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

La materia prima para la elaboración son:  Mineral de Hierro, Coque y Caliza.

Material a utilizar

Mineral de hierro, Pellets, Chatarra, mineral de Mn, caliza, cuarzo, coque, petróleo + alquilan, aire insuflado.

Realizado:

Asdrubal Landaeta.

CI: 17262889