Bloque4.Siderurgia
MetalurgiaySiderurgia
MaríaLuisaPaynoHerreraJesúsSe3énMarquínez
DPTO.DECIENCIAEINGENIERÍADELTERRENOYDELOSMATERIALES
EstetemasepublicabajoLicencia:CreaIveCommonsBY‐NC‐SA3.0
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SIDERURGIA
Acero:generalidadesEsunaaleacióndehierro,carbonoyotroselementostalqueSi,P,S(nometálicos)y
Mn,Ti,Cr,Va,Ni,Mo,…..(metálicos)
Propiedades:• ExcelentescaracterísIcasmecánicasyestructuralesenrelaciónconsupeso• Excelentescalidadestécnicasydefabricación:
fácildeconformarencalienteyenfrío, fácildemecanizar fácildeensamblar(soldadurayremaches), fácildeprotegercontralacorrosión(inoxidables,galvanizado,pintura…)
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PROPIEDADES
• Bajocosteunitario,observablecuandosecomparaconotrosmetalesalternaIvos.Paraobtenerprestacionesequivalentes,elaluminioes2,8vecesmáscaroqueelaceroyprecisamenorconsumoenergéIco(un25%delnecesarioparaproducirAl)
• GranabundanciadelmineraldeFequeconsItuyelamateriaprimabásica
• GrandisponibilidaddediferentesIposdeacerosegúnelusoaquevayadesInado(corte,fricción,choque,…)
• Respetuosoconelmedioambiente,destacándosesufacilidadparaelreciclaje.ElnuevoacerouIlizaunpromediodel40%deacerorecicladoochatarra
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APLICACIONES
• MúlIplesusos:
Automóvil(entreun50‐70%delpesodelautomóvil)
Construcción(hormigónarmado,estructuras,cubiertas,fachadas)
Envases(latasdebebidas)
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PROCESOSIDERÚRGICOINTEGRAL
LasiderurgiaintegraluIlizalarutadelhornoaltoparalareduccióndelosmineralesdehierro,eliminandoeloxígenoyobteniendounhierroconcontenidostotalessuperioresal95‐96%,quesedenominaarrabio
LauIlizacióndelhornoaltoanivelmundialcontribuyeaproximadamenteal60%delaproduccióntotaldeacerovíaLD,siendolospaísesmásdesarrolladoslosqueIenenunacuotamásaltaenestaruta
Larutadelhornoeléctricosebasaenelempleodechatarra,perolaescasezdechatarraslimpiashapotenciadolanecesidaddeencontrarprocesosdeobtencióndeprerreducidosdehierro,enbasealareduccióndirectaenfasesólidademineralesdehierro,conagentesreductores,talescomogasnaturalocarbón
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Instalacionesdecabecera
• Encabecera,seproduceelprocesodereduccióndelmineral(óxidosocarbonatosdeFe)ahierro
Materiasprimasbásicas• Lasmateriasprimasdeunprocesoseconsideranaquellosmaterialesde
entradaalmismoyquetrassutransformaciónseconsItuyenenelproductoomaterialdesalidadelcitadoproceso
• Materiasprimasrequeridasenlosprocesosdeproduccióndearrabioyaceroson:– MineraldeFequeparafacilitarsumanejoymejorarsueficienciade
reaccionessepelleIzaosinteriza– CarbónmineralconaltocontenidoenvoláIlesparasutransformaciónencok:
actúacomoreductor,combusIbleosoportemecánicoenelhornoalto– Fundentesparadisminuirtemperaturasdurantelareaccióndereduccióny
facilitarlaeliminacióndeimpurezasenlaescoria
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• Procesos• Reduccióndirecta,congas
naturalocarbón,obteniéndoseunprerreducidoqueseuIlizacomomateriaprimaenlaaceríadehornoeléctrico
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Hornoalto• EsunreactorverIcal,decubaenelqueseefectúaelprocesodereduccióndirecta
delosminerales,obteniéndoseunproductointermedio:elarrabio• Estearrabioserátratadofueradelhorno,normalmenteenunaplantade
desulfuraciónyseráposteriormenteafinadoenlaaceríaLDparaobteneracero
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Proceso
• Poreltragantesecargamineraldehierro,cokyfundentes
• PorlastoberasseinyectaaireycombusIblesauxiliares
• El aire caliente hace que el cok entre en combusIón formando CO2 que alascenderencontactoconelCsereduceaCO
• Losmineralesoxidadosquedesciendendesdeeltragantesonreducidosahierrofundidoporlatemperaturadelhorno,queabsorbeciertacanIdaddecarbonoyotroselementospresentesenelmineral
• Las temperaturas varían según la zona del alto horno desde 500ºC hasta2.000ºC
• En el crisol se obIenen fundidos la escoria y el arrabio que son coladosperiódicamente
