INDICE1DEDICATORIA2INTRODUCCION31.Marco Referencial Hornos de
Conversores de Acero (convertidores)41.1 El acero42. El mtodo de
los convertidores42.1 El uso de hornos especiales42.2 Los
convertidores42.2.1Convertidor con revestimiento cido:52.2.2
Convertidor con recubrimiento bsico:53. Procedimiento
Bessemer.5Durante la inyeccin de aire para hacerlo pasar a travs
del metal se diferencias tres perodos caractersticos:63.1 Primer
perodo:63.2 Segundo perodo63.3 Tercer perodo74. Procedimiento
Thomas74.1 Primer perodo84.2 Segundo perodo84.3 Tercer perodo85.
Produccin en hornos.96. Hornos de combustible96.1. Hornos
Martin.96.2. Caractersticas de los Hornos Martin117. Procesos
fsico-qumicos del horno Martin.118. Hornos elctricos.129. Hornos de
arco139.1. PARTES DEL HORNO DE ARCO139.2. Liberacin de gases de
arco1410. Hornos de induccin1410.1. Las ventajas de este mtodo1411.
CONVERTIDOR LD1511.1.Procesohistrico1511.2.
Aceracin:ConvertidorLD1511.3. Procesoenel convertidor LD1511.4.
Mtodos1611.5. El proceso de BOS es autogenerado:1711.5. El proceso
de la acera LD tiene tres fases:1712. Bibliografa18
DEDICATORIAEste presente trabajo es para nuestros familias a
pesar de que estn lejos lo tenemos presente en nuestros corazones y
nuestra mente.Con mucho cario y amor para ellos.
INTRODUCCION
El convertidor metalrgico o sencillamente convertidor es un
equipo utilizado en metalurgia extractiva para la operacin de
conversin .Consiste esencialmente en un horno que contiene el bao
fundido. Sus formas y dimensiones son variables, pero entre los
arreglos ms comunes se puede mencionar los convertidores
horizontales y los verticales. En ambos casos el equipo tiene forma
cilndrica o similar, con una abertura en su parte superior (boca),
y es capaz de realizar un movimiento basculante (inclinacin o
rotacin para cada caso), esencial tanto para recibirlos diferentes
materiales alimentados, como para descargar el metal ya procesado
.La conversin puede realizarse por oxidacin selectiva de uno o
varios componentes del bao fundido, al introducir gas (con
frecuencia aire o una mezcla enriquecida del mismo)ya sea a travs
de una serie de aberturas en su coraza llamadas toberas o por medio
de un tubo que se introduce desde su boca hasta el bao fundido,
llamado lanza. De esta forma ,los elementos indeseables e impurezas
son eliminados ya sea por su incorporacin en la escoria o por
volatilizacin y/o arrastre en los gases de salida
.USOS:I.METALRGICA FERROSA Dentro de la metalurgia ferrosa se han
utilizado varios equipos para la conversin del arrabio, es decir,
la eliminacin del carbono y otras impurezas por oxidacin para
producir CO2y volatilizacin. Uno de los equipos que ha destacado es
el convertidor Bessemer (ya en desuso) el cual tena forma de pera,
y las toberas ensartadas en el fondo del reactor. Su descendiente,
el horno bsico de oxgeno es el equipo que prevalece en la
metalurgia moderna del acero como el principal equipo de conversin
.La esencia del mtodo de los convertidores para la obtencin del
acero consiste en que a travs del hierro fundido lquido cargado al
convertidor, se inyecta aire, que burbujea dentro de la masa
fundida y cuyo oxgeno oxida el carbono y otras impurezas.
