Historia fabricacion y extraccion del acero (siderurgia)

Lo tenemos en tantos lados y lo ignoramos Ell mineral extraído de una mina de fierro puede ser de carga directa a los altos hornos o puede requerir de un proceso de peletización para ser utilizado en la producción del acero, esto según sea su calidad. Es importante destacar que si el mineral posee bajo contenido de impurezas (principalmente fósforo y azufre), puede ser utilizado para carga directa, requiriendo sólo tratamientos de molienda y concentración. Este es el caso de Minas el Romeral. Si, por el contrario, el contenido de impurezas es relativamente alto, se realiza también la molienda y concentración, pero requiere además de un proceso químico de peletización, donde se reducen significativamente dichas impurezas. Oxidos del hierro y Hidroxidos: • Óxido de hierro (II) u óxido ferroso (FeO). El polvo de óxido ferroso puede causar explosiones ya que literalmente entra en combustión. • Óxido de hierro (III) u óxido férrico (Fe2O3). En su estado natural es conocido como hemetita. También es purificado para su uso como soporte de almacenamiento magnético en audio e informática. Esta es la forma de óxido comúnmente vista en hierros y estructuras de acero oxidadas que ataca desde puentes hasta carrocerías de automóviles y la cual es tremendamente destructiva. • Óxido de hierro (II, III) u óxido ferroso férrico (Fe3O4). En su estado natural es conocido como magnetita, un mineral de color negruzco que constituye una de las fuentes principales de obtención de hierro. Esta forma de óxido tiende a ocurrir cuando el hierro se oxida bajo el agua y por eso es frecuente encontrarlo dentro de tanques o bajo la línea de flotación de los barcos. La variedad de colores de óxido de hierro III (azul, verde y violeta)que simula el atardecer, se debe principalmente a la habilidad del hierro de cambiar sus electrones en el penúltimo nivel de energía con modificación en el spin. De esto se intuye, que el camuflaje de las iguanas se debe a la inclusión de este elemento sobre su piel. Hidróxidos de hierro • Hidróxido de hierro (II) Fe (OH)2. Es de color verduzco (green rusts) • Hidróxido de hierro (III) Fe (OH)3. Es de color marrón oscuro. • Oxihidróxido de hierro (III) FeO (OH). En su estado natural se conoce como goetita. Es de color rojo amorronado. También se lo encuentra conformando los siguientes minerales: siderogel, limonita y feroxihita; además de existir una variante conocida como lepidocrocita. Ques es el acero? El acero es una aleación de hierro con pequeñas cantidades de otros elementos, es decir, hierro combinado con un 1% aproximadamente de carbono, y que hecho ascua y sumergido en agua fría adquiere por el temple gran dureza y elasticidad. Hay aceros especiales que contienen además, en pequeñísima proporción, cromo, níquel, titanio, volframio o vanadio. Se caracteriza por su gran resistencia, contrariamente a lo que ocurre con el hierro. Este resiste muy poco la def0rmacion plástica, por estar constituida solo con cristales de ferrita; cuando se alea con carbono, se forman estructuras cristalinas diferentes, que permiten un gran incremento de su resistencia. Ésta cualidad del acero y la abundancia de hierro le colocan en un lugar preeminente, constituyendo el material básico del S.XX. Un 92% de todo el acero es simple acero al carbono; el resto es acero aleado: aleaciones de hierro con carbono y otros elementos tales como magnesio, níquel, cromo, molibdeno y vanadio. El proceso de "aceración" del hierro, se dice, surgió por la necesidad de contar con un material tan fuerte como el bronce. El efecto del carbono en el endurecimiento del acero se compara con el efecto del estaño en el cobre en la figura 17. 