• ElarrabioesunaaleacióndeFeyC(4%aproximadamente)yotrasimpurezas
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Equipos
•Sistemadeevacuacióndegases• Tragante• Cuerpodelhorno
Parteinferior:crisol Etalajes:zonadeinyección
delairecaliente Etalajesparalelosovientre Cuba
• Instalacionesauxiliares Sistemasdecontrol
(temperatura,presión,análisisdegas)
Recuperadoresdecalor Zonadecolada Depuracióndegases
c)Desulfuracióndelarrabio.Se tratade rebajarel%deazufreenel arrabio, antes del proceso delconverIdor
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Fabricacióndelacero
• Elarrabioproducidoenelhornoalto,despuésdeladesulfuración,conIeneimpurezasyelementosquedebeneliminarseovariarseparaobtenerlascaracterísIcasdelproductodeseado:unaceroconcreto
• Existendosprocedimientos: Siderurgiaintegral:hornoaltoyaceríaLD Hornoeléctricodearco
• EnamboscasoselobjeIvoesvariarlacomposicióndelarrabio(disminucióndelcontenidoencarbono,eliminacióndeelementoscomoazufreofósforoquedisminuyenlaspropiedadesmecánicasoadicionarelementosqueledanalacerocualidadesespecíficas)
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Conver3doraloxígenoLD(Linz‐Ddonawitz)
Procesodeafino
• Alinsuflaroxígenoenelarrabioseproduceunadescarburaciónexotérmica(C+O2=CO2+calor)quetambiénfacilitalaoxidacióndeelementosperjudicialesquepasaranalaescoria(reduccióndelcontenidoenSi,Mn,P)asícomounadesoxidaciónposterior(eliminacióndelcontenidoenoxígeno)añadiendoferrosilicio(Fe‐Si)
• Tambiénenestafaseseadicionanferroaleacionesdeaquelloselementosqueconfierenalaceropropiedadesespeciales(Cr,Mn,Va,Ni,Ti,…)
• El reactor en el que se realiza la operación se llama converIdor. El procesocomienza con la carga de chatarra, se vierte el arrabio fundido, fundentes,escorificantesyporlapartesuperiorconunalanzaseintroduceeloxígeno.Enlafasefinalseadicionanlasferroaleaciones.
• FinalmentesebasculaelconverIdorysecuelanlaescoriayelacero
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• Materiasprimas
• Arrabiolíquido,quesetransportaencucharastorpedodesdeelhornoaltoconuncontenidoencarbonoaproximadodel4,5%yunatemperaturadelordende1.350ºC
• Chatarra
• Fundentes(caldolomíIca,espatodeflúor)
• AdiIvos(Fe‐Si,ferroaleaciones)
• Oxígeno,degranpureza
Elsopladodeoxígenopuedeser: PorlapartesuperiorobocadelconverIdor Sopladoporelfondo Sopladocombinado
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Hornoeléctricodearco
• Enestecasoelfundamentodelprocesoeslafusióndelacarga(chatarra,prerreducidos,arrabio)porelcalorproducidoporelarcoeléctricoestablecidoentreloselectrodosydichacarga.Eselsistemaquepermiteunreciclajemasivodelachatarra.
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Hornoeléctricodearco
• Lasventajasdeesteprocedimientoson:
FabricacióndecualquierIpodeaceroenfuncióndelIpodecarga AmpliaversaIlidaddecarga Bajainversión,comparadaconlarutaintegral
Altaeficienciadelproceso FacilidaddecontrolyautomaIzación
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Componentesdelhornoeléctrico
• CubadelhornocondisposiIvodecoladaysistemadecierre
• Sistemadevuelco(colada)
• Bóvedagiratoriarefrigeradaporagua
• Electrodosdegrafitoqueatraviesanlabóvedayestablecen
elarcoeléctricoaparIrdelpasodelacorrienteeléctrica
• Brazosportaelectrodos
• Depuracióndehumos
Horno eléctrico
Proceso • Carga de la chatarra, junto con los fundentes • Conexión de la corriente eléctrica e inicio del proceso de fusión • Inyección de oxígeno y desfosforación • Calentamiento • Colada
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Metalurgiassecundarias
• SuobjeIvoescompletarlasoperacionesdeafinoajustandolasconcentracionesdeimpurezasdeformaquepermitancumplirlasexigenciastécnicaspropiasdelIpodeproductoafabricarconelacero
• Lasprincipalesoperacionesson: Ajustedelasconcentracionesdeloselementosdealeación Descarburación Desulfuración Defosforación Desoxidación Limpieza
• Estasoperacionessuelenefectuarseenlaspropiascucharasdecoladaconadaptacionesespecialesparaelcalentamiento,controldelasatmósferas,inyeccióndegases,etc.
