Siderurgia: Procesos

SIDERURGIA

Mineral de Hierro

Mineral que contiene hierro (mena), principalmente en forma de óxido, en proporción suficiente como para ser una fuente comercialmente viable de dicho elemento para su uso en procesos siderúrgicos. Pocas veces se encuentra en la naturaleza en estado de pureza, como por ejemplo en los meteoritos que lo contiene en un 90%. Son abundantes en cambio los compuestos naturales o minerales de hierro, esparcidos sobre la tierra a poca profundidad o en yacimientos montañosos. La mayor parte de los minerales de hierro son óxidos, anhídridos y carbonatos. Bajo el punto de vista industrial, solo los óxidos son aptos para la metalurgia. El hierro, se encuentra unido a otros componentes, que no intervienen en el proceso siderúrgico, llamados genéricamente “ganga”.

Los principales minerales de hierro son:

- Hematita (Fe2O3), óxido férrico, contiene hasta un 70% de Fe. Se presenta en masas terrosas de color rojo.

- Limonita (Fe2O3.3H2O), óxido férrico hidratado con un 60% de Fe, masa terrosa de color variable del pardo al amarillo.

- Magnetita (Fe3O4), óxido magnético, 70% de Fe, se lo llama piedra imán.

- Siderita (CO3Fe), carbonato ferroso, 48% de Fe, de color blanco.

- Pirita (SFe2), disulfuro de Fe, no se utiliza en la producción del acero

Siderurgia del hierro. Definiciones

- Técnica del tratamiento del mineral de hierro para obtener diferentes tipos de éste o de sus aleaciones. El proceso de transformación del mineral de hierro comienza desde su extracción en las minas.

- Técnica metalúrgica, o conjunto de ellas, que se aplica en la extracción y la transformación del hierro

La metalurgia del hierro incluye las siguientes fases:

1. Explotación de las minas

2. Concentración de la mena o su preparación por algún otro medio para el tratamiento posterior

3. Reducción del mineral para obtener el metal libre

4. Refinación o purificación del metal

5. Mezclado del metal con otros elementos para modificar sus propiedades

El hierro se encuentra presente en la naturaleza en forma de óxidos, hidróxidos, carbonatos, silicatos y sulfuros. Los más utilizados por la siderurgia son los óxidos, hidróxidos y carbonatos.

Los procesos básicos de transformación son los siguientes:

• Óxidos -> hematita (Fe2O3) y la magnetita (Fe304)

• Hidróxidos -> Limonita

• Carbonatos -> Siderita o carbonato de hierro (FeCO3)

Estos minerales se encuentran combinados en rocas, las cuales contienen elementos indeseados denominados gangas. Parte de la ganga puede ser separada del mineral de hierro existen principalmente dos métodos de separación:

• Imantación: consiste en hacer pasar las rocas por un cilindro imantado de modo que aquellas que contengan mineral de hierro se adhieran al cilindro y caigan separadas de las otras rocas. El problema de este proceso reside en que la mayoría de las reservas de minerales de hierro se encuentran en forma de hematita, la cual no es magnética.

• Separación por densidad: se sumergen todas las rocas en agua, la cual tiene una densidad intermedia entre la ganga y el mineral de hierro. El problema de este método es que el mineral se humedece siendo esto perjudicial en el proceso metalúrgico.

Una vez realizada la separación, el mineral de hierro es llevado a la planta siderúrgica donde será procesado para convertirlo primeramente en arrabio y posteriormente en acero.

ARRABIO

Se denomina arrabio al material fundido que se obtiene en el alto horno mediante reducción del mineral de hierro. Se utiliza como materia prima en la obtención del acero en los hornos siderúrgicos.

Los materiales básicos empleados para fabricar arrabio son mineral de hierro, coque y caliza. El coque se quema como combustible para calentar el horno, y al arder libera monóxido de carbono, que se combina con los óxidos de hierro del mineral y los reduce a hierro metálico. La ecuación de la reacción química fundamental de un alto horno es:

Fe2O3 + 3CO → 3CO2 + 2Fe

La caliza de la carga del horno se emplea como fuente adicional de monóxido de carbono y como sustancia fundente. Este material se combina con la sílice presente en el mineral (que no se funde a las temperaturas del horno) para formar silicato de calcio, de menor punto de fusión. Sin la caliza se formaría silicato de hierro, con lo que se perdería hierro metálico.

El silicato de calcio y otras impurezas forman una escoria que flota sobre el metal fundido en la parte inferior del horno. El arrabio producido en los altos hornos tiene la siguiente composición: un 92% de hierro, un 3 o 4% de carbono, entre 0,5 y 3% de silicio, del 0,25% al 2,5% de manganeso, del 0,04 al 2% de fósforo y algunas partículas de azufre.

Se denominan propiamente arrabios o hierros de primera fusión los que se obtienen directamente del horno alto en forma de panes o lingotes que, refundidos, dan las fundiciones o hierros de segunda fusión, empleados en coladas, en los que, en general, se introducen correctivos convenientes. Además de carbono, las fundiciones corrientes contienen: silicio, fósforo, manganeso y azufre.

La adición de fósforo en pequeños porcentajes mejoran las características mecánicas, mientras que porcentajes mayores del 0,8% le dan gran resistencia al desgaste (fundiciones fosforosas).

El fósforo favorece la colabilidad de la fundición, mejorando su fluidez. El azufre confiere fragilidad y, por tanto, su contenido ha de ser muy limitado. Se llama fundición especial a la que contiene otros elementos además de los antes mencionados, particularmente niquel, cromo, molibdeno y vanadio. Se denomina fundición hematites a la de primera fusión que tiene menos del 0, 1 % de fósforo, un 4% de carbono y carece casi de azufre; por su pureza se emplea para obtener fundiciones especiales.

Para la producción de hierro y acero son necesarios cuatro elementos fundamentales:

• Mineral de hierro.

• Coque.

• Piedra caliza.

• Aire.

Los tres primeros se extraen de minas y son transportados y prepararlos antes de que se introduzcan al sistema en el que se producirá el arrabio.

OBTENCIÓN DEL ARRABIO

Para ello utilizamos el alto horno que recibe este nombre por sus dimensiones, ya que puede llegar a tener una altura de 80 metros.

¿Que introducimos en el alto horno?:

a) Hierro: Procedente de la mina o

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