Agosto-Diciembre 2019

INSTITUTO TECNOLÓGICO DE MEXICO

INSTITUTO TECNOLOGICO DE TUXTLA GUTIÉRREZDEPARTAMENTO DE METAL- MECÁNICA

INGENIERÍA MECÁNICAMCIM. HERNÁN VALENCIA SÁNCHEZ

UNIDAD III

PRODUCCION DE ARRABIO Y PROCESOS DE ACERACION

3.1. -CONCEPTO DE METALURGIA

3.2. -PROCESO DE PREBENEFICIO DEL MINERAL DE HIERRO

3.3.- PRODUCCION DE ARRABIO

3.4.- PROCESOS DE ACERACIÓN

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3.1 CONCEPTO DE METALURGIA

* Es la ciencia que trata sobre la producción de los

metales a partir de los minerales.

* Es la ciencia y arte de extraer metales para su uso

práctico.

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LA METALURGIA SE DIVIDE EN:

- Metalurgia extractiva

Procedimientos para extraer el mineral de la corteza terrestre

.

- Metalurgia de proceso

Aleación, tratamiento térmico y refinación de los metales.

- Metalurgia física

Estructura cristalina, propiedades físicas y mecánicas

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ESTADO NATURAL DE LOS MINERALES

MENA: Es una roca que puede ser minada económicamente

para ser utilizada como materia prima para la producción de

metales, que contiene los minerales útiles. Mena diferente de

una roca común.

GANGA: Materia inútil que acompaña a los metales y que

luego se separa de la mena. (Sílice, alúmina, oxido de calcio,

oxido de magnesio, arena, tierra, etc.)

Clasificación de las menas

HIERRO (Magnetita, hematita, siderita, limonita,ilmenita)

SULFUROS (De cobre, sulfuros mezclados cu-fe, pirita)

HALUROS (Sal de roca, salmuera, cloruro de magnesio)

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A) Por el contenido de hierro

B) Por la composición de la ganga

C) Por la impurezas perjudiciales: azufre, fosforo, etc.

LA UTILIDAD DEL MINERAL HIERRO SE DETERMINA:

1.- Magnetita (mena negra)72.4% de oxido de hierro en estado puro. Imán natural.

2.- Hematita (mena roja, negra o marrón) 50-60% oxido de hierro deshidratado.

3.- Siderita (mena color gris con matices amarillos) 30-40% de hierro, bajo contenido de carbono.

4.- Limonita (mena color pardo con diferentes matices) 20-25% de hierro.

5.- Ilmita (mena gris) 47.3-60% oxido de hierroFeO.

1 2

4

5

Minerales (menas) para obtención del hierro:

3

PREPARACIÓN Y ENRIQUECIMIENTO DEL MINERAL

(PROCESO DE PREBENEFICIO )

En este proceso el mineral recibe los tratamientos mas comunes:

1.- Trituración

2.- Lavado

3.- Clasificación

4.- Separación

5.- Pirometalurgia

TRITURACIÓN

Se realiza en molinos de: mandíbulas o quijadas, de cono o

Symonds, de tambor, etc.

LAVADO (FLOTACIÓN)

Los minerales contienen arcilla, arena, tierra arcillosa, etc.

CLASIFICACIÓN

Una vez triturado el mineral pasa a clasificarse por medio

de cribas, bastidores inclinados, cilindros giratorios.

CLASIFICACIÓN

Imanes eléctricos separan las partículas del mineral de hierro,

rechazando la ganga no magnética.

SEPARACIÓN MAGNETICA

OTRAS OPERACIONES

Operaciones físicas

Molido

Filtrado

Centrifugado

Destilación

Precipitación

Levigación

(separación)

Operaciones químicas

Oxidación

Reducción

Electrolisis

Hidrólisis

Lixiviación (reacciones convirtiendo

en sales)

Electrodeposición (Galvanoplastia)

PIROMETALURGIA

SECADO

TOSTACION

SINTERIZACIÓN (pellets)

3.3 PRODUCCIÓN DE ARRABIO

OBTENCIÓN DE HIERRO

MATERIA PRIMA: Mineral del hierro

-Magnetita, Hematita, Limonita, siderita, ilmenita, taconita

Mena y Ganga: Alúmina, arcilla, azufre, fósforo, etc.