1.Marco Referencial Hornos de Conversores de Acero
(convertidores)Generalidades:1.1 El aceroSe denomina acero a las
aleaciones del hierro con el carbono y otros elementos, que al
calentarlas hasta altas temperaturas, pueden ser sometidas a la
deformacin plstica por laminado, estirado, forjado, estampado.El
acero contiene hasta 2% de carbono y ciertas cantidades de silicio
y manganeso y tambin impurezas nocivas: fsforo y azufre, las cuales
no se pueden eliminar por completo del metal por los mtodos
metalrgicos. Aparte de estas impurezas los aceros pueden contener
algunos elementos de aleacin: cromo, nquel, vanadio, titanio y
otrosComo se produce el acero.El acero se elabora primordialmente
por la transformacin del hierro fundido en forma de arrabio. La
tarea de la transformacin del arrabio en acero se reduce a la
extraccin de las cantidades sobrantes de carbono, silicio,
manganeso y las impurezas nocivas que contiene. Esta tarea se puede
llevar a cabo porque el carbono y las otras impurezas, bajo la
accin de altas temperaturas, se unen con el oxgeno de un modo mas
enrgico que el hierro y pueden extraerse con prdidas
insignificantes de hierro. El carbono del arrabio al reaccionar con
el oxgeno se transforma en gas monxido de carbono (CO) que se
volatiliza.Otras impurezas se transforman en xidos (SiO2, MnO, y
P2O5) que tienen una densidad menor que la del metal fundido y por
tanto flotan formando la escoria.Para la transformacin del arrabio
a acero se utilizan dos mtodos generales;2. El mtodo de los
convertidores2.1 El uso de hornos especiales2.2 Los convertidoresLa
esencia del mtodo de los convertidores para la obtencin del acero
consiste en que a travs del hierro fundido lquido cargado al
convertidor, se inyecta aire, que burbujea dentro de la masa
fundida y cuyo oxgeno oxida el carbono y otras impurezas.El
convertidor (Fig 1) representa un recipiente en forma de pera ,
soldado con chapas gruesas de acero y revestido interiormente con
material refractario. En la parte central del convertidor,
exteriormente se hallan dos tetones cilndricos llamados muones que
sirven de soporte y permiten girar el convertidor. Uno de los
muones es hueco y se une con el tubo conductor de aire. Del mun el
aire es conducido por un tubo y por la caja de aire al fondo. En el
fondo del convertidor estn las toberas a travs de las cuales el
aire se suministra al convertidor a presin. Tambin se utiliza la
insuflacin de oxgeno con lo que el proceso se hace mas rpido y
eficiente.
Para cargar el convertidor este se hace girar de la posicin
vertical a la horizontal, se agrega el arrabio fundido y se regresa
el convertidor a su posicin vertical, en ese momento se pone en
marcha el soplado. El volumen de metal incorporado constituye de
1/5 a 1/3 del volumen de la altura de la parte casi cilndrica.El
calor necesario para calentar el acero hasta las altas temperaturas
necesarias se produce a expensas de la oxidacin de las impurezas
del arrabio, ya que todas las reacciones de oxidacin generan
calor.En dependencia del la composicin del arrabio los
convertidores se dividen en dos tipos:2.2.1Convertidor con
revestimiento cido: (procedimiento Bessemer) utilizado para los
arrabios con una cantidad mnima de fsforo (0.07%) y azufre
(0.06%).2.2.2 Convertidor con recubrimiento bsico: (procedimiento
Thomas) utilizado para los arrabios con mayor abundancia de fsforo
(hasta 2.5%).3. Procedimiento Bessemer.Para el procedimiento
Bessemer el convertidor se reviste interiormente de ladrillos
refractarios de slice (no menos de 94.5% de SiO2) y arena cuarzosa,
los que suelen fundirse a 1710C. Este revestimiento no se corroe
por las escorias de carcter cido, por consiguiente en este
convertidor solo pueden tratarse arrabios al silicio.El aire que
entra en la masa fundida suministra el oxgeno que en primera
instancia interacta con el hierro para formar xido ferroso (FeO).
Por consiguiente las impurezas comienzan a oxidarse en dos
direcciones: por al oxgeno del aire que pasa a travs del metal y
por el xido ferroso que se forma y disuelve en el metal
fundido.Durante la inyeccin de aire para hacerlo pasar a travs del
metal se diferencias tres perodos caractersticos: La oxidacin del
hierro, silicio, manganeso y la formacin de la escoria.
La quema del carbono
La desoxidacin o la desoxidacin-carburacin
3.1 Primer perodo:En esta etapa se oxida el hierro, el silicio y
el manganeso generando calor por lo que el metal se calienta.
Durante este tiempo se forma la escoria. Las reacciones qumicas que
se producen son:2Fe+O2
----->2FeOSi+2FeO---->SiO2+2FeMn+FeO---->MnO+FeA su vez
los xidos generados entran en combinacin
segn:MnO+SiO2----->MnO.SiO2FeO+SiO2----->FeO.SiO2 y forma la
escoria.
