METALURGIA
*) HISTORIA:
A lo largo de la historia, desde su aparición en la Tierra,
el ser humano se ha ayudado de instrumentos para modificar la naturaleza a su favor. En este sentido, la
historia del hombre es una historia de la técnica, una
historia en la que se ha buscado trasformar los elementos disponibles en el medio ambiente de modo que esta transformación
hiciera la vida más sencilla. Desde muy tempranos momentos el hombre utilizó los elementos más disponibles
a su alrededor: palos, piedras, pieles, huesos…
elementos que podían ser trabajados, manipulados, para conseguir de ellos una
efectividad, pero elementos que no necesitaban, en última instancia, de ninguna
transformación íntima, ninguna modificación de sus propiedades estructurales.
No es esto lo que ocurre con los metales. El metal, en su mayor parte, requiere para ser utilizado de
una modificación trabajosa y compleja de las características en que lo hallamos
en estado natural. La aparición de la metalurgia es un elemento reciente, visto desde
la escala general de la historia, pero de tal
importancia para el ser humano que no sería posible entender sin él el flujo de
la historia ni, por supuesto, las sociedades contemporáneas. Así se ha considerado
desde antiguo, hasta el punto de considerar su descubrimiento el hito que marca un antes y un después en las
sociedades prehistóricas. En 1836 el danés C. J. Thomsen expone el Sistema de las Tres Edades para clasificar
para el material prehistórico, propone que los materiales se dividan según provengan de la Edad
de Piedra, de la Edad del Bronce o de la Edad del Hierro.
Este sistema fue rápidamente aceptado por los investigadores y supuso un
importante avance conceptual. Los artefactos prehistóricos podían ordenarse
cronológicamente y, así, se proporcionaba un método eficaz para el estudio del pasado. Hoy
día dicha clasificación, con modificaciones que no dejan de ser importantes,
sigue vigente.
Sin embargo, y sin negar la
importancia fundamental que la aparición del utillaje metálico tiene en la
historia de un determinado grupo humano, no debemos caer en la idea,
que hoy parecería ingenua, de que es esta innovación tecnológica la variable causal primaria de los
radicales cambios que se suelen asociar a su aparición en el registro arqueológico.
El cobre fue uno de los primeros minerales trabajados por el hombre,
ya que se lo encuentra en estado casi puro (cobre nativo) en la naturaleza. Junto
al oro y la plata fue utilizado desde finales del neolítico, golpeándolo, al principio,
hasta dejarlo plano como una lámina. Después, como consecuencia del
perfeccionamiento de las técnicas cerámicas, se aprendió a fundirlo en hornos y
vaciarlo en moldes, lo que permitió fabricar mejores herramientas y en mayor
cantidad. Posteriormente se experimentó con diversas aleaciones, como la del arsénico, que produjo cobre arsenicado, o la del estaño, que dio lugar al bronce.
El proceso de adquisición de los conocimientos
metalúrgicos fue diferente en las distintas partes del mundo, siendo las
evidencias más antiguas de fundición del plomo y el cobre del VII milenio a.c., en Anatolio y
el Kurdistán. En América
no hay constancia hasta el i milenio a.c. y en áfrica el primer metal que
se consiguió fundir fue el hierro, durante el II milenio a.c.
El hierro comenzó a ser trabajado en Anatolio hacia
el tercer milenio a. c.. Este mineral requiere altas temperaturas para su
fundición y moldeado, para ser así es más maleable y resistente. Algunas
técnicas usadas en la antigüedad fueron el moldeo a la cera perdida, la soldadura o
el templado del acero. Las primeras fundiciones conocidas
empezaron en china en el siglo I a. c., pero no
llegaron a Europa hasta el siglo XIII, cuando aparecieron los primeros altos hornos.
El empleo de los metales se debió, inicialmente, a la
necesidad que se creó el hombre de utilizar objetos de prestigio y ostentación,
para, posteriormente, pasar a sustituir sus herramientas de piedra, hueso y
madera por otras mucho más resistentes al calor y al frío (hechas en bronce y,
sobre todo, hierro). Los utensilios elaborados con metales fueron muy variados:
armas, herramientas, vasijas, adornos personales, domésticos y religiosos. el
uso de los metales repercutió, a partir de la generalización del hierro, de
diversas formas en la conformación de la civilización humana:
·
se intensificó la producción agropecuaria.