La ganga se evacúa por diferentes métodos:

Físicos o químicos

Fundición (Caliza y Dolomita) = perdigones, panes, lingotes.

Fundición para formación de aceros

PRODUCCIÓN DE ARRABIO:

(HIERRO DE PRIMERA FUNDICIÓN)

Para la creación de hierro, se realiza en altos hornos.

Altos hornos: 30 - 70 m , 19m de diámetro, son una cápsula de

acero cubierta por una capa de material no metálico y resistente

al calor, (ladrillos refractarios o asbesto).

Algunos componentes del alto horno

Tragante, boca, cuba, vientre, etalaje, crisol, solera, toberas,

bigotera, piquera, cucharones.

PARA LA FUNDICIÓN 3 ELEMENTOS PRINCIPALES

Mineral de HierroCombustible: Carbón coke (Coque) Fundente: Caliza

CaCO3Destilación de carbón bituminoso

EL PROCESO OCURRE EN 3 PERIODOS

1.-Reducción del hierro a partir de sus óxidos:

Aire caliente (1200°C) llega al crisol

Desciende el combustible y reacciona con el aire

Desciende el resto materiales de la carga (Zona de

precalentamiento; se libera agua y azufre) al tiempo que

ascienden gases.

Disminuye el contenido oxígeno y la oxidación del carbono se

vuelve incompleta:

En la zona de reducción, reacción de C

y simultáneamente se descompone la caliza

Reducción del hierro a partir de sus óxidos y de los óxidos por el Carbono sólido

Simultáneamente reacciones de reducción de OTROS elementos contenidos en

la carga: Si, Mn, P, etc.

2. Trasformación del Fe en fundición (arrabio)

(Zona de fusión) Ocurre una carburación, El óxido de Carbono a una

temperatura de 900°C-1100°C reacciona con Fe

El FeS formado por Fe y azufre expulsado en Z. Precalentado se

disuelve con el Fe restante.

Aleación compleja de Fe, S,C, Mn y P

3.-Caliza; reacciona con cenizas, coque, ganga, parte de azufre e

impurezas formando escoria.

REDUCCIÓN DIRECTAConcentración

70%

Minerales de Hierro y cuarcitas

ferruginosas

Concentrado de mineral de Hierro

1

• El concentrado se tritura + agua= Pasta

2

• Planta de enriquecimiento Mineral

3

• Evacuar humedad y agregar una sustancia arcillosa

4

• Pega las partículas formando “gránulos brutos” (1 - 2cm)

5• Se someten a un ensayado de resistencia

6

•Gránulos con mas de 67% de Hierro se reducen en hornos de Cuba Automáticos a 800°C (Gas Natural)

7

•Gránulos metalizados o Hierro Esponja (Hierro con cierta cantidad de aire, manejable) con mas del 70% de Hierro.

9

•Se suministra a Hornos eléctricas para la producción del acero

ACERACIÓN

¿QUÉ ES?

La aceración es el proceso donde se otorgarán las

características específicas del acero.

CARGA

Podemos encontrar 2 tipos de materia prima (MP):

-Segura: Se conoce el análisis químico. Ejemplo: Arabio, hierro

esponja, etc.

-No segura: No se conoce el análisis químico. Ejemplo: Chatarra

que provienen de industrias.

Estas MP pueden tener 3 tipos de problemas:

1. Aceros aleados elevan la resistencia mecánica y aumenta la fragilidad.

2. Otros metales como níquel, estaño, etc., que tienen un límite

de solubilidad muy bajo forman aleaciones que dan fragilidad.

3. Recubrimientos no metálicos como vidrios o esmaltados

genera impurezas.

FUSIÓN

La operación se basa en el cambio de estado de la carga,pero lo importante en esta etapa es el método o fuente deenergía que utilizamos.En los procesos de conversión el oxígeno que se introduceoxida a los aleantes y provoca que estos no ingresen comoaleantes, sino como oxido de aleantes que generanimpurezas. Por otro lado, los hornos de inducción son másseguros en este aspecto, porque tiene una tapa que evita quelos aleantes se oxiden por la presencia de oxígeno.

