Siderurgia

SIDERURGIA

Introducción

La siderurgia es una rama de la metalurgia que se encarga de las tecnologías del hierro, su producción y la de sus aleaciones, principalmente con carbono. Las aleaciones de hierro-carbono, se denominan de dos formas, dependiendo el contenido de carbono. Se denomina arrabio o fundición a aquella aleación que contiene de 1,7 a 6,67% de carbono; y acero a aquella que posee no más de 1,7% de carbono.

El acero no es una aleación hierro-carbono totalmente pura, pues contiene otros elementos en su composición, en algunos casos introducidos involuntariamente (impurezas), y en otros voluntariamente, para mejorar sus propiedades (elementos de aleación).

El presente trabajo trata de la producción de acero, sus etapas, materia prima, maquinarias necesarias, reacciones producidas, métodos de mejoramiento de sus propiedades.

Hierro

• Propiedades.

El hierro químicamente puro es un metal blanco plateado, magnético, maleable, tenaz, soldable, dúctil.

Propiedades físicas

El hierro se presenta en cuatro formas alotrópicas distintas, estables, dentro de límites de temperaturas determinados, que tienen diferentes estructuras cristalinas y también diferentes propiedades:

Las temperaturas de cambio de estructura corresponden a puntos críticos del hierro, en donde este sufre cambios de propiedades físicas, como la resistencia eléctrica, el calor especifico, coeficiente de dilatación, etc.

El hierro es un metal activo, entre sus propiedades químicas cabe mencionar su combinación con el oxígeno, formando óxidos; además con los halógenos, el azufre, fósforo, carbono y silicio. Reacciona con algunos ácidos, desplazando al hidrogeno y formando la sal de hierro correspondiente. El ácido sulfúrico concentrado oxida al metal a iones Fe+3, pero con ácido nítrico concentrado el metal se vuelve pasivo porque se forma una capa fina de Fe3O4 en su superficie. El hierro, en presencia de agua y oxígeno, se corroe, en una serie de reacciones muy complejas y no conocidas aún en su totalidad, formando óxido de hierro hidratado (Fe2O3.xH2O), conocido como orín o herrumbre. Este proceso hace el hierro, un metal inútil para los fines a que fue destinado.

• Estado natural.

El hierro no se encuentra libre en la naturaleza, debido a que es un metal activo; pero se ha encontrado hierro libre en algunos meteoritos. Es uno de los elementos más abundantes en la corteza terrestre ocupando el 5,6% de ella, y se presume que existe en mayor porcentaje en el núcleo terrestre.

Se encuentra en forma de diferentes compuestos como:

• Yacimientos.

Se consideran yacimientos utilizables a aquellos en los cuales existe una mena que contiene, en este caso, hierro en un porcentaje mayor a 25% y aprovechable a largo plazo (10 años como mínimo).los yacimientos se clasifican, según la profundidad en la que se halla la mena, en:

 Poco profundo o a cielo abierto: son yacimientos que se encuentran a poca profundidad, pocos metros del suelo. Se llega a ellos retirando la capa de tierra que los cubre, mediante el empleo de grandes excavadoras y palas mecánicas

 Profundos: son yacimientos que se encuentran a una profundidad mayor y se debe llegar a ellos elaborando túneles y galerías, y mediante explosivos.

• Minerales de hierro (usados en siderurgia).

Se consideran minerales de hierro utilizables en la siderurgia a aquellos que contienen hierro en una proporción considerable (25% en peso), y en una forma tal que su extracción sea factible y económica.

Los minerales de hierro utilizados en siderurgia son los óxidos de hierro como la hematita Fe2O3 y la magnetita Fe3O4.sin embargo, los sulfuros y carbonatos no son muy utilizados en pues la extracción del hierro se hace difícil y antieconómica.

Evolución de la siderurgia

Sabemos que el hierro se corroe en presencia de oxígeno y agua, por lo que no quedan piezas muy antiguas para conocer con exactitud la fecha de su explotación.

*como combustible.

Tabla nº 1. Cronología de los antecedentes del acero.

Fuente: elaboración propia.

Fabricación del acero

La fabricación del acero se puede dividir en dos partes importantes:

• Obtención de arrabio.

• Obtención de acero (afino del arrabio).

• Obtención de arrabio.

En este trabajo tomaré como método de obtención de arrabio al método conocido como el del Alto Horno.

El esquema de obtención es el siguiente:

A continuación, se detallan cada uno de los ítems del esquema:

• Extracción del mineral de hierro.

El método de la extracción del mineral de hierro depende del yacimiento en que se encuentra. Si se encuentra en un yacimiento a cielo abierto la extracción es fácil, basta con fragmentar la capa de tierra que lo cubre, mediante explosivos y luego removerla para llegar al mineral de hierro, el cual se extrae con excavadoras, posteriormente se procede a transportarlos a las tolvas de almacenamiento.

Si se encuentra en un yacimiento profundo, la extracción se hace más compleja, pues se necesita construir túneles para llegar donde se encuentra el mineral y luego, a través de montacargas apropiados, transportarlos al exterior, donde se cargan en trenes, a veces, arrastrados por locomotoras electicas, para llevarlos a las tolvas. Cuando el terreno presenta baches pronunciados o es imposible transportar el mineral por el suelo, se procede mediante rieles aéreos y vagonetas.

• Preparación del mineral de hierro.

El mineral de hierro extraído, trae consigo impurezas (tierra, restos fósiles), denominadas "ganga", además posee tamaños variables; y otros aspectos que hacen que el mineral no sea apto para ser introducido al Alto Horno. Para paliar esto, es necesario someterlo a una serie de procesos, los que se detallan a continuación:

• Concentración: los minerales de hierro extraídos se concentran, eliminando parte de la ganga y obteniendo un mineral sobre más rico en hierro. La concentración se puede llevar a cabo mediante los siguientes métodos:

• Por lavado: esta operación hace posible eliminar las sustancias terrosas que componen la ganga. Se lleva a cabo haciendo pasar el mineral sobre una cinta transportadora y una corriente de agua arrastra las sustancias terrosas.

• Por separador rotativo magnético: este método hace posible clasificar el mineral en ricos, pobres y ganga, mediante un tambor giratorio imantado; el mineral cae en este, la parte más

...