ACEROS

Es una aleación de hierro y carbono fabricada por el hombre.

El hierro puro carece de importancia, pero, formando aleaciones con el carbono y otros ingredientes, es el metal más utilizado por las propiedades que le confiere el carbono. Las aleaciones de hierro carbono con un contenido entre 0,08% y 1,76 % de carbono, poseen unas características muy definidas y se denominan aceros al carbono. Estos a su vez pueden alearse con otros elementos para formar aceros especiales o aceros aleados, aportando características especiales, entre ellas:

·                   Buena penetración del temple.

·                   Resistencia mecánica elevada.

·                   Resistencia a la corrosión.

·                   Resistencia al calor.

·                   Resistencia a la abrasión.

·                   Resistencia al impacto.

       
             El proceso de refinación  del Hierro al acero, consiste en disminuir los porcentajes de carbono, silicio, manganeso y eliminar casi en su totalidad las impurezas constituidas por el fósforo y el azufre. La forma más fácil de controlar el porcentaje o contenido de un elemento de aleación deseable consiste en eliminarlo y adicionarlo posteriormente en la cantidad deseada. Para lograr los objetivos de obtención de un buen acero se emplearan los hornos de purificación o afino.  como se muestra en la figura.

 

 

MÉTODOS DE ELABORACIÓN DE ACEROS

            Los procesos de refinación o afino, consisten en someter el arrabio proveniente del alto horno a un proceso de descarburación y eliminación de impurezas. Este afino u oxidación del exceso de carbono se puede realizar en varios procedimientos, entre ellos: los métodos de convertidores, sobre solera o eléctricos.

·     MÉTODOS DE CONVERTIDORES

CONVERTIDOR BESSEMER (ÁCIDO): Inventado por Henry Bessemer en el año 1.851. Este posee un revestimiento ácido de ladrillos de Dinas que es un material refractario que contiene un porcentaje de 90 a 97 % de SIO₂ (Sílice). Originalmente este proceso permitía la fabricación de acero mediante el afino de la fundición utilizando aire a presión, actualmente el proceso Bessemer tradicional y obsoleto está siendo suplantado por convertidores que utilizan sopladores de oxígeno.

Horno Convertidor Bessemer.  Fuente: Manual de Mecánica Industrial.

·       

Carga del Convertidor Bessemer.

            Debido a que es un revestimiento acido la carga  debe ser: Arrabio con escorias ácidas y con un contenido mínimo de azufre y fósforo (limitación)

·      Procedimiento de Funcionamiento del Convertidor Bessemer.

a.   Se coloca en posición horizontal y se calienta

b.   Se introduce en la boca la carga de arrabio líquido, aproximadamente 12 ton de fundición (1/3 del volumen del convertidor)

c.   Se bascula en posición de trabajo (vertical)

d.   Se inyecta el aire a presión

e.   Inicia el proceso de transformación

f.    Se vacía el convertidor colocándolo horizontalmente y disminuyendo el suministro de aire gradualmente

            Este procedimiento de carga es utilizado en instalaciones pequeñas. En las instalaciones modernas y para grandes producciones, se emplean cuatro (4) o más convertidores a la vez, distanciados entre 8 a 10m entre sí; dispuestos en forma de batería, cuya carga es obtenida mediante mezcladores con capacidad de almacenamiento de hasta 1200 ton de fundición en estado líquido.

CONVERTIDOR THOMAS (BÁSICO): Inventado por Thomas en el año 1.879. Posee un revestimiento básico compuesto de Dolomita (MgO₃, CaO₃) y una capacidad es mayor que el Bessemer debido a que hay que agregar cal en un 10 a 15% del volumen del metal. 

Carga del Convertidor Thomas: Su carga debe ser: Arrabio con escorias básicas y con un contenido rico en fósforo.

·      Procedimiento de Funcionamiento del Convertidor Thomas.

            Se coloca en posición horizontal y se calienta. Y se realiza el mismo procedimiento que se realizó en el convertidor Bessemer

·               MÉTODO MARTIN SIEMENS­. ( Horno sobre Solera)

            Inventado por los ingleses William y Frederick Siemens en 1856. Este proceso puede trabajar en configuraciones básicas o ácidas según sea el tipo de refractario que utilice. Poseen una capacidad entre 20 ton a 500 ton por colada y con dimensiones de longitud de 25 m y una anchura de hasta 7 m. En estos se tiene una piscina de metal fundido de poca profundidad y  gran extensión.