Si la cantidad de SiO2 por la oxidacin del silicio contenido en
el arrabio no es suficiente, pasa a la escoria la slice del
revestimiento del convertidor.Todos estos procesos de oxidacin han
calentado el metal y se produce la segunda etapa.Convertidor de
aceroFigura 1. Convertidor de acero3.2 Segundo perodoDada la alta
temperatura del metal comienza a quemarse el
carbono:C+FeO---->CO+FeEste proceso se realiza con absorcin de
calor, pero el metal no se enfra porque al mismo tiempo se est
oxidando el hierro en el convertidor que suple el calor necesario
para mantener la temperatura.El monxido de carbono que se produce,
produce una fuerte ebullicin del metal y al salir del convertidor
se quema con el aire atmosfrico, formando dixido de carbono, el
convertidor genera una llamarada clara. A medida que se consume el
carbono, la llama comienza a extinguirse hasta desaparecer por
completo, esto indica que el carbono se ha quemado casi en su
totalidad y marca el fin de la segunda etapa.3.3 Tercer perodoEn
este momento se interrumpe la insuflacin de aire, ya que con su
suministro ulterior y con muy poco carbono comenzar a oxidarse el
propio hierro a xido frrico con las consiguientes prdidas de
metal.
Una vez interrumpido el suministro de aire el convertidor se
lleva a la posicin horizontal para realizar la desoxidacin y
carburacin del acero. El objetivo de este paso es eliminar el
oxgeno disuelto como FeO, como desoxidantes generalmente se
utilizan las ferroleaciones y el aluminio puro. Para elevar el
contenido de carbono en el acero a los valores deseados se utiliza
una fundicin especial.El material terminado se convierte a grandes
lingotes para su uso en los laminadores.El acero Bessemer se
utiliza en piezas de uso general, varillas para hormign armado,
vigas laminadas, hierro comercial para construcciones y
similares.Las deficiencias de este mtodo son:La imposibilidad de
eliminar del metal el fsforo y el azufreLa elevada prdida de hierro
por oxidacin (8-15%)La saturacin del hierro con nitrgeno y xido de
hierro que empeoran su calidad.4. Procedimiento ThomasEn este
convertidor el interior se reviste de material refractario bsico,
ladrillos de magnesita en las paredes y el fondo con una mezcla de
brea de carbn mineral y dolomita. Como fundente para la formacin de
la escoria se utiliza la cal viva (CaO) con un contenido mnimo de
los xidos cidos slice (SiO2) y almina (Al2O3).Surge de la necesidad
de tratar las fundiciones con alto contenido de fsforo, obtenidas
de menas ferrosas que se encuentran bastante propagadas en la
corteza terrestre. A su vez el contenido de slice debe ser muy bajo
(menos de 0.5%) para evitar el uso excesivo de fundente
neutralizador.El proceso de fundicin en un convertidor Thomas se
efecta del modo siguiente: primero se carga el convertidor con la
cal, despus se vierte el hierro fundido, se inicia el viento y se
gira el convertidor a la posicin vertical.Lo primero que pasa es a
oxidacin del hierro segn al reaccin:Fe+O2------>FeOEl xido
ferroso formado se disuelve en el metal y oxida el resto de las
impurezas Si, Mn, C y el fsforo.Se distinguen tres perodos:
Oxidacin del silicio y el manganeso
Combustin intensa del carbono
Oxidacin del fsforo.
4.1 Primer perodoLa oxidacin del silicio produce slice, la slice
formada SiO2, se une a la cal (xido de calcio) segn la
reaccin:2CaO+SiO2------>(CaO)2.SiO2 y pasa a la escoria.El xido
de manganeso (MnO) y una parte del xido ferroso (FeO) tambin pasan
a la escoria, en este perodo el metal se calienta dado que las
reacciones producen calor y comienza el segundo perodo.4.2 Segundo
perodoEl metal se ha calentado suficiente y el carbono comienza a
quemarse de manera intensa segn la reaccin:C+FeO------>Fe+COEl
bao comienza a ebullir por la produccin del monxido de carbono y el
horno genera una llamarada clara por la boca debido a la combustin
del CO con el oxgeno del aire de la atmsfera. El contenido de
carbono se reduce a un valor mnimo y el metal se enfra con lo que
comienza el tercer perodo.4.3 Tercer perodoEn este momento comienza
la oxidacin del fsforo y comienza a elevarse de nuevo la
temperatura del metal, las reacciones caractersticas de esta etapa
son:2P+FeO----->P2O5+5FeP2O5+3FeO---->(FeO)3.P2O5+2Fe(FeO)3.P2O5+4CaO---->(CaO)4.P2O5+3FeEn
la oxidacin del fsforo y la subsiguiente reaccin de su xido con
otros, se desprende una considerable cantidad de calor y el metal
se calienta rpidamente. El fosfato clcico formado pasa a la
escoria.Cuando se ha terminado la oxidacin del fsforo y su paso a
la escoria, el convertidor se gira a la posicin horizontal, se
interrumpe el aire y se descarga la escoria para evitar que el
fsforo y el xido ferroso que contiene puedan volver al metal.