·
el trabajo se especializó y diversificó.
·
aumentaron los intercambios.
·
se institucionalizó la guerra.
En la edad media la
metalurgia estaba muy ligada a las técnicas de purificación de metales
preciosos y la acuñación de moneda.
*)
CONCEPTOS FUNDAMENTALES:
a) METALURGIA: es la
técnica de la obtención y tratamiento de los metales desde minerales
metálicos hasta los no metálicos. También estudia la producción de aleaciones, el control de calidad de los procesos. La metalúrgica es la
rama que aprovecha la ciencia, la tecnología y el arte de obtener metales y
minerales industriales, partiendo de sus menas, de una manera eficiente,
económica y con resguardo del ambiente, a fin de adaptar dichos recursos en
beneficio del desarrollo y bienestar de la humanidad.
b) SOLDADURA: es un proceso de unión
donde se realiza la unión de dos materiales, (generalmente metales o
termoplásticos), usualmente logrado a través de la coalescencia
(fusión), en la cual las piezas son soldadas fundiendo ambas y pudiendo agregar
un material de relleno fundido (metal o plástico), para conseguir un
baño de material fundido (el baño de soldadura) que, al enfriarse se convierte
en una unión fija. A veces la presión es usada conjuntamente con el calor, o
por sí misma para producir la soldadura.
c) FUNDICIÓN: El proceso de fundición
implica calentar y reducir la mena mineral para obtener un metal puro, y separarlo de la ganga y otros posibles elementos. Generalmente se usa como agente
reductor una fuente de carbono, como el coque, el carbón o el carbón
vegetal en el pasado. También se denomina fundición al proceso de fabricar objetos con metales fundidos mediante moldes, que suele ser la etapa siguiente a la fundición
extractiva.
d) PROCESO: Los procesos metalúrgicos
constan de dos operaciones: la concentración, que consiste en separar el metal
o compuesto metálico del material residual que lo acompaña en el mineral, y el
refinado, en el que se trata de producir el metal en un estado puro o casi
puro, adecuado para su empleo. Tanto para la concentración como para el
refinado se emplean tres tipos de procesos: mecánicos, químicos y eléctricos.
En la mayoría de los casos se usa una combinación de los tres.
ETAPAS DEL PROCESO METALURGIA:
*) Obtención a partir de la mena y su
separación de la ganga.
*) Afino, enriquecimiento, purificación.
*) Elaboración de aleaciones.
*) Tratamientos posteriores. (Mecánicos,
térmicos, termo químicos).
Etapas de un proceso metalúrgico: •concentración
del mineral: consiste en separar de éste la mayor cantidad posible de ganga
mediante distintos métodos.
* Levitación: se utiliza la mena y la
ganga tienen muy diferente densidad. El mineral es sometido a una corriente de
agua que arrastra a las partes menos pesadas, y las más pesadas (mena) van al
fondo.
*separación magnética: se utiliza cuando
la mena presenta propiedades magnéticas (hierro).el mineral se pasa por una
cinta en la cual hay un electroimán, la ganga cae al suelo y la mena queda
pegada a la cinta.
* Flotación: procedimiento que se
utiliza cuando la mena no es mojada por agua pero si por el aceite, el mineral
finalmente triturado se mete en un depósito con agua agitando la mezcla, la
mena flota y la ganga se hunde.
*Tostación o calcinación: tiene por
objeto transformar el mineral en oxido para después proceder a su
reducción.
*Tostación: se realiza cuando el metal
es un sulfuro.
*Calcinación: se realiza cuando el metal
es un carbono o un hidróxido.
*Reducción: una vez esta el mineral en
forma de óxido, la reducción tiene por objeto separar el metal, en estado
libre, los óxidos correspondientes a los metales de pequeño potencial de
oxidación, se reduce mediante carbón, hidrógeno u otro metal.
*) CLASIFICACIÓN DE LA METALURGIA:
*)
ENSAYO:
La metalurgia es un proceso en el cual se realiza la
extracción de un mineral para luego llevarlo
a un metal mediante un proceso.