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 es nada fácil. Como ya se dijo antes, 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, toma 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. A emerger la civilización de la oscuridad de la Edad Media, todavía la cementación era el método más generalizado para convertir la superficie del hierro forjado en acero. Para introducir las capas de acero en el interior de una espada, se tomaba una barra de hierro y se cementaba; luego se martillaba hasta alcanzar el doble, de su longitud inicial; se doblaba de modo que una mitad quedara encima de la otra y se martillaba al rojo vivo hasta que soldaran las dos mitades, quedando en el interior una capa de acero. El proceso se repetía hasta que la hoja de espada tuviera una textura similar a la de un pastel de mil hojas. En sables japoneses se han encontrado, efectivamente, varios miles de capas. Esto no quiere decir que el proceso anterior se tenga que repetir miles de veces. Como las capas se multiplican exponencialmente al aumentar el número de dobleces, bastan 12 dobleces para lograr más de 4000 capas (212). Pero 12 dobleces cuestan mucho trabajo y energía. Cada cementación puede tomar una jornada de trabajo y grandes cantidades de carbón de leña. Los herreros europeos hacían solamente uno o dos dobleces. Historia de este gran material: No fue sino hasta 1740 que el mundo occidental redescubrió el método del crisol para producir acero. Por esas fechas, un relojero y cirujano amateur llamado Benjamín Huntsman tenía asombrados a sus competidores por la textura tan uniforme de sus aceros. Huntsman se cuidaba muy bien de guardar el secreto de su método, para que nadie, con excepción de él y sus ayudantes, lo conociera. Pero uno de sus competidores, vil y astuto, se valió del chantaje al espíritu humanitario. En una noche de tormenta fingió estar atrapado por la lluvia y pidió refugio en el taller de Huntsman. La tradición de la época imponía moralmente dar el refugio solicitado, de modo que Huntsman no se pudo negar. El espía se asombró de la simplicidad del proceso. Huntsman cementaba pequeños trozos de hierro y los fundía en un crisol. A solidificar, desde luego, el acero resultaba sumamente uniforme. El espía se lamentó de no haber trabajado esta idea tan simple desde mucho antes. La idea, sin embargo, era más vieja de lo que el espía creía; el método del crisol para producir acero se practicaba en varios lugares del mundo desde tiempo inmemorial, incluyendo entre éstos, desde luego, a los talleres indios productores de wootz. Lo que entorpecía el avance de la tecnología en el acero era la obscuridad en la que se encontraba. En el siglo XVIII se desconocía el motivo por el cual el hierro forjado, el acero y el arrabio eran distintos. No fue sino hasta 1820 cuando Kersten planteó que era el contenido de carbono la razón de sus diferencias. El primer método para determinar con precisión el contenido de carbono en el acero fue desarrollado en 1831 por Leibig. En que influyen los aleantes?: • Acero Duro Resistente: • El porcentaje de carbono es de 0,55%. Tiene una resistencia mecánica de 70-75 kg/mm2, y una dureza de 200-220 HB. Templa bien en agua y en aceite, alcanzando una resistencia de 100 kg/mm2 y una dureza de 275-300 HB. Aplicaciones: Ejes, transmisiones, tensores y piezas regularmente cargadas y de espesores no muy elevados. Los Aceros maquinaria son generalmente aceros de baja aleación utilizados para la construcción o reparación de maquinaria en general. Existen varias familias de Aceros Maquinaria designados así en función a los elementos aleantes de mayor presencia en su composición química. Las familias más conocidas son: • Aceros al Carbono • Aceros al Níquel • Aceros al Cromo-Níquel • Aceros al Molibdeno • Aceros al Cromo-Níquel- Molibdeno • Aceros al Silicio-Manganeso Los aceros maquinaria como su nombre lo indica , sirven para infinidad de aplicaciones, sin embargo algunas de las piezas que comúnmente se fabrican con estos tipos de aceros son : Ejes, Engranes, Guías, Tornillos sin fin , Bujes, Tornillos , Pines , Sellos, Rodos, etc. Dentro de los Aceros maquinaria existen los aceros BONIFICADOS los cuales no son más que aceros que vienen pre-tratados térmicamente por un proceso de Temple y Revenido. Bonificado = Temple + Revenido Motodos de mejora del acero: El Temple consiste en calentar el acero a una temperatura muy alta (arriba del punto eutéctico para lograr una homogenización), por un período determinado para luego enfriarlo rápidamente logrando así endurecer