4.- PRODUCCIÓN
4.- PROCESO PRODUCTIVO
Los metales no se encuentran en estado puro en la naturaleza,
sino que fruto de su combinación con oxígeno, hidrógeno, azufre, etc forman
diversos minerales. Es necesario, por tanto, extraerlos y transformarlos para
obtener la materia prima buscada.
El hierro es un metal que se encuentra en la corteza
terrestre generalmente en forma de óxidos de hierro. La siderurgia es la
metalurgia del hierro y básicamente consiste en el proceso de transformación de
la materia prima del mineral de hierro en acero, o sea, en una aleación
metálica constituida por Hierro y una proporción especialmente reducida de
Carbono (entre 0,02 y 2%) más algunos metales adicionados (cromo, cobre,
fósforo, manganeso, molibdeno, níquel, silicio, vanadio titanio, entre otros)
que le otorgan a la aleación propiedades específicas.
4.1.- MATERIAS PRIMAS
En la producción del acero se requiere la presencia de
varias materias primas que cumplen distintas funciones en su proceso de producción.
Ellas son:
o
Óxido férrico anhidro Fe2O3
o
Hematites. El óxido hidratado Fe2O3-3H2O
o
Otros óxidos, silicatos, carbonatos.
Los minerales son triturados hasta
convertirse en polvo. Las partículas de hierro se separan magnéticamente y
luego se concentran y fusionan en pellets con un alto contenido de hierro.
o
Sinterización: Consiste en aglomerar a
elevada temperatura las partículas de mineral mezcladas con polvo de coque.
o
Pelletización: Se amasan las partículas
de mineral con agua, polvo de carbón y aglomerantes, y se someten a un proceso
de cocción para su endurecimiento.
-
Coque:
Es el residuo
sólido que se obtiene por destilación de ciertos tipos de hullas (hullas
coquizables) en cámaras cerradas, fuera del contacto del aire, a temperaturas
superiores a los 1000 ºC. Sirve como combustible al quemarse rápidamente con un
calor suficientemente intenso como para fundir el mineral. La combustióera
los gases necesarios para desprender el oxígeno del mineral. También
proporciona el carbono que se requerirá más tarde para la fabricación del
acero.
-
Chatarra: Junto con los minerales de
hierro, es la primera materia para la fabricación del acero.
o
Fundentes: Tienen la misión de formar una
escoria que recoja los elementos que se introducen con la carga y son
perjudiciales para el acero final, dejando por tanto el baño libre de impurezas.
Ej. Caliza: La piedra caliza triturada es una piedra gris compuesta
principalmente por carbonato de calcio. Derretida purifica el hierro y actúa
como fundente (empleado para remover materiales indeseados) absorbiendo el
azufre, fósforo e impurezas. Esto forma una escoria, que flota sobre el hierro
líquido.
o
Ferroaleaciones: Son aleaciones de hierro
con manganeso y silicio principalmente, que se añaden en el baño para conseguir
la composición correcta del acero. A veces, se añaden metales puros, como el
aluminio, el cobre, el cobalto o el níquel.
-
Aire:
Es la materia
prima de mayor presencia en la producción de hierro: se ocupan aproximadamente 3,5
toneladas de aire por cada tonelada de arrabio producida. El aire se emplea
para mantener la combustión y para suministrar el oxígeno necesario para las
reacciones químicas. Precalentado hasta 1.100ºC aproximadamente se inyecta a
alta presión dentro de la base del horno.
4.2.- PROCESO SIDERÚRGICO
En general, se habla de una siderurgia integrada cuando la
producción del acero se realiza a partir del mineral de hierro. En este caso,
existen básicamente dos procesos diferentes:
4.2.1.- ALTOS HORNOS
Como se observa en el diagrama siguiente la producción se
inicia cargando las materias primas (mineral de hierro, carbón coque y piedra
caliza) por la parte superior del alto horno inyectando aire
precalentado a aprox. 1.100ºC en la base del horno, lo que quema el coque generando
altísimas temperaturas que funden el mineral y liberan gases que permiten
separar el hierro del mineral. La piedra caliza a esas temperaturas se
convierte en cal y captura parte de las impurezas, especialmente azufre y forma
una escoria que flota sobre el mineral fundido. El material resultante de este
proceso se denomina arrabio y contiene aún importante proporción de
carbono e impurezas que se reducen en las etapas subsiguientes.
