En la actualidad, los productos ferrosos se obtienen, casi en su totalidad, de dos maneras, dependiendo de la materia prima empleada. Estos procedimientos son a través del horno alto (usando mineral de hierro) y a través del horno eléctrico (empleando chatarra).
A continuacion, se explica el funcionamiento de estos procedimientos (los numeros entre paréntesis hacen referencia a la numeracion de la figura).
A-Materia prima del horno alto:
La materia prima, formada por mineral de hierro (60%), carbón de coque (30%) y fundente (10%), se introduce en el horno alto por la parte superior.
• Mineral de hierro (1). Antes de ser introducido en el horno alto se debe someter a una serie de tratamientos preliminares. Estos tratamientos consisten en triturar y moler el mineral, para posteriormente separar la parte útil (mena) de la no aprovechable (rocas, cal, sílice, tierra, etc.), que constituye la ganga.
• Carbón de coque (2). Se ha creado artificialmente a partir de la hulla. Su misión, dentro del horno alto, es la siguiente:
– Producir, por combustión, el calor necesario para fundir la mena y generar las reacciones químicas necesarias para que el óxido de hierro (mineral de hierro) se convierta en arrabio.
– Soportar el peso de la materia prima introducida, permitiendo que no se aplaste, para que pueda arder en la parte inferior y salgan los gases hacia la parte superior del horno.
• Fundente (3). Compuesto por piedra caliza o, lo que es lo mismo, cal (siempre que el mineral tenga composición ácida), cuya misión es:
– Reaccionar químicamente con la ganga que haya podido quedar en el mineral, arrastrándola
hacia la parte superior de la masa líquida, y formando lo que se denomina escoria.
– Bajar el punto de fusión de la ganga para que la escoria sea líquida.
B- Funcionamiento del horno alto:
El horno alto (4), una vez encendido, está funcionando ininterrumpidamente hasta que es necesario hacerle una reparación.
A medida que se introduce la carga por la parte superior, ésta va bajando y su temperatura aumentando hasta llegar al etalaje (imagen inferior). Aquí la temperatura ronda los 1 650 °C, suficientes para que el mineral de hierro (mena) se transforme en gotitas de hierro que se depositan en el crisol (imagen inferior).
La cal (fundente) reacciona químicamente con la ganga formando la escoria, que flota sobre el hierro fundido. Por un agujero, llamado bigotera o piquera de escoria, se extrae, cada dos horas, la escoria. Esta escoria se emplea en la fabricación de cementos, balastros de vías de ferrocarril y aislante térmico.
Periódicamente, se abre la piquera de arrabio y se extrae el hierro líquido que hay en el crisol. Este hierro líquido se llama arrabio o hierro de primera fusión (5) y contiene muchas impurezas, así como un exceso de carbono, por lo que normalmente no tiene ninguna aplicación.
Casi la totalidad del arrabio se convierte en acero a través del convertidor o procedimiento LD. A veces, el arrabio se solidifica en moldes especiales, formando lingotes.
Rodeando al horno, alto a la altura del etalaje, se encuentra el anillo o morcilla (tubo de gran diámetro), del cual se extrae aire caliente que se introduce en el horno a través de las toberas.
Aqui vemos un video explicativo: http://www.youtube.com/watch?v=s5XCsWTBawI
C- Transformación del arrabio en acero, convertidor:
El arrabio posee un exceso de impurezas (azufre, fósforo, silicio, etc.) que lo hace demasiado frágil y poco adecuado para la fabricación de piezas industriales.
La solución consiste en eliminar la mayoría de esas impurezas en hornos adecuados, denominados hornos de afino.
El horno más empleado en el afino del acero se denomina convertidor o procedimiento LD (7).
El transporte del arrabio desde el horno alto hasta el convertidor se lleva a cabo mediante trenes con depósitos especiales, llamados torpedos (imagen inferior).
• Materia prima que emplea el convertidor LD:
– Arrabio líquido, pero también se le pueden añadir pequeñas cantidades de chatarra.
– Fundente (cal, que reacciona con las impurezas y forma la escoria que flota sobre el metal fundido).
– Ferroaleaciones, que mejoran las propiedades del acero.
• Características del horno convertidor:
– Interiormente está recubierto de ladrillo refractario.
– La producción por hornada suele ser de unas 300 toneladas de acero de gran calidad.
– Cada hornada suele durar aproximadamente una hora.
• Funcionamiento del horno convertidor. El proceso de funcionamiento se muestra en la imagen inferior:
D- Obtención de acero a través de la chatarra:
En la actualidad, prácticamente el único horno que se emplea para convertir la chatarra en acero es el horno eléctrico (imágen inferior).
Las partes más importantes de un horno eléctrico pueden verse en la imágen inferior y son
las siguientes:
• Transformador eléctrico. Convierte el voltaje a 900 V y transforma la corriente eléctrica alterna en corriente continua.
• Cables flexibles. Conducen la electricidad hasta los electrodos (14).
• Brazos de los electrodos. Permiten que los electrodos se acerquen o se alejen de la chatarra para que salte el arco eléctrico.
• Sujeción de electrodos.
• Pórtico con brazos hidráulicos . Permite quitar y poner la tapadera del horno eléctrico para introducir la chatarra, las ferroaleaciones y el fundente.
• Salida de humos refrigerada . Conduce los humos a un filtro (en muchos casos, cortina de agua), eliminando las partículas en suspensión.
• Estructura oscilante. Permite inclinar el horno para extraer el acero fundido. Para ello dispone de un dispositivo de volteo hidráulico.
Las materias primas que utiliza el horno eléctrico son:
• Chatarra seleccionada que, prácticamente, no lleve otros metales no ferrosos, como cobre, aluminio, plomo, etcétera.
• Fundente (cal).
• Ferroaleaciones, por ejemplo con Ni, Cr, Mo, etc., para fabricar aceros especiales.
Las características principales del horno eléctrico son:
• Interiormente está recubierto de ladrillo refractario.
• En el interior del horno se pueden llegar a alcanzar temperaturas de hasta 3 500 °C, con lo que es muy adecuado para fundir no solamente aleaciones ferrosas, sino cualquier otra cuyo punto de fusión sea alto, como wolframio, tántalo, molibdeno, etcétera.
• La carga del horno es de unas 100 toneladas.
• Cada hornada dura aproximadamente 50 minutos.
El funcionamiento del horno eléctrico es el siguiente:
1. Se quita la tapadera y se introduce la chatarra y el fundente.
2. Se cierra el horno y se acercan los electrodos a la chatarra, para que salte el arco eléctrico y comience a fundir la chatarra (imágen inferior, A).
3. Cuando la chatarra está fundida, se inyecta oxígeno para eliminar los elementos indeseables del baño, como silicio, magnesio, fósforo, etcétera.
4. Se inclina el horno y se extrae la escoria (imágen inferior,B). A continuación se le añade el carbono y ferroaleaciones y se sigue calentando hasta que las adiciones se disuelvan y se uniformice la composición del baño.
5. Se inclina el horno y se vierte el acero en la cuchara, que lo llevará al área de moldeo
(imágen inferior,C).