el acero a su máximo grado. Sin embargo un acero muy duro es un acero muy frágil por lo que es necesario realizar el proceso de revenido. El Revenido consiste en calentar el acero a temperaturas medias-bajas (según la dureza final que se requiera) por un período determinado y luego enfriarlo lentamente. Este proceso se realiza para reducir la dureza de la pieza y aumentar la ductibilidad aliviando también los esfuerzos residuales. Otro tipo de tratamiento térmico muy empleado en la industria Metal-Mecánica, usualmente en aceros tipo maquinaria es el proceso de Cementación La Cementación es un proceso que se realiza a piezas que necesiten mucha tenacidad y ductibilidad en el núcleo ( dureza baja – media ) y alta dureza y resistencia al desgaste en la capa superficial. Ej. Engranes, Ejes con desgaste superficial, Tornillos sin fin , etc. La Cementación consiste básicamente en Carburizar (Adherir carbono) a la pieza calentándola dentro de un ambiente rico en carbono para que este se adhiera a la superficie de la pieza (máx. 1mm de la superficie al núcleo). Una vez realizada la carburización se procede a templar y revenir el acero adquiriendo este la mayor dureza en la parte superficial en donde se encuentra el mayor contenido de carbono. Aeaciones del acero: Aleaciones de acero. Comúnmente conocidos como aceros especiales, son aceros al carbono, aleados con otros metales o metaloides, resultantes de la búsqueda del mejoramiento de sus características. Los elementos añadidos corrientemente son: el níquel, el cromo, vanadio, molibdeno, magnesio, silicio, tungsteno, cobalto, aluminio, etc. Aceros al níquel. Son aceros inoxidables y magnéticos. El níquel aumenta la carga de rotura, el límite de elasticidad, el alargamiento y la resistencia al choque o resiliencia, a la par que disminuye las dilataciones por efecto del calor. Cuando contienen del 10 al 15% de níquel se templan aun si se los enfría lentamente. Aceros al cromo. El cromo comunica dureza y una mayor penetración del temple, por lo que pueden ser templados al aceite. Los aceros con 1,15 a 1,30% de carbono y con 0,80 a 1% de cromo son utilizados para la fabricación de láminas debido a su gran dureza, y en pequeña escala los que tienen 0,3 a 0,4% de carbono y 1% de cromo. Aceros al cromo-níquel. De uso más corriente que el primero, se usan en la proporción de carbono hasta 0,10%, cromo 0,70% y níquel 3%; o carbono hasta 15%, cromo 1% y níquel 4%, como aceros de cementación. Los aceros para temple en aceite se emplean con diversas proporciones; uno de uso corriente sería el que tiene carbono 0,30, cromo 0,7% y níquel 3%. Aceros al cromo-molibdeno. Son aceros más fáciles de trabajar que los otros con las máquinas herramientas. El molibdeno comunica una gran penetración del temple en los aceros; se emplean cada vez más en construcción, tendiendo a la sustitución del acero al níquel. De los tipos más corrientes tenemos los de carbono 0,10% , cromo 1% y molibdeno 0,2% y el de carbono 0,3%, cromo 1% y molibdeno 0,2%; entre estos dos ejemplos hay muchos otros cuya composición varía según su empleo. Aceros al cromo-níquel molibdeno. Son aceros de muy buena característica mecánica. Un ejemplo de mucha aplicación es el que tiene carbono 0,15% a 0,2%, cromo 1 a 1,25%, níquel 4% y molibdeno 0,5%. Aceros inoxidables. Los aceros inoxidables son los resistentes a la acción de los agentes atmosféricos y químicos. Los primeros que se fabricaron fueron para la cuchillería, con la proporción de 13 a 14% de cromo. Otros aceros fueron destinados a la fabricación de aparatos de cirugía, con la proporción de 18 a 20% de cromo y 8 a 10% de níquel; son también resistentes a la acción del agua de mar. Un acero de gran resistencia a la oxidación en caliente es el que tiene 20 a 30% de cromo y 5% de aluminio. Aceros anticorrosivos. Estos son aceros soldados de alta resistencia y bajo tenor de sus componentes de aleación: carbono, silicio, azufre, manganeso, fósforo, níquel o vanadio, cromo y cobre. A la intemperie se cubren de un óxido que impide la corrosión interior, lo que permite se los pueda utilizar sin otra protección. Como resultado de