación de planos (chapa) la tabla es lisa y en los de largos la tabla tiene mecanizadas unas estrías que dan forma al perfil.



Cuello son las dos partes cilíndricas que giran alojadas en los cojinetes.

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Trefles o trébedes. Son los extremos en los que se realiza el acoplamiento con el terminal (“chocolatera”) del árbol que transmite el giro producido por el motor de accionamiento.

Figura N° 10: Elementos de un cilindro

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Escuela Profesional de Ingeniería Industrial CAJINETES Y AMPUESAS Los cojinetes son unos rodamientos que encajados entre las ampuesas sujetan el cuello de cada cilindro respectivo para permitir su giro. Las ampuesas son unas piezas desmontables con huecos en los que se alojan los rodamientos del cilindro y se encargan de mantener en posición los cilindros en su chasis (“castillete”). Además, permiten que los cilindros de apoyo de las cajas cuarto y los cilindros únicos de las cajas dúo transmitan las fuerzas de laminación a los rodamientos.

Figura N°11: Elementos de una caja

ESTRUCTURA PRINCIPAL Los castilletes son dos estructuras verticales en cuyas ventanas encuentran asiento y sujeción las ampuesas y los cojinetes de los cilindros. El calibrador es un mecanismo de ajuste que permite modificar la distancia entre los cilindros y, en consecuencia, las dimensiones de salida de los productos laminados. Incrustados en los castilletes hay unos tornillos de presión que mantienen fijos los cuellos de cada cilindro. Entre ambos tornillos hay un dispositivo de compensación que homogeniza los esfuerzos sufridos por los extremos de cada cilindro. Bajo los castilletes están las zapatas, placas base o bancadas, que son unas viguetas sobre las que se fijan los castilletes. Estas zapatas deben estar firmemente fundadas. En la misma zona inferior se encuentra el “pozo”, que es el sumidero en el que cae y se almacena la cascarilla formada en la laminación. Esta cascarilla es necesario eliminar por exigencias de la calidad superficial y para evitar defectos en posteriores laminaciones. En tiempos no muy lejanos la cascarilla se empleó como oxidante en la primera fase (descarburación) de colada en horno eléctrico de arco.

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Escuela Profesional de Ingeniería Industrial SISTEMAS DE MOVIMIENTO: Los motores de accionamiento son eléctricos y transmiten a través de las alargaderas la potencia necesaria para que los cilindros realicen la laminación. Estas alargaderas están rematadas en su extremo opuesto al motor por las “chocolateras” que son las piezas huecas en las cuales encajan los trefles para transmitir el giro a los cilindros. Las alargaderas están sometidas o fuertes esfuerzos transversales (flexión, torsión…) y de fatiga. Por ello no pueden ser de una sola pieza sino de varias unidas entre sí por juntas semielásticas, homocinéticas o cardan. 6.11.3. TIPOS DE CAJA DE LAMINACIÓN Según disposición de los cilindros en cada caja, éstas se pueden dividir en:  Caja dúo: Dos cilindros.  Caja trío: Tres cilindros.  Caja cuarta: Dos cilindros de trabajo, y dos cilindros de apoyo.  Cajas múltiples: Séxtuplo de doce cilindros y Sendzimir de veinte cilindros.  Cajas de cilindros múltiples de diámetros diferentes.  Caja universal: Unos cilindros son laminadores y otros cilindros son canteadores verticales.  Caja especial: Para aros, ruedas, etc.

