El Liderazgo: 2009

Hoy quisiera compartir con ustedes la información que recibi del sena por medio del curso virtual: METALURGIA: PROPIEDADES Y CLASIFICACIÓN DE LOS PRINCIPALES METALES. Espero les guste la información. Además quisiera invitarlos a que realizen estos cursos, ya que nos permiten adquirir nuevos conocimientos.

EL HIERRO

Es un elemento metálico, magnético, maleable y de color blanco plateado. Tiene de número atómico 26 y es uno de los elementos de transición del sistema periódico. El Hierro fue descubierto en la prehistoria y era utilizado como adorno y para fabricar armas; el objeto más antiguo, aún existente, es un grupo de cuentas oxidadas encontrado en Egipto, y data del 4.000 a.C. El término arqueológico edad del Hierro se aplica sólo al periodo en el que se extiende la utilización y el trabajo del Hierro. El procesado moderno del Hierro no comenzó en Europa central hasta la mitad del siglo XIV d.C.

PROPIEDADES

El Hierro puro tiene una dureza que oscila entre 4 y 5. Es blando, maleable y dúctil. Se magnetiza fácilmente a temperatura ordinaria; es difícil magnetizarlo en caliente, y a unos 790°C desaparecen las propiedades magnéticas. Tiene un punto de fusión de unos 1.535°C, un punto de ebullición de 2750°C y una densidad relativa de 7,86. Su masa atómica es 55,847.
El metal existe en tres formas alotrópicas distintas: Hierro ordinario o Hierro-α (Hierro-alfa), Hierro-γ (Hierro-gamma) y Hierro-δ (Hierro-delta). La disposición interna de los átomos en la red del cristal varía en la transición de una forma a otra. La transición de Hierro- α a Hierro γ - se produce a unos 910°C, y la transición de Hierro- γ a Hierro- δ se produce a unos 1.400°C. Las distintas propiedades físicas de las formas alotrópicas y la diferencia en la cantidad de Carbono admitida por cada una de las formas desempeñan un papel importante en la formación, dureza y temple del acero.
Químicamente el Hierro es un metal activo. Se combina con los halógenos (flúor, cloro, bromo, yodo y astato y con el Azufre, Fósforo, Carbono y Silicio. Desplaza al hidrógeno de la mayoría de los ácidos débiles. Arde con Oxígeno formando tetróxido triférrico (óxido ferroso férrico), Fe3O4. Expuesto al aire húmedo, se corroe formando óxido de Hierro hidratado, una sustancia pardo-rojiza, escamosa, conocida comúnmente como orín. La formación de orín es un fenómeno electroquímico en el cual las impurezas presentes en el Hierro interactúan eléctricamente con el Hierro metal. Se establece una pequeña corriente en la que el agua de la atmósfera proporciona una disolución electrolítica. El agua y los electrólitos solubles aceleran la reacción. En este proceso, el Hierro metálico se descompone y reacciona con el Oxígeno del aire para formar el orín. La reacción es más rápida en aquellos lugares donde se acumula el orín, y la superficie del metal acaba agujereándose. Al sumergir Hierro en ácido nítrico concentrado, se forma una capa de óxido que lo hace pasivo, es decir, no reactivo químicamente con ácidos u otras sustancias. La capa de óxido protectora se rompe fácilmente golpeando o sacudiendo el metal, que vuelve a convertirse en activo.

ESTADO NATURAL

El Hierro sólo existe en estado libre en unas pocas localidades, en concreto al oeste de Groenlandia. También se encuentra en los meteoritos, normalmente aleado con níquel. En forma de compuestos químicos, está distribuido por todo el mundo, y ocupa el cuarto lugar en abundancia entre los elementos de la corteza terrestre; después del aluminio, es el más abundante de todos los metales. Los principales minerales de Hierro son las hematites. Otros minerales importantes son la goetita, la magnetita, la siderita y el Hierro del pantano (limonita). La pirita, que es un sulfuro de Hierro, no se procesa como mineral de Hierro porque el Azufre es muy difícil de eliminar. También existen pequeñas cantidades de Hierro combinadas con aguas naturales y en las plantas; además, es un componente de la sangre.