ensayos efectuados por algo más de diez años, se ha establecido que su resistencia a los agentes atmosféricos es de cuatro a ocho veces mayor que los del acero común al carbono. Que es la siderurgia ?: Se denomina siderurgia o siderurgia integral a una planta industrial dedicada al proceso completo de producir acero a partir del mineral de hierro, mientras que se denomina acería a una planta industrial dedicada exclusivamente a la producción y elaboración de acero partiendo de otro acero o de hierro. El acero es una aleación de hierro y carbono. Se produce en un proceso de dos fases. Primero el mineral de hierro es reducido o fundido con coque y piedra caliza, produciendo hierro fundido que es moldeado como arrabio o conducido a la siguiente fase como hierro fundido. La segunda fase, la de aceración, tiene por objetivo reducir el alto contenido de carbono introducido al fundir el mineral y eliminar las impurezas tales como azufre y fósforo, al mismo tiempo que algunos elementos como manganeso, níquel, cromo o vanadio son añadidos en forma de ferro-aleaciones para producir el tipo de acero demandado. En las instalaciones de colada y laminación se convierte el acero bruto fundido en lingotes o en laminados; desbastes cuadrados (gangas) o planos (flog) y posteriormente en perfiles o chapas, laminadas en caliente o en frío. En principio, son tres los tipos de instalaciones dedicadas a producir piezas de acero fundidas muy grandes o laminados de acero: Una planta integral tiene todas las instalaciones necesarias para la producción de acero en diferentes formatos. • Hornos de coque: obtener del carbón coque y gas. • Altos Hornos: convertir el mineral en hierro fundido. • Acería: conversión del hierro fundido o el arrabio en acero. • Moldeado: producir grandes lingotes . • Trenes de laminación desbastadores: reducir el tamaño de los lingotes produciendo bloms y slabs. • Trenes de laminación de acabado: estructuras y chapas en caliente. • Trenes de laminación en frío: chapas y flejes. Debido al coste de la energía y a los esfuerzos estructurales asociados con el calentamiento y coladas de un alto horno, estas instalaciones primarias deben operar en campañas de producción continua de varios años de duración. Incluso durante periodos de caída de la demanda de acero no es posible dejar que un alto horno se enfríe, aun cuando son posibles ciertos ajustes de la producción. Las siderúrgicas integrales son rentables con una capacidad de producción superior a los 2.000.000 de toneladas anuales y sus productos finales son, generalmente, grandes secciones estructurales, chapa pesada, redondos pesados, rieles de ferrocarril y, en algunos casos, palanquillas y tubería pesada. • Un grave inconveniente ambiental asociado a las siderúrgicas integrales es la contaminación producida por sus hornos de coque, producto esencial para la reducción del mineral de hierro en el alto horno. • Por otra parte, con el fin de reducir costes de producción las plantas integrales pueden tener instalaciones complementarias características de las acerías especializadas: hornos eléctricos, coladas continuas, trenes de laminación comerciales o laminación en frío. • La capacidad mundial de producción de acero en plantas integrales está cerca de la demanda global, así la competencia entre productores hace que sólo sean viables los más eficaces. Sin embargo, debido al alto nivel de empleo de estas instalaciones, los gobiernos a menudo las ayudan financieramente antes de correr el riesgo de enfrentarse a miles de parados. Estas medidas llevan, internacionalmente, a acusaciones de prácticas comerciales incorrectas (dumping) y a conflictos entre países. Caract quimicas del acero • Su densidad media es de 7850 kg/m³. • En función de la temperatura el acero se puede contraer, dilatar o fundir. • El punto de fusión del acero depende del tipo de aleación y los porcentajes de elementos aleantes. El de su componente principal, el hierro es de alrededor de 1.510 °C en estado puro (sin alear), sin embargo el acero presenta frecuentemente temperaturas de fusión de alrededor de 1.375 °C, y en general la temperatura necesaria para la