Todo sobre el acero

Índice Resumen 1. El acero ………………………………………………………… 4 1.1 Concepto del acero…………………………..………….. 4 1.2 Clasificación del acero………………………………… 4 2. Antecedentes históricos del acero……………………….. 5 3. Proceso del acero…………………………………………… 6 3.1 Etapas de la producción de acero a partir de materias primas…………………………………………………… 6 3.2 Proceso de Alto Horno……………………………… 8 3.3 Equipo Auxiliar………………………………………. 9 3.4 Productos obtenidos del Horno Alto……………... 10 3.5 Gas de Alto Horno y Estufas para Precalentamiento de aire……………………………………………………… 11 3.6 Toberas, Dardos (raceway), Crisoles y Hombre Muerto 3.7 Operación del Horno: Carga, Colada y Muestreo de Arrabio…………………………………………………….. 12 3.8 Descripción del recipiente…………………………….. 14 3.9 Aportes, Adicionales y Materiales Saliente………… 14 3.10 Horno de arco Eléctrico………………………………... 15 3.11 Equipamiento Eléctrico ………………………………… 16 4. Aplicaciones del Acero………………………………………… 17 4.1 Clases de Aceros al Carbono ………………………….. 17 4.2 Aplicaciones de las Aleaciones de Acero……………. 18 5. Impacto Social……………………………………………………

20

5.1 Impacto Socio-Económico………………………………

20

5.2 Impacto de la Innovación y la Responsabilidad Social………………………………………..

21

6. Impacto Ambiental y Científico………………………………..

22

6.1 Desechos Sólidos………………………………………….

22

6.2 Desechos Liquidos ………………………………………

23

Conclusión……………………………………………………………...

24

Referencias Bibliográficas……………………………………………

25

Resumen

A traves de la historia el hombre a tratado de mejorar las materias primas, añadiendo materiales tanto orgánicos como inorgánicos, para obtener los resultados ideales para las diversas construcciones. Dado el caso de que los materiales mas usados en la construcción no se encuentran en la naturaleza en estado puro, por lo que para su empleo hay que someterlos a una serie de operaciones metalúrgicas cuyo fin es separar el metal de las impurezas u otros minerales que lo acompañen. Pero esto no basta para alcanzar las condiciones optimas, entonces para que los metales tengan buenos resultados, se someten a ciertos tratamientos con el fin de hacer una aleación que reúna una serie de propiedades que los hagan aptos para adoptar sus formas futuras y ser capaces de soportar los esfuerzos a los que van a estar sometidos. El acero como material indispensable de refuerzo en las construcciones, es una aleación de hierro y carbono, en proporciones variables, y pueden llegar hasta el 2% de carbono, con el fin de mejorar algunas de sus propiedades, puede contener también otros elementos. Una de sus características es admitir el temple, con lo que aumenta su dureza y su flexibilidad. El acero es una aleación de hierro con carbono en una proporción que oscila entre 0,03 y 2%. Se suele componer de otros elementos, ya inmersos en el material del que se obtienen. Pero se le pueden añadir otros materiales para mejorar su dureza, maleabilidad u otras propiedades. Las propiedades físicas de los aceros y su comportamiento a distintas temperaturas dependen sobre todo de la cantidad de carbono y de su distribución. Antes del tratamiento térmico, la mayoría de los aceros son una mezcla de tres sustancias, ferrita, perlita, cementita. La ferrita, blanda y dúctil, es hierro con pequeñas cantidades de carbono y otros elementos en disolución. La cementita es un compuesto de hierro con el 7% de carbono aproximadamente, es de gran dureza y muy quebradiza. La perlita es una mezcla de ferrita y cementita, con una composición específica y una estructura características, sus propiedades físicas con intermedias entre las de sus dos componentes. La resistencia y dureza de un acero que no ha sido tratado térmicamente depende de las proporciones de estos tres ingredientes. Cuanto mayor es el contenido en carbono de un acero, menor es la cantidad de ferrita y mayor la de perlita: cuando el acero tiene un 0,8% de carbono, está por compuesto de perlita. El acero con cantidades de carbono aún mayores es una mezcla de perlita y cementita.

1.El Acero 2

1.1Concepto del Acero El acero es básicamente una aleación o combinación de hierro y carbono (alrededor de 0,05% hasta menos de un 2%). Algunas veces otros elementos de aleación específicos tales como el Cr (Cromo) o Ni (Níquel) se agregan con propósitos determinados. El hierro puro es uno de los elementos del acero, por lo tanto consiste solamente de un tipo de átomos.1 1.2 Clasificacion del acero Aceros aleados: Estos aceros contienen un proporción determinada de vanadio, molibdeno y otros elementos, además de cantidades mayores de manganeso, silicio y cobre que los aceros al carbono normales Son aquellos aceros que se emplean para diversas partes de máquinas, tales como engranajes, ejes y palancas. Además se utilizan en las estructuras de edificios, construcción de chasis de automóviles, puentes, barcos y semejantes. El contenido de la aleación varía desde 0,25% a un 6%.2

Figura1.1 Tipos de Aceros aleados que se fabrican, su uso puede ser desde engranajes, ejes hasta chasis de autos, barcos semejantes

Para Herramientas: Aceros de alta calidad que se emplean en herramientas para cortar y modelar metales y no-metales. Por lo tanto, son materiales empleados para cortar y construir herramientas tales como taladros, escariadores, fresas, terrajas y machos de roscar.3 Especiales: Los Aceros de Aleación especiales son los aceros inoxidables y aquellos con un contenido de cromo generalmente superior al 12%. Estos aceros de gran dureza y alta resistencia a las altas temperaturas y a la corrosión, se emplean en turbinas de vapor, engranajes, ejes y rodamientos.4