Finalmente se desoxida el metal o se desoxida-cementa.En el
proceso Thomas se produce cierta extraccin del azufre que pasa a la
escoria en forma de sulfuros de manganeso (MnS) y de calcio
(CaS).Despus de la desoxidacin el acero se sangra en la cuchara y
se cuela en lingoteras para la produccin de lingotes.
El acero producido tiene aplicacin en el laminado de hierro en
chapas, alambres e hierro comercial.El mtodo de los convertidores
en general, tiene la ventaja de su alto rendimiento, la simplicidad
relativa de la instalacin, gastos bsicos bajos y la ausencia del
consumo de energa para calentar el metal, pero no resuelve de
manera ptima la obtencin de aceros de diferentes calidades, no
sirven para tratar todos los tipos de arrabio nacidos de la
infinidad de menas disponibles y en ellos solo puede utilizarse de
manera limitada la gran cantidad de chatarra disponible en la
industria.5. Produccin en hornos.El uso razonable del hierro
fundido y la mas completa utilizacin de la chatarra ferrosa, se
logra al producir aceros en horno.A diferencia de los
convertidores, los hornos de produccin de acero son cmaras
revestidas con material refractario donde se vierte arrabio en
lingotes o lquido y chatarra ferrosa, junto con otros materiales
que sirven de fundentes y aportadores de elementos necesarios para
los procesos de oxidacin. Luego el material se calienta por
diversos mtodos hasta su fundicin con lo que comienzan los procesos
de oxidacin de las impurezas y del propio hierro y se va formando
la escoria.En estos hornos no se inyecta aire a la masa de metal
fundido como en los convertidores, por el contrario los procesos de
oxidacin de las impurezas se realizan al interactuar los
componentes de la escoria con el metal fundido de abajo.Para lograr
acero lquido dentro del horno se necesita una fuente intensa de
calor que interacte con el contenido del horno y pueda fundir el
metal. Se distinguen dos tipos generales:Los que usan combustible
(hornos Martin).Los que usan electricidad (de arco elctrico y de
induccin)6. Hornos de combustible6.1. Hornos Martin.En los hornos
Martin se elabora probablemente la mayor parte del acero producido
en el mundo. En estos hornos el combustible utilizado puede ser
gaseoso, lquido, slido en polvo o sus combinaciones, la principales
caractersticas que debe tener el combustible son:Que pueda producir
una llama muy caliente, 2000C o ms; ya que el metal fundido al
final del proceso tiene una temperatura de cerca de 1650C.Que la
llama sea lo mas radiante posible para que transmita calor por
radiacin al interior del horno, y as calentar el contenido de
manera rpida y homognea, y producir gases de escape mas fros que
afecten mnimamente los dispositivos de evacuacin de gases.Que no
introduzca elementos nocivos al proceso.El horno Martin (Fig2) se
compone de las siguientes partes principales: El espacio activo o
de fundicin (5) Conductos para manipular los gases de entrada y
salida a ambos lados (3) y (4). Las cmaras regeneradoras de calor
con enrejado refractario (1) y (2). Los mecanismos de conmutacin de
las cmaras de regeneracin. Los separadores de polvo de los gases
finales de escape y la chimenea (no mostrados). Los separadores de
escoria (no mostrados)Dentro del espacio activo o de fundicin se
pueden distinguir: La bveda (7), la parte superior del horno La
solera (6), que es la parte inferior del espacio de fundicin. Las
puertas de carga (8). Colocadas en la pared frontal del horno. Los
orificios para sangrar el acero (no visibles), colocados en la
pared trasera del horno.Si asumimos ahora que el horno Martin
mostrado funciona con combustible gaseoso podemos notar que hay
cuatro conductos que dan acceso a la zona activa. Por el conducto 4
se insufla aire muy caliente, cuyo calor fue adquirido en el
recuperador de la derecha, lo mismo con el conducto 3, pero en este
caso se inyecta el gas combustible tambin muy caliente que ha
pasado por el correspondiente regenerador. Al juntarse dentro del
espacio activo con el aire, el gas se inflama produciendo la llama
que calentar el metal contenido en el horno desde su
superficie.
