SIDERURGIA II PROCESO DE FABRICACION DE ACERO (CUESTIONARIO)

1. Importancia del acero para la economa mundial.

Los metales ferrosos y el acero en particular tienen mucha influencia en la economa nacional.
No existe economa en que no se utilice los metales ferrosos.
El nivel de potencia econmica se determina en primer lugar por la industria del acero, puesto
que sin el acero no se puede progresar, ni la industria misma, ni el transporte, ni la
construccin, etc.
En los ltimos 100 aos la fabricacin de metales ferrosos, sobre todo el aluminio, se ha
multiplicado no obstante los metales ferrosos en la produccin mundial queda casi invariable y
predominante.
Cerca del 95% del total de la fabricacin de metales como el acero alcanza los 2500 millones
de toneladas en el mundo.
La industria qumica estimul mucho la produccin del acero con la combinacin de nuevos
metales.
La demanda mundial del acero crece constantemente. Para un periodo de tiempo visible en el
futuro, el acero seguir siendo el material fundamental para las construcciones.

2. Concepto y clasificacin del acero.
El acero es una aleacin de hierro con una cantidad de carbono variable entre el 0,03 % y el
1,075 % en peso de su composicin, dependiendo del grado. Si la aleacin posee una
concentracin de carbono mayor al 2,0 % se producen fundiciones que, en oposicin al acero,
son mucho ms frgiles y no es posible forjarlas sino que deben ser moldeadas
Los principales elementos de aleacin son: Cromo, Tungsteno, Manganeso, Niquel, Vanadio,
Cobalto, Molibdeno, Cobre, Azufre y Fsforo. Los productos ferrosos con mas de 2.11% de
carbono denominan fundiciones de hierro.
Para clasificar el acero se pueden utilizar varios mtodos:
a.- Segn el contenido de carbono: Se clasifica de dos formas como hipoeutectoides,
eutectoides, hipereutectoides; o bien de bajo carbono, medio carbono y alto carbono.
b.- Segn su utilizacin: Generalmente se refiere al uso final que se le dar al acero, como
acero para maquinas, para resortes, para calderas, estructural o acero para
herramientas
c.- Segn el mtodo de fabricacin o manufactura: Este da lugar a acero bessemer, de
hogar abierto, de horno elctrico, de crisol, acero al oxgeno, etc.
d.- Segn se composicin qumica: Este mtodo indica por un sistema numrico el
contenido aproximado de los elementos importantes en el acero.

1.1. Clasificacin de los aceros segn el contenido de carbono
Los aceros se denominan hipoeutectoides cuando su contenido en carbono varia de O al
0.87%; eutectoides, cuando el carbono alcanza el 0.88%, e hipereutectoides, si el
contenido de carbono oscila de 0.88 al 1.70%.
El porcentaje de carbono en las fundiciones clasifica a estas como de: hipoeutecticas, si
su contenido en carbono es de 1.7 a 4.3%; de eutecticas, cuando el porcentaje de
carbono es del 4.3%, y de hipereutecticas si contienen de 4.30 a 6.67% de carbono.
Algunas veces, los acero se clasifican con base en el amplio rango contenido de carbono,
como sigue:
Aceros de bajo carbono: contenidos en el rango desde O basta 0.25% de carbono
Aceros de medio carbono: de 0.25% a 0.55% de carbono
Aceros de alto carbono: mas de 0.55% de carbono.
1.2 Clasificacin de los aceros desde el punto de vista de sus aplicaciones
Desde el punto de las aplicaciones, los acero, tanto comunes como especiales, pueden ser
clasificados del modo siguiente.
1) Aceros de fcil deformacin en fro
2) Aceros para tratamientos termoqumicos
3) Aceros estructurales de alta resistencia mecnica
4) Aceros para herramientas y matrices
5) Aceros inoxidables
6) Aceros para otras aplicaciones


