Pontificia Universidad Católica de Valparaíso Escuela de Ingeniería Mecánica
Del hierro al Acero
Paula Rojas S. Dr. Ciencias de la Ingeniería, Ing. Civil Metalúrgico.
Elementos y universo 8,E+08 7,E+08 6,E+08 5,E+08 4,E+08 3,E+08 2,E+08
0,E+00
H He O C Ne Fe N Si Mg S Ar Ca Ni Al Na Cr Mn P K Ti Co Cl V F Zn Ge Cu Kr Sc Ga As Br Li Se Be B
1,E+08
Elementos y universo 1,E+06
1,E+06
8,E+05
6,E+05
4,E+05
2,E+05
Be B
Se
Br Li
Ga As
Sc
Cu Kr
Zn Ge
F
Cl V
Ti Co
P K
Mn
Na Cr
Ni Al
Ca
S Ar
Si Mg
N
Fe
0,E+00
Elementos y la Tierra Corteza. Tiene un espesor que varía entre los 12 y 80 km.
Manto. Es una capa intermedia entre la corteza y el núcleo el cual llega hasta una profundidad de 2900 km.
Núcleo: Es la capa más profunda del planeta y tiene un espesor de 3475 km. Está compuesto de una aleación de hierro y níquel. Éste se subdivide a su vez en el núcleo interno, el cual es sólido, y el núcleo externo, el cual es líquido.
Elementos y corteza terrestre
Aluminio: 8% Hierro: 5% Calcio: 4%
Elementos y Chile Nativos METALES
Minerales
Cobre Oro Plata Hierro
Minerales de hierro
Hematita, 70%Fe
Siderita
Magnetita, 72% Fe
Limonita
Pirita
Extracción de minerales de Fe Mina Los colorados: Ley 48%.
Mina El Algarrobo: Ley 26%.
Mina El Romeral: Ley 30%
Fuente: CAP.
Del mineral al arrabio…
Del arrabio al acero…
Del acero a los productos.
Del acero al producto final.
Del acero al producto final.
Del acero al producto final.
Fabricación del acero.
El alto horno • Altura: 30 a 40 m. • Diámetro máx. interno: 7 a 10 m. • Toberas: 10 a 16. • Operación: 3 a 7 años. • Proceso más económico para minerales de alta ley. • El producto es ARRABIO y no acero.
El alto horno Mineral
Carga
Fundente Coque
Fe2O3 Caliza (CaCO3) C
El ingreso de la carga NO debe interrumpir el paso de los gases ascendentes a través del reactor, por ello su granulometría es controlada.
El alto horno El aire empleado en la COMBUSTIÓN, entra por las toberas distribuidas radialmente alrededor de 1m más arriba del orificio de escoriado.
Aire 1.530 m3/min, 580-850ºC
El alto horno Arrabio
Escoria
Fe
90-95%
C
3,5-4,5%
Mn
0,5-0,8%
Si
0,02-0,12%
P
0,1-0,9%
SiO2
30-35%
CaO
35-45%
Al2O3
10-15%
MgO
2-10%
Temperaturas dentro del AH ZONAS DE UN AH 200-250ºC
30m 25m
800ºC
Las mayores temperaturas se producen en el CRISOL, en la zona de las toberas donde el oxígeno contenido en el aire soplado reacciona con el coque.
Cuba 1000ºC
CRISOL
10m Etalaje Crisol
6m 3m
2000ºC
1600ºC
2000ºC
Reducción de óxidos de hierro 2C + O2 = 2CO +59 Kcal La reducción del mineral se inicia inmediatamente después que éste entra al horno. 3 Fe2O3 + CO = 2 Fe3O4 + CO2 2 Fe2O3 + 8 CO = Fe + 7 CO2+ 8C Fe3O4 +CO = 3 FeO + CO2 FeO + CO = Fe + CO2
Fe2O3 Fe3O4 FeO
C + CO2 = 2CO
Fe
Reducción de óxidos de hierro C +CO2
2CO, -41 Kcal
La reacción entre carbono y dióxido para formar monóxido es endotérmica, es decir, se consumen 41 Kcal al producir dos moles de CO, pero a la inversa, la descomposición de CO genera 41 Kcal. Si llevamos a una temperatura cada vez más alta la mezcla C-COCO2, se favorece la formación de CO a expensas del CO2 y C (Principio de Le Chatelier). Diagrama de Boudouard
Sobre 1000ºC casi un 100% es CO, a temperaturas entre 300 y 100ºC las proporciones de CO y CO2 estarán fijadas por la temperatura.
Procesos químicos en AH La reacción característica del AH es: FeO + CO = Fe + CO2
Si la temperatura y la concentración de CO2 son lo suficientemente altas la reacción se revierte y el hierro es reoxidado. Reacción general: FeO + 4CO = Fe + CO2+3CO (quema en “exceso” de C)
Alto Horno • Operacionalmente la temperatura de la ESCORIA está entre 14001500ºC, siendo la temperatura del baño metálico más baja y su densidad más alta. • El ARRABIO y la ESCORIA gotean juntos a través del coque y se acumulan en el crisol donde se separan debido a la diferencia entre sus densidades. • El ARRABIO disuelve C, Si, Mn, S y P. • La ESCORIA esta compuesta por CaO, CaS, SiO2, Al2O3, MgO y MnO. • El AH es sangrado periódicamente, 4 a 5 veces en 24 h y se obtiene entre 200 y 250 toneladas de ARRABIO en un horno de 1000 ton/día, el cual es transportado a la sección donde será transformado en ACERO.