Equipo4

Materia: Propiedad de los Materiales II

Catedrático : Ing. Roberto Cifuentes Villafuerte

Trabajo: Investigación y Exposición (en equipo)

Tema:

Procesos de Aceración

Integrantes: Núñez Gallegos Fabián Pérez Hernández Abraham Pérez Nucamendi Cintli Mayari Pineda Zúñiga Gabriela Carolina

Ing. Mecánica

5º Semestre

(04270417) (04270435) (04270442) (04270451)

Grupo Único

TUXTLA GUTIÉRREZ, CHIAPAS; A JUEVES 31 DE AGOSTO DE 2006

ÍNDICE

Introducción ......................................................................................................

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Procesos de Aceración ...................................................................................

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Proceso de Bessemer .....................................................................................

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Proceso de Thomas .........................................................................................

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Anexos ..............................................................................................................

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Conclusión .......................................................................................................

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Bibliografía .......................................................................................................

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INTRODUCCIÓN

El proceso de "aceración" del hierro, se dice, surgió por la necesidad de contar con un material tan fuerte como el bronce. Para tener una ventaja notoria sobre el bronce, los herreros tuvieron que ingeniárselas para introducir un 0.4% de carbono en el hierro. Esto no fue nada fácil, los herreros antiguos empacaban a los objetos de hierro en polvo de carbón de leña y los metían en un horno para que el carbono se difundiera en el hierro. A temperaturas tan altas como 950°C, tom a nueve horas formar una corteza de acero (con 0.5% de carbono)de 1.5 mm de grueso alrededor de la pieza de hierro. Este proceso, con algunas variantes, todavía se emplea en la actualidad y se conoce como cementación. El primer proceso de obtención industrial del acero fue ideado por el relojero inglés B. Huntsman en 1740; el proceso se llamó “al crisol”, porque consistía en cementar ( es decir, enriquecer en contenido de carbono) el hierro con carbón vegetal y fundir sucesivamente en un crisol el producto obtenido. La fundición se conocía en Europa ya en el siglo XIV, como producto secundario de los hornos altos de producción de hierro; en un principio sólo se utilizó como sustitutivo del bronce. El acero producido al crisol era de óptima calidad, pero el coste de producción era muy superior al fabricado por pudelado. Ambos métodos fueron abandonados al introducirse los procedimientos modernos de producción en gran escala de Bessemer y de Tomas a principios de la revolución industrial.

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PROCESOS DE ACERACIÓN

Los procesos de fabricación de acero se conocen como “ácido” o “básico”, términos que se refieren a la naturaleza química de las escorias y revestimiento del horno. Hasta las investigaciones de Thomas y Gilchrist, que hicieron posible utilizar lingotes fosfóricos, sólo podrían usarse lingotes de bajo fósforo y bajo azufre y, debido a que éstos eran generalmente ricos en silicio, se producía una escoria ácida, cargada de sílice. Puesto que la escoria era ácida, era necesario revestir el horno con un refractario ácido, similar (ladrillos de sílice), con objeto de evitar cualquier reacción entre la escoria y el revestimiento del horno.

PROCESOS DE CONVERSIÓN ÁCIDA O BESSEMER En 1856, Henry Bessemer introdujo un nuevo método de producción de acero utilizando un horno especial llamado Convertidor. Este Convertidor se desarrolló posteriormente en Kentucky EE.UU., por William Kelly. Bessemer logró convencer a los grandes señores del hierro de la época victoriana para que aplicaran industrialmente los procedimientos que él había desarrollado a escala de laboratorio. Se invirtieron enormes recursos en el proyecto, cuyo resultado fue un escandaloso fracaso. Bessemer fue obligado a reponer el dinero a los industriales y se hundió en el mayor descrédito. Pero Bessemer no se dio por vencido. Le costó mucho darse cuenta de que el arrabio que él había empleado en sus experimentos de laboratorio era distinto al que explotaban industrialmente los fundidores ingleses. Por alguna razón, Bessemer había empleado un arrabio de bajo contenido de fósforo que contrastaba con el arrabio obtenido de muchos minerales nativos de Inglaterra y Europa que eran muy ricos en este elemento. La pared del convertidor de Bessemer estaba recubierta con ladrillos refractarios ricos en óxido de silicio: sílice. En la jerga de los refractarios a éstos se les llama "ácidos" para distinguirlos de los óxidos metálicos, que se denominan "básicos". La triste experiencia del primer intento de Bessemer sirvió para demostrar que los refractarios ácidos entorpecen la eliminación del fósforo del arrabio. Más tarde otros investigadores, también ingleses, probaron que el convertidor de Bessemer transformaba exitosamente el arrabio en acero si la pared del horno se recubría con refractarios "básicos". El procedimiento consistía en soplar aire a presión en el fondo de la cuchara donde se colaba el arrabio; el cual se realizaba en un “convertidor”, similar a un crisol, como se muestra en la figura 1(ver anexo). El aire hace reaccionar su oxígeno con el silicio, luego el carbono, seguidamente del fósforo, los cuales son impurezas del hierro de la fundición. La reacción del oxígeno y el silicio es altamente exotérmica, lo que hacía que el metal se siguiera fundiendo sin necesidad de gastar mas combustible.