Figura N° 12: Tipos de cajas de laminación PROCESOS INDUSTRIALES II

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Escuela Profesional de Ingeniería Industrial 6.11.4. LAMINACIÓN EN CALIENTE En la laminación en caliente se aprovecha la ductilidad del acero, es decir, su capacidad de deformación que es tanto mayor cuanto más elevada sea su temperatura. Ésta oscila entre 800 ºC y 1250 ºC. La concepción de los hornos de calentamiento, aunque el objetivo sea común (llevar las piezas a laminar hasta la temperatura prescrita para ello) varían en su diseño y operación, según se trate de trenes desbastadores o laminadores. 6.11.4.1. MATERIALES Y OPERACIONES DEL LAMINADO EN CALIENTE La laminación en caliente, como ya se ha dicho, se realiza a elevadas temperaturas, lo que exige que el material esté a la temperatura adecuada, tanto en la superficie como en el interior. Es lo que se denomina “empapado” (soaking). - Hornos. - Desbaste. - Acabado. - Embobinado.  Zona de hornos: La etapa previa de la laminación en caliente consiste en el calentamiento de los planchones, con los siguientes objetivos: -

Formación de cascarilla fácil de eliminar y que deje buena superficie.

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Ablandamiento del acero hasta maleabilidad que haga posible su laminación.

-

Calentamiento suficiente (>1200 ºC) que permita efectuar laminación austenítica o ferrítica.

-

Disolver, si fuera preciso, los nitruros o carburos dispersos en la matriz metálica. La cascarilla se forma por oxidación del hierro a temperatura alta. Depende de la temperatura y atmósfera del horno, tiempo de empapado y composición del acero. En la laminación de planos las dimensiones normales de los slabs son de 10 - 12 m de longitud; pueden llegar a más de 2000 mm de ancho y 250 mm de espesor.



Zona desbastadora: La zona desbastadora engloba los sistemas de descascarillado, canteo y desbaste propiamente dicho. Los trenes canteadores (horizontales y verticales) están constituidos por cajas dúo, como también los descascarilladores horizontales y verticales La escarabilla estallada en estas cajas se elimina por

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Escuela Profesional de Ingeniería Industrial chorros de agua a 120 kg/mm2 de presión que impactan sobre la superficie del desbaste. La cascarilla cae al canal que discurre bajo el tren y es arrastrada por agua hasta un foso o colector, donde se recicla. Los desbastes se transforman en chapones que después van a ser laminados en el tren acabador. El número de pasadas oscila según las medidas del desbaste y de las del chapón que se desea obtener, así como del tipo de acero y la temperatura final de laminado en dicho tren.  Zona acabadora: Comprende el tren acabador y las mesas de enfriamiento Tras el conjunto descascarillador-desbastador se sitúa la tijera (cuchillas refrigeradas) que despunta el chapón antes de su entrada al tren acabador. El chapón que sale del tren desbastador reversible sufre una sola pasada en el tren acabador en el que se convertirá en “bobina caliente”. El tren acabador es un tren continuo no reversible formado por cajas cuarto. Normalmente se dispone de 6 o 7 cajas acabadoras, aunque a veces su número es mayor. Se cuenta con sistema de refrigeración de los cilindros e incluso sistemas de lubricación de los mismos, así como dispositivos para el cambio rápido de los cilindros de trabajo que reducen los tiempos de parada. Según el sentido de avance, el tren acabador consta de: - Conjunto descascarillador, formado por colectores con boquillas insertadas que proyectan sobre la superficie superior e inferior del chapón agua a presión para eliminar la cascarilla. -

Cilindros canteadores que como ya se vió son dos cilindros verticales, situados en una caja previa a la primera.

-

Guías laterales, formadas por chapas de acero resistentes al desgaste situadas delante de cada caja y cuya misión es mantener la banda centrada en las cajas.

-

Refrigeración de los cilindros, que se realiza con agua a presión.

-

Carros de bucles que tensan la banda entre cajas y compensan la diferencia de velocidad entre la salida de una caja y la entrada en la siguiente.

-

Refrigeración de la banda. En las primeras cajas hay cortinas de agua que enfrían la banda evitando la formación de cascarilla.

-

Medidores de la anchura y espesor de la banda, así como también pirómetros.

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A la salida de la última caja acabadora se encuentra la mesa de enfriamiento en régimen laminar. Finalmente, la banda, adecuadamente enfriada, se enrrolla en las bobinadoras.