APLICACIONES Y PRODUCCIÓN DEL HIERRO

El Hierro puro, preparado por la electrólisis de una disolución de sulfato de Hierro II, tiene un uso limitado. El Hierro comercial contiene invariablemente pequeñas cantidades de Carbono y otras impurezas que alteran sus propiedades físicas, pero éstas pueden mejorarse considerablemente añadiendo más Carbono y otros elementos de aleación. La mayor parte del Hierro se utiliza en formas sometidas a un tratamiento especial, como el Hierro forjado, el Hierro fundido y el acero. Comercialmente, el Hierro puro se utiliza para obtener láminas metálicas galvanizadas y electroimanes. Los compuestos de Hierro se usan en medicina para el tratamiento de la anemia, es decir, cuando desciende la cantidad de hemoglobina o el número de glóbulos rojos en la sangre. A principios de la década de 1990, la producción anual de Hierro se aproximaba a 920 millones de toneladas métricas.

COMPUESTOS DEL HIERRO

El Hierro forma compuestos en los que tiene valencia +2 (antiguamente compuestos ferrosos) y compuestos en los que tiene valencia +3 (antiguamente compuestos férricos). Los compuestos de Hierro (II) se oxidan fácilmente a compuestos de Hierro (III). El compuesto más importante de Hierro (II) es el sulfato de Hierro (II), FeSO4, denominado caparrosa verde; normalmente existe en forma de cristales verde pálido que contienen siete moléculas de agua de hidratación. Se obtiene en grandes cantidades como subproducto al limpiar el Hierro con baño químico, y se utiliza como mordiente en el tinte, para obtener tónicos medicinales y para fabricar tinta y pigmentos.
El óxido de Hierro (III), un polvo rojo amorfo, se obtiene tratando sales de Hierro (III) con una base, y también oxidando pirita. Se utiliza como pigmento, y se denomina rojo de Hierro o rojo veneciano. También se usa como abrasivo para pulir y como medio magnetizable de cintas y discos magnéticos. El cloruro de Hierro (III), que se obtiene en forma de cristales brillantes de color verde oscuro al calentar Hierro con cloro, se utiliza en medicina y como una disolución alcohólica llamada tintura de Hierro.

MATERIAS PRIMAS PARA LA PRODUCCIÓN DE ARRABIO

Esta etapa incluye la descarga, clasificación, pesaje y almacenamiento de las materias primas necesarias para la fabricación del acero, que básicamente son:
Carbones Metalúrgicos
Mineral de Hierro
Caliza
El Arrabio es el primer proceso que se realiza para obtener Acero, los materiales básicos empleados son Mineral de Hierro, coque y caliza. El coque se quema como combustible para calentar el horno, y al arder libera monóxido de Carbono, que se combina con los óxidos de Hierro del mineral y los reduce a Hierro metálico.
La ecuación de la reacción química fundamental de un alto horno es:

Fe2O3 + 3CO => 3CO2 + 2Fe

La caliza de la carga del horno se emplea como fuente adicional de monóxido de Carbono y como sustancia fundente. Este material se combina con la sílice presente en el mineral (que no se funde a las temperaturas del horno) para formar silicato de Calcio, de menor punto de fusión. Sin la caliza se formaría silicato de Hierro, con lo que se perdería Hierro metálico. El silicato de Calcio y otras impurezas forman una escoria que flota sobre el metal fundido en la parte inferior del horno. El arrabio producido en los altos hornos tiene la siguiente composición: un 92 % de Hierro, un 3 % o 4 % de Carbono, entre 0,5 % y 3 % de Silicio, del 0,25 % al 2,5 % de Manganeso, del 0,04 % al 2 % de Fósforo y algunas partículas de Azufre.
El alto Horno es virtualmente una planta química que reduce continuamente el Hierro del mineral. Químicamente desprende el Oxígeno del óxido de Hierro existente en el mineral para liberar el Hierro. Está formado por una cápsula cilíndrica de acero forrada con un material no metálico y resistente al calor, como ladrillos refractarios y placas refrigerantes. El diámetro de la cápsula disminuye hacia arriba y hacia abajo, y es máximo en un punto situado aproximadamente a una cuarta parte de su altura total. La parte inferior del horno está dotada de varias aberturas tubulares llamadas toberas, por donde se fuerza el paso del aire. Cerca del fondo se encuentra un orificio por el que fluye el Arrabio cuando se sangra (o vacía) el alto horno. Encima de ese orificio, pero debajo de las toberas, hay otro agujero para retirar la escoria. La parte superior del horno, cuya altura es de unos 30 m, contiene respiraderos para los gases de escape, y un par de tolvas redondas, cerradas por válvulas en forma de campana, por las que se introduce la carga en el horno. Los materiales se llevan hasta las tolvas en pequeñas vagonetas o cucharas que se suben por un elevador inclinado situado en el exterior del horno.

