PROCESO DE OBTENCIÓN DEL HIERRO Y EL ACERO

INSTITUTO TECNOLÓGICO DE CD. CUAUHTÉMOC

PROCESOS DE FABRICACIÓN

PROCESO DE OBTENCION DEL HIERRO Y ACERO

Presentado por:

Erik Alejandro Bensojo Solano

Ing. Cesar Rodríguez López

Cd. Cuauhtémoc, Chih. 21 Febrero del 2014

PROCESO DE OBTENCIÓN DEL HIERRO Y EL ACERO

Desde el punto de vista químico−metalúrgico, los procesos de fabricación de acero se clasifican en ácidos y básicos y cada proceso tiene funciones específicas según el tipo de afino al cual es sometido. 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, 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, este proceso elimina el carbono, manganeso y silicio, pero además eliminan el fósforo y apreciables contenidos de azufre. Tiene grandes ventajas ya que su gran flexibilidad al 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

3. Eléctrico, en el cual la fuente de calor más importante procede de la energía eléctrica (arco, Resistencia o ambos)

Proceso tecnológico del hierro de primera fusión

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 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 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:

1) Es un combustible que proporciona calor para la reacción química y

2) 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.

Funcionamiento del proceso tecnológico y otros productos obtenidos.

Para la producción de hierro, se aporta 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. 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 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.

La parte inferior del horno está dotada de varias aberturas 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 vacía el alto horno. 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 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;

Fe 2 O 3 + CO 2FeO + CO2

El bióxido de carbono CO2 reacciona con el coque para formar más monóxido de carbono:

CO2 + C (coque) 2CO

El cual realiza la reducción final de FeO a hierro:

FeO +CO Fe+CO2

El hierro fundido se acumula en la base

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