 Zona de bobinadoras: Están al final del tren semicontinuo. Hay que fijar una velocidad adecuada de “enhebrado” (empalme por soldadura), condicionada por las características de las mesas de rodillos. Las bobinadoras constan de una serie de elementos: -

Guías de entrada que posicionan la banda.

-

Rodillo, que mantiene en tensión la banda.

-

Rodillos de arrastre, también conocidos como “pinchrolls”, que empujan la banda hacia el mandril.

-

Mandril, que sirve de eje de la bobina a la vez que efectúa el bobinado y tensionado.

6.11.4.2.

-

Rodillos de bloqueo, que ajustan las primeras espiras de la bobina al mandril.

-

Carro extractor, que recoge las bobinas del mandril.

-

Después se evacúan las bobinas, se marcan, flejan y envían. Operación Una vez conseguida la temperatura de laminación, el desbaste se extrae del horno de recalentar. Mediante un camino de rodillos comandados se transporta al tren descascarillador, compuesto por canteadores verticales y un tren dúo horizontal. Libre de cascarilla pasa al tren desbastador, donde queda con el espesor adecuado para su entrada en el tren acabador. Normalmente se pasa de 200 mm a 20 mm. Después se despunta para eliminar extremos con defectos internos y de “cola de pez”, chorreando una vez más con agua a presión. El producto está ya listo para pasar al tren acabador. El tren acabador continuo está constituido por varias cajas cuarto no reversibles en las que mediante reducciones sucesivas se alcanza el espesor final deseado. Las temperaturas de laminación influyen en las características de las bandas (microestructura, características mecánicas, deformabilidad). El acabado” es a 800º C a 900º C, según el tipo de acero y temperatura del bobinado (500º C a 700º C). Se controla mediante enfriamiento con agua. Las bobinas quedan disponibles para su venta a clientes o envío a las siguientes etapas del proceso, como son, corte en chapas o flejes, laminado en frío o conformación en tubos, perfiles o chapa conformada.

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6.12. LAMINADO EN FRIO DE LOS ACEROS INOXIDABLES Algunos productos obtenidos por laminación en caliente, tales como planchas, carriles o barras se utilizan directamente. Otros han de sufrir un proceso posterior de laminación en frío. En este capítulo se revisa el tratamiento en frío de las “bobinas calientes” de aceros de bajo carbono, micro aleados e inoxidables. La denominación de “bobinas calientes” no se debe a que estén a temperatura elevada sino a que previamente han sido laminadas en caliente.

6.12.1.

PROCESOS El proceso de laminación en frío tiene el mismo fundamento que el de laminación en caliente, es decir, producir una deformación permanente aprovechando la ductilidad del acero; para ello se hace pasar el material entre dos cilindros cuya separación es inferior al espesor de la banda original. Las bobinas “calientes” de acero inoxidable pasan a laminación en frío, donde sufren varios procesos consecutivos:  Recocido y decapado en caliente. El recocido se efectúa en hornos campana o continuos según el tipo de inoxidables. El decapado es mecánico o químico.  Laminación en frío propiamente dicha, con reducciones del orden del 80 % en varias pasadas en trenes Sendzimir, que están compuestos por cajas monolíticas muy compactas. Son equipos diseñados para soportar los esfuerzos generados al laminar acero aleado que endurecen fuertemente por deformación en frío. Las cajas Sendzimir inventadas por el acerista polaco Tadeusz Sendzimir, constan de 20 cilindros: Son 2 de trabajo, 10 intermedios y 8 de apoyo. Los de trabajo son de pequeño diámetro, fáciles de cambiar. La preparación de las bobinas, incluido el pulido cuando se requiere, se efectúa previamente al laminado en frío.  Recocido y decapado en frío de las bobinas para suavizar la acritud del laminado en frío. Se recuecen en hornos de atmósfera oxidante y se continúa con decapado con soluciones ácidas y sales. Pueden también sufrir un recocido continuo en atmósfera inerte, no requiriendo decapado posterior. El “recocido