PROCESO DE OBTENCIÓN DE ARRABIO

Las materias primas se cargan (o se vacían) en la parte superior del horno. El aire, que ha sido precalentado hasta los 1.030º C aproximadamente, es forzado dentro de la base del horno para quemar el coque. El coque en combustión genera el intenso calor requerido para fundir el mineral y produce los gases necesarios para separar el Hierro del mineral. Los altos hornos funcionan de forma continua. La materia prima que se va a introducir en el horno se divide en un determinado número de pequeñas cargas que se introducen a intervalos de entre 10 y 15 minutos. La escoria que flota sobre el metal fundido se retira una vez cada dos horas, y el Arrabio se sangra cinco veces al día. El aire insuflado en el alto horno se precalienta a una temperatura aproximada de 1.030ºC. El calentamiento se realiza en las llamadas estufas, cilindros con estructuras de ladrillo refractario. El ladrillo se calienta durante varias horas quemando gas de alto horno, que son los gases de escape que salen de la parte superior del horno. Después se apaga la llama y se hace pasar el aire a presión por la estufa. El peso del aire empleado en un alto horno supera el peso total de las demás materias primas. Esencialmente, el CO gaseoso a altas temperaturas tiene una mayor atracción por el Oxígeno presente en el mineral de Hierro (Fe2O2) que el Hierro mismo, de modo que reaccionará con él para liberarlo. Químicamente entonces, el Hierro se ha reducido en el mineral. Mientras tanto, a alta temperatura, la piedra caliza fundida se convierte en cal, la cual se combina con el Azufre y otras impurezas. Esto forma una escoria que flota encima del Hierro fundido.
Después de la II Guerra Mundial se introdujo un importante avance en la tecnología de altos hornos: la presurización de los hornos. Estrangulando el flujo de gas de los respiraderos del horno es posible aumentar la presión del interior del horno hasta 1,7 atmósferas o más. La técnica de presurización permite una mejor combustión del coque y una mayor producción de Hierro. En muchos altos hornos puede lograrse un aumento de la producción de un 25%. En instalaciones experimentales también se ha demostrado que la producción se incrementa enriqueciendo el aire con Oxígeno.
Cada cinco o seis horas, se cuelan desde la parte interior del horno hacia una olla de colada o a un carro de metal caliente, entre 150 a 375 toneladas de Arrabio. Luego se transportan a un horno de fabricación de acero. La escoria flotante sobre el Hierro fundido en el horno se drena separadamente. Cualquier escoria o sobrante que salga del horno junto con el metal se elimina antes de llegar al recipiente. A continuación, el contenedor lleno de Arrabio se transporta a la fábrica siderúrgica o acería.
Los altos hornos modernos funcionan en combinación con hornos básicos de Oxígeno o convertidores al Oxígeno, y a veces con hornos de crisol abierto, más antiguos, como parte de una única planta siderúrgica. En esas plantas, los hornos siderúrgicos se cargan con Arrabio. El metal fundido procedente de diversos altos hornos puede mezclarse en una gran cuchara antes de convertirlo en acero con el fin de minimizar el efecto de posibles irregularidades de alguno de los hornos.
El Arrabio recién producido contiene demasiado Carbono y demasiadas impurezas para ser provechoso. Debe ser refinado, porque esencialmente, el acero es Hierro altamente refinado que contiene menos de un 2% de Carbono.
El Hierro recién colado se denomina Arrabio. El Oxígeno ha sido removido, pero aún contiene demasiado Carbono (aproximadamente un 4%) y demasiadas impurezas (Silicio, Azufre, Manganeso y Fósforo) como para ser útil, para eso debe ser refinado, porque esencialmente el acero es Hierro altamente refinado que contiene menos de un 2% de Carbono.
La fabricación del acero a partir del Arrabio implica no sólo la remoción del Carbono para llevarlo al nivel deseado, sino también la remoción o reducción de las impurezas que contiene. Se pueden emplear varios procesos de fabricación de acero para purificar o refinar el Arrabio; es decir, para remover sus impurezas. Cada uno de ellos incluye el proceso básico de oxidación.