La metalurgia surge mediante la necesidad del hombre de
tener que llevar a cabo los procesos necesarios de la materia prima de
minerales a metales .
Los primeros materiales que se empezaron a trabajar fueron
el cobre; fue uno de los primeros minerales trabajados por el hombre, ya que se le encontraba en estado casi puro (cobre nativo) en la naturaleza. Junto al oro
y la plata. Con el tiempo fue que se empezó a trabajar en hornos y a dársele otro tipos de usos, no se tiene una fecha exacta cuando fue que se dio a conocer la metalurgia.
El objetivo de la metalurgia es fabricar materiales y productos con más
calidad y economía, crear nuevos productos, para satisfacer las demandas de
la industria, del medio ambiente y de la salud.
La metalurgia se convirtió en algo
supremamente indispensable para la evolución en las distintas civilizaciones,
las grandes utilidades que proporcionan las materias metálicas a las ciencias,
al comercio a las artes y la abundancia con que produce la naturaleza estas
materias en nuestras tierras, que consiste por la mayor parte en el oro y la
plata, que son las más preciosas y preciadas de todas las materia metálicas.
Si queremos saber cuan extensa es la metalurgia,
basta con ver el índice de cualquier libro y descubrir una cantidad de ramas
que se desprenden de ella, también podemos observar nuestro alrededor y
detallar que algunas de las cosas que utilizamos diariamente, han sido
construidas y pasadas por procesos metalúrgicos.
Realizado:
José Abrahan Rangel
CI: 24377841
Metalurgia
y la ingeniería del mantenimiento: perfil del ingeniero
La
metalurgia es la ciencia aplicada cuyo objeto es el estudio de las operaciones
industriales tendentes a la preparación, tratamiento (físico y/o químico) y
producción de metales y sus aleaciones. Para obtener el hierro se parte de los
materiales que contengan este en forma de oxido a los que se reduce.
Perfil del Ingeniero en Mantenimiento:
Es
un profesional con actitud responsable, ética, honesta, sensibilizado a la
conservación del ambiente, consciente del rol del talento humano y de los
recursos materiales, financieros y energéticos, así también capaz de
desarrollar una reflexión crítica y creativa para generar respuestas a
problemas nuevos, inesperados y no triviales. Formado para desempeñar la
gestión de los sistemas tecnológicos y los procesos administrativos aplicados
al mantenimiento a través de las funciones de dirección, organización,
planificación, programación, ejecución, control y evaluación en el sector
industrial, comercial, público y comunitario, demostrando habilidades de
comunicación, organización, análisis, toma de decisiones y trabajo en equipo.
Es un ciudadano comprometido con el desarrollo endógeno del país y de
Latinoamérica, con visión de estado y de nación, capaz de realizar análisis de
las consecuencias políticas del manejo de las tecnologías y su implicación en
el desarrollo económico y social de país.
Perfil del Ingeniero Metalúrgico
El ingeniero metalúrgico o Ingeniero
de Materiales se fundamenta en las propiedades físicas de los materiales y
consigue que éstos puedan ser utilizados ya sea en obras constructivas,
maquinaria, herramientas o cualquier producto
necesario o requerido por la sociedad.
Aborda las áreas de metalurgia
extractiva y de transformación de minerales, ocupándose de la extracción y
purificación de metales a partir de sus minerales, así como de su procesamiento
para obtener un producto terminado de forma, propiedades y calidad deseado. Trata
metales y aleaciones, materiales cerámicos, plásticos, materiales compuestos,
materiales fundidos, entre otros.
Domina
técnicas avanzadas de producción y transformación, además de nuevos procesos de producción.
Cuenta con
conocimiento de la estructura atómica y molecular de la materia, y de las propiedades, comportamiento y utilización de
todo tipo de materiales. Conocimientos generales de administración,
contabilidad general, finanzas como también de ecología
Con el progreso en el
conocimiento, el desarrollo de nuevos materiales, unido al desarrollo
tecnológico, se requieren nuevos productos más sofisticados y especializados.