Los aceros comunes son ms verstiles que los especiales, en el sentido de que un mismo
acero puede servir para diversos tipos de aplicaciones. En los aceros especiales se busca,
en general, intensificar el comportamiento en relacin con una aplicacin determinada
Ello lleva muchas veces a sacrificar de algn modo otras propiedades.
Como los acero comunes son ms baratos que los especiales, el criterio que debe seguirse
para elegir el acero requerido para una aplicacin determinada, es la de analizar
primeramente el comportamiento del acero que mejor responda a las caractersticas
impuestas. Solo si las propiedades de ese acero resultan insuficientes para el fin que se
persigue, se deber pensar en la utilizacin de un acero especial, que satisfaga mejor los
requerimientos exigidos.
La interpretacin de las caractersticas que se muestran en las tablas I a VI requiere ciertas
consideraciones.
Para designar en dichas tablas a los aceros, se han adoptado con preferencia las
designaciones conocidas con la sigla SAE, que son las ms conocidas entre nosotros e
internacionalmente. En estas designaciones (salvo en el caso de los aceros de herramientas),
las dos ltimas cifras del nmero caracterstico representan el contenido nominal de carbono
(en centsimas por ciento). Las dos primeras cifras identifican al grupo al que pertenece el
acero, de acuerdo con su composicin qumica.
En los aceros inoxidables, las designaciones AISI son ms conocidas entre nosotros que las
SAE y han sido por ello preferidas.
En algunos tipos de aceros, de la tabla VI que carecen de designacin SAE o AISI, se han
empleado las designaciones con las que son ms conocidos esos aceros en nuestro pas.
Debe tenerse en cuenta que las dimensiones de las piezas de acero influyen en las
propiedades mecnicas a obtener con un tratamiento trmico determinado. Los valores
de las tablas, cuando se indica un tratamiento temple, corresponden a los obtenidos con
probetas previamente normalizadas, fabricadas a partir de barras de dimetros pequeos y
sometidos al tratamiento indicado en cada caso.
Los valores correspondientes a las propiedades mecnicas deben considerarse como tpicos.
Cuando las tablas indican valores mximos y mnimos en relacin con la resistencia mecnica
y alargamiento de rotura, dichos valores pueden considerase exigibles, si se especifica que las
dimensiones de las probetas deben responder a las normas IRAM (probetas cortas
proporcionales), y ser extradas de barras de no ms de 25 mm de dimetros.
1. Aceros de fcil deformacin en fro
2. Aceros para tratamientos termoqumicos
3. Aceros estructurales de alta resistencia mecnica
4. Aceros para herramientas
5. Aceros inoxidables
6. Aceros para otras aplicaciones
3. Cintica del Acero.
La produccin de acero tena 50 aos cuando se form el Comit de Fsica-Qumica del Acero
de la AIME (American Institute of Mining Engineers) para comprender el proceso ms all de la
qumica inorgnica bsica.
Ahora pese a muchas discusiones, no se cuenta con explicaciones claras para muchos
fenmenos; y los programas para control por computadora contiene factores falsos, por la que
la intuicin y experiencia del metalrgico juega un papel muy importante. En la prctica es un
sistema de faces mltiples altamente contaminado por un lquido corrosivo a alta
temperatura, por lo que se considera conveniente alejarse del equilibrio qumico para que las
reacciones ocurran con mayor rapidez, y alcanzar productividad con bajo costo unitario.
El valor prctico de los mejores datos termodinmicos es escaso y slo implican probabilidad
de tendencias si no hay movimiento. Adems la imposibilidad de conservar una muestra
lquida en su estado original, dificulta un examen completo de la colada en el interior del
horno. No es prctico hacer el anlisis qumico de una hornada, y se confa en los datos de una
muestra.
El control administrativo de las operaciones se basa en el conjunto de datos de un anlisis
estadstico con los cuales se confirma o no cierta relacin entre una condicin y los resultados.
Por lo que la evaluacin es funcin de la experiencia y la habilidad administrativa, sin entender
a fondo las bases complejas de la aceracin.

4. Concepto de convertidores y tipos de convertidores.
Convertidor:
El convertidor es un horno giratorio en forma de retorta, de cuello ancho. En l se lleva a cabo
el procedimiento.
Este aparato es de palastro y est revestido interiormente de ladrillos refractarios. Estos
ladrillos, para la marcha cida del convertidor, se hacen de cuarcita, arcilla y una pequea
cantidad de arcilla refractaria, que si son mezcladas y sometidas a calcinacin.
Para la marcha bsica se hacen de doloma calcinada (xido de calcio y magnesio), reducida a
polvo y aglomerada con alquitrn. Despus se llevan a la prensa hidrulica, donde son
fuertemente comprimidos. Otras veces se comprimen en matrices metlicas y despus se
calcinan.