Figura 1.2 Los aceros para herramientas, son empleados para poder cortar, modelar y perforar metales y no metales

Aceros de baja aleación ultrarresistentes: Esta familia es la más reciente de las cuatro grandes clases de acero. Los aceros de baja aleación son más baratos que los aceros aleados convencionales ya que contienen cantidades menores de los costosos elementos de aleación.5

3

Aceros inoxidables: Los aceros inoxidables contienen cromo, níquel y otros elementos de aleación, que los mantienen brillantes y resistentes a la herrumbre y oxidación a pesar de la acción de la humedad o de ácidos y gases corrosivos. Algunos aceros inoxidables son muy duros; otros son muy resistentes y mantienen esa resistencia durante largos periodos a temperaturas Figura1.3 Los aceros inoxidables extremas. Debido a sus superficies brillantes, en tienen aoariencia y propiedades arquitectura se emplean muchas veces con fines higienicas, al igual que tienen decorativos. El acero inoxidable se utiliza para las tuberías buenas propiedades de soldabilidad y tanques de refinerías de petróleo o plantas químicas, para los fuselajes de los aviones o para cápsulas espaciales. También se usa para fabricar instrumentos y equipos quirúrgicos, o para fijar o sustituir huesos rotos, ya que resiste a la acción de los fluidos corporales.6

2.Antecedentes históricos del acero No se conoce con exactitud la fecha en que se descubrió la técnica de fundir mineral de hierro para producir un metal susceptible de ser utilizado. Los primeros utensilios de hierro descubiertos por los arqueólogos en Egipto datan del año 3.000 a.C., y se sabe que antes de esa época se empleaban adornos de hierro. Los griegos ya conocían hacia el 1.000 a.C. la técnica, de cierta complejidad, para endurecer armas de hierro mediante tratamiento térmica Las aleaciones producidas por los primeros artesanos del hierro (y, de hecho, todas las aleaciones de hierro fabricadas hasta el siglo XIV d.C.) se clasificarían en la actualidad como hierro forjado. Para producir esas aleaciones se calentaba una masa de mineral de hierro y carbón vegetal en un horno o forja con tiro forzado. Ese tratamiento reducía el mineral a una Figura 2.1 Trabajadores produciendo hierro en los masa esponjosa de hierro metálico llena de una años 1400 escoria formada por impurezas metálicas y cenizas de carbón vegetal. Esta esponja de hierro se retiraba mientras permanecía incandescente y se golpeaba con pesados martillos para expulsar la escoria y soldar y consolidar el hierro. El hierro producido en esas condiciones solía contener un 3% de partículas de escoria y un 0,1% de otras impurezas. En ocasiones esta técnica de fabricación producía accidentalmente auténtico acero en lugar de hierro forjado. Los artesanos del hierro aprendieron a fabricar acero 4

calentando hierro forjado y carbón vegetal en recipientes de arcilla durante varios días, con lo que el hierro absorbía suficiente carbono para convertirse en acero auténtico.1 Después del siglo XIV se aumentó el tamaño de los hornos utilizados para la fundición y se incrementó el tiro para forzar el paso de los gases de combustión por la carga o mezcla de materias primas. En estos hornos de mayor tamaño el mineral de hierro de la parte superior del horno se reducía a hierro metálico y a continuación absorbía más carbono como resultado de los gases que lo atravesaban. El producto de estos hornos era el llamado arrabio, una aleación que funde a una temperatura menor que el acero o el hierro forjado. El arrabio se refinaba después para fabricar acero. 2 La producción moderna de acero emplea altos hornos que son modelos perfeccionados de los usados antiguamente. El proceso de refinado del arrabio mediante chorros de aire se debe al inventor británico Henry Bessemer, que en 1855 desarrolló el horno o convertidor que lleva su nombre. Desde la década de 1960 funcionan varios mini-hornos que emplean electricidad para producir acero a partir de chatarra. Sin embargo, las grandes instalaciones de altos hornos continúan siendo esenciales para producir acero a partir de mineral de hierro. 3

3.Proceso del acero 3.1Etapas de la producción de acero a partir de materias primas Fabricación de hierro El mineral de hierro, coque y cal son las materias primas que ingresan en el alto horno para producir hierro líquido (a menudo llamado “metal caliente”). El hierro que se desprende del alto horno contiene 4-4,5% en peso de carbono y otras impurezas que hace que el metal sea demasiado frágil para la mayoría de aplicaciones de ingeniería.1 Siderurgia La fabricación de acero de oxígeno básico (BOS) este proceso de toma de hierro líquido más chatarra de acero reciclado, reduce el contenido de carbono de entre 0 y 1,5% por soplado de oxígeno a través del metal en un convertidor para producir acero fundido. Alternativamente, el horno de arco eléctrico (EAF) se utiliza para volver a fundir la chatarra de hierro y acero. Los procesos siderúrgicos secundarios, se aplicaron para hacer ajustes precisos en la composición del acero, la temperatura y la limpieza. 2

5

Fundición Después, el acero se funde continuamente en losas macizas, tochos o palanquillas. La colada continua se ha sustituido en gran medida por el moldeo de lingotes tradicional. 3 Formación Primaria Las operaciones de conformación primaria, tales como el laminado en caliente, son las que se aplican a losas de colada continua, bloques, palanquillas y lingotes (tradicionales). El objetivo principal es por lo general para lograr grandes cambios en la forma, en lugar de desarrollar las propiedades del acero, aunque estos también pueden ser alterados significativamente. 4 Manufactura, fabricación y acabado Una amplia variedad de operaciones de conformación “secundarios”, se aplican para dar el componente de acero y las propiedades de su forma final. Estos pueden ser sub-divididas en los siguientes procesos generales: Dar forma (por ejemplo, laminación en frío) 5