Proceso
Productivo, variable del Proceso, diagrama de bloque, reacciones químicas,
características del producto final, describir los equipos
Alto
Horno
Proceso
Productivo
ü Se
puede obtener hierro a partir de los óxidos con más o menos impurezas. Los
principales minerales de hierro son óxidos, pero también otros pueden ser
oxidados para lograr procesarlos.
ü La
reducción de los óxidos para obtener hierro se lleva a cabo en un horno
denominado alto horno. A partir de una reacción química de reducción se
desprende el oxigeno del mineral y se
libera el hierro.
ü Para
ello se añaden al horno los minerales de hierro en presencia de coque y
carbonato de calcio, CaCO3, que actúa como escorificante.
ü El
arrabio (hierro fundido) producido en el alto horno contiene un nivel
importante de carbono para la producción de acero, por lo que debe ser refinado
en hornos básicos de oxigeno o convertidores para generar un acero fundido, que
puede ser refinado nuevamente.
Diagrama
de bloque
Reacciones
C + O ₂ ⇛ CO
CO ₂ + C ⇛ 2 CO
Gas activo para la reducción. La carga (mineral,
fundente y combustible) se seca, va descendiendo y en contra corriente
ascienden los gases ricos en CO. En la parte superior de la cuba reaccionan
reduciendo al mineral.
Reducción
indirecta
3Fe ₂O ₃ (Hematita) + CO ⇛ 2 Fe ₃O ₄ (Magnetita) + CO₂
Fe ₃O ₄ (Magnetita) + CO ⇛ 3 FeO (Wustite) + CO₂
FeO (Wustite) + CO ⇛ Fe + CO ₂
Por debajo de 983 °C solo el CO reduce el FeO; a
temperaturas superiores a 983 °C, el C reduce al FeO. Esencialmente, el CO
gaseoso a altas temperaturas tiene una mayor atracción por el oxígeno presente
en el mineral de hierro (Fe₂O₃) que el hierro mismo, de modo que reaccionará con
él para liberarlo. Químicamente entonces, el hierro se ha reducido en el
mineral.
Reducción
directa: Parte baja de la cuba
Fe ₂O ₃ + 3 C0 ⇛ 2 Fe + 3 CO ₂ o 2 Fe ₂O ₃ + 3 C ⇛ 4 Fe + 3 CO ₂
Fe O + CO ⇛ Fe + CO ₂ o 2 Fe O + C ⇛ 2 Fe + CO ₂
La piedra caliza se disocia por el calor: CO₃Ca ⇛ Ca O +
CO ₂ los óxidos de calcio y manganeso
reaccionan con la sílice para formar la escoria. SiO₂+ CaO ⇛ SiO₃Ca
SiO₂ + MnO ⇛ SiO₃Mn
En la zona del vientre, el hierro se encuentra en
estado pastoso, en el etalaje, se produce la fusión final y el hierro absorbe
carbono
El Alto Horno es virtualmente una planta química
que reduce continuamente el hierro del mineral. Químicamente desprende el
oxígeno del óxido de hierro existente en el mineral para liberar el hierro.
Características
de los productos
• Humos y gases residuales.- Se producen como
consecuencia de la combustión del coque y de los gases producidos en la
reducción química del mineral de hierro que, en un elevado porcentaje, se
recogen en un colector situado en la parte superior del alto horno. Estos gases
son, principalmente, dióxido de carbono, monóxido de carbono y óxidos de
azufre.
• Escoria.- Es un residuo metalúrgico que a veces
adquiere la categoría de subproducto, ya que se puede utilizar como material de
construcción, bloques o como aislante de la humedad y en la fabricación de
cemento y vidrio. La escoria, como se comentó anteriormente, se recoge por la
parte inferior del alto horno por la piquera de escoria.
• Fundición, hierro colado o arrabio.- Es el
producto propiamente aprovechable del alto horno y está constituido por hierro
con un contenido en carbono que varía entre el 2% y el 5%. Se presenta en
estado líquido a 1800 ºC. En ocasiones, a este metal se le denomina hierro de
primera fusión.
El alto horno
Como ya se ha dicho, el proceso de conversión de
las menas de hierro a hierro colado se realiza en un horno denominado alto
horno en donde se realiza la transformación de manera continua.