REFINACIÓN DEL ARRABIO:

En el alto horno, el Oxígeno fue removido del mineral por la acción del CO (monóxido de Carbono) gaseoso, el cual se combinó con los átomos de Oxígeno en el mineral para terminar como CO2 gaseoso (dióxido de Carbono).
Ahora, el Oxígeno se empleará para remover el exceso de Carbono del Arrabio. A alta temperatura, los átomos de Carbono (C) disueltos en el Hierro fundido se combinan con el Oxígeno para producir monóxido de Carbono gaseoso y de este modo remover el Carbono mediante el proceso de oxidación.

EL ALTO HORNO

La reducción del mineral para obtener Arrabio, se realiza en los Altos Hornos. Por el tragante (parte superior del horno) se cargan por capas los minerales de Hierro, la caliza y el coque.
El objeto del alto horno es la reducción del mineral de Hierro. Reducción: es la separación de todas las substancias extrañas que acompañan al metal especialmente del oxigeno. Esta operación es indispensable, pues los minerales, tales como se encuentran en las minas, no podrían ser trabajados y no tendrían directas aplicación.
Tampoco los lingotes de Arrabio o de primera fusión obtenidos en el alto horno, podrían ser utilizados de inmediato en el taller, debido a la gran cantidad de Carbono que contiene y por su poca homogeneidad. Sin embargo es indispensable que los minerales pasen previamente por el alto horno para poderse transformar luego en Hierro, en acero o fundición.
La inyección de aire precalentado a 1.000ºC, aproximadamente, facilita la combustión del coque, generando elevadas temperaturas y gases reductores que actúan sobre el mineral y la caliza, transformándolos en Arrabio (Hierro líquido) y en escoria, respectivamente.
La colada, que consiste en extraer estos elementos acumulados en el crisol (parte inferior de los altos hornos), se efectúa aproximadamente cada dos horas. El Arrabio es recibido en carros torpedo para ser transportado a la Acería de Convertidores al Oxígeno; la escoria, separada del Arrabio por su menor densidad, se hace fluir hacia un foso donde es “apagada” y granulada por un chorro de agua.

DESCRIPCIÓN DE LAS PARTES:

La parte superior recibe el nombre de cuba y la parte intermedia es el etalaje. La inferior, el crisol, es cilíndrica y termina con la dama, donde se encuentre el orificio de salida para el metal fundido. La parte superior de la cuba, llamada tragante, se mantiene cerrada herméticamente por medio de una tapa metálica de forma cónica. Esta se baja mecánicamente al descargarse sobre ella la vagoneta de mineral, carbón o fundente, y por la acción de un contrapeso vuelve a cerrarse impidiendo el escape de los gases. Más abajo del tragante existe un grueso caño que recoge los gases producidos en el horno para llevarlos al depurador y luego al recuperador. En lo alto del crisol hay unas hileras de toberas por donde penetra el aire comprimido que debe que debe activar la combustión. Un poco más abajo se halla la salida para las escorias.