6

3.2 Proceso de Alto Horno El viento caliente reacciona con el coque y el carbón pulverizado en el vientre y en el etalaje del alto horno para formar una mezcla de monóxido de carbono y nitrógeno. Esta mezcla asciende por el horno mientras intercambia calor y reacciona con las materias primas que descienden de la parte superior del horno. Finalmente los gases se descargan por el tragante del horno y se recuperan para ser usados como combustible en la planta siderúrgica. 6 Durante este proceso, la relación capa-espesor de los materiales que contienen hierro y el coque cargados por el tragante del horno y su distribución radial se controlan con el fin de que el viento caliente pueda pasar con una correcta distribución radial. Durante el descenso de la carga en el horno, los materiales que contienen hierro se reducen indirectamente por el gas de monóxido de carbono en la zona de baja temperatura de la parte superior del horno. En la parte inferior del horno, el dióxido de carbono producido por la reducción del mineral de hierro restante por el monóxido de carbono se reduce al instante por el coque (C) a monóxido de carbono que nuevamente reduce el óxido de hierro. La secuencia completa puede considerarse como una reducción directa del mineral de hierro por el carbono sólido en la zona de alta temperatura horno.7

Figura3.1 El alto horno es una instalacion idustrail en la que el mineral de hierro es transformada en arrabio, tambien conocido como hierro bruto

de la parte inferior del

El hierro reducido se funde, gotea y junta simultáneamente como arrabio en el crisol. Luego se descarga el arrabio y la escoria fundida a intervalos fijos (por lo general 2-5 horas) abriendo las piqueras de arrabio y de escoria en la pared del horno. Las fuerzas motrices de un alto horno La principal estructura de un alto horno consta de un blindaje vertical cilíndrico de chapa de acero grueso, revestido en la parte interior con ladrillos refractarios. La capa refractaria es enfriada por componentes metálicos refrigerados por agua llamados placas de enfriamiento, interpuestas entre el blindaje y los ladrillos refractarios. 8

7

El cuerpo del horno está compuesto por: La cuba, que se ensancha en forma de cono desde la parte superior El vientre, que es un cilindro derecho El etalaje, que se achica en forma de cono hacia el fondo y se ubica inmediatamente debajo del vientre, y el crisol, en el fondo del horno. 9 Por lo general la cuba, el vientre y el etalaje están forrados con ladrillos de arcilla refractaria y ladrillos de carburo de silicio, mientras que el crisol está forrado con ladrillos al carbono. Dependiendo del tamaño del horno, la pared lateral del crisol está ubicada radialmente y tiene de 20 a 40 boquillas de soplado de aire refrigeradas con agua denominadas toberas, que se usan para inyectar el aire caliente proveniente de las estufas Cowper al horno a través de la tubería principal de aire caliente y las morcillas. 10 También se instalan piqueras para descargar el arrabio y piqueras para descargar la escoria en la sección del crisol.

3.3 Equipo Auxiliar Además de la estructura principal del alto horno, existen los siguientes equipos auxiliares: -

-

-

Cintas transportadoras para trasportar las materias primas (mineral y coque) al tragante del alto horno. Tolvas para almacenar temporalmente estas materias primas. ICP (inyección de carbón pulverizado) con equipo para pulverizar el carbón e inyectarlo bajo presión. Con un equipo de carga de campana, las materias primas entran en el horno a través del espacio creado al bajar una pequeña campana invertida. Esta campana se cierra y una campana más grande (ancha por abajo) se abre para permitir que las materias primas caigan en la cuba que se encuentra abajo. Con un equipo de carga sin campana, las materias primas se cargan en el horno a través de una rampa giratoria. Máquinas soplantes para impulsar el aire. La estufa Cowper para calentar el aire. Es un horno cilíndrico de alrededor 12 m de diámetro y unos55 m de altura y tiene una cámara llena de ladrillos cuadriculados de sílice. La estufa Cowper es un tipo de intercambiador de calor en el cual el calor producido por la combustión del gas de alto horno se almacena en la cámara de recuperación del calor,

8

-

-

después de lo cual se sopla aire frío a través del recuperador de calor para producir el aire caliente precalentado para el horno. Dos o más estufas funcionan en ciclos alternos, proporcionando una fuente continua de aire caliente al horno. Turbina de recuperación de la presión del tragante del alto horno: Por lo general un alto horno funciona con una presión del tragante de alrededor de 250 kPa. Para recuperar la energía del gran volumen de los gases de escape de alta presión, el alto horno está equipado, después de la eliminación del polvo, con una turbina de recuperación de la presión del tragante para generar energía eléctrica usando la diferencia de presión entre el tragante del horno y el gasómetro de almacenamiento de gas. Equipo para la eliminación del polvo y recuperación. 11

Figura 3.2 estrucutra principal del hrono alto

3.4 Productos obtenidos del Horno Alto Los materiales descargados del alto horno son arrabio a 1.803 K (1.530 °C), alrededor de 300 kg de escoria fundida por tonelada de arrabio y gases de escape que contienen polvo descargados por el tragante del horno. 12 Arrabio: Es vertido en una cuchara torpedo donde se lo somete a un tratamiento previo y luego se transfiere a una acería. Escoria fundida: Es triturada después del enfriamiento y reciclada como material para firme de carreteras y para la fabricación de cementos. Gas del Tragante: Después de la eliminación del polvo, se usa como combustible para las estufas Cowper para precalentar el aire soplado o para hornos de recalentamiento. 13