En la materia prima para la obtención del hierro
colado, él está siempre en forma de óxido (Fe2O3), de
manera que tenemos que eliminarle el oxígeno para que quede solamente el hierro
elemental. A este proceso se le llama reducción
y para que se produzca, debemos contar con un elemento que tome el oxígeno pero
que no se combine apreciablemente con el hierro, es decir un elemento reductor.
Como elemento reductor del alto horno se utiliza el
monóxido de carbono (CO) a alta temperatura, que es generado por el propio
horno a partir de coque (carbón mineral pre-elaborado), de manera que se
desarrollan las reacciones químicas siguientes:
|
3Fe2O3
|
+
|
CO
|
-
|
2Fe3O4
|
+
|
CO2
|
|
2Fe3O4
|
+
|
2CO
|
-
|
6FeO
|
+
|
2CO2
|
|
6FeO
|
+
|
6CO
|
-
|
6Fe
|
+
|
6CO2
|
El resultado final es que se incorpora al alto
horno óxido de hierro (Fe2O3) y coque como componentes
fundamentales, se insufla aire a presión a través de la masa para producir el
calor por combustión y generar el CO y se obtiene hierro elemental más
dióxido de carbono (CO2), que escapa como gas a la atmósfera.
También se agregan los llamados fundentes
que sirven para facilitar la fusión de la ganga y que flote formando la
escoria.
Veamos ahora como está construido un alto horno
típico para que todo este proceso se produzca y se pueda extraer el hierro
colado.
Construcción del alto horno.
Los altos hornos son hornos de cuba, y como todo
horno de cuba funciona a base del principio de contracorriente. Las materias
primas (menas, aglomerados y a veces chatarra ferrosa), fundentes y combustible
(coque), se cargan desde arriba. Bajo su propio peso descienden
ininterrumpidamente hacia la base del horno. En la parte inferior, se inyecta
aire y a consecuencia de la combustión que se produce, se desarrolla mucho
calor que se trasmite mediante los gases que suben a los materiales que bajan.
En la figura 1 se puede ver de manera simplificada
la estructura del alto horno.
Aunque en el esquema que se muestra no aparecen para simplificar, el alto horno
es un complejo de aparatos constituidos por el horno mismo y los mecanismos
accesorios; de alimentación, extracción de la escoria y del hierro colado,
sistemas de limpieza de los gases producidos, los regeneradores de calor entre
otros. Por fuera el horno tiene una camisa de acero recubierta interiormente
con ladrillos refractarios. La parte superior se llama tragante y sirve para cargar la mezcla a través de las tolvas y dar salida a los gases.
Por debajo del tragante se encuentra la parte más
grande, la cuba que termina en
una parte cilíndrica o vientre.
Por debajo del vientre se encuentra el etalaje
que conduce al crisol. El fondo
del crisol se llama solera. En la parte superior del crisol están las toberas que sirven para suministrar
el aire impulsado por los sopladores, este aire ha sido previamente calentado
en los regeneradores de calor donde se queman los gases del alto horno que
contienen una parte de CO que es combustible. Por debajo de las toberas se
encuentran las bigoteras para
descargar las escorias y por arriba de la solera y en el fondo del crisol se
ubica la piquera para extraer
el hierro fundido.
En el crisol del horno la temperatura alcanza los
1750°C. Para evitar que se fundan el crisol, las toberas y el etalaje se suelen
refrigerar con agua.
Obtención del Hierro por HRD
Muchas son las definiciones que se ha querido dar
para llegar a una definición metalúrgica de la reducción directa, pero ninguna
tiene un fundamento teórico; se ha llegado a una meramente convencional en que
la reducción del mineral se efectúa, sin llegarse a la fusión. En otras
palabras, la materia prima (óxido de hierro) no cambia de estado, caso que si
se efectúa en la reducción indirecta (alto horno), donde el mineral en estado
sólido se convierte en estado líquido (arrabio).
El término
reducción significa la remoción del óxido de hierro, donde el reductor es el
agente que elimina el oxígeno. Los agentes reductores normalmente usados son el
carbono (C), el monóxido de carbono (CO) y el hidrógeno (H).
El hierro reducido por la reducción directa es una
carga metálica de alta calidad, que:
- Contiene los más bajos
niveles de elementos residuales.