Convertidor Bessemer (Figura 1)

El fondo C del convertidor (figura 1), o est unido invariablemente al cuerpo principal o puede
quitarse para arreglar el revestimiento refractario, en el cual hay alojamientos cnicos para
recibir siete toberas, atravesadas cada una por siete y hasta trece conductos cilndricos de 9 a
12 mm de dimetro, por los que penetra el aire.

Mediante el empleo de una plataforma movida hidrulicamente, se pone la caja de viento D,
que descansa sobre rodillos, en contacto con el fondo del convertidor. Este est sostenido por
medio de dos muones a y b que se apoyan sobre los soportes E. El aire, procedente de del
conducto F, pasa por el tubo c y de aqu a la cmara anular que rodea el mun a; y
atravesando el tubo c por medio de la brida f, y desde aquella pasa al convertidor por las
toberas.
La regulacin del aire la hace un operario por medio de una vlvula situada en el tubo
portavientos, o bien se obtiene automticamente al hacer girar el convertidor alrededor de su
eje, mediante un anillo excntrico colocado en el mun a. El cual, al girar, levanta o baja una
palanca y, por lo tanto, sube o baja la vlvula situada en G, que puede interceptar la entrada
del viento en el tubo c. Y que tiende siempre a descender bajo la accin del peso.
El giro del convertidor se efecta mediante el engranaje de un pin H fijo al mun b, con
una cremallera g unida al mbolo de de una prensa hidrulica. En los convertidores grandes se
usa vapor para poner la prensa en accin. En los pequeos basta un volante movido a mano.
Los convertidores pequeos tiene una cabida de 1 tonelada, y los grandes hasta 8. Uno de
estos, por ejemplo, de 5 a 60000 kilogramos, tiene un dimetro en su parte media de 1,50 a 2
metros, y de 0,8 a 1 m de altura.


Disposicin de convertidores Bessemer (figura 2)

Valindose de un canal revestido de arcilla refractaria, se hace entrar al convertidor, que
estar inclinado, la fundicin lquida, que procede directamente del alto horno o de un
cubilote. Se hace bascular el horno, dando al mismo tiempo entrada automticamente al aire.
El cuello B' de la retorta A se encuentra entonces debajo de una campana K que se comunica
con la chimenea L (vase figura 2).
Despus de haber efectuado la descarburacin completa de la fundicin, se introduce por la
boca del convertidor, inclinndolo, la aleacin de ferromanganeso (Spiegeleisen) o de
ferrosilicio calentados de antemano.; se vuelve a levantar el convertidor y se da entrada al
aire, si es necesario durante 2 o 3 segundos, dejando luego reposar el bao metlico de 5 a 10
minutos, cerrando la entrada al aire para dar lugar al desprendimientos de los gases que
hayan sido absorbidos. Se inclina luego el aparato, vertiendo su contenido en el caldero de
colada, que est sostenido por una plataforma , unida al extremo del vstago, de una gra
hidrulica P, que puede subir y bajar. Q es un contrapeso situado al otro extremo de la
plataforma, que puede hacerse mayor o menor segn el contenido del caldero (vase figura
2).
Para llenar los moldes y lingoteras, preparados en la fosa semicircular alrededor de la gra, se
levanta el tapn h de un agujero que hay en el fondo del caldero de colada. Este se coloca
sucesivamente encima de los moldes, mediante el movimiento semicircular de la plataforma
que produce un operario haciendo girar el volante i, que arrastra el pin k, el cual engrana a
su vez con la rueda dentada l (vase figura 2).
Para limpiar el caldero se inclina, lo que se consigue moviendo el otro volante n que arrastra
la palanca m; o es un mantelete de chapa que protege a los operarios que hacen girar la
plataforma; p p es el alojamiento del cilindro de la mquina hidrulica antes mencionada
(vase figura 2).
Se empez a operar en los convertidores Bessemer con cargas de 3 toneladas, que con el
tiempo llegaron a ser de 8 a 10, incluso ms.
Al principio se instalaban sin excepcin 2 convertidores (en la figura 2 hay dos), a lo sumo 3, de
los cuales uno trabajaba mientras los otros estaban de reserva. Con el tiempo se instalaron en
nmero variable, alineados uno al lado del otro, disponindose la fosa de colada delante de
ellos o a sus costados.
Hubo tendencia a suprimir la fosa de colada, que antes se haca siempre, por lo general de una
profundidad de 1 a 1,5 m. La colada se haca sobre el suelo del taller y los convertidores se
colocaban algo ms elevados. En los siglos XIX e inicios del XX, por regla general se prefera
colocar lingoteras de pequeas proporciones y as se reparta el contenido de un convertidor
en 6 o 7 lingoteras de 1 a 2 toneladas que, mediante trenes de laminado, se dejaban con la
forma y grueso deseados.
Similares al convertidor Bessemer se han construido gran nmero de convertidores, en los
cuales la operacin es idntica y no se diferencian ms que en sus proporciones menores y en
la mayor accin productiva.