9

Arrabio El arrabio es el producto principal del proceso de los altos hornos. Es hierro saturado en carbono con una cantidad de impurezas tales como silicio, manganeso, azufre y fósforo. Se descarga por el crisol del alto horno a una temperatura de 1480 °C y 1520 °C. Escoria: La escoria se forma a partir del material de la ganga de la carga, las cenizas del coque y de otros reductores auxiliares. Durante el proceso del alto horno, la escoria primaria se convierte en escoria final. 14 Materias primas Mineral y coque: Para producir una tonelada de arrabio, se requiere alrededor de 1,600 kg de materiales que contienen hierro, tales como mineral sinterizado, mineral granular y pelets, y se consume alrededor de 380 kg de coque como reductor. El mineral y el coque se cargan en capas alternas desde el tragante del alto horno. La cal (CaCO3, CaO) en el sínter se agrega como fundente en el alto horno y el sínter se categoriza como ácido, sínter autofundente y súper fundente. El sínter autofundente contiene la cal requerida para fundir sus componentes ácidos; el sínter súper fundente agrega cal al alto horno. 115 Las influencias más importantes del coque son las siguientes: -

-

El coque es la fuente del gas de CO que se usa para reducir los óxidos de hierro a hierro metálico. El coque se consume y genera el calor que se usa para fundir la carga. La carga en capas alternas de mineral y coque crea una estructura de coque a través de la cual se distribuye el gas reductor y penetra en las capas de mineral. Cuando el mineral se funde la carga consiste sólo de coque, la carga del alto horno es soportada por esta estructura que también se requiere que sea permeable para permitir que se acumule el hierro y la escoria en el crisol. El coque provee el carbono para la carburación del arrabio. 16

3.5 Gas de Alto Horno y Estufas para Precalentamiento de Aire El aire insuflado en el alto horno es precalentado a 1000–1250 °C en las estufas Cowper. Las estufas trabajan en ciclos, primero se calientan los ladrillos refractarios en la estufa mediante quemadores usando gas de alto horno. Luego se insufla el aire frío y el calor almacenado en los ladrillos se transfiere al gas. El aire caliente se envía al alto horno a través de la tubería principal de aire caliente, la morcilla y las toberas.

10

En la parte superior del horno, el gas del tragante es caliente y contiene una gran cantidad de partículas finas. Para removerlas, el gas es enviado a un colector de polvo y a un sistema de limpieza por vía húmeda a través del tubo de bajada del gas del tragante. 17

3.6Toberas, Dardos (raceway), Crisoles y Hombre Muerto El aire caliente se inyecta en el horno a través de las toberas, que son alimentadas desde la morcilla que rodea al alto horno. Una tobera es un tubo cónico de cobre, y la cantidad de toberas oscila de 12 en un alto horno pequeño hasta 42 en un alto horno grande. El viento caliente gasifica los coques en frente de las toberas así como también el reductor auxiliar inyectado por la tobera, creando una cavidad denominada dardo o raceway. El oxígeno en el viento se convierte a monóxido de carbono gaseoso, el gas resultante tiene una temperatura de llama de 2100–2300 °C. El crisol es la zona inferior del alto horno donde se acumula el material fundido. Contiene una capa de escoria que flota sobre la capa de arrabio. La carga de coque puede descansar en el fondo del horno o puede flotar en la capa de arrabio. Una zona de coques casi estancados esta presente en el centro del crisol del horno, denominada hombre muerto. 18

3.7 Operación del Horno: Carga, Colada y Muestreo de Arrabio La distribución de la carga en el alto horno ejerce mucha influencia sobre su operación y rendimiento. Se determina por las propiedades de los materiales de la carga y por los equipos usados. El flujo de gas en el horno puede controlarse por la distribución de la carga. Los dos tipos principales de equipos de carga se describen a continuación. En el sistema de campana doble los materiales se cargan por la campaña superior pequeña ubicada sobre la campana inferior grande que está cerrada. La campana pequeña se cierra y la campana grande se abre para cargar los materiales en el horno. Para aumentar el control sobre la distribución de la carga puede equiparse al alto horno con un blindaje movible. El segundo tipo es el tragante sin campana en el cual los materiales se cargan a través de una rampa movible, permitiendo un mejor control de la distribución de los finos y de la relación coque/mineral sobre el diámetro del horno. 19 Colada El crisol del alto horno se llena con una capa de arrabio y una capa de escoria que flota por encima. Para sacar el material el horno se cuela 8-14 veces por día a

11

través de piqueras. Cada colada dura en promedio 90-180 minutos. Los altos hornos modernos tienen hasta 4 piqueras a través de las cuales se cuela la escoria y el arrabio. Una piquera se cierra tapándola con arcilla usando un cañón de arcilla. Los líquidos se cuelan en un canal de colada del arrabio y se separaran por un desescoriador permitiendo que el arrabio siga fluyendo pero desviando la escoria a su canal de colada. El arrabio se recolecta en cucharas denominadas cucharas torpedo y se transporta al convertidor LD. Generalmente la escoria se granula con agua o se descarga en los fosos de escoria. 20 Muestreo Primero se toman muestras del arrabio antes de que se lleve al convertidor LD para analizar el contenido de silicio, azufre, manganeso, fósforo y oxígeno. Las muestras se analizan rápido y brindan al operador del convertidor LD un análisis exacto del arrabio que se va a cargar a fin de optimizar el proceso de producción de acero. En la mayoría de las plantas también se analiza una muestra de la escoria en cada colada. 21