- Permite producir aceros de
alta calidad en el Horno Eléctrico de Arco.
Es interesante señalar que el 93% de la producción
de hierro reducido por reducción directa a nivel mundial corresponde a los
métodos que utilizan gas como reductor.
En la reducción directa, se consigue una serie de
productos, de acuerdo al estado del óxido de hierro y del método de reducción
que se emplee, así se obtiene: HBI (briquetas), DRI (hierro esponja), IRON
NUGGETS (pepitas), HYTEMP, entre otros. De esta gama, la que más se utiliza en
los procesos de afino y fundición son las briquetas y hierro esponja, que se
pueden emplear en hornos eléctricos de aceración, convertidores básicos al oxígeno
y cubilotes.
En los hornos eléctricos de arco, la utilización de
los productos reducidos es la mayor y más importante en reemplazo de la
chatarra.
Usualmente, en los procesos de reducción se obtiene
una metalización del 90 al 92%.
Reacciones
3Fe ₂O ₃ + CO ⇛ 2 Fe ₃O ₄ + CO₂
Fe ₃O ₄ + CO ⇛ 3 FeO +
CO₂
FeO + CO ⇛ Fe + CO ₂
¼ Fe ₂O ₃ + CO ⇛ 3/4 Fe + CO₂
3Fe ₂O ₃ + H2 ⇛ 2 Fe ₃O ₄ + H2O
Fe 3O 4 +
H2 ⇛ 3Fe O + H2O
Fe O + H2 ⇛ Fe + H2O
¼ Fe 3O 4
+ H2 ⇛ 3/4 Fe + H2O
CH4 + H2O
⇛ CO +3H2
CH4 + CO2
⇛ 2CO +2H2
C + H2O ⇛ CO + H2
Características
del producto final
El hierro esponja, consiste en unos pellets
de mineral de hierro que pueden ser utilizados directamente para la producción
de acero con características controladas.
Hierro esponja:
Sólido
Poroso
C 0,9%
No es metálico ya que no posee estructura
Equipo utilizado
Horno eléctrico de arco
Consiste en un recipiente refractario alargado,
refrigerado por agua para tamaños grandes, cubierto con una bóveda también
refractaria y que a través de la cual uno o más electrodos de grafito están alojados dentro del horno. El horno está
compuesto principalmente de tres partes:
- El armazón, que consiste en las paredes refractarias y
la cimentación.
- El hogar, que consiste en el lecho refractario que bordea la
cimentación.
- La bóveda o cubierta,
de aspecto esférico o de frustrum (de
sección cónica),
cubre el horno con material refractario. Puede estar refrigerada con agua.
La bóveda está construida con materiales de alta resistencia piroscópica
(generalmente hormigón refractario) para soportar grandes choques térmicos
y en la que se encuentran los electrodos de grafito que
producen el arco eléctrico.
El hogar puede tener una forma hemiesférica u
ovoidal. En talleres de fundición modernos, el horno suele levantarse del
suelo, así la cuba y los vertederos y las cucharas de colada pueden maniobrar
sobre la base del horno. Separado de la estructura del horno está el sistema
eléctrico y el soporte del electrodo, además de la plataforma basculante sobre
la que descansa el horno.
Un horno típico de corriente alterna tiene tres electrodos. Los electrodos tienen una sección redonda y, por
lo general, segmentos con acoplamientos roscados, de modo que a medida que se
desgastan los electrodos, se pueden agregar nuevos segmentos. El arco se forma
entre el material cargado y el electrodo. Así la carga se calienta tanto por la
corriente que pasa a través de la carga como por la energía radiante generada
por el arco. Los electrodos suben y bajan automáticamente mediante un sistema
de posicionamiento, que puede emplear ya sean montacargas eléctricos o cilindros hidráulicos.
