Siderurgia: Procesos de fabricacin del hierro

ndicePresentacin

1.1 Generalidades 04

1.2 Procesos . 051.2.1 Extraccin del Hierro .. 051.2.2 Menas ...... 071.2.3 Arrabio ..... 111.2.4 Coque y Caliza ... 131.2.5 El Alto Horno ... 151.2.6 Funcionamiento del proceso tecnolgico y otros productos obtenidos ... 19

1.2.7 Afino del acero ... 24

1.3 Actividades 281.3.1 Ingeniera Industrial: principios bsicos . 281.3.2 Esquema de Caja Negra .. 291.3.3 Coque y Caliza: diagramas .. 301.3.4 Alto Horno: estructura interna .... 311.3.5 Proceso de fabricacin de los perdigones de Fe(actividad de equipo) .. 32

1.3.6 Diagrama del proceso de explotacin del coque(actividad de equipo) .. 32

Bibliografa .. 32

Presentacin

ObjetivoEl objetivo de esta antologa es informar a los lectores acerca de uno de los procesos industriales ms importantes de nuestro actual mundo: el proceso de fabricacin del hierro. Su importancia mayormente radica en que este metal es la base de casi toda la obra humana, su existencia ha permitido muchas veces la supervivencia de las poblaciones y puesto que es parte de las bases de la historia humana (1,000 a.C. aproximadamente hasta nuestros das).

JustificacinEl proceso de obtencin y posteriormente produccin del hierro es por muchas razones de gran importancia, dicho material es la base de nuestro mundo actual (la mayora de las veces representado por el acero, que es una mezcla de hierro y carbono) y es fundamental que estos conocimientos estn presentes en el intelecto de cualquier persona y en especial en el de un ingeniero, que estamos seguros tendr interaccin con el material en su vida productiva y laboral.

UtilidadEste trabajo est enfocado en brindar la informacin necesaria para comprender satisfactoriamente el proceso de elaboracin del hierro, estos conocimientos le sern de utilidad en su desenvolvimiento laboral.

El Hierro(1000 a.C. 1950 d.C.)

Lapalabrahierro del latn ferrum es un metal que conocieron ya los egipcios, pues se encontraron fragmentos en tumbas de faraones de las primeras dinastas, y tambin los sumerios, 4.000 aos antes de la era cristiana. Para ellos sera por su escasez, un metal precioso, y lo extraeran de meteoritos.

Es el metal ms abundante en nuestroplaneta, encontrndose adems en los meteoritos, y a partir del siglo XII a. C se constituye en sustitutivo del bronce en la fabricacin de armamentos, dando comienzo a la Edad del Hierro.Los hititas del Asia Menor fueron quienes ms lo utilizaron, y mantuvieron en secreto sus beneficios, los que se difundieron cuando se destruy su imperio a causa de las invasiones de los pueblos del norte. Lo utilizaron los asirios como medio de pago de servicios.En unprincipio, una vez extrado de hogares a cielo abierto, se lo funda y se lo golpeaba con el yunque para mezclar su contenido de slice con el oxgeno exterior. Con el invento del horno de fuelle que logr darle unatemperaturade 1.500 C pudo ser objeto de moldeo, para aplicaciones artsticas eindustriales.En importantes cantidades se emple el hierro en Hallstat, preferentemente en espadas, que lograron ser ms delgadas y alargadas que las fabricadas con bronce. Tambin los celtas se caracterizaron por sus espadas de hierro.Como elemento qumico, el hierro, de color gris azulado, posee un peso atmico de 55,85, su nmero atmico es 26, y su smbolo es Fe. Supropiedadms importante es que se magnetiza.El hierro representa el 5 % de peso de la corteza terrestre. Lo encontramos en estado puro muy escasamente en rocas gneas baslticas, aunque es ms abundante hallarlo combinado. La mayor parte proviene de rocas ferruginosas estratificadas sedimentariamente delperodoPrecmbrico, que contiene abundante magnetita, hematita, limonita, oligisto, pirita, cromita y siderita.En estado puro es muy frgil, pero al recocerse se torna tenaz, duro, dctil y maleable. Es buen conductor de laelectricidad. La aleacin ms importante es el acero.En Biologa, el hierro como oligoelemento, se encuentra en reducidas cantidades en los organismos vivos, participando en la formacin de lahemoglobina, y su falta ocasiona anemia.