Producción de acero en convertidores LD En el Convertidor LD (BOF) la concentración de carbono en el metal caliente es reducida al nivel requerido mediante la inyección de oxígeno a alta presión. También se agrega algo de chatarra de acero reciclada. Otras adiciones también son necesarias. Su rol es controlar la operación del horno, especialmente el soplado de oxígeno y realizar adiciones apropiadas, antes de colar el acero en una cuchara lista para los procesos de metalurgia secundaria. bos_thumbnail. 22

LD (BOS) En el Convertidor LD (BOF) la concentración de carbono en el metal caliente es reducida al nivel requerido mediante la inyección de oxígeno a alta presión. También se agrega algo de chatarra de acero reciclada. Otras adiciones también son necesarias. Su rol es controlar la operación del horno, especialmente el soplado de oxígeno y realizar adiciones apropiadas, antes de colar el acero en una cuchara lista para los procesos de metalurgia secundaria. El procesamiento en el convertidor LD (BOS) tiene por objeto afinar el metal caliente – arrabio producido en el alto horno – en acero líquido bruto, que luego podrá ser nuevamente afinado por metalurgia secundaria.

12

Las principales funciones del Convertidor LD (BOF) son la decarburación y la eliminación del fósforo del arrabio y la optimización de la temperatura del acero, para que cualquier otro tratamiento, previo a la colada, pueda realizarse con el mínimo recalentamiento o enfriamiento del acero. Las reacciones exotérmicas de oxidación que ocurren durante el proceso en el convertidor LD (BOS) generan gran cantidad de energía térmica – más de la necesaria para lograr la temperatura final del acero. Este calor adicional se utiliza para fundir chatarra y/o adiciones de mineral de hierro. 23 3.8 Descripción del recipiente El recipiente (reactor o convertidor) está compuesto por una carcasa de acero, revestida internamente con ladrillos refractarios (magnesita o dolomita), sostenida por un robusto anillo de acero equipado con muñones, cuyo eje es accionado por un sistema basculante o de volcado. El volumen interno del recipiente es entre 7 a 12 veces mayor que el volumen del acero a procesar, para que la mayor parte de las proyecciones de metal generadas por la inyección de oxígeno queden confinadas, conjuntamente con la escoria expandida durante los períodos de espumado. Esta geometría típica de un convertidor muestra la nariz (N), la lanza de oxígeno (L), el anillo de muñones (B), el muñón (T), el mecanismo basculante (M), y la piquera (H). La capacidad típica es de 200 a 300 toneladas métricas de acero líquido y el ciclo entre colada y colada es de aproximadamente 30 minutos, con un período de soplado de oxígeno de 15 minutos. 24

3.9 Aportes, adiciones y material saliente Las materias primas que se cargan en el convertidor son: -

-

-

“Metal caliente” líquido, arrabio proveniente del alto horno después de haberlo sometido a tratamientos específicos previos, tales como la desulfuración o la defosforación. Otras adiciones que contienen hierro, en especial chatarra y mineral, calculadas para ajustar el balance térmico y obtener la temperatura de acero requerida Las adiciones necesarias para formar una escoria de composición apropiada, que incluyen, principalmente, cal (CaO) y cal dolomítica (CaOMgO), generalmente en la forma de trozos de 20 a 40 mm

13

Oxígeno puro inyectado ya sea a través de una lanza con múltiples orificios o a través de toberas en el fondo del convertidor Una vez completada la operación de soplado, los materiales producidos son: -

-

-

Acero líquido Gas de escape rico en CO (entre 80 y 90%), recuperado a través de la campana extractora cerrada o de combustión suprimida y es frecuentemente usado en los quemadores de los hornos de recalentamiento. Escoria, vaciada del recipiente después del acero.

Tanto el gas como la escoria constituyen valiosos sub-productos, siempre y cuando sean adecuadamente recuperados y almacenados. 25

3.10 Horno de arco eléctrico En el horno de arco eléctrico (EAF), la chatarra de acero reciclada es fundida y convertida en acero de alta calidad a través de arcos eléctricos de alta potencia. La principal tarea de la mayoría de los hornos de arco eléctrico modernos es convertir las materias primas sólidas en acero crudo líquido lo más rápido posible y luego afinarlas aún más en los sucesivos procesos de la metalurgia secundaria. De todos modos, si se dispone de tiempo, prácticamente cualquier operación metalúrgica podría llevarse a cabo durante el proceso del baño plano (luego de la fusión), que normalmente es realizado como un tratamiento previo a las operaciones de la metalurgia secundaria. 26 Equipamiento básico y operación La instalación básica de un horno de arco eléctrico consiste de una carcasa con un techo encima del mismo. La carcasa está revestida con ladrillos cerámicos (normalmente con ladrillos refractarios de magnesita) que actúan como aislante entre el horno y el acero líquido. En la parte superior de las paredes del crisol y las paredes interiores del techo, elementos de enfriamiento por agua son utilizados en lugar de aislantes cerámicos. Estos paneles enfriados por agua se ubican de tal manera que no exista un contacto directo con el acero líquido. Previo al comienzo de las operaciones de fusión y calentamiento, el horno es cargado con chatarra de acero reciclado, utilizando una canasta de chatarra que ha sido cuidadosamente cargada en el patio de chatarra. Luego de la carga de la chatarra, se cierra el techo y tres electrodos de grafito descienden hasta la chatarra. La energía eléctrica se enciende y al contacto se transforma en calor cuando se produce el arco eléctrico entre los electrodos y el material de carga