6.2. Caractersticas de los Hornos MartinNote que los gases
calientes producto de la combustin se retiran del horno por los
conductos de la izquierda, estos gases calientan a su paso el
enrejado refractario correspondiente a los dos regeneradores de ese
lado, cuando los regeneradores de la derecha se han enfriado lo
suficiente debido al paso de los gases fros de entrada (aire y
combustible) se giran los mecanismos conmutadores y se invierte el
proceso. Ahora los regeneradores de la izquierda (muy calientes)
calentarn los gases de entrada y los productos de la combustin
calentarn los regeneradores de la derecha, obteniendo de esta
manera un calentamiento continuo de los gases que entran al
horno.
7. Procesos fsico-qumicos del horno Martin.En el trabajo de
fundicin del horno Martin, la oxidacin de las impurezas se produce
por procesos fsico-qumicos que se desarrollan entre los gases del
horno- escoria y entre escoria-metal.Note que el contacto de los
gases de la combustin es solo con la capa de escoria, y por ello
esta se calienta en primer lugar. Con una capa excesiva de escoria
o con escoria de difcil fusin el calentamiento del metal se
dificulta. Correspondientemente, las cualidades de la escoria y su
cantidad influyen considerablemente sobre la marcha de la fundicin.
Lo que obliga a separar de vez en cuando parte de la escoria
producida, y a utilizar un fundente adecuado para fundir los xidos
y hacerlos flotar en la masa del metal fundido como escoria.Al
iniciar la fundicin, y durante la fusin del metal ("bao fro") el
primero que se oxida es el Fe y luego este al Si, Mn, y P. Segn las
reacciones:Si+2FeO----->2Fe+SiO2Mn+FeO---->Fe+MnO2P+5FeO---->5Fe+2P2O5De
estos xidos y por el fundente se forma la escoria, despus por
debajo de la capa de la escoria se oxidan el resto de las
impurezas.La fuente principal de oxgeno para la oxidacin de las
impurezas es el FeO que se encuentra en la escoria. El xido ferroso
de la escoria reacciona con el oxgeno de los gases del horno segn
la reaccin:6FeO+O2------>2Fe3O4+CalorEsta reaccin genera calor
por eso la escoria se puede oxidar activamente a temperaturas del
horno relativamente bajas.Los xidos superiores que se forman se
difunden a travs de la escoria hacia el metal de abajo y lo oxidan
segn la reaccin:Fe+Fe3O4------>4FeOEl xido ferroso regenerado se
disuelve en el metal y oxida las impurezas que contiene, La
oxidacin del hierro en "bao fro" se efecta de un modo ms enrgico,
pero la reduccin del xido ferroso por el carbono presente suele ser
mas lenta, ya que esta reaccin consume calor:
FeO+C------>Fe+CO-CalorEsta necesidad energtica del proceso
se suple adicionando mas combustible para calentar el metal. Cuando
se calienta el metal ("bao caliente") se invierten las actividades,
la oxidacin de la escoria suele ser mas lenta, mientras que la
reduccin del xido de hierro por el carbono suele ser mas enrgica y
el bao puede ebullir debido a la generacin del CO, esto hace que el
metal se mueva y se mezcle en el bao favoreciendo su calentamiento
homogneo y rpido.De esto se concluye que: 1. Una temperatura baja
del bao contribuye a la oxidacin de la escoria y del metal que se
encuentra por debajo. 2. Una temperatura alta favorece la obtencin
de escoria y metal poco oxidados.En consecuencia manejando la
temperatura en el espacio activo del horno se pueden dirigir los
procesos de reduccin-oxidacin en su interior y obtener un acero de
la cualidades y caractersticas deseadas en cuanto a contenido de
impurezas y cantidad de carbono.En los hornos Martin se pueden
tratar los desechos slidos de la produccin, la chatarra ferrosa,
obtener exactamente una composicin qumica dada del acero, desoxidar
bien el metal, obtener simultneamente gran cantidad de metal
homogneo e incluso obtener mas cantidad de metal que el vertido
originalmente en el horno (hasta 105%), ya que se puede usar parte
de mena como aditivo ventajoso al horno, pero paralelamente tambin
tiene sus deficiencias, ya que los gases participan en los procesos
qumicos, oxidando, simultneamente con las impurezas comunes, a otro
elementos de aleacin que hay en el metal (vanadio titanio y otros)
y saturando el metal. A consecuencia de esto se dificulta la
obtencin de acero aleados.8. Hornos elctricos.Los hornos elctricos
para la produccin de acero son de dos tipos principales: Hornos de
arco
Hornos de induccin
9. Hornos de arco.La construccin de los hornos de arco voltaico