1.1 Generalidades.

Datos bsicos:1) Los primeros registros histricos que dan credibilidad al hierro datan del antiguo pueblo de los hititas, en Turqua. Ellos aprendieron a extraerlo de su forma bruta y a fundirlo para crearse una gran variedad de armas para sus guerras.2) En el arte de la forja, el herrero desprenda el carbn del hierro a base de golpes con diferentes clases de martillos y objetos de piedra muy dura. 3) Posteriormente descubrieron otra clase de hierro ms resistente al cual denominaron Hierro bueno, mucho ms duro y resistente que el original.4) No fue sino hasta 1774 d.C. que se descubri que era el carbono quien proporcionaba la dureza y resistencia extras que presentaba el hierro bueno, y que a pesar que su base se encontraba en el hierro, ste era diferente en varios aspectos. Renombrndolo Acero.

Propiedades bsicas:Dureza:Capacidad que posee un material, en este caso un metal, de oponer resistencia a ser penetrado o rayado.Maleabilidad: Propiedad que permite crear lminas de un cierto material, en su mayora metales.Ductilidad: Propiedad que permite crear hilos, hebras, etc. de un material.Conductividad elctrica: Grande o menor capacidad para transmitir la energa elctrica a travs del cuerpo del material.Conductividad calrica: Grande o menor capacidad para transmitir la energa calorfica a travs del cuerpo del material.Tenacidad: Capacidad que tiene un material de oponer resistencia a ser fracturado.Fusibilidad: Se refiere al alto o bajo grado de temperatura para convertir el material de slido a lquido.

1.2 Procesos. 1.2.1 Extraccin del Hierro.Vamos a ver la obtencin del mineral de hierro, y su transformacin en las distintas formas de hierro y acero; a esto se le denomina siderurgia. No olvidando que la industria de fabricacin de aceros es de las ms importantes de los pases desarrollados, pues son bsicas para cualquier sector industrial.Primero hay que sacar el mineral de la mina, que suele ser subterrnea en el caso del mineral de hierro, aunque el desbordante crecimiento de la construccin ha multiplicado el aprovechamiento de las minas a cielo abierto; este tipo de mina genera un enorme impacto, hasta el punto de que genera el 75% de todos los residuos industriales de Espaa, segn el Instituto Nacional de Estadstica.El transporte del mineral dentro y fuera de la mina obliga al uso de gran nmero de vehculos.Cuando llega el mineral de hierro a la industria, se procesa junto a caliza y carbn mineral otros minerales que deben extraerse de minas en los altos hornos, de forma semejante a grandes chimeneas, donde ocurren las reacciones que transforman el xido de hierro inicial en hierro metlico.Los altos hornos consumen una enorme cantidad de energa, y producen muchos gases que terminan, en mayor o menor medida, en la emisin de gases que se difunden en la atmsfera circundante.El hierro as obtenido contiene una gran cantidad de impurezas, entre ellas el carbono, que si excede cierta proporcin, convierte a la aleacin en frgil y muy dura.Para eliminar las impurezas y el carbono en exceso se usan los convertidores, que mediante calentamiento e inyeccin de gases convierten la mezcla en acero, que no es ms que hierro con carbono, al que se puede aadir la proporcin deseada de otros elementos.

Organizador grfico de procesos al Alto Horno.

1.2.2 Menas.Segn la definicin del diccionario Larousse: Mena: parte del filn o yacimiento que contiene minerales tiles en proporcin notable y que requieren una elaboracin para ser utilizados por la industria.Una mena es un mineral del que se puede extraer un elemento, generalmente un metal, por contenerlo en cantidad suficiente para ser aprovechado. As, se dice que un mineral es mena de un metal cuando, mediante minera, es posible extraer ese mineral de un yacimiento, y luego, mediante metalurgia, obtener el metal de ese mineral.Siempre asociado al concepto de mena, aparece el de ganga, que es el conjunto de minerales que, en un yacimiento, se encuentra en la roca explotada junto a la mena.