14

sólido. A medida que la chatarra se funde, comienza a formarse un baño de acero líquido en el fondo del horno. Cuando todas las canastas de chatarra (normalmente 2 o 3) han sido fundidas, el calentamiento continúa por cierto tiempo a fin de sobrecalentar el acero hasta la temperatura final de la colada. Durante este período – normalmente denominado período de afino – pueden realizarse algunas operaciones metalúrgicas tales como la desulfuración, la defosforación y la decarburación. Cuando el acero ha logrado la composición y la temperatura adecuadas, se corta el suministro de energía eléctrica del horno y se procede al colado del mismo. 27 3.11 Equipamiento eléctrico El sistema de energía eléctrica consiste de una sección primaria y una sección secundaria. La sección primaria es la parte de alto voltaje que alimenta al horno desde la subestación eléctrica. La sección primaria, con un voltaje de 25-50 kV, ingresa a un transformador del horno donde el voltaje es reducido a un nivel adecuado para las condiciones de operación del horno (sección secundaria), normalmente entre los 400-1000 V. En el caso de corriente alterna, se utilizan tres fases y se requieren tres electrodos. Cada una de estas fases se conecta a uno de los tres electrodos de grafito. Los electrodos de grafito tienen un rol muy importante ya que transportan la energía eléctrica dentro del horno. El grafito es utilizado ya que soporta altas temperaturas y es un buen conductor eléctrico. Cuando el electrodo se encuentra cerca de la chatarra se genera un arco y se forma un circuito eléctrico. Estos arcos brindan la energía térmica necesaria para fundir la chatarra – cuanto mayor sea el voltaje, más largo el arco. 28

15

4. Aplicaciones del acero El acero al carbono, constituye el principal producto de los aceros que se producen, estimando que un 90% de la producción total producida mundialmente corresponde a aceros al carbono y el 10% restante son aceros aleados. Estos aceros son también conocidos como aceros de construcción, La composición química de los aceros al carbono es compleja, además del hierro y el carbono que generalmente no supera el 1%, hay en la Figura4.1 Ejemplo de una de las aleación otros elementos necesarios para su aplicaciones mas utilizadas del acero producción, tales como silicio y manganeso, y hay otros que se consideran impurezas por la dificultad de excluirlos totalmente –azufre, fósforo, oxígeno, hidrógeno. El aumento del contenido de carbono en el acero eleva su resistencia a la tracción, incrementa el índice de fragilidad en frío y hace que disminuya la tenacidad y la ductilidad. 1

4.1 Clases de aceros al carbono 1.- Aceros al carbono que se usan en bruto de laminación para construcciones metálicas y para piezas de maquinaria en general. 2. Aceros al carbono de baja aleación y alto límite elástico para grandes construcciones metálicas, puentes, torres, etc. Figura 4.2 Los aceros al carbono

3. Aceros al carbono de fácil mecanización en tornos son grandes bases para la construccion de puntes, torres y automáticos. demas estructuras En estos aceros son fundamentales ciertas propiedades de orden mecánico, como la resistencia a la tracción, tenacidad, resistencia a la fatiga y alargamiento, Estas propiedades dependen principalmente del porcentaje de carbono que contienen y demás aleantes. 2

16

Acero extra suave: El porcentaje de carbono en este acero es de 0,15%, tiene una resistencia mecánica de 38-48 kg/mm2 y una dureza de 110-135. Aplicaciones: Elementos de maquinaria de gran tenacidad, deformación en frío, embutición, plegado, herrajes, etc. 3 Acero suave: El porcentaje de carbono es de 0,25%, tiene una resistencia mecánica de 48-55 kg/mm2 y una dureza de 135-160 HB. Aplicaciones: Piezas de resistencia media de buena tenacidad, deformación en frío, embutición, plegado, herrajes, etc. 4 Acero semisuave: El porcentaje de carbono es de 0,35%. Tiene una resistencia mecánica de 55-62 kg/mm2 y una dureza de 150-170 HB. Aplicaciones: Ejes, elementos de maquinaria, piezas resistentes y tenaces, pernos, tornillos, herrajes. 5 Acero semiduro: El porcentaje de carbono es de 0,45%. Tiene una resistencia mecánica de 62-70 kg/mm2 y una dureza de 280 HB. Aplicaciones: Ejes y elementos de máquinas, piezas bastante resistentes, cilindros de motores de explosión, transmisiones, etc. 6 Acero duro: El porcentaje de carbono es de 0,55%. Tiene una resistencia mecánica de 70-75 kg/mm2, y una dureza de 200-220 HB. Aplicaciones: Ejes, transmisiones, tensores y piezas regularmente cargadas y de espesores no muy elevados.7 Otras aplicaciones Con estos aceros se fabrican los puentes de ferrocarril, las grandes estructuras de las estaciones, las columnas metálicas de las líneas eléctricas, los cascos de los buques, las estructuras de las casas, las carrocerías de los automóviles, los tubos de las bicicletas, los clavos, los alfileres, las cerraduras de las puertas, los asientos de las clases y muchos objetos más que utilizamos diariamente. En la mayoría de los casos se utiliza el acero tal como viene de las acerías, sin darle ningún tratamiento térmico especial. 8

4.2 Aplicaciones de las aleaciones de acero Los aceros al níquel más utilizados son los siguientes: Aceros al de níquel: 2,3% - 5% de Ni, 0,1-0,25% de C (para cementación) y con 0,25-0,4% de C (para piezas de gran resistencia) 9 Aceros cromo-níquel y aceros cromo níquel molibdeno: con porcentajes variables de C (0,1-0,22%) se emplean para cementación y con 0,25-0,4% de C se emplean para piezas de gran resistencia. En estos aceros los porcentajes de cromo-níquel suelen tener una relación aproximada de 1% Cr y 3% Ni. 10 17