El sistema de regulación mantiene aproximadamente
constante la corriente y la potencia de entrada durante la fusión de la carga,
a pesar de que la chatarra puede moverse debajo de los electrodos a medida que
se derrite. Los brazos del mástil de sujeción de los electrodos llevan pesados
embarrados, los cuales pueden ser huecos, con tuberías de cobre refrigeradas
por agua, llevando corriente eléctrica a las sujeciones de los electrodos. Los
modernos sistemas utilizan "brazos calientes", donde el brazo entero
conduce la corriente, aumentando el rendimiento. Éstos se pueden fabricar de acero
revestido de cobre o de aluminio. Puesto que los electrodos se mueven de arriba a
abajo, de forma automática para la regulación del arco y se levantan para
permitir quitar la bóveda del horno, unos cables refrigerados por agua pesada conectan el haz de tubos y brazos con el transformador situado junto al horno. Para proteger el
transformador del calor, éste se instala en una cámara acorazada.
El horno está construido sobre una plataforma
basculante para que el acero líquido
se vierta en otro recipiente para el transporte. La operación de inclinación
del horno para verter el acero fundido se conoce como "tapping".
Originalmente, todos los hornos de producción de acero tenían un caño para
verter, que estaba revestido de refractario, por el que aliviaban cuando
estaban inclinados, pero a menudo los hornos modernos tienen una desembocadura
excéntrica en la parte inferior (EBT) para reducir la inclusión de nitrógeno y de escoria en el acero líquido. Estos hornos tienen una
abertura que pasa verticalmente a través del hogar y el armazón, y se encuentra
fuera del centro en la estrecha "nariz" del hogar ovalado. Las
plantas modernas pueden tener dos armazones con un solo sistema de electrodos
que se pueden transferir entre los dos armazones; un armazón precalienta la
chatarra mientras que el otro armazón se utiliza para la fusión. Otros hornos
basados en corriente continua tienen una disposición similar,
pero tienen electrodos para cada armazón y un solo sistema electrónico.
Existen hornos de CA que por
lo general exhiben un patrón de calor y puntos fríos alrededor del perímetro
del hogar, con los puntos fríos situados entre los electrodos. Hay hornos
modernos que montan quemadores de combustible de oxígeno en la
pared lateral y los utilizan para proporcionar energía en esos puntos fríos,
consiguiendo un calentamiento del acero más uniforme. La energía química
adicional se proporciona mediante la inyección de oxígeno y carbono en el
horno; históricamente esto se hacía a través de lanzallamas en la
puerta de la escoria, ahora esto se hace principalmente a través de múltiples
equipamientos de inyección empotrados en la pared.
Un moderno horno de fabricación de acero de tamaño
mediano tiene un transformador de 60 MVA de
potencia, con una tensión secundaria entre 400 y 900 voltios y una
corriente secundaria de más de 44.000 amperios.
En un taller moderno, un horno debería producir una
cantidad de 80 toneladas métricas de acero
líquido en aproximadamente 60 minutos de carga
con chatarra fría
para aprovechar el horno. En comparación, los hornos básicos de oxígeno pueden
tener una capacidad de 150-300 toneladas por lote, y pueden producir un lote
entre 30 y 40 minutos. Existen enormes variaciones en los detalles del diseño y
el funcionamiento del horno, dependiendo del producto final y las condiciones
locales, así como de los últimos estudios para mejorar la eficiencia del horno.
El mayor horno dedicado a chatarra (en términos de capacidad y de tamaño de
transformador) se encuentra en Turquía, con una
capacidad de 300 toneladas métricas y un transformador de 300 MVA.
Procesos
para la obtención del Aluminio
Proceso Bayer: el proceso Bayer es el
principal método industrial para obtener Alúmina a partir de Bauxita, Este
proceso fue patentado por el austriaco Karl Bayer en 1889 se basa
principalmente en la disolución de la bauxita con hidróxido sódico. La bauxita
es la mena más importante de aluminio contiene entre un 30 a 54% de aluminio
siendo el resto una mezcla de sílice, dióxido de titanio y oxido de hierro.
Proceso: primeramente se tritura la bauxita luego se lava con una solución de
hidróxido sódico NAOH conocido como sosa, esta disuelve los minerales del
aluminio pero no los otros componentes de la bauxita que permanecen sólidos.