Como vimos, las menas son utilizadas en muchos procesos siderrgicos, y la produccin del hierro no es la excepcin. Aqu presentamos algunas existencias que suelen implementarse:

Tabla de tipos de Menas utilizadas en la industria siderrgica.MenaContenido de Fe

Hematita60%

Taconita22%

Magnetita72-4%

Siderita48-3%

Limunita60-65%

Bauxita48-50%

Ahora profundizaremos en tres de los tipos de menas antes mencionados, citaremos sus caractersticas y propiedades.

*Magnetita (xido ferroso- frrico):

Es uno de los minerales ms ricos en hierro que hay en la Naturaleza, por detrs de la wustita (FeO) que es ms rara de encontrar, ya que solo aparece en ambientes que estuvieron expuestos a condiciones reductoras; y, si no fuera acompaado de impurezas, su composicin sera de 72,4 % de hierro y 27,6 % de oxgeno si no estuviera acompaado de impurezas; pero en algunas ocasiones, debido a la gran proporcin de ganga, el mineral de magnetita, se presenta slo con 25 a 50 % de hierro.La magnetita es un mineral muy duro, de color pardo, casi negro, posee un brillo ligeramente metlico y cristaliza en el sistema cbico. Por atraer a la aguja imantada y por poseer propiedades magnticas, recibe el nombre de magnetita.Con frecuencia, la magnetita aparece asociada, en ciertas rocas gneas, con cantidades apreciables de cromo, titanio y cinc, formando cromita, ilmenita y frankilita, y a veces se presenta en las arenas de las playas mezclada con la ilmenita o hierro titanado.Por su difcil reduccin, generalmente se somete la magnetita a una calcinacin oxidante antes de su carga en los hornos altos, que transforma el Fe3O4 en Fe2O3. Su magnetismo se aprovecha en ocasiones en la concentracin por medios magnticos.Los yacimientos ms importantes se encuentran en Suecia, Norteamrica, Rusia, Argelia y Australia.

Hematites (xido frrico)

Es el mineral de hierro ms abundante, y el ms importante porque adems de su abundancia, tiene un buen comportamiento en el horno para fabricar arrabio o fundicin.Su frmula qumica es Fe2O3 y, aunque tericamente tiene un 70 % de Fe y un 30 % de O2, en la prctica posee de 50 a 68% de Fe.Nos encontraremos seis tipos principales de este mineral:Hematites roja ordinaria: Es de color rojo o morado y es la ms abundante, adems, es el ms codiciado de los minerales de hierro por su gran riqueza en metal, elevada pureza y relativa facilidad de reduccin. El xido frrico anhidro es conocido tambin con el nombre de hematites roja, porque, al ser rayado este mineral con un objeto duro, da siempre una raya de color rojo caracterstico, siendo el polvo que se desprende tambin de color rojo.

-Hematites roja miccea: Aparecen como masas retorcidas muy caractersticas.-Hematites roja ooltica: Contiene pequeos granos de mineral, con ganga arcillosa.-Hematites roja terrosa: Cuando est mezclado con arcillas y se usa para pinturas.-Hierro oligisto: Es de color negro brillante y aparece mezclado con la hematites roja y la magnetita.-Hierro especular: Constituido por delgadas capas brillantes de carcter laminar.

Limonita (xido frrico tri-hidratado)

Es un tipo de xido frrico hidratado, tambin llamado hematites parda, con tres molculas de agua. La limonita, contiene un 60 % de hierro y 40 % de oxgeno. En la prctica el hierro va desde un 30 hasta un 56 %.Se clasifican en cuatro tipos:

-Limonita ordinaria: Es blanda, mancha los dedos y al rayarla, aparece una raya de color pardo amarillento. Las ms arcillosas, son conocidas como ocres amarillos. Puede aparecer tanto con una alta pureza, como casi completamente impurificado.-Limonitas estalacttica: Mineral de estructura fibrosa y forma esfrica. Posee un brillo metlico superficial y su color es negruzco o pardo.-Limonita ooltica: Aparece en granos con forma de guisante, acompaados por un material calcreo, silicioso o arcilloso. Son de muy baja reduccin, y su riqueza es baja y vara entre un 28 y un 36 % de hierro.-Limonita terrosa de lagos y pantanos: Son limonitas terrosas de formacin reciente, producidos por depsitos de aguas ferruginosas. Ocupan, normalmente, grandes extensiones de bajo espesor (