se basa en el calor generado por el arco elctrico, formado entre
los electrodos de grafito (o de carbn) y el bao metlico, que
producen una temperatura de 3500C o ms.En estos hornos se puede
obtener acero de alta calidad, casi desprovistos de impurezas
nocivas, con un contenido de carbono muy exacto y con elementos
aleantes en proporciones definidas. Es decir acero especiales para
altas prestaciones.9.1. PARTES DEL HORNO DE ARCOEl horno (Fig 3)
consta de una camisa cilndrica (1) con fondo esfrico (2),
recubiertas con materiales refractarios y aisladas trmicamente de
tal manera que se forme el espacio activo del horno. La bveda del
horno (4) se prepara de manera que sea desamable y est construida
de ladrillos refractarios sujetos por una armadura de acero en
forma de aro.El horno tiene una puerta de carga y un orificio para
sangrar el metal. Est asentado sobre dos soportes en forma de arco,
colocados sobre las guas del cimiento que permiten girarlo para la
carga y descarga del horno. En la bveda del horno se colocan en
orificios elaborados para ello los electrodos (5). Los electrodos
durante la fundicin ascienden y descienden con la ayuda de un
mecanismo especial.La corriente se suministra de un transformador a
los electrodos a travs de cables flexibles y barras de cobre.Para
llevar a cabo la fundicin en los hornos de arco, este se alimenta
con una mezcla de chatarra, hierro fundido, mena de hierro,
fundentes, desoxidantes y ferro aleaciones, que sirven para formar
las aleaciones.En la Figura 3 para ilustrar mejor, se ha
representado el material dentro del horno de dos formas, la mitad
izquierda corresponde al material recin cargado, vea que est slido
y en pedazos. Note que hay una separacin entre el material y el
electrodo, de forma que salte el arco y se produzca una gran
cantidad de calor para fundir el metal. En la parte derecha ya est
el metal fundido y el electrodo se ha bajado para reducir el calor
producido por el arco y mantener la temperatura dentro del rango
necesario.Para la oxidacin de las impurezas, despus de fundida la
mezcla inicial, se le agrega al horno la mena. Los xidos de hierro
oxidan las impurezas del metal (Si, Mn, P, y C) a consecuencia de
lo cual se forma la escoria frrica que contiene (FeO)3.P2O5. Esta
escoria sustrae fsforo del metal. Para formar un compuesto mas
estable se agrega a la escoria cal recin calcinada de forma que se
forme una sal fsforo-clcica que se retiene en la escoria. Esta
reaccin tiene xito ya que la temperatura del metal no es muy
elevada, pero es una reaccin exotrmica que calienta el bao y
durante esta etapa es usual que comience a oxidarse el carbono y el
bao entre en ebullicin. En ese momento se retira la escoria
fosfrica.Si se ha quemado mucho carbono, y este, en el metal, est
por debajo del nivel requerido se cargan al horno portadores de
carbono tales como coque o arrabio de bajo contenido de impurezas
nocivas.9.2. Liberacin de gases de arcoMas tarde, y en dependencia
de los requerimientos del acero pueden cargarse al horno nuevos
fundentes y desoxidantes para retirar el azufre, agregar los
elementos aleantes requeridos y se hace una ltima desoxidacin con
aluminio puro.En algunos casos se introduce al espacio activo del
horno oxgeno, que favorece la oxidacin de las impurezas y reduce el
consumo energtico.10. Hornos de induccinEstos hornos se basan en el
calor generado por elevadsimas corriente que se generan en la masa
del metal. Estas corriente son inducidas por una bobina que rodea
al crisol donde est el metal, y por la cual se hace circular
corriente alterna de alta frecuencia. En esencia el horno recrea un
transformador en el que el metal es el bobinado secundario en corto
circuito.En estos hornos el calor se genera en el metal y se
trasmite a la escoria, por lo que la temperatura media de esta es
menor que la del metal. Por eso no se efectan las reacciones
activas de intercambio entre la escoria y el metal, y por
consecuencia, es imposible sustraer del metal las impurezas nocivas
(fsforo y azufre).La fundicin se hace rpidamente y antes de
terminar se introducen al horno los desoxidantes y si es necesario
las adiciones de aleacin.10.1. Las ventajas de este mtodo Es que en
l se puede calentar el metal a temperaturas muy altas y sin grandes
dificultades hacer la fundicin al vaco, por eso, adems de producir
aceros normales, se pueden producir aceros especiales como los
inoxidables, los termorresistentes y otros de destinacin muy
especial.