CARGA DEL ALTO HORNO:

El alto horno es un Torrejón de ladrillos refractarios, consiste de 2 conos truncados, reunidos por sus bases. Tienen un diámetro de 6 a 10 metros y de 20 a 30 metros de altura estando sostenido exteriormente por una robusta armazón de Hierro. La carga del horno se hace con potentes montacargas dotados de fuertes cajas. La forma del tragante permite que los materiales que entra se distribuyan más uniformemente. En un alto horno moderno, por cada tonelada de Mena (parte del filón o yacimiento que contiene minerales útiles en mayor proporción que rocas sin valor económico) se carga se carga media tonelada de carbón de coque metalúrgico y un cuarto de tonelada de fundente, de lo que se obtienen media tonelada de fundición bruta, media tonelada de escoria y tres cuartos de productos volátiles, denominados gases de alto horno. El objeto del fundente es formar con la ganga un compuesto fácilmente fusible y más liviano que la misma fundición, para que sobrenadando se desborde y corra al exterior por un plano inclinado. Este fundente es el carbonato cálcico (piedra calcárea) cuando la ganga es silícica, y son arenas silíceas, cuando la ganga es calcárea.
El mineral, el carbón y el fundente bajan en el horno a medida que las capas inferiores se consumen por la combustión del carbón y por la extracción de la fundición bruta. Para producir y activar la combustión se inyecta aire a 15 atmósferas de presión y a una temperatura de 900ºC. El funcionamiento del alto horno perdura hasta que resista la capa interna refractaria (8 años aproximadamente). Su encendido inicial exige gran cantidad de leña y carbón. La producción es de 200 a 300 toneladas de Hierro colado cada 24 horas, variando según el tamaño del alto horno y la cantidad de aire soplada.

COMPONENTES DEL ALTO HORNO

Tragante: el tragante es la parte más alta del horno, y es por donde se introducen las materias primas. Está provisto de un sistema de campanas de protección que impedirán que los gases del horno escapen a la atmósfera contaminándola.
Pantalón: es el conjunto de conductos de salida de gases colocados en el tragante de un alto horno. Por él escapan gases cuya temperatura oscila entre 129º C y 250º C.
Cuba: a continuación del tragante esta la cuba. Tiene forma de tronco de cono. En su parte interna esta recubierta de material refractario, para protegerlo de las altas temperatura que allí se generan (alrededor de 1.000º C).
Vientre: se encuentra a continuación de la cuba y tiene menos altura que ésta. Interiormente esta recubierta de material refractario para proteger de la temperatura que se genera (entre 950º C y 1.250º C).
Etalajes: después del vientre se encuentran los etalajes. Tienen forma de tronco de cono. Interiormente están forrados con material refractario. Es la zona del horno en la que se alcanzan mayores temperaturas: superiores a los 2.000º C, ya que es la zona en la que se produce la combustión del coque.En esta zona se produce la fusión del Hierro y la formación de las escorias o material no utilizable.
Crisol: el crisol es la parte más baja del alto horno, y es el lugar donde se almacenan el Arrabio y la escorias. En la parte mas baja del crisol existe un orificio para la salida del Arrabio fundido. A otra altura diferente existe otro orificio para la salida de la escoria.

Toberas: en la parte más alta del crisol se suelen colocar en toda la periferia unas toberas para la inyección a presión, de aire, que acelera la combustión del coque.
Piquera: orificio de salida del Arrabio en estado líquido.
Bigotera: canal de salida del Arrabio en estado líquido.

HIERRO Y SIDERURGIA

El Hierro se extrae del mineral de Hierro y la industria siderúrgica es la encargada de obtenerlo y elaborarlo. Pero este Hierro puro (Fe) o Hierro dulce en estado virgen no sirve como material de ingeniería porque su constitución es muy blanda y dúctil. Por ello, en la práctica, el Hierro se utiliza para la obtención de productos siderúrgicos, es decir, aceros y fundiciones. El elemento básico de la aleación del Hierro es el Carbono, las aleaciones que forman se caracterizan por tres aspectos:
Por su composición química.
Por su constitución.
Por su estructura.