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El aire se inyecta a presión por la parte de abajo del recipiente que tiene forma de una cuchara abierta, y se detiene hasta que surge una llama roja, la cual indica la oxidación del hierro. Con el tiempo la cuchara abierta fue sustituida por la cuchara ovoidal abierta en la superficie superior. En 1860 patentó el convertidor inclinado, como se indica en la figura 2 (ver anexo), que produjo acero más eficazmente que el horno fijo anterior. En ese tiempo, el acero del crisol tenía un costo aproximado de 40 libras por tonelada. En cambio el acero Bessemer se obtuvo a un costo aproximado de 20 libras la tonelada. El impacto de este invento, en el contexto de la Revolución Industrial, fue inmenso. Mientras nacía la industria pesada astilleros, ferrocarriles, maquinaria fabril; se logró una materia prima abundante y barata. El acero que ahora se conseguía en grandes cantidades hizo factibles otros logros. Gracias a Bessemer se pudo ver buques de acero mayores, mejores y más baratos, puentes, mayores ferrocarriles, rascacielos, etc. Es decir todo lo que caracterizó al siglo XIX como impulsor del siglo XX. Por todo ello, Bessemer recibió muchos honores, entre otros el de Sir y fue miembro de la Sociedad Real, ambas distinciones en 1879.

PROCESOS DE CONVERSIÓN BÁSICA O THOMAS El trabajo de Thomas permitió emplear lingotes de hierro fosfórico. En sus procesos, se agrega un exceso de cal a la escoria, con objeto de facilitar la remoción del fósforo. Pero la caliza es una sustancia básica que reaccionaría rápidamente con el revestimiento ordinario de ladrillo de sílice en el horno, produciendo la licuefacción en forma similar a la de la ganga silicosa, cuando se mezcla con cal en el alto horno. Por lo tanto el proceso de fabricación de acero por el método básico, es necesario revestir el horno con un refractario básico, tal como dolomita calcinada (CaO.MgO) o la magnesita calcinada (MgO) y alquitrán. Por la acción fuertemente oxidante del soplado se elimina primero el carbono y después se oxida el fósforo, que actúa de importante elemento termógeno. La cal necesaria se añade con la carga; se funde durante el soplado y se combina con el fósforo oxidado, formando la escoria de Thomas, utilizada como fertilizante. Estos refractarios son costosos; pero su uso permite la conversión de grandes cantidades de mineral fosfórico a acero de alto grado, en grandes cantidades. Anteriormente, el acero básico se consideraba inferior al ácido; pero recientemente, esta idea tradicional ha sido abandonada gracias a la calidad mejorada del acero básico, que ha resultado de mejoramientos técnicos en el método de producción. Se controla como el Bessemer por el aspecto de la llama. El tiempo necesario del soplado es sólo de 15 min., por lo que el éxito del proceso depende de la pericia del operario. Tan corto tiempo no permite efectuar control por análisis de muestras Este proceso ha sido un factor muy importante del desarrollo industrial alcanzado en Europa a fines del siglo pasado.

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ANEXOS Figura 1 Convertidor de arrabio en acero inventado por Henry Bessemer. Un flujo de aire se inyecta por la parte inferior del horno para que elimine gran parte del carbono y otras impurezas del arrabio por oxidación. Este diseño fracasó inicialmente porque el refractario que cubría las paredes del horno era de tipo "ácido".1

Figura 2 El convertidor Bessemer, consiste de un recipiente de acero, revestido con el refractario apropiado. Puede girarse de una posición vertical a una horizontal, para facilitar la carga y el vaciado. El convertidor se carga, cuando aún el recubrimiento refractario está caliente por la carga anterior (o sí se inicia la carga después de un recubrimiento nuevo, se calienta primeramente con gas). Cuando el hierro ha sido agregado, se conecta el soplador y se gira lentamente el convertido a la posición vertical, de manera que el aire se descargue a través del contenido fundido2.

1 es.wikipedia.org/wiki/cronolog 2 Higgins Raymon A. Ingeniería Metalurgia. C.E.C.S.A

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Figura 3 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 comerciales3.

3 //omega.ILCE.edu.mx:300/sites/ciencia/volumen2

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CONCLUSIÓN

Con lo anterior se puede concluir que gracias a los procesos inventados por Bessemer y mejorados por Thomas, la calidad del acero mejoró altamente, habiendo una mayor demanda de materiales fabricados con diferentes fines (edificios, puentes, barcos, vías férreas, etc.); logrando así bajar los costos de dicha fabricación, lo cual ayudó no solo en ese momento, sino que actualmente podemos fabricar piezas de este material en menor tiempo, ahorrando así personal, tiempo y costo, cosas que en esta época son indispensables para la industria y para la labor ingenieril.

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BIBLIOGRAFÍA

Html.rincondelvago.com/acero_1.html www.infoacero.cl/acero/bessemer.htm es.wikipedia.org/wiki/cronolog www.aprendizaje.com.mx/curso/proceso1/ //omega.ilce.edu.mx:300/sites/ciencia/volumen2 /ciencia3/080/htm/sec_7 Higgins Raymond A. Ingenieria Metalurgía Tomo I. C.E.C.S.A.

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