Algunos tipos de acero

inoxidable contienen además

otros elementos aleantes

OXIDACIÓN

En esta etapa se oxidan los elementos para eliminar las

impurezas.

No todos los elementos reaccionan igualmente con el oxígeno. El

orden de afinidad de los elementos de primero al último es: Si,

Mn, C, P, Fe respectivamente. Como hay mayor cantidad de Fe

el oxígeno tendera a reaccionan con el mismo, pero cuando se

encuentra con otros elemento (Si, Mn, C, P) el oxígeno reacciona

con estos últimos porque tiene mayor afinidad.

Las inclusiones que se forman en la reacción son atraídas por la

escoria que tienen un PH diferente al de la inclusiones, por

ejemplo, la escoria de carácter básico atrae a la inclusiones de

carácter ácido y viceversa.

Otro factor que influye en este proceso es la alta viscosidad del

hierro ya que sólo las inclusiones de mayor tamaño van a tender a

flotar, mientras que las pequeñas inclusiones son retenido dentro

del hierro.

DESOXIDACIÓN

Este proceso tiene como objetivo disminuir el óxido ferroso.

Para llevar a cabo el proceso se debe utilizar un elemento

que tenga máxima afinidad con el oxígeno como el Si. Por lo

general se utiliza la opción 2 porque a través de esta

reacción se elimina el P que fragiliza al acero.

COLADA

Es el proceso donde el acero pasa de un estado líquido a

sólido y hay dos formas de llevarlo a cabo:

-Lingotera: Se vierte el acero líquido en una lingotera y seobtiene un lingote.

-Colada continua: Es la alimentación continua a una

lingotera que puede ser vertical o curva. Este método se

utiliza cuando es necesario tratar grandes cantidades de

acero en poco tiempo.

TIPOS DE HORNOS

1.- BOF

2.- HOGAR ABIERTO

3.- HORNO ELECTRICO:

4.- DE ARCO

5.- DE INDUCCION

Una dificultad para la fabricación del acero es su elevado punto de

fusión, 1.400ºC aproximadamente, que impide utilizar combustibles y

hornos convencionales

HORNO BOF

El nombre del horno se debe a que tiene un recubrimiento de

refractario de la línea básica y la inyección de oxigeno.

Su característica es la insuflación de oxigeno a una velocidad

supersónica cuya materia prima lo constituye un 70 % de arrabio o

hierro liquido y el resto chatarra.

HORNO DE HOGAR ABIERTO

El HORNO DE HOGAR ABIERTO semeja un horno enorme, y se le

denomina de esta manera porque contiene en el hogar (fondo) una

especie de piscina larga y poco profunda (6m de ancho, por 15 m de

largo, por 1 m de profundidad, aproximadamente).

El horno se carga en un 30% a un 40% con chatarra y piedra caliza,

empleando aire pre-calentado, combustible líquido y gas para la

combustión, largas lenguas de fuego pasan sobre los materiales,

fundiéndolos. Al mismo tiempo, se quema (o se oxida) el exceso de

carbono y otras impurezas como el fósforo, silicio y manganeso.

El proceso completo demora de 5-8 horas, mientras que el Horno de

Oxígeno Básico produce la misma cantidad de acero en 45 minutos

aproximadamente.

HORNO DE ARCO DE ELECTRICO

Su principal fuente de energía es la electricidad en conjunto con

las inyecciones de oxigeno y de quemadores de oxido-combustión.

En este “método”, tiene mayor flexibilidad que el BOF

HORNO DE INDUCCIÓN

Actividad 1.- Explique el funcionamiento del horno de

Inducción (Equipo)

Actividad 2.- Analizar un video de la producción del acero

Describir con sus palabras todo el proceso que se lleva acabo hasta la

obtención del Acero) en su trabajo debe de ir presentación del equipo,

fecha de entrega, Introducción ,desarrollo, conclusión y bibliografía (en

Bibliografía debe de ir el link del Video analizado)

Actividad 3.- Realizar un mapa mental de Proceso de

Aceración.(Individual)

Actividad 4.- Realizar un mapa conceptual de la producción del

arrabio.(individual)

Actividad 5.- Expliquen como funciona un alto horno(Equipo)

Fecha de entrega el 01 de abril del 2020