 | |||||
| El Alto Horno funciona de manera ininterrumpida. |
El arrabio es
transportado al horno convertidor de oxígeno donde se le adiciona una
parte de material de chatarra (aprox. 25% de la carga) y, mediante una lanza
enfriada por agua, se le inyecta oxígeno puro a presión, generando temperaturas
de 1.650ºC. En estas condiciones, el oxígeno se combina con el exceso de
carbono en forma de gas y quema rápidamente otras impurezas que terminan
flotando como escoria. El ajuste fino de la composición del acero se
realiza en el horno cuchara (también llamada metalurgia secundaria). En
esta etapa se adicionan las ferroaleaciones de acuerdo al tipo de acero que se
requiere producir. El proceso se completa con la desgasificación removiendo los
gases producidos durante el proceso (oxígeno, hidrógeno y nitrógeno), lo que se
logra mediante dos procesos posibles (desgasificación por flujo o en la olla de
colada). Finalmente, el acero fundido se vierte desde la olla de colada
dentro de un depósito en forma de embudo desde el que fluye, a una velocidad
regulada, dentro de un molde con superficie de cobre refrigerado por agua cuya
forma hueca interior corresponde a la forma deseada de los llamados productos
semiterminados: tochos, palanquillas y planchones. Los tochos y palanquillas
son de sección cuadrada (comúnmente de 150mm por lado) y difieren en el largo
en que se corta. Los planchones son de sección rectangular y varían
entre 150 y 200mm de espesor por alrededor de 1.000mm de ancho. El acero, ahora
sólido, se desplaza hacia una mesa de salida donde se corta al largo deseado
mediante un soplete de corte. Desde allí se traslada mediante una correa transportadora
hacia una planta de acabado para pasar al proceso de laminado.
4.2.2.- REDUCCIÓN DIRECTA
4.2.3.- CONFORMACIÓN DEL ACERO
Una vez que el acero está en estado sólido es necesario darle
su forma de producto final. Para ello se aprovecha la capacidad que el metal
tiene de admitir una cierta deformación sin romperse, característica que se ve,
además incrementada a altas temperaturas. Aprovechando esta propiedad surge la
forja, empleada en las herrerías donde golpeando el acero caliente con el
martillo, se le daba forma al acero. Actualmente, y siguiendo un principio
similar, se emplea la laminación, en la que el acero se hace pasar entre dos
cilindros que lo presionan deformándolo.
4.2.3.1- LAMINACIÓN
La laminación del
acero consiste en transformar los productos semiterminados reduciendo su
sección hasta secciones deseadas, con el consiguiente alargamiento. En general,
los tochos y palanquillas dan origen a la familia de los productos largos, en
tanto los planchones dan origen a productos planos. El proceso de laminación en
caliente se hace a altas temperaturas y, tiene efectos no sólo sobre la
dimensión de los elementos sino también sobre la estructura granular del acero,
mejorando la dureza, resistencia y ductilidad. Entre otros efectos menos
deseados de la laminación en caliente cabe mencionar la oxidación (cascarilla
de laminación) y la consecuente imperfección de las tolerancias dimensionales.
La laminación en frío se hace a temperatura ambiente y otorga a las planchas y
flejes un acabado liso de la superficie, alta precisión dimensional y
propiedades mejoradas (aumenta la dureza y resistencia reduce la ductilidad).4.2.3.2- TREFILADO
El trefilado
es una técnica de conformado empleada en la obtención de alambres circulares
que, en diámetros pequeños, es más rentable que la laminación.La fabricación de alambres parte de alambrón laminado en caliente, al cual, mediante trefilado, se le reduce el diámetro hasta ajustarlo a los requerimientos. Esta reducción de sección se realiza en unas máquinas conocidas como trefiladoras.
4.2.3.3- FORJA Y ESTAMPACIÓN
La mayor parte del
acero producido se conforma por laminación. Sin embargo, una parte se destina a
la forja, que consiste en dar forma a una barra o tocho mediante golpeo.
La forja manual, típica de las herrerías, ha caído en desuso, aunque este mismo
principio sí se utiliza en la fabricación de piezas de gran tamaño, para las
que se emplean martillos pilones movidos hidráulicamente.
La estampación es un
proceso que puede considerarse un caso particular de la forja y que, por su
versatilidad y economía, se emplea masivamente. Se utiliza un molde y un
contramolde entre los que se dispone un producto de acero, por ejemplo, una
chapa. Al ejercer presión para unir ambos moldes, la chapa se deforma adoptando
la geometría deseada. La estampación puede combinarse con otra técnica, el troquelado,
donde se emplea también un juego de molde y contra molde que, en este caso, al
disponer de bordes cortantes, permite recortar o perforar la chapa.
4.2.3.4- MOLDEO
En el moldeo se vierte
acero líquido en un molde que contiene una cavidad que reproduce la geometría
de la pieza que se desea fabricar. Al solidificar el acero, se obtiene la pieza
deseada y, salvo operaciones de acabado, no son necesarios tratamientos
posteriores de conformado, aunque sí se deben mejorar sus superficies mediante
mecanizado.
Esta técnica es poco empleada por
su alto coste económico, el cual se debe a la necesidad de realizar moldes para
cada una de las piezas, y a que se requiere fundir completamente el acero.
Uno de los productos que más aplicación tiene en la
construcción, industria y transporte son las planchas gruesas que se producen,
generalmente a partir de planchones, en espesores que varían entre los 6,35 y
los 300mm. Este proceso se hace precalentando los planchones previamente en un
horno de recalentamiento para luego someterlos a tres tipos de laminado en los
laminadores de plancha gruesa por deslizamiento, el laminador de plancha gruesa
universal o el laminador continuo. Si es necesario lograr propiedades
especiales a las planchas se les dará un tratamiento térmico adecuado.
Otro producto común es la fabricación de planchas laminadas
en caliente para tubos cuya producción es similar a la producción de flejes,
pero dejando los bordes ligeramente biselados y dándole el tratamiento
apropiado para tolerar las severas operaciones de moldeo y soldadura.