ANTECEDENTES HISTÓRICOS

No se sabe a ciencia cierta quien descubrió el Hierro, lo cierto es que su historia corre pareja a la historia de la civilización humana. La verdadera edad de Hierro comienza cuando nuestros antepasados aprenden a extraer el Hierro de los minerales que lo contienen. Una vez obtenido, lo calentaban utilizando hornos de leña y le daban la forma deseada martillando repetidamente el material al rojo vivo. Cuando por exigencias de la producción se dio paso al horno de carbón y mineral, el calor que producía era tal que el material pasaba a un estado liquido. Aunque al principio no supieron que hacer con el. Sin embargo habían descubierto un producto verdaderamente importante: el Hierro colado.

PROCESO SIDERÚRGICO

Cuando el Hierro se enfría y se transforma en elemento sólido, la mayoría de los átomos se agrupan en capas ordenadas. Pero la desalineación de algunos de estos átomos crea zonas débiles denominadas dislocaciones. Cuando una pieza de Hierro sufre una presión, las zonas débiles se deslizan unas sobre otras y el metal se deforma.
Sin embargo, añadiendo Carbono al Hierro, podemos crear una variedad de aleaciones con propiedades muy distintas denominadas aceros al Carbono.
Hay dos tipos de industrias siderúrgicas:
Las siderúrgicas integradas, extraen el metal (llamado Arrabio) del mineral de Hierro y lo venden a otras empresas en los distintos formatos en que aparecen en el mercado, normalmente lingotes, estas utilizan para el proceso, los altos hornos.
Siderurgias semi-integradas: son las que a partir de cierta carga metálica, compuesta por chatarra de acero, chatarra de Hierro fundido y los lingotes de Arrabio fabricados en el alto horno, añaden Carbono y otros componentes para obtener aleaciones con propiedades mas ventajosas para su uso en la industria, como aceros y fundiciones. Hay empresas que engloban ambos procesos y partiendo del mineral de Hierro, consiguen un producto final incluyendo todos los tratamientos necesarios.

MATERIAS PRIMAS PARA LA SIDERURGIA

La obtención de un material férrico de calidad tiene su base en una adecuada combinación de los componentes que se añaden a la fusión. Es imprescindible establecer la calidad de cada uno de ellos para así establecer las correspondientes especificaciones. La carga metálica es uno de los factores definitorios de la calidad del material a obtener. En los altos hornos está compuesta por mineral de Hierro, mientras que en las acerías y en fundiciones puede constar de lingote, chatarra de acero, chatarra de Hierro fundido y retornos. Un segundo material de carga es el coque. Actúa como combustible y forma la cama de coque para sobrealimentar al Hierro liquido.Los fundentes se añaden para mejorar la fluidez de las escorias y bajar su punto de fusión. Los más utilizados son la piedra caliza, la dolomía y otros. Estos son los tres componentes de la fusión, de influencia determinante en la calidad del material férrico líquido que se va obtener.

MATERIAS PRIMAS PARA LA SIDERURGIA:

Mineral de Hierro
El Hierro es obtenido de la naturaleza de dos fuentes diferentes: los Óxidos de Hierro y los carbonatos de Hierro.En los minerales de Hierro están mezcladasla Mena, o parte útil compuesta de óxidosde Hierro, y la ganga, compuesta de Sílice,alúmina, cal, entre otros.

Coque
El coque es combustible de gran importanciaen la industria siderúrgica. Se obtiene deun tipo de carbón llamado hulla.El coque ha sustituido como combustible siderúrgico al carbón vegetal utilizadohasta el siglo XIX.

Fundentes
Los minerales de Hierro vienen acompañados de impurezas o ganga que hay que eliminar.La concentración de estas se denomina escoria. Los fundentes se añaden paramejorar la fluidez de las escorias y bajarsu punto de fusión. Los más utilizados sonla Sílice, la caliza (carbonato de Calcio)y la dolomía (Carbonato Magnésico).

El Liderazgo

viernes, 23 de enero de 2009

jueves, 22 de enero de 2009

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