- Aceros de media aleación níquel-molibdeno y níquel manganeso: 0,25- 0,4% de C para piezas de gran resistencia y con 0,1-0,25% para piezas cementadas, Ni de 1-2%, Mn 1-1,5%, Molibdeno 0,15-0,4%.11 Al cromo: Es uno de los elementos especiales más empleados para la fabricación de aceros aleados, usándose indistintamente en los aceros de construcción, en los de herramientas, en los inoxidables y en los de resistencia en caliente. Se emplea en cantidades diversas desde 0,3 a 30% de Cr según los casos, y sirve para aumentar la dureza y la resistencia a la tracción de los aceros, mejora la templabilidad, impide las deformaciones en el temple, aumenta la resistencia al desgaste, la inoxibilidad, etc. 12

Figura4.3 Aceros al cromo, su empleo se puede ver en las herramientas tales como, llaves, dados destornilladores y demas

Molibdeno: Este elemento mejora la resistencia a la tracción, la templabilidad, la resistencia al de los aceros. Añadiendo pequeñas cantidades a los aceros cromo-níquel , se disminuye o elimina la fragilidad Krupp que se presenta cuando estos aceros son revenidos en la zona de los 450°C a 550°C. 13 Al manganeso: El manganeso aparece prácticamente en todos los aceros, debido, principalmente, a que se añade como elemento de adición para neutralizar la perniciosa influencia del azufre y del oxígeno. El manganeso actúa también como desoxidante y evita, en parte, que en la solidificación del acero se desprendan gases que den lugar a la formación de porosidades perjudiciales en el material - Tienen buena resistencia al desgaste y por esto se utiliza para hacer carriles, cruzamientos de vías, piezas de machacadores, maquinas trituradoras. 14

Figura 4.4 El wolframio se puede utilizar el las herramientas de corte, como lo son las brocas

Al wolframio: El wolframio es un elemento muy utilizado para la fabricación de aceros para herramientas, empleándose en especial en los aceros rápidos, aceros para herramientas de corte, y aceros para trabajos en calientes. 15 Vanadio: Se emplea principalmente para la fabricación de aceros de herramientas, tiende a afinar el grano y disminuir la templabilidad. Es un elemento desoxidante muy fuerte.(b) 16

18

5. Impacto Social El ambiente de trabajo en la industria metalúrgica es extraordinario en casi todos los aspectos. Los equipos de producción están expuestos constantemente a temperaturas extremas, polvo, contaminantes y humedad que pueden causar costosas paradas no planificadas. A esta presión se suma la recurrencia de altas velocidades, cargas de impacto y pares elevados. Además, para hacer frente a la competencia global y la estricta supervisión del medio ambiente, los productores de acero buscan vías para mejorar la eficiencia y reducir los costes. La industria de acero es una de las más importantes en los países desarrollados y los que están en vías de desarrollo. En los últimos, esta industria, a menudo, constituye la piedra angular de todo el sector industrial. Su impacto económico tiene gran importancia, como fuente de trabajo, y como proveedor de los productos básicos requeridos por muchas otras industrias: construcción, maquinaria y equipos, y fabricación de vehículos de transporte y ferrocarriles. 1 5.1 Impacto Socio-Economico El acero es un material sustentable por naturaleza, ya que desde su extracción a través del mineral de hierro, su transformación y aplicación en diversos productos, se puede utilizar para cualquier propósito y después se puede reciclar. Así cumple con un ciclo sustentable. Como un material infinitamente reciclable, el acero es altamente adaptable, por ello tiene buenas credenciales de sostenibilidad sobre todo cuando las emisiones de CO2 en el punto de fabricación son altamente cuidadas durante todo el ciclo de vida del producto. 2 Respecto a lo que concierne al medio ambiente, se implementó un programa de recirculación de 3,487,930 m3de agua residual, es decir 3,487,930 m3 agua que normalmente seria residual, se reutilizó y se dejó de consumir esta cantidad directamente del rio lo cual dio como resultado un ahorro de $552,269.20 USD. El impacto económico de este consumo está siendo profundo, tanto en presiones de precios sobre el acero como en la creciente demanda de la industria siderúrgica por mineral de hierro, carbón, cobre, níquel y zinc en beneficio de la minería. No obstante, proyecciones de Access Economics indican que las reducciones del gasto y la inversión gubernamental en todo el mundo pueden llevar a su vez a reducciones significativas en la demanda y los precios de varios minerales, pronosticando que en los casos del plomo, platino, plata, cobre y níquel dichos precios pueden caer hasta en un 20% de aquí a mediados del 2006. 3

Después de 125 años de negociar exclusivamente metales, la Bolsa de Metales de Londres aceptará a partir del 27 de mayo próximo la comercialización de dos

19

tipos de plásticos – polipropileno (PP) y un polietileno linear de baja densidad (LLDPE) – reconociendo así la presencia indiscutible de los termoplásticos (con un mercado de 120 mil millones de dólares anuales) que van incluso desplazando por su resistencia y versatilidad a materias primas tradicionales. Viajeros y turismo.- El gasto global en hoteles y restaurantes se espera llegará en 2005 a 1 billón 700 mil millones de dólares ($1.7 trillones en inglés); el turismo continuará la recuperación iniciada en 2004 después de años previos muy difíciles.4

Fig.5.1 Según proyecciones del Instituto Internacional del Hierro y el Acero, el consumo global de aceros terminados crecerá 4.5% en 2005, impulsado por el consumo de China que aumentará 10.4% y el de América del Sur (5.9%).La participación de China en el consumo global de acero llegará al 30.3% en este año, cuando hace apenas una década representaba el 13.5%.

