Práctica 1: El proceso más económico para la obtención del Acero

EL PROCESO MÁS ECONÓMICO PARA LA OBTENCIÓN DEL ACERO

INTRODUCCIÓN

Los metales ferrosos como su nombre lo indica su principal componente es el
fierro (hierro), sus principales características son su gran resistencia a la tensión y
dureza. Las principales aleaciones se logran con el estaño, plata, platino,
manganeso, cromo, níquel, molibdeno, vanadio y titanio.
Su temperatura de fusión va desde los 1360ºC hasta los 1425ªC y uno de sus
principales problemas es la corrosión.

Entre 80 y 90% de todos los metales fabricados a escala mundial son en hierro y
acero. Procesos para la obtención de hierro se conocen desde el año 1200 A.C.
El diagrama general de la fusión primaria del hierro integra a casi todas las
actividades que se desarrollan en la producción de hierro, como lo muestra el
siguiente diagrama de flujo.

[pic 1]

Para la producción de hierro y acero son necesarios cuatro elementos
fundamentales:
1.- Mineral de hierro.  2.- Coque. 3.- Piedra caliza 4.- Aire.

Una vez obtenido el arrabio o el hierro esponja es necesario refinar al hierro para
que se transforme en material útil para diferentes objetos o artefactos, o sea en
hierro o acero comercial. A continuación, se presentan los principales procesos de
fabricación de los hierros y aceros comerciales.
El hierro dulce se produce por proceso de pudelado, convertidor Bessemer y
Básico de Oxígeno BOF; este último más moderno y eficiente que los dos
primeros les ha ido sustituyendo.
El acero se obtiene preferiblemente en hornos de hogar abierto y en proporción
menor en hornos de arco eléctrico.

Diferentes formas de producir hierro y acero.

[pic 2]

En hornos de refinación, los que pueden trabajar mediante inducción eléctrica o de
crisol de aire, se producen calados de hierro maleable.
Mediante cubilotes, sistema económico, se obtiene fundición gris de hierro colado.

OBJETIVO

Analizar datos de diseño de diferentes procesos de obtención de acero para determinar cuál sería el más económico bajo argumentos bien justificados.

PROCEDIMIENTO

Se realizará un comparativo entre los hornos de oxígeno básico y el horno eléctrico para determinar el proceso más económico para la obtención del acero.

Desde mediados del siglo XIX, se han desarrollado procesos para refinar el
arrabio y convertido en acero. Los procedimientos de afino anteriormente más
comunes, como el procedimiento Bessemer, el procedimiento Thomas y el
procedimiento Siemens-Martín, carecen de importancia hoy en día.
Actualmente los dos procesos más importantes son el horno básico de oxígeno
HBO (en inglés BOF, de Basic Oxigen Furnace) y el horno eléctrico.
Ambos se usan para producir aceros al carbono y aceros de aleación.

A continuación, se da una breve explicación del funcionamiento de cada horno para extraer los parámetros más importantes para su estudio.

Horno básico de oxígeno

Es un horno muy parecido al Bessemer con la gran diferencia que a este horno en
lugar de inyectar aire a presión se le inyecta oxígeno a presión, con lo que se eleva
mucho más la temperatura que en el Bessemer y en un tiempo muy reducido. El
nombre del horno se debe a que tiene un recubrimiento de refractario de la línea
básica y a la inyección del oxígeno. La carga del horno está constituida por 75% de
arrabio procedente del alto horno y el resto es chatarra y cal. La temperatura de
operación del horno es superior a los 1650°C y es considerado como el sistema más eficiente para la producción de acero de alta calidad.

Horno eléctrico de arco voltaico

Por lo regular son hornos que sólo se cargan con chatarra de acero de alta calidad.
Son utilizados para la fusión de aceros para herramientas, de alta calidad, de
resistencia a la temperatura o inoxidables. Considerando que estos hornos son para
la producción de aceros de alta calidad siempre está recubiertos con ladrillos de la
línea básica.

Existen hornos de arco eléctrico que pueden contener hasta 270 toneladas de
material fundido. Para fundir 115 toneladas se requieren aproximadamente tres
horas y 50,000 kwh de potencia. También en estos hornos se inyecta oxígeno puro
por medio de una lanza.

Los hornos de arco eléctrico funcionan con tres electrodos de grafito los que pueden
llegar a tener 760mm de diámetro y longitud de hasta 12m. La mayoría de los
hornos operan a 40v y la corriente eléctrica es de 12,000 A.
Estos equipos tienen un crisol o cuerpo de placa de acero forrado con refractario y su bóveda es de refractario también sostenida por un cincho de acero, por lo regular
enfriado con agua. Para la carga del horno los electrodos y la bóveda se mueven
dejando descubierto al crisol, en el que se deposita la carga por medio de una grúa
viajera.
Estos equipos son los más utilizados en industrias de tamaño mediano y pequeño, en donde la producción del acero es para un fin determinado, como varilla corrugada, aleaciones especiales, etc.

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