Siderurgia Acero. Ingeniería de Materiales

 

SEDE BOGOTÁ FACULT FACUL TAD DE INGENIERÍ INGENIERÍA A DEPARTAMENTO DEPART AMENTO DE INGENIERÍ INGENIERÍA A QUÍMICA Y AMBIENTAL INTRODUCCIÓN A LA INGENIERÍA DE MATERIALES Tr Trabajo abajo de ap!"a"!#$ !$d%&'r!a( S!der%r)!a*+!erro, Alexander Baena Novoa Gerson Uriel Colorado Cifuentes Jorge Andrés Felibert Álvarez Jorge Arturo Forero Torres -, CONSI CONSIDERA DERACIONE CIONES S GENE GENERALE RALES S DE LA PRODU PRODUCCIÓN CCIÓN DE +I +IERRO( ERRO( En la industria metalrgi!a" el #rin!i#al destino del $ierro a#rove!$ado es utilizado en la #rodu!!i%n del a!ero" donde este es uno de los materiales m&s am#liamente utilizados debido a sus diversas !ara!ter'sti!as ( !onse!uentes a#li!a!iones) *o( en d'a es estimado +ue la industria del a!ero utiliza en #romedio ,--- millones de toneladas de minerales de $ierro" .--- millones de toneladas de !o+ue ( /,- millones de toneladas de a!ero re!i!lado #ara #rodu!ir !er!a de .0-- millones de toneladas de a!ero !rudo #or a1o 2.3) Teniendo en !uenta las rela!iones #resentadas entre la #rodu!!i%n de a!ero ( de $ierro se #ueden observar las din&mi!as de la #rodu!!i%n de a!ero !omo #ro#or!ionales a la #rodu!!i%n de $ierro a #artir de los minerales ferrosos" di!$as estad'sti!as se #resenta en la figura .).) 4e la gran #arti!i#a!i%n +ue #resenta Asia en la #rodu!!i%n interna!ional de a!ero" la #arti!i#a!i%n de C$ina  #as% del 0,5 en el ,--0 al 6,5 en ,-./" !asi doblando su #rodu!!i%n de a!ero llegando a a#roximadamente 7-8 9T en ,-./) :e $a!e bastante interesante !omo la #rodu!!i%n de a!ero se $a mantenido estable en la ma(or'a de regiones ( #a'ses re#ortados" ( es desta!able este im#ortante in!remento de la #rodu!!i%n !$ina" (  #odr'a dar un #rimer indi!io de $a!'a a donde mirar !uando se trate de #rodu!!i%n de a!ero" as' mismo !omo analizar si di!$o aumento a la #rodu!!i%n res#onde a la im#lementa!i%n de nuevas te!nolog'as" té!ni!as o nuevos $allazgos en minas de $ierro o solamente a un a un aumento en la demanda debido al in!remento de la demanda en di!$o #a's) Con res#e!to a la #rodu!!i%n na!ional" Colombia $a re#resentado durante los ltimos diez a1os entre un , ( ;5 de la #rodu!!i%n de a!ero en Gerson Colorado Jorge Felibert> Jorge Felibert

4,-, Prod%""!#$ Prod%""!#$ e$ a'o& 0or$o& 0or$o&(( Un alto $orno es un rea!tor +u'mi!o de alturas elevadas" o#erado a !ontra!orriente" ( tiene la forma de un #ozo verti!al" !on forma !ir!ular en su se!!i%n transversal" re!ubierto !on ladrillos refra!tarios +ue resisten el !alor) !alor) El #ro!eso de #rodu!!i%n en altos $ornos es de#endiente de materiales grumosos #ara mantener la alimenta!i%n de gases en la !olumna) or esta raz%n" los minerales de $ierro granulares son aglomerados antes de ser !argados en el alto $orno) Estos minerales" Hunto al !o+ue ( minerales gruesos !omo la #iedra !aliza" #or eHem#lo se !argan !ontinuamente #or la #arte su#erior del alto $orno también !ono!ida !omo !uba) Jorge Felibert

Al ser #rodu!ido el $ierro" también se forma es!oria %xidos fundidos" ( ambos se a!umulan en el fondo del alto $orno en una zona llamada del alto $orno llamada !risol" donde el $ierro fundido +ueda en la #arte inferior ( la es!oria en la su#erior" debido a la diferen!ia de densidades entre ambos) Existe en la zona de !risol generalmente dos ta#ones !er&mi!os +ue #ermiten la remo!i%n del $ierro ( de la es!oria generalmente se extrae #rimero la es!oria ( luego se extrae el $ierro o arrabio) ?9midre+1g.7pg  1g.7pg 