En esta etapa ocurren varias reacciones químicas que se denominan “digestión”
de acuerdo a la composición de la bauxita se elige la temperatura de
“digestión” para disolver la mezcla de hidróxido y oxido se necesita elevar la
temperatura a 24 ºC. Posteriormente usando un decantador se retiran los sólidos
no disueltos de la solución después con un filtro se eliminan los últimos restos,
Los sólidos recogidos en el decantador denominado “lodo rojo” son tratados para
así recuperar la sosa no reaccionada. La solución de Al(OH)4 ya
libre de impurezas, se precipita de forma controlada para así formar hidróxido
de aluminio puro. La solución de sosa libre de aluminio es recogida en
evaporadores y se recicla después del proceso. Por último el hidróxido es
sometida a calcinación proceso en el cual el hidróxido se calienta a unos1050
ºC de esta manera se obtiene alúmina liberando al mismo tiempo vapor de agua.
Proceso
Electrolítico: la electrolisis es un proceso
electroquímico que sirve para separar un compuesto en los elementos que lo
conforman usando electricidad. La alúmina obtenida a partir del proceso Bayer
tiene un punto de fusión extremadamente alto por encima de los 2000 ºC punto
que es muy caro y muy difícil de alcanzar en la práctica industrial por esta
razón la alúmina se disuelve en un baño fundido de criolita (mineral, fluoruro
de aluminio y sodio) la mezcla con la criolita da una mezcla eutéctica que
logra bajar el punto de fusión a alrededor de 900 ºC. La mezcla se electroliza
en una celda electrolítica usando ánodos y cátodos de carbono, la celda
electrolítica que se utiliza tiene unos electrodos dispuestos en forma
horizontal, el baño electrolítico debe tener menor densidad que el aluminio a
esa temperatura debido a que cuando este refinado debe depositarse en el fondo
de la cuba electrolítica saliendo por el fondo de recipiente. Por todo esto es
que el aluminio es uno de los metales más caros de obtener debido a que el
consumo energético que se utiliza para obtener este elemento es muy elevado es
necesario gastar entre 17 y 20 Kwh por cada kilo de metal de aluminio.
Aluminio Reciclado
El reciclado de un material es la única alternativa
que existe para dañar lo menos posible el medio ambiente y no
vernos rodeados de montones de chatarra y residuos.
El aluminio es 100% reciclable sin merma de sus
cualidades físicas, y su recuperación por medio del reciclaje se ha convertido
en una faceta importante de la industria del
aluminio. El proceso de reciclaje del aluminio necesita poca energía. El
proceso de refundido requiere sólo un 5% de la energía necesaria para producir
el metal primario inicial.
El reciclaje del aluminio fue una actividad de bajo
perfil hasta finales de los años sesenta, cuando el uso creciente del aluminio
para la fabricación de latas de refrescos trajo el tema al conocimiento de la
opinión pública.
En Europa, el
aluminio disfruta de tasas de reciclado altas que oscilan entre el 42% de las
latas de bebidas y el 85% de la construcción y el 95% del transporte.
Al aluminio reciclado se le conoce como aluminio
secundario, pero mantiene las mismas propiedades que el aluminio primario. El
aluminio secundario se produce en muchos formatos y se emplea en un 80% para
aleaciones de inyección. Otra aplicación importante es para la extrusión.
Además de ser más baratos, los secundarios son tan buenos como los primarios.
También tienen las certificaciones ISO 9000 e ISO 14000.
La fundición de aluminio secundario implica su
producción a partir de productos usados
de dicho metal, los que son procesados para recuperar metales por
pretratamiento, fundición y refinado.
Se utilizan combustibles, fundentes y aleaciones,
mientras que la remoción del magnesio se practica mediante la adición de cloro,
cloruro de aluminio o compuestos orgánicos clorados.
Las mejores técnicas disponibles incluyen:
- Hornos de alta temperatura
muy avanzados.
- Alimentación libre de
aceites y cloro.
- Cámara de combustión
secundaria con enfriamiento brusco
- Adsorción con carbón
activado.
- Filtros de tela para
eliminación de polvos.
Considerar la materia prima y el material que se va utilizar
Mineral= Metal
=Fe2O3 Fe
Material a utilizar
Mineral de hierro, Pellets, Chatarra, mineral
de Mn, caliza, cuarzo, coque, petróleo + alquilan, aire insuflado.
Realizado:
Asdrubal Landaeta.
CI: 17262889
