PROCESO DE OBTENCIÓN DEL HIERRO Y EL ACERO

1.4. AFINO DEL ACERO

El afino es el proceso de descarburización y eliminación de impurezas al que se somete el arrabio (hierro de primera fundición con alto porcentaje de carbono) para la obtención del acero.

En el proceso de obtención del acero como el arrabio que es el hierro de primera fundición, siempre se contará con la presencia de impurezas como el azufre o silicio, gases, incrustaciones, segregaciones y exceso de carbono por lo que se busca reducirlo a un máximo de 2%. Todo esto hace necesario el proceso de refinación, comúnmente conocido como “afino del acero”.

Métodos de afino del acero:

• Convertidor: Este método se efectúa dentro de un gran recipiente revestido de una materia refractaria y con el fondo perforado. Es colada a una temperatura de 1300 ºC se agrega al convertidor que se mantiene en posición horizontal que evita que el líquido alcance los orificios. El convertidor se endereza y comienza el soplado de aire una vez terminada la carga. Con esto se logra una temperatura de 1600ºC. El proceso con el convertidor es muy rápido y dura alrededor de 20 minutos.

• Proceso de inyección por oxígeno (soplado): Consiste en introducir un tubo al recipiente justo en la superficie del arrabio, insuflando oxígeno a gran presión, que permite una reducción rápida de los componentes lográndose así un afino en un corto tiempo y con buenos resultados de calidad del acero.

• Con horno eléctrico: Está constituido por un horno recubierto de una bóveda, es con frecuencia basculante para facilitar el vaciado y la colada. Se emplean hornos de, arco independientes, hornos de arco directo con solera conductora o sin ella, hornos de resistencia, hornos de inducción. Los hornos eléctricos alcanzan fácilmente las 80 toneladas de arrabio y algunos las 200 toneladas, y permiten la utilización de acero homogéneo y bien desoxidado. Otra ventaja que presentan es la de fácil control de temperatura; así mismo alcanzan rápidamente temperaturas elevadas.

1.5. PROCESOS TECNOLÓGICOS PARA LA OBTENCIÓN DEL ACERO, HORNOS BOF, ELÉCTRICOS, CONVERTIDORES BESSEMER Y THOMAS

Una vez obtenido el arrabio o el hierro esponja (es de mayor pureza que el arrabio, producido en horno de calcinación y un alto horno) es necesario refinar al hierro para que se transforme en material útil para diferentes objetos o artefactos, o sea en hierro o acero comercial.

1 Principales procesos de los hierros y aceros comerciales.

1.1 Convertidor Bessemer- Thomas

El procedimiento Bessemer fue el primer proceso de fabricación químico que sirvió para la fabricación en serie de acero, fundido en lingotes, de buena calidad y con poco coste a partir del arrabio. Este procedimiento fue llamado así en honor de Henry Bessemer, quien obtuvo la patente en 1855 y la utilizó a través de la Henry Bessemer and Company, sociedad implantada en Sheffield, ciudad del Norte de Inglaterra.
El procedimiento fue descubierto de forma independiente en 1851 por William Kelly. ​El mismo también había sido usado fuera de Europa durante cientos de años, pero no a una escala industrial.3​El principio clave es la retirada de impurezas del hierro mediante la oxidación producida por el insuflado de aire en el hierro fundido. La oxidación causa la elevación de la temperatura de la masa de hierro y lo mantiene fundido.

Horno

Es un horno en forma de pera que está forrado con refractario de línea ácida o básica. El convertidor se carga con chatarra fría y se le vacía arrabio derretido, posteriormente se le inyecta aire a alta presión con lo que se eleva la temperatura por arriba del punto de fusión del hierro, haciendo que este hierva. Con lo anterior las impurezas son eliminadas y se obtiene acero de alta calidad. Este horno ha sido substituido por el BOF.

             Horno Bessemer

1.2 Horno básico de oxígeno (BOF)

El Proceso BOF se originó en Austria en 1952, fue hecho para convertir arrabio con bajo contenido de fósforo (0.3%) se bautizó con las iniciales LD Lanza de Linz, Luego la técnica se extendió para arrabios de alto fósforo, mediante la adición al chorro de oxígeno de polvo de piedra caliza. Entonces se logró la producción de aceros con arrabio de contenidos con alto fósforo que llegan al 2%.

Es un horno muy parecido al Bessemer con la gran diferencia de que a este horno en lugar de inyectar aire a presión se le inyecta oxígeno a presión, con lo que se eleva mucho más la temperatura que en el Bessemer y en un tiempo muy reducido. El nombre del horno se debe a que tiene un recubrimiento de refractario de la línea básica y a la inyección del oxígeno. La carga del horno está constituida por 75% de arrabio procedente del alto horno y el resto es chatarra y cal. La temperatura de operación del horno es superior a los 1650°C y es considerado como el sistema más eficiente para la producción de acero de alta calidad. Este horno fue inventado por Sir Henrry Bessemer a mediados de 1800, sólo que como en esa época la producción del oxígeno era cara se inició con la inyección de aire, con lo que surgió el convertidor Bessemer.

Figura 5. Funcionamiento del horno básico de oxígeno

1.3 Horno de arco eléctrico

Por lo regular son hornos que sólo se cargan con chatarra de acero de alta calidad. Son utilizados para la fusión de aceros para herramientas, de alta calidad, de resistencia a la temperatura o inoxidables. Considerando que estos hornos son para la producción de aceros de alta calidad siempre están recubiertos con ladrillos de la línea básica.

Existen hornos de arco eléctrico que pueden contener hasta 270 toneladas de material fundido. Para fundir 115 toneladas se requieren aproximadamente tres horas y 50,000 kwh de potencia. También en estos hornos se inyecta oxígeno puro por medio de una lanza. Los hornos de arco eléctrico funcionan con tres electrodos de grafito los que pueden llegar a tener 760mm de diámetro y longitud de hasta 12m. La mayoría de los hornos operan a 40v y la corriente eléctrica es de 12,000 A. Estos equipos tienen un crisol o cuerpo de placa de acero forrado con refractario y su bóveda es de refractario también sostenida por un cincho de acero, por lo regular enfriado con agua. Para la carga del horno los electrodos y la bóveda se mueven dejando descubierto al crisol, en el que se deposita la carga por medio de una grúa viajera.

Estos equipos son los más utilizados en industrias de tamaño mediano y pequeño, en donde la producción del acero es para un fin determinado, como varilla corrugada, aleaciones especiales, etc.

Figura 6. Horno de arco eléctrico