11. CONVERTIDOR LDEl proceso de oxgeno bsico L-D (BOS, BOF,
Linz-Donawitz-Verfahren, LD-convertidor) es un mtodo de producir
acero en el cual el hierro fundido rico en carbono se transforma
enacero.ElprocesoesunamejorasobreelprocesodeBessemerhistricamenteimportante.
El convertidor L-D es conocido por los topnimos
austriacos11.1.ProcesohistricoTrasla segunda guerra mundial
seiniciaronexperimentosen varios pases conoxgeno puro en lugar de
aire para los procesos de refinado del acero. El xito se logr en
Austria en 1948, cuando una fbrica de acero situada cerca de la
ciudad de Linz y de Donawitz desarroll el proceso del oxgeno bsico
o L-D. El primer proceso de acera de oxgeno bsico era el proceso de
LD desarrollado en 1952 por AG voestalpine en Linz, (1952) Austria.
Algunas compaas de acera principales en los EE.UU. no se
convirtieron a este proceso durante dcadas, con el ltimo
convertidor Bessemer a n operando comercialmente en 1968. El
proceso de LD sustituy tanto el proceso de Siemens-Martin antes
comn, tambin conocido como el proceso de hogar abierto, como el
proceso de Bessemer.Actualmente es el procedimiento ms empleado en
todo el mundo.11.2. Aceracin:ConvertidorLDEnlaacera
seconvierteelarrabio enacero, mediante unaseriedeprocesos que
cumplen la funcin de calentar y ajustar la composicin de los
elementos que contiene. La aceracin en el proceso LD, se basa en la
reaccin exotrmica que produce la inyeccin de oxgeno sobre elementos
del arrabio lquido a alta temperatura, tales como Silicio, Carbono,
etc. Al reducirse el porcentaje de estos elementos convertimos al
arrabio en acero.Sopladura del convertidor y agregado de
ferroaleaciones.11.3. Procesoenel convertidor LDCuando el vagn temo
llega a la estacin de vuelco, descarga el arrabio lquido en
unrecipientellamadocucharadecolada.Luego,lacucharapasaalaestacindedesulfurado
en donde se le extrae el azufre que es un elemento que perjudica
las propiedades del acero. De la estacin de desulfurado la cuchara
se vuelca dentro del convertidor, que es basculante, es decir se
puede inclinar para los costados,
previoingresodechatarraqueseingresaconanterioridadalarrabioparaprotegerlosrefractarios
del convertidor y para evitar que se generen reacciones violentas
que pueden despedir arrabio y escoria. Se cargan con chatarra y
arrabio y luego se agregan fundentes (cales) para lograr una
escoria metalrgicamente activa y captar azufre y dems impurezas del
bao. El proceso en Convertidor se inicia cuando se introduce una
lanza de inyeccin de oxgeno por la boca del convertidor. La lanza
es un tubo de 21 metros de largo y 30 cm. de dimetro con la cabeza
de cobre de alta pureza.El convertidor utiliza el oxgeno para
oxidar los constituyentes del arrabio no deseados en el acero, como
son el Carbono, el Silicio, el fsforo, etc.; mientras que para
eliminar el azufre, se generan escorias metalrgicamente activas
mediante la adicin de fundentes (presencia de xidos de calcio y
magnesio).Esas oxidaciones son reacciones qumicas que elevan la
temperatura del bao lquido.Para regular ese calor que se libera en
elbao, se carga alrededor de un20% de chatarra slida, que se funde
en el bao lquido. El nivel de carbono baja desde el 4/4,6%hasta
valores inferiores al 1%.El proceso dura entre 40 y 45minutos pero
el de soplado alrededor de 18 minutos.Una vez que se termina el
soplado, se vuelca en un pote la primera capa sobrenadante que es