Tipos de Convertidores
Convertidor bessemer-thomas:
Consiste en una caldera con forma de pera forrada con acero y revestida por el interior
con material refractario (materiales que soportan altas temperaturas), la parte superior
est abierta.

Funciona en tres fases:
- 1 Fase (Escorificacin): Se coloca el convertidor horizontalmente y se llena el 20% de
capacidad con fundicin. Se inyecta aire a presin y el convertidor vuelve a su posicin
normal. El oxgeno del aire quema el silicio y el manganeso que se encuentra en la
masa fundida y los transforma en los correspondientes xidos.
- 2 Fase (Descarburacin): El oxgeno comienza a oxidar el carbono.
- 3 Fase (Recarburacin): quemndose el carbono, el oxigeno llegara a oxidar
totalmente el hierro dejndolo inservible; a este punto se corta el aire, se inclina el
convertidor y se aade a la masa liquida una aleacin de hierro, carbono y manganeso.

Horno Martin-Siemens:
El horno Martin-Siemens es un horno de reverbero. La solera se calienta exteriormente y
se cargan el arrabio y la chatarra inclinados hacia un orificio de salida. La capacidad de
estos hornos es muy variable: los hay hasta de 250 toneladas. La bveda es de ladrillo
refractario de slice. Por el exterior circula aire fro para refrigerar. Los gases de la
combustin pasan por unos recuperadores que invierten su sentido de circulacin con el
aire carburante y producen temperaturas muy elevadas, a unos 1800 C. A dicha
temperatura funde la chatarra y lingotes de arrabio solidificado bajo la llama producida en
la combustin; se eliminan las impurezas y se consiguen aceros de una gran calidad para
fabricar piezas de maquinaria. Su campo de aplicacin es muy amplio, ya que pueden
fundir latones, bronces, aleaciones de aluminio, fundiciones y acero.

Horno de hogar abierto o crisol:
Este horno se parece a un horno enorme, (6m de ancho, por 15 m de largo, por 1 m de
profundidad, aproximadamente).
Un horno de este tipo puede contener entre 10 y 540 toneladas de metal en su interior.
El horno se carga en un 30% a un 40% con chatarra y piedra caliza, empleando aire
precalentado, combustible lquido y gas para la combustin, largas lenguas de fuego pasan
sobre los materiales, fundindolos. Al mismo tiempo, se quema u oxida el exceso de
carbono y otras impurezas. Lo que puede eliminar o no depende del recubrimiento del
horno, si es de lnea bsica puede eliminar impurezas como el fsforo, silicio y manganeso,
pero si es de lnea cida (ladrillos con slice y paredes de arcilla) solo puede eliminar el
carbono.

Horno de oxigeno bsico
Es un horno con forma de pera que puede producir unas 300 toneladas de acero en 45
minutos.
Es muy parecido al Bessemer con la gran diferencia que a este horno en lugar de inyectar
aire a presin se le inyecta oxgeno a presin, con lo que se eleva mucho ms la
temperatura que en el Bessemer y en un tiempo muy reducido. La carga del horno est
constituida por 75% de arabio procedente del alto horno y el resto es chatarra y cal. La
temperatura de operacin del horno es superior a los 1650C.
Es considerado como el sistema ms eficiente para la produccin de acero de alta calidad.

