Proceso del acero.

INTRODUCCIÓN

El acero es una aleación entre hierro y carbono con un porcentaje entre 0,03% y 2%, tiene algunas cantidades inevitables de algunos elementos como manganeso, cobre, silicio, azufre y fósforo. El acero se clasifica en diferentes tipos según su composición, utilización y calidad.

El acero es un material que data de mucho tiempo atrás, sin una fecha específica. Aunque se han encontrado muchos elementos y herramientas hechas en acero de aproximadamente 3000 años A.C, sin embargo, estos aceros no contaban con las propiedades de los aceros actuales. A partir del siglo XVI los artesanos del hierro aprendieron a fabricar el acero calentando el hierro forjado con carbón vegetal en recipientes de arcilla durante varios días, el hierro absorbía el carbono para convertirse así en acero auténtico. En la actualidad los procesos de producción del acero han mejorado notablemente gracias a la tecnología, además las empresas han mejorado el funcionamiento de sus plantas gracias al conocimiento de los procesos, características de optimización, consumo y a la implementación de maquinaria; teniendo en cuenta las propiedades que se requieran para fabricar el acero, se le agregan las cantidades de los elementos necesarios, el acero resultante se dirige a la fabricación de herramientas, para la construcción entre otros. El acero es un material con propiedades de resistencia mayores a las del hierro, es dúctil (maleable) y tenaz (resistente al impacto) y por lo tanto tiende a ser fácilmente manejable, manipulable, moldeable y esto se hace con ayuda de máquinas, también es un buen conductor del calor, de electricidad y con capacidad de dilatarse.

OBJETIVO GENERAL

Profundizar sobre el proceso productivo del acero, con el fin de reconocer sus subprocesos desde la perspectiva de la termodinámica, además de ver la importancia que poseen los procesos industriales en el desarrollo del curso y para el desarrollo integral del ingeniero industrial.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS.  

Entender todos los subprocesos de la producción del acero desde la perspectiva de la termodinámica.

2.        Mediante el análisis de los subprocesos entender como el trabajo, el calor y la energía juegan papeles clave en la transformación de las materias primas, para la obtención del producto terminado (acero).

3.        Mediante las herramientas de análisis aprendidas durante la clase, realizar la respectiva descripción de los procesos principales en la realización del acero.

Proceso de fabricación del acero:

El acero puede hacerse por dos medios, con materias primas, material reciclado, o ambos.

Materias primas: La materia prima que se utiliza para la fabricación del acero es el arrabio. La fabricación del arrabio se da en un alto horno, donde se deposita algún mineral de hierro (hierro con oxígeno y otras impurezas), carbón de coque y piedra caliza.  El carbón de coque, dentro del horno arde y hace que se libere monóxido de carbono y este se combina con los oxígenos del mineral de hierro, separando de cierta manera el hierro, aunque aún presenta mucho carbono. La piedra caliza, al calentarse forma cal y esta se une con otras impurezas que posee el mineral de hierro, como el azufre, haciendo que se formen escorias y estas flotan por encima del hierro, en otras palabras, esta funciona como un detergente que limpia el mineral de impurezas diferentes al oxígeno.

Después, el arrabio sale del alto horno y se transporta hasta la acería, que son convertidores al oxígeno. En otras palabras, se lleva al arrabio a unos contenedores donde se le introduce oxígeno puro, haciendo que el carbono de sobra se queme del arrabio, además también se le suele volver adicionar cal para que quite aún más las impurezas que pueda tener el material. De esta manera, el producto buscado vuelve a ser más denso que la escoria y el gas liberado, facilitando la separación.  Así el resultado final es una aleación de hierro que dependiendo de la especificación varia el porcentaje de carbono entre 0,03% y 2%. Además, justo después de producir el acero se le puede adicionar diferentes tipos de ferroaleaciones, según el tipo de acero que se desee. Finalmente, el líquido pasa a diversos procesos cuyo fin es enfriarlo y solidificarlo, dándole diversas formas. No obstante, hay que tener en cuenta que dependiendo de la velocidad y la manera en cómo se enfrié, influye en las propiedades que tenga este acero.

Para chatarra o material reciclado:

Se introduce la chatarra, la cual por obvias razones posee hierro, a un horno por arco eléctrico, el cual también posee cal como material para generar escoria (para separar las impurezas del hierro). Mientras, el material está en el horno, se introduce una lanza la cual expulsa oxígeno puro, para así disminuir la concentración de carbono en la aleación. Posteriormente, se va monitoreando la aleación hasta que cumpla con las condiciones de carbono requerida. Es así, como después el acero fundido, cae del horno en un recipiente llamado cuchara, donde se le adiciona cualquier ferroaleación que necesite para cumplir las características del acero que se vaya a producir. Finalmente, el líquido cae en una maquina en la cual el acero se enfría y solidifica. La velocidad y la manera en cómo se solidifica influye en sus propiedades finales.

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