de escoria.Despus que elconvertidor volc la escoria, vuelcahacia el
otro lado(por un orificio pequeo) el acero a una cuchara, la cual
se enviar hacia la estacin de afino, en donde se ajustarn las
composiciones del acero para que rena las propiedades
deseadas.11.4. MtodosUn crisol BOS tpico sostiene aproximadamente
500 toneladas de acero. El crisol
estrecubiertoconladrillosrefractariosresistentesalcalorquepuedenresistirlaalta
temperatura del metal fundido. El proceso de acera de oxgeno bsico
es como sigue:El hierro fundido de un alto horno es vertido en un
contenedor refractario-rayado grande llamado un cucharn.El metal en
el cucharn es enviado directamente para la acera de oxgeno bsica a
una etapa de pre tratamiento. El pre tratamiento del metal de alto
horno es usado para reducir la carga de refinado de azufre,
silicio, y fsforo. En el pre-tratamiento de desulfuracin, una lanza
es introducida en el hierro fundido en el cucharn y
varioscientosdekilogramosdemagnesiopulverizadosonaadidos.Lasimpurezasdeazufre
son reducidas al sulfuro de magnesio en una reaccin exotrmica
violenta. El sulfuro es sacado del crisol en forma de escoria. El
pre tratamiento similar es posible para de siliconisacin y de
fosforilacin que usa la escala de molino (xido de hierro) y la cal
como reactivo. La decisin de pre tratar depende de la calidad del
metal de alto horno y la calidad final requerida del acero BOS.El
relleno del horno con los ingredientes es llamado culpando.
11.5. El proceso de BOS es
autogenerado:Laenergatrmicarequeridaesproducidaduranteelproceso.Manteniendo
el equilibrio de precio apropiado, la proporcin de hot metal para
desechar, es por lo tanto muy importante. El recipiente BOS es un
quinto lleno de la pizca de acero. El hierro fundido de la cucharn
es aadido como requerido por el equilibrio de precio. Una qumica
tpica de hot metal cobrado en el contenedor BOS es: el 4 % C,
0.2-0.8%Si,0.08 %-0.18%P, y 0.01-0.04%S.El recipiente es puesto
entonces derecho y una lanza refrescada por agua es bajada abajo en
ello. La lanza hace volar el oxgeno puro del 99 % en el acero e
hierro, haciendo la temperatura elevarse a aproximadamente 1700C.
Este derrite la pizca, baja el contenido de carbn del hierro
fundido y las ayudas quitan elementos qumicos no deseados.
11.5. El proceso de la acera LD tiene tres fases:1.-Fase de
carga: Se coloca el convertidor en posicin de carga y por la boca
del mismo se introduce la chatarra (20% de la carga total) y el
arrabio lquido caliente, procedente del horno alto. Terminada la
carga se coloca el convertidor vertical y de introduce la lanza de
oxgeno.2.-Fase de soplado y afino: Se insufla oxgeno puro a presin
(entre 10 y 14 atmsferas) inicindose las reacciones de oxidacin. El
oxgeno reacciona con el metal, lo que da lugar a una rpida elevacin
de temperatura (puede alcanzar entre 2.500 C y 3.500 C) lo que
facilita las reacciones de afino.3.-Fase de colada: Terminado el
afino se corta la entrada de oxgeno, se espera unos minutos para
que se homogeneice y se gira el convertidor, de forma que caiga el
acero sobre la cuchara.La duracin completa de la operacin de un
convertidor de 150 toneladas, puede oscilar entre 40 y 55
minutos
12. Bibliografa
Tomo ll Elaboracion de los MetalesC.CHAUSSIN G. HILLY CAPITULO 9
PROCEDIMIENTOS DE FABRICACION DEL ACEROBiblioteca Jose Pardo
Siderurgia Industrial Fabricacin de Acero.
Ediciones URMO.
1Hornos Industriales