4,.,., Pro"e&o +YL I( En este #ro!eso" !uatro rea!tores también llamados retortas bat!$ son o#erados simult&neamente" #ero !ada uno !on una fun!i%n diferente) 9ientras +ue un rea!tor des!arga $ierro redu!ido ( se alimenta !on #ellets" dos rea!tores redu!en el mineral" ( un ltimo rea!tor enfr'a el mineral) El gas redu!tor es una mez!la de *idr%geno ( 9on%xido de Carbono" los !uales se #rodu!en en un rea!tor #rodu!tor #rodu!tor)) el !arb%nnosetiene in(e!ta dire!tamente !on o te!nol%gi!a sin ox'geno debido a un ba1o de %xidos de $ierro l'+uidos) embargo" te!nolog'a la sufi!iente madurez a +ue las !onversiones de los %xidos a $ierro son mu( baHas" logrando a es!ala ex#erimental redu!!iones de m&ximo I-5)

5, EM EMPR PRES ESAS AS EN CO COLO LOMB MBIA IA

I,

Entre las #rin!i#ales #rin!i#ales indust industrias rias en Colom Colombia bia de $ierr $ierroo ( a!ero en !uant !uantoo a venta ventass ( !re!im !re!imiento iento en el #er'odo ,-.-L,-.8" desta!an a+uellas #ertene!ientes al Gru#o Te!$int" Te!$int" Gru#o Gerdau ( la rganiza!i%n GJ) Gr%po Te"0!$' El Gru#o Te!$int es un gru#o de Com#a1'as !on o#era!iones en diversos #a'ses del mundo" l'deres globales o regionales en sus se!tores" !on #rofundas ra'!es en las !omunidades en las +ue o#eran) Cada una tiene sus

 #ro#ios obHetivo s ( la estrategias" tod todas as !om#arten una filoso filosof'a f'a de !om#romiso a larg largoo #lazo !on el desarrollo lo!al" as'obHetivos !omo !on !alidad ( #ero la te!nolog'a) 203 A, Ferra&a A!eros Ferrasa es una em#resa ubi!ada en la lo!alidad de Fontib%n" en Bogot&) Esta em#resa se enfo!a en la  #rodu!!i%n de a!eros #lanos" #lanos" a!eros largos" tuber'as ( #erfiles) Abaste!e Abaste!e a !lientes de diversas industrias industrias !omo la automotriz" !onstru!!i%n" metalme!&ni!a" l'nea blan!a" envases" energ'a ( trans#orte) > Ferr Ferre' e'er er;a ;a&& Es una em#resa +ue trabaHa en la !omer!ializa!i%n ( transforma!i%n de #rodu!tos ( servi!ios" dirigidos a la industria de la !onstru!!i%n" la metalme!&ni!a" ( el agro) Entre sus #rodu!tos se en!uentran a!eros" !ubiertas" fa!$adas" materiales #ara !onstru!!i%n" #erfiles estru!turales ( tuber'as) Cuenta !on ;/ #untos de venta en ,/ !iudades del #a's !omo Bogot&" Cali" =bagué" Bu!aramanga" Cartagena" C!uta ( TunHa) 2.83) Co1e$a Consor!io 9etalrgi!o Na!ional Gerson Colorado Jorge Felibert> Jorge Felibert

S!&'e1a& de "ar)%e e$ p!&o? Tolvas" Tolvas" !ribas" !arro de !argue ( vagonetas S!&'e1a de "ar)%e e$ e 'ope ? Cam#ana grande ( tolva" distribuidorrotatorio E&'%:a& de "ae$'a1!e$'o de a!re ? ; Área de "ae$'a1!e$'o( ;"./m, Área "H1ara de "o1b%&'!#$(  ;"./ m, MH una serie de trans#ortadores #ara !ondu!ir  los finos de mineral $asta un a#ilador" m&+uina +ue se des#laza sobre rieles ( +ue #ermite formar #ilas de $asta ,8--- ton de #eso ( !onstituidas #or !a#as alternadas de finos de mineral ( de !aliza) Gerson Colorado Jorge Felibert> Jorge Felibert

Ee1e$'o

L;1!'e por"e$'aje pe&o

9anganeso

\;-)-

:ili!io

\7)-

F%sforo

\;)-

Cromo

\.-)-

tros

\.-)-

Sa +ue el arrabio usado en la fabri!a!i%n del a!ero es usado #ara diferentes usos" !omo son la fundi!i%n ( fabri!a!i%n de a!eros" !ada #ro#%sito tiene grados de !lasifi!a!i%n distintos" se basa en la !om#osi!i%n +u'mi!a) Cuando se analiza de a!uerdo !on B=: =: ,,7? .I/I '(et&ods ?5 -&emical nalysis ?5 Pig %ron -ast %ron nd   Plain -arbon nd Ao: lloy teel* . el arrabio deber& !um#lir los re+uisitos !omo se indi!a en la Tabla 7), #ara la fabri!a!i%n de a!ero) abla abla E.!. -lasi5icación y designación para el arrabio acorde con la composición JuGmica para la 5abricación de acero. [!I]

De&!)$ a"!#$

Co1po&!"!#$ %;1!"a por"e$'%a S!! Ma$)a Fo&:  A%:r "!o $e&o oro e 1H Gerson Colorado Jorge Felibert> Jorge Felibert