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Coladadelacero
EselprocesoenelqueelacerolíquidoseconformaenformasólidaconunaIpologíaacordeasuposteriortransformaciónenunproductodeusoindustrial
• Losprocesospuedenser: Aceromoldeado:elacerosecuelasobreunmoldeconla
formadelproductoaobtener Coladasobrelingotera,obteniéndoseunlingoteque
posteriormenteselaminaencalienteoseforja ColadaconInua,elacerosecuelaenunmoldeabiertoporel
fondodelqueseextraeenformaconInuaelproductosolidificado,enformadepalanquilla,panchones,redondos,etc.
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Elllenadodelaslingoterassepuederealizardedosmaneras:Coladadirecta.‐La cuchara se sitúaencimade la lingotera, se abreelmecanismodecierre,haciendoqueelchorrocaigaadecuadamenteColadaensifón.‐Enesteprocedimiento,elllenadodelalingoterasehaceporelfondo
Coladadelacero
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Coladaencon3nuoenunmoldeabiertoporambosextremos,
obteniéndose un producto solidificado de diversas formas: palanquilla,redondos,etc.
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• EnlaactualidadelprocesomáscomúneslacoladaenconInuoqueIenelassiguientesventajas:
Eliminacióndelingoteras
Menormanodeobra
MenorconsumoenergéIco
Mayorrelaciónaceroproducido/productoobtenido
Mayorcalidadsuperficialdelproducto
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Transformacióndelosproductossemiacabados
Losprincipalesprocesosdeconformacióny/oacabadoson:
• Procesodeconformación: laminación forja
• procesosdeacabado: procesosdetransformaciónenfrío(laminación,
trefilado,calibrado) recubrimientos
• procesosmodificadoresdelastransformacionesdelacero:
tratamientostérmicos
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APLICACIONESDELACERO:productos
Foto:AlfredT.Palmer.Licencia:DominioPúblico.Fuente:Library of Congress. http://hdl.loc.gov/loc.pnp/fsac.1a35062
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Foto:LuigiChiesa.Licencia:CreaIveCommons3.0BYSAFoto:Johannes'volty'Hemmerlein.Licencia:CreaIveCommons3.0BYSA
Bobinadecabletrenzado Armaduraparaunpilotedeseccióncircular
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Construcción
Foto:ImmanuelGiel.Licencia:CreaIveCommons3.0BYSA
PuentedeaceroentreLudwigshafenyMannheim(Alemania)
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TorredecomunicacióndeCollserola(Barcelona)
Foto:Atarom.Licencia:DominioPúblico
Construcción
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Fotos:Kadellar.Licencia:CreaIveCommons3.0BYSA
Construcción
FarodelaMoncloa(Madrid)
TorrePicasso(Madrid))
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Foto:Tksteven.Licencia:CreaIveCommons3.0BYSA
Calderería
Tanquesindustrialesconcombus3ble
Foto:ChrisIanAmet.Licencia:CreaIveCommons2.5BY
Camióncisterna
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Foto:MariuszPaździora.Licencia:CreaIveCommons3.0BYSA
ConstrucciónnavalBuquemercante
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Foto:TailoredBlankHoeschMuseum.Licencia:CreaIveCommons3.0BYSA
Industriaautomoción
Puertadeautomóviltroquelada
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Foto:MarcusWong.Licencia:CreaIveCommons3.0BYSA
Materialferroviario
TrendepasajerosVlocity
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Foto:WalterSiegmund.Licencia:CreaIveCommons3.0BYSA
Industriaquímica
RefineríaAnacortesenEE.UU
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Foto:Id1337x.Licencia:DominioPúblico
Electrodomés3cos
Frigoríficos
Foto:Arpingstone.Licencia:DominioPúblico
Lavadoras
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Foto:SethIlys.Licencia:DominioPúblico
Envases
Latasdehojalata