5.2. Impacto de la Innovación y la Responsabilidad Social Se ha adoptado un enfoque de primer orden en materia de desarrollo sostenible a escala mundial y este tema se considera como el eje central de su modelo de negocio y para lograr los objetivos planteados se ha desarrollado un Código de Ética que permite guiar el camino de sus acciones de forma competitiva y responsable. La innovación para este proyecto permitirá garantizar la eficiencia de las contribuciones y a su vez dará pauta a seguir con los principios y valores fijados a lo largo de los años; así mismo, a través de esta innovación se pretende diseñar e implementar mejores acciones para cubrir las necesidades empresariales y sociales de los entes involucrados; para ello hay que considerar que existe una gran diversidad de agentes que están promoviendo los cambios y por lo tanto es necesario generar un mayor enfoque hacia la innovación planteada. El clima económico actual ha generado una mayor necesidad y demanda de servicios enfocados a responder las necesidades de responsabilidad social y; con ello, la innovación cobrará importancia de tal suerte que los impactos en la creación de valor y en la disminución de los costes logísticos permitirán el 20

aumento en la calidad de producto y por ende la satisfacción de los clientes se verá incrementada.

6. Impacto Ambiental y Científico. El hierro producido en los altos hornos es refinado mediante el proceso de fabricación de acero, en el que es eliminada la mayor parte del carbón que sé disolvió en el hierro líquido. En las plantas antiguas, el proceso de fabricación de acero todavía emplea el hogar abierto, pero en las plantas nuevas el método favorito es el del horno básico de oxígeno; se emplea oxigeno para quemar el carbón que está disuelto en el hierro. En ambos procesos, se producen grandes cantidades de gases que contienen monóxido de carbono y polvo. Estos gases pueden ser reciclados luego de eliminar el polvo, dañinos al aire y a la producción de granos. 6.1. Desechos sólidos. Las fábricas de hierro y acero producen grandes cantidades de desechos sólidos, como escoria de horno alto, que puede ser utilizada para producir ciertos tipos de cemento, si se granula correctamente. La escoria básica, otro desecho sólido, se emplea como fertilizante, y se produce al utilizar los minerales de hierro que poseen un alto contenido de fósforo. La recolección de polvo en las plantas de coque, sintetización y en el alto horno, produce desechos Fig.6.1 desechos sólidos de acero que, en teoría, pueden ser parcialmente reciclados. El diseño debe aprovechar al máximo el reciclaje de los desechos sólidos recolectados en los espesadores, tanques de asentamiento, ciclones de polvo, precipitadores electroestáticos y áreas de almacenamiento de las materias primas. Hay que identificar en el plan del proyecto, las medidas apropiadas de eliminación definitiva de desechos sólidos, y éstas deben ser evaluadas completamente durante los estudios de factibilidad del proyecto. Se debe investigar la facilidad con que se puede lixiviar estos desechos; los depósitos de desperdicios sólidos deben ser forrados y monitoreados continuamente, a fin de prevenir la contaminación de las aguas freáticas. 2

21

6.2. Desechos líquidos. Los solventes y ácidos que se utilizan para limpiar el acero son, potencialmente, peligrosos, y deben ser manejados, almacenados y eliminados como tal. Algunos de los subproductos que se recuperan son peligrosos o carcinogénicos, y se debe tomar las medidas adecuadas para recolectar, almacenar y despachar estos productos. Es necesario monitorear las fugas de líquidos y gases. 3

Fig.6.2. desechos líquidos

22

Conclusion El acero no es un material nuevo, se ha visto a través de la historia como se logro realizar esta aleación en el siglo XIX . La fabricación del acero comenzó por accidente ya que los expertos en la materia intentando fabricar hierro calentaron excesivamente la masa y la enfriaron muy rápido obteniendo la aleación del acero en lugar de hierro. El proceso que se necesita para lograr conseguir el acero y las complicaciones que tiene este proceso que es muy complejo. además las dificultades para lograr los diferentes tipos de acabados que se le pueden dar al acero. Los sistemas de obtención del acero son muy variados dependiendo de la cantidad del acero a obtener. La variedad de aceros es muy extensa dependiendo del método de fabricación y la cantidad de carbono que contenga. Algunos tipos de acero pueden volverse a fundir de forma que contaminan menos al ser reciclados y vueltos a utilizar. El uso del acero en la construcción es muy importante, ya que este es que le proporciona a las estructuras el refuerzo adicional, por ende es llamado el esqueleto de las estructuras. La industria sobre el acero es muy extensa y a la vez es de mucha calidad, por eso es uno de los sectores que predomina en nuestro país desde hace mucho tiempo. Existen hoy cerca de 3000 matices (composiciones químicas) catalogadas, sin contar aquellas que son creadas a media, todo lo cual contribuye a hacer que el acero sea el material mejor situado para afrontar los desafíos del futuro

Referencias Bibliograficas http://montajesurbanos.com/aceroalcarbon.html https://tecnolowikia.wikispaces.com/Aplicaciones+de+los+Aceros+Aleados

23

http://html.rincondelvago.com/aceros-aleados-y-elementos-de-aleacion.html http://spain.arcelormittal.com/who-we-are/management.aspx https://prezi.com/nzuuh0pec1wf/impacto-ambiental-del-acero-y-alumnio/

24