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Escuela Profesional de Ingeniería Industrial brillante” (Bright Annealing, BA) es un proceso específico en continuo para mejorar forma, brillo y características mecánicas de la banda.  Temperizado en trenes con dos cajas dúo o cuarto reversibles y sistemas para garantizar planitud y lisura.  Líneas para corte transversal o longitudinal y expedición en forma de bobinas, chapas cortadas o flejes. Para inoxidables el proceso es complejo y consta de las siguientes operaciones: 

Las bobinas de bandas laminadas en caliente tienen espesor comprendido entre 2,5 y 8,5 mm; los espesores finales de las bobinas laminadas en frío varían entre 0,25 y 6 mm.



A la laminación en caliente sigue el recocido y decapado. El recocido se realiza en hornos campana en martensíticos y ferríticos y en hornos continuos en los austeníticos. El decapado se realiza con mezcla de ácidos nítrico y fluorhídrico y va precedido de granallado.



Después de laminar en frío se procede a recocido en continuo en hornos de atmósfera oxidante, seguido de un decapado con distintas soluciones de nítrico o sulfúrico y sulfato, cloruro y nitrato sódico. Hay líneas de recocido continuo en atmósfera inerte (mezclas de nitrógeno e hidrógeno exentas de humedad, procedentes de la disociación del amoníaco) con las que no es necesario proceder a decapado tras el recocido.



El temperado se realiza en cajas dúo de cilindros de gran diámetro. Las bandas así terminadas se pueden expedir en forma de bobinas o procesarlas en las líneas de corte para su entrega en paquetes de chapa cortada.

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VII. CONCLUSIONES 

El impacto medioambiental de la fabricación y utilización de materiales y productos puede medirse, por ejemplo, en función de la cantidad de emisiones y su impacto medioambiental, así como por las necesidades de energía. Los valores y el proceso de toma de decisión de los consumidores y empresas de negocios actuales se basan no solo en los valores tradicionales, sino también en el impacto medioambiental.



Un producto que respeta el medioambiente es muy bien valorado a la hora de elegir. En los últimos años, la legislación también ha enfatizado los valores medioambientales más que antes.

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El acero inoxidable se fabrica principalmente a partir de acero al carbono y acero inoxidable reciclado. La utilización de materias primas recicladas reduce las necesidades de energía del proceso de fabricación, así como la cantidad de residuos y emisiones.



El propio acero inoxidable, por otro lado, es reciclable en un 100%. Sin embargo, gracias a la excelente duración a largo plazo del material, la vida útil de los productos es extremadamente larga. Con ello se reduce el consumo relativo de recursos naturales y energía durante la vida útil de los productos fabricados con acero inoxidable, en comparación con los productos realizados con materiales desgastan con mayor rapidez y necesitan sustituirse.

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REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 

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BARREIRO, J. “Fabricación de hierro, acero y fundiciones”. Urmo, S.A. de Ediciones, 1ª ed. edición (1978).

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Enríquez, Luis. Monografía sobre la tecnología del acero. [en línea] Madrid, 2010. Fecha de consulta: 27/10/18. Disponible en: http://oa.upm.es/2074/1/LAMINACION2_MONO_2010.pdf Alvarez Villace,Jorge [en línea]. Julio 2013. [Fecha de consulta: 26 de mayo del 2018]. Disponible en: https://uvadoc.uva.es/bitstream/10324/13131/1/TFG-I-161.pdf Caicedo Caryeli [en línea]. 2016. [Fecha de consulta: 26 de mayo del 2018]. Disponible en: https://prezi.com/82n4xd6ecksc/proceso-de-elaboracion-delaceroinoxidable/ Diaz Arrue Sara [en línea]. 2016. [Fecha de consulta: 26 de mayo del 2018]. Disponible en: https://es.scribd.com/document/333244000/elaboracion-del-acero-inoxidable

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