Procesos de Siderurgia y Metalurgia: Producción de Acero y Metales No Ferrosos

1. Materias Primas Fundamentales

Para la producción del hierro y el acero se requieren cuatro elementos esenciales:

• Mineral de hierro
• Coque
• Piedra caliza
• Aire caliente

Principales minerales de hierro:

• Hematita (Fe₂O₃) - 70% Fe
• Magnetita (Fe₃O₄) - 72.4% Fe
• Siderita - 48.3% Fe
• Limonita - 60-65% Fe

2. Preparación del Mineral

Antes de introducirse al alto horno, el mineral, el coque y la caliza pasan por los siguientes procesos:

• Lavado: eliminación de impurezas.
• Triturado o quebrado.
• Cribado: clasificación por tamaño.

3. Fabricación del Arrabio (Alto Horno)

El alto horno tiene aproximadamente 40 metros de altura. En su interior:

• Se cargan capas alternadas de mineral, coque y piedra caliza.
• Se inyecta aire caliente (aprox. 650°C).
• La temperatura interna alcanza hasta 1650°C.
• El carbono del coque reacciona con el oxígeno del mineral liberando hierro metálico.
• La piedra caliza se combina con impurezas formando escoria.

Productos obtenidos: Arrabio y Escoria.

Características del arrabio:

• Alto contenido de carbono.
• Presencia de azufre y otras impurezas.
• No es acero aún.

4. Afino del Acero

Proceso para reducir impurezas y ajustar la composición química.

a) Convertidor Bessemer:

• Inyección de aire a presión.
• Temperatura aproximada de 1600°C.
• Proceso rápido (20 min).
• Poco control químico.

b) Horno Básico de Oxígeno (BOF):

• Inyección de oxígeno puro.
• Carga: 75% arrabio + chatarra + cal.
• Temperatura superior a 1650°C.
• Mayor eficiencia y control.

c) Horno de Arco Eléctrico (EAF):

• Uso de electrodos de grafito.
• Trabaja principalmente con chatarra.
• Produce acero de alta calidad.
• Excelente control de temperatura.

Materiales Refractarios:

• Línea ácida: alto contenido de sílice.
• Línea básica: resiste escorias alcalinas.

5. Colada y Solidificación

• Colada tradicional: Producción de lingotes.
• Colada continua: Produce planchones, palanquillas y barras. La colada continua es más eficiente y moderna.

6. Procesos de Conformado

Laminado en caliente:

• Temperatura mayor a 926°C.
• Menor costo.
• Superficie rugosa.

Laminado en frío:

• Temperatura ambiente.
• Mejor acabado superficial.
• Mayor resistencia mecánica.

Otros procesos:

• Forjado
• Extrusión
• Trefilado

7. Maquinado y Tratamientos

Procesos de maquinado:

• Torneado
• Fresado
• Taladrado
• Rectificado

Tratamientos térmicos:

• Temple
• Revenido
• Recocido

8. Control de Calidad

• Ensayos mecánicos (tensión, dureza, impacto).
• Inspección dimensional.
• Análisis metalográfico.

9. Subproductos y Residuos

• Escoria: uso en cementos.
• Viruta: reciclable.
• Gases industriales: recuperables.
• Polvos metálicos y aceites usados.

10. El Aluminio

Obtenido de la bauxita. Posee propiedades como baja densidad, resistencia a la corrosión y buena conductividad. Se clasifica en series 1xxx a 8xxx según el elemento aleante. Sus estados pueden ser F, O, H, T. Aplicaciones: aeronáutica, automotriz y arquitectura.

11. El Cobre y sus Aleaciones

Destaca por su alta conductividad eléctrica y térmica. Sus aleaciones principales son:

• Latón: Cobre y Zinc (Cu-Zn).
• Bronce: Cobre y Estaño (Cu-Sn).
• Cuproníquel: Cobre y Níquel (Cu-Ni).

Aplicaciones: conductores, radiadores, tuberías y decoración.

12. Parámetros de Maquinado: Cálculo de RPM

Fórmula para calcular las revoluciones por minuto:

RPM = (Vc x 1000) / (π x D)

• Vc: velocidad de corte (m/min).
• D: diámetro de la pieza (mm).

Resumen Comparativo de Sistemas de Refino

1. Convertidor Bessemer

• Inyecta aire a presión.
• Revestimiento ácido o básico.
• Proceso rápido (~20 min).
• Poco control químico.
• Fue sustituido por el BOF.

2. Horno Básico de Oxígeno (BOF)

• Inyecta oxígeno puro.
• Carga: 75% arrabio + chatarra + cal.
• Temperatura > 1650°C.
• Mejor control de calidad.
• Sistema más eficiente actualmente.

3. Horno de Arco Eléctrico (EAF)

• Funciona con electrodos de grafito.
• Usa principalmente chatarra.
• Produce aceros especiales e inoxidables.
• Mejor control de temperatura.
• Alta calidad.