Horno elctrico
ste es el horno ms verstil para fabricar acero, puede alcanzar una temperatura de
1930 C, temperatura que se puede controlar elctricamente. Existen hornos de arco
elctrico que pueden contener hasta 270 toneladas de material fundido. Para fundir 115
toneladas se requieren aproximadamente tres horas y 50,000 Kwh. de potencia. Tambin
en estos hornos se inyecta oxgeno puro por medio de una lanza.
Al aplicarse la corriente elctrica, la formacin del arco entre los electrodos gigantes
produce un calor intenso. Cuando el arrabio se ha derretido completamente, se agregan
dentro del horno los elementos de aleacin que se necesiten. La masa fundida resultante
se calienta, permitiendo que se quemen las impurezas y que los elementos de aleacin se
mezclen completamente.

Estos equipos son los ms utilizados en industrias de tamao mediano y pequeo, en donde la
produccin del acero es para un fin determinado, como varilla corrugada, aleaciones
especiales, etc.

5. Papel de la escoria en los hornos.
Soluciones integradas por especies inicas dispuestos en forma de redes y consisten en xidos
de metal fundido que se pueden combinar (CaO, FeO, MnO, MgO, Al2O3, Fe2O3, SiO2, P2O5),
sulfuros (MnS, FeS) y fluoruros (CaF2); En la temperatura del proceso se encuentran en forma
lquida o parcialmente lquida.
6. Exigencias que presenta la escoria en el proceso del acero.
La utilizacin de escoria en los Hornos de Fusin, tiene los siguientes objetivos:

Actuar en la transferencia trmica en el bao*
- Mantener la temperatura del bao;
- Transferencia trmica uniforme del electrodo para el bao, proporcionando
cobertura para el arco elctrico proveniente de los electrodos;
- Reducir el aumento de nitrgeno en el bao.

Evitar desgaste excesivo de los refractarios*
- Proteccin del refractario contra el arco;
- Ser compatible con el refractario, para minimizar su desgaste;
- Mantener los niveles de xidos bajo control, para evitar prdidas excesivas.

Recibir xidos provenientes del bao metlico, auxiliando en el control qumico del acero
- Desfosforacin del acero.

Tener caractersticas que reduzcan prdidas de Fe del acero


7. Reacciones qumicas que se producen en el proceso del acero.
Las escorias poseen una serie de propiedades, siendo las principales:

Basicidad.- La basicidad es uno de los conceptos ms importantes para entender el
comportamiento de la escoria. Ella fue creada para verificar si las mezclas de estos xidos
tienen caractersticas cidas o bsicas.

Viscosidad.- La viscosidad puede ser definida como la resistencia de la escoria al flujo, en
el estado lquido.

Densidad.- La densidad es definida como la relacin de masa ocupada en un determinado
volumen. La unidad utilizada para su medida es g/cm3.

Estabilidad.- La estabilidad indica la tendencia de remocin de un xido del acero para la
escoria. Cuanto mayor sea la estabilidad del compuesto, ms fcilmente es absorbido por
la escoria.

8. Elementos perjudiciales del acero.



9. Problemas tipo balance de gases que se producen en el acero.
Generalmente, el fosforo y el nitrgeno son indeseables en el acero, pero para propsitos
especficos se les usa como endurecedores en niveles de bajo carbono.

10. Problemas del tipo balance de gases que se producen en el acero.
La formacin de los gases CO y CO2 en grandes volmenes, producen el aumento de la
escoria, denominada escoria espumosa.
Adems se tiene en el proceso de la desoxidacin de la escoria la recuperacin del Fe y
aumentando el rendimiento metlico, dando pase a la formacin de la escoria espumosa
mediante la siguiente reaccin:

Fe + O2 2 FeO
FeO + C CO + CO2 + Fe

As, adems de otras consideraciones, es fundamental tener FeO y C para la generacin de la
escoria espumosa.

11. Hornos elctricos, partes.