,) tros el element ementos os !omo Cr Cr"" 9o" Ni" Ti Ti"" O O"" et! et!)")" #ueden es estar tar #rese #resentes ntes en traz trazas as tota totall no su#eri su#erior or al .-5) El !ontenido de estos elementos no se utilizar& en la !lasifi!a!i%n de arrabio)

El tama1o ( #eso de los lingotes de arrabio también debe !um#lir unas es#e!ifi!a!iones determinadas" las !uales son un #eso de 8/ Kg en !aso de tener dos mues!as o ,,)/ Kg en !aso de tener una sola mues!a" !on las dimensiones +ue se muestran en la figura 7). en mil'metros)

 Figura E.1. medidas de de un lingote de arr arrabio. abio.

, ES EST TADO DE DEL L ARTE 4el am#lio !am#o de la metalurgia ( la #rodu!!i%n de $ierro $a( mu!$as investiga!iones rela!ionadas !on diferentes #ro!esos de #rodu!!i%n" diferentes #arti!i#antes en los #ro!esos de redu!!i%n ( nuevas formas de a#rove!$ar de una meHor manera las materias #rimas ( los sub#rodu!tos resultantes de esta industria) Entre las diferentes l'neas de investiga!i%n se men!ionan en este a#artado avan!es rela!ionados a la meHora de #ro!esos de  #rodu!!i%n a!tualmente a!tualmente em#leados en la indust industria ria siderrgi!a" m meHoras eHoras en las materias #rimas em#l em#leadas eadas !o+ue e investiga!iones rela!ionadas !on el a#rove!$amiento de sub#rodu!tos !ontaminantes de la #rodu!!i%n de $ierro) Como fue men!ionado #reviamente" el !re!imiento de la #rodu!!i%n de a!ero en C$ina es un fen%meno interesante #ara su investiga!i%n) C$ina $a !re!ido e!on%mi!amente en los ltimos a1os ( a la #ar de este !re!imiento" $a !re!ido la industria del a!ero 2.3) En este #a's $a( un am#lio uso de los altos $ornos" ma(oritariamente $ornos !on !a#a!idades menores a .--- m; ( a #artir del ,--7 este #a's !omienza a !onstruir  ( desarrollar te!nolog'as de altos $ornos mu!$o m&s grandes" de 8--- m; o m&s" meHorando entre otras !osas los sistemas de !ontrol de estos $ornos ( el a#rove!$amiento de los minerales de $ierro utilizados regularmente 2;-3) C$ina también est& a#li!ando té!ni!as #ara la austeniza!i%n #ar!ial de a!ero d!til" !omo Y!oredLire inHe!tion #ro!essZ" Ytundis$ !over ladle nodularizing #ro!essZ" fundi!i%n $orizontal !ontinua ( el #ro!eso EC" donde en !ada uno de ellos se !onfieren distintas #ro#iedades al $ierro derivados de las mi!roestru!turas formadas #or !ada uno de estos #ro!esos 2;.3) Esta !onstru!!i%n #rogresiva de grandes $ornos !on toda la ingenier'a detr&s de los #ro(e!tos de tal magnitud ( el im#a!to +ue tiene la e!onom'a de es!ala ( la #rivatiza!i%n de las em#resas +ue fabri!an a!ero 2;,3" #ermiten entender un #o!o m&s el re!iente !re!imiento a!elerado de la  #rodu!!i%n en este #a's) #a's) 21

 

=ntrodu!!i%n a la ingenier'a de materiales :iderurgia? *ierro

Alexander Baena> Gerson Colorado Jorge Felibert> Jorge Felibert

4entro del an&lisis de #ro!esos de #rodu!!i%n" se $a identifi!ado al alto $orno !omo el segundo #ro!eso de ma(or !onsumo de energ'a" des#ués del se!tor de la #etro+u'mi!a adem&s de ser un im#ortante !ontribu(ente a la libera!i%n de C, a la atm%sfera !on una #arti!i#a!i%n del /5 2;;3) or ello" nuevas formas de #rodu!ir  $ierro $an sido estudiadas !omo los #ro!esos de redu!!i%n dire!ta en donde el !onsumo energéti!o e im#a!to ambiental son menores a los (a utilizados en la industria #ara la #rodu!!i%n de arrabio 2;;3) Con res#e!to a las materias #rimas" el em#leo del !o+ue es fundamental #ara la redu!!i%n de los %xidos ferrosos en el alto $orno ( el estudio ( !om#rensi%n de !%mo la !om#osi!i%n afe!ta la estru!tura del !o+ue ( est& a su vez la !alidad del $ierro $a sido estudiada ( #resentada en diferentes art'!ulos 2;83) El !o+ue es un material ma!ro#oroso ( duro" #rodu!ido de la !arboniza!i%n del !arb%n ( #ara el #ro!eso de #rodu!!i%n de $ierro !um#le !on tres tareas fundamentales? Combustible" agente redu!tor ( so#orte #oroso)