            El proceso es lento y requiere de 6 a 8 horas de trabajo, sin embargo su lentitud permite el realizar diversos análisis a la carga y a la escoria. Es el proceso más conocido y empleado, ya que aplica el proceso de recuperación de calor.

Horno Martin Siemens. Fuente: Manual de Mecánica Industrial.

Carga del Horno Martin Siemens: Arrabio líquido o en lingotes, chatarra de metales ferrosos y Dolomita. Al agregar chatarra de acero se obtiene un buen afino de la fundición y se facilita la fusión del material.

Revestimientos de los Hornos Martin siemens: La composición química del producto final depende del revestimiento, de la carga y del control de las impurezas adicionales durante la fusión o después del vaciado del baño.

o  Revestimiento Básico: Conformado por Magnesita, donde la carga está compuesta del arrabio, caliza y chatarra de hierro, ya que este revestimiento quema el fosforo, el silicio y el carbono.

o  Revestimiento Acido: Conformado por ladrillos de sílice, actualmente obsoleto, no puede reducir el fosforo o el azufre por lo que la carga debe ser chatarra de hierro y arrabio con  bajo contenido de fosforo, y en este caso se requiere caliza para conservar la escoria fluida.

   

 MÉTODOS DE ELABORACIÓN DE FUSIÓN ELÉCTRICA

 

            Al emplear hornos eléctricos en la obtención de fundiciones y aceros, se tiene la ventaja de que el metal puede ser tratado sin intervenir el aire atmosférico, con lo cual se evita calentar inútilmente los  gases inertes, por lo que la concentración de calor es favorable para disminuir las perdidas por conducción y radiación, logrando así obtener productos puros y de buena calidad. Los hornos eléctricos, según sea su forma de obtener el calor necesario para la fusión, por medio de la fuerza eléctrica, pueden clasificarse en:

HORNO DE INDUCCIÓN: En los hornos de inducción, el baño del metal va en una cavidad anular, formándose el circuito secundario de una especie de transformador por cuyo circuito primario circula la corriente que se utiliza. Los hornos eléctricos de inducción se fabrican en dos versiones:

HORNO DE ARCO ELÉCTRICO.

         A estos pertenecen los hornos eléctricos modernos que se emplean en la producción de aceros. Se pueden encontrar por arco eléctrico indirecto y  directo.

·                    Horno de Arco Eléctrico Indirecto: En los hornos la fusión se realiza por el calor del arco eléctrico producido por los electrodos ubicados por encima del espejo del baño metálico. El calentamiento se forma únicamente por el fenómeno de irradiación.

            En este procedimiento, los electrodos no tienen posición vertical, sino inclinada para poder regular la longitud de arco que se genera entre la carga y los electrodos.

·                    Horno de Arco Eléctrico Directo: En el arco eléctrico directo la fusión se realiza por el calor que surge entre los electrodos y el baño metálico.

            El arco eléctrico se forma entre los electrodos de carbón (grafito) y la carga, obteniéndose el calor por medio del efecto joule generado por la resistencia de los arcos y la carga del material.

            La carga del horno se efectúa introduciendo de una vez todo el material con los aditivos necesarios para las reacciones que tienen lugar en el proceso de fusión, según el tipo de acero deseado.

HORNO DE RESISTENCIA.

            En estos hornos se hace pasar la corriente a través del metal a fundir, y el calor necesario para fundir el metal se produce por la dificultad que experimenta la corriente para atravesar el metal. Su manera de transmitir el calor es por el fenómeno de irradiación, conducción y convección. Existen dos tipos de hornos a resistencia, los cuales son:

·           Hornos con calentamiento Directo.

       En este tipo de hornos la resistencia está constituida por el metal a fundir conectado en el circuito eléctrico.

·           Hornos a calentamiento Indirecto.

            Las resistencias trabajan de manera independiente y soportaran el recorrido de la corriente que calienta el horno, éstas están constituidas por tubos de carbón (grafito) y conductores metálicos. El calor es transmitido por irradiación directa.