fusión aumenta a medida que se aumenta el porcentaje de carbono y de otros aleantes. (excepto las aleaciones eutécticas que funden de golpe). Por otra parte el acero rápido funde a 1.650 °C.17 • Su punto de ebullición es de alrededor de 3.000 °C.18 • Es un material muy tenaz, especialmente en alguna de las aleaciones usadas para fabricar herramientas. • Relativamente dúctil. Con él se obtienen hilos delgados llamados alambres. • Es maleable. Se pueden obtener láminas delgadas llamadas hojalata. La hojalata es una lámina de acero, de entre 0,5 y 0,12 mm de espesor, recubierta, generalmente de forma electrolítica, por estaño. • Permite una buena mecanización en máquinas herramientas antes de recibir un tratamiento térmico. • Algunas composiciones y formas del acero mantienen mayor memoria, y se deforman al sobrepasar su límite elástico. • La dureza de los aceros varía entre la del hierro y la que se puede lograr mediante su aleación u otros procedimientos térmicos o químicos entre los cuales quizá el más conocido sea el templado del acero, aplicable a aceros con alto contenido en carbono, que permite, cuando es superficial, conservar un núcleo tenaz en la pieza que evite fracturas frágiles. Aceros típicos con un alto grado de dureza superficial son los que se emplean en las herramientas de mecanizado, denominados aceros rápidos que contienen cantidades significativas de cromo, wolframio, molibdeno y vanadio. Los ensayos tecnológicos para medir la dureza son Brinell, Vickers y Rockwell, entre otros. • Se puede soldar con facilidad. • La corrosión es la mayor desventaja de los aceros ya que el hierro se oxida con suma facilidad incrementando su volumen y provocando grietas superficiales que posibilitan el progreso de la oxidación hasta que se consume la pieza por completo. Tradicionalmente los aceros se han venido protegiendo mediante tratamientos superficiales diversos. Si bien existen aleaciones con resistencia a la corrosión mejorada como los aceros de construcción «corten» aptos para intemperie (en ciertos ambientes) o los aceros inoxidables. • Posee una alta conductividad eléctrica. Aunque depende de su composición es aproximadamente de19 3 • 106 S/m. En las líneas aéreas de alta tensión se utilizan con frecuencia conductores de aluminio con alma de acero proporcionando éste último la resistencia mecánica necesaria para incrementar los vanos entre la torres y optimizar el coste de la instalación. • Se utiliza para la fabricación de imanes permanentes artificiales, ya que una pieza de acero imantada no pierde su imantación si no se la calienta hasta cierta temperatura. La magnetización artificial se hace por contacto, inducción o mediante procedimientos eléctricos. En lo que respecta al acero inoxidable, al acero inoxidable ferrítico sí se le pega el imán, pero al acero inoxidable austenítico no se le pega el imán ya que la fase del hierro conocida como austenita no es atraída por los imanes. Los aceros inoxidables contienen principalmente níquel y cromo en porcentajes del orden del 10% además de algunos aleantes en menor proporción. • Un aumento de la temperatura en un elemento de acero provoca un aumento en la longitud del mismo. Este aumento en la longitud puede valorarse por la expresión: δL = α δ t° L, siendo a el coeficiente de dilatación, que para el acero vale aproximadamente 1,2 • 10−5 (es decir α = 0,000012). Si existe libertad de dilatación no se plantean grandes problemas subsidiarios, pero si esta dilatación está impedida en mayor o menor grado por el resto de los componentes de la estructura, aparecen esfuerzos complementarios que hay que tener en cuenta. El acero se dilata y se contrae según un coeficiente de dilatación similar al coeficiente de dilatación del hormigón, por lo que resulta muy útil su uso simultáneo en la construcción, formando un material compuesto que se denomina hormigón armado.20 El acero da una falsa sensación de seguridad al ser incombustible, pero sus propiedades mecánicas fundamentales se ven gravemente afectadas por las altas temperaturas que pueden alcanzar los perfiles en el transcurso de un incendio. Espero que les sirva y ayude