ALTO HORNO

ALTO HORNO
Alto horno se define como una planta química que comprime consecutivamente el hierro del mineral. Químicamente libera el oxígeno del óxido de hierro presente en el mineral para librar el hierro.
Está creado por una cápsula cilíndrica de acero cubierta con un material no metálico y resistente al calor, como ladrillos resistentes  y laminas refrigerantes. El radio de la cápsula contrae hacia arriba y hacia abajo, y es máximo en un punto ubicado alrededor de a una cuarta parte de su altura total.
La parte inferior del horno está formada de varias rendijas tubulares conocidas como toberas, por en el cual se impulsa el paso del aire. Cerca del fondo se halla un abertura por el que filtra el arrabio cuando fluye (o se vacía) el alto horno. Además de esa abertura, pero debajo de los conductos, se encuentra otro orificio para aislar la escoria.
La parte de arriba del horno, su altura es de unos 30 metros, ocupa conductos para los gases de salida, y un equivalentes de tolvas esféricas, tapadas por válvulas de manera de campana, por las que se implanta la carga en el horno.
Los materiales se transportan hasta las tolvas en pequeñas vagones o cucharas que se ascienden por un elevador transversal ubicado en el exterior del horno.
Las materias primas se vacían en la parte superior del horno.
Entre estas materias primas se encuentran la caliza, cuarzo pellets, chatarra, el mineral de hierro,

El aire que se introduce, que ha sido precalentado hasta los 1.030º C aproximadamente, es forzado al interior de la plataforma del horno para calentar coque. El coque se explica como una combustión que forma el intenso calor requerido para derretir el mineral y origina los gases fundamentales para distanciar el hierro del mineral.

 
ELEMENTOS
%
CARBONO©
4,50%
SILICIO(SI)
0,45%
FOSFORO (P)
0,110%
FIERRO(FE)
93,70%
VANADIO(V)
0,35%
TITANIO(TI)
0,06%
MANGANESO(MN)
0,40%
AZUFRE(S)
0,025%
T° ALTO HORNO :1.462°C



El arrabio producido en los altos hornos tiene la siguiente composición química

TRATAMIENTOS TERMICOS

TRATAMIENTOS TÉRMICOS

Los tratamientos térmicos han logrado un auge en la industrial debido a los muchos cambios que rodean a la industrial en general que exige que los materiales sean más  resistentes, innovadores etc. y sobretodo metales con resistencias superiores tanto al deterioro como a la tensión del material.

El tratamiento térmico es uno de los procedimientos básicos que se emplean en el material  para que obtenga las propiedades mecánicas para las cuales se han hecho. Esta forma de la fase tiene como propósito el estudio de las consecuencia, temperatura, tamaño de grano (partícula), estructura, y atmósfera del horno de calentamiento, referente a la  consistencia y la microestructura de los acero.
Cualquier procedimiento principal de los métodos térmicos para los aceros engloba la descomposición o transformaciones de la Austenita. Particularidad de las propiedades y formas de estos productos la versatilidad que establecen las características físicas y mecánicas de cualquier tipo de acero.

En general hay cuatro tipos básicos de tratamiento térmico los tratamientos térmicos que se obtienen al emplearse el  acero sin alterar e su composición química son los siguientes:

Ø  RECOCIDO

Ø  NORMALIZADO
Ø  TEMPLE -REVENIDO



 REVENIDO
Se usa Exclusivamente a aceros preliminarmente templados, para moderar levemente los efectos del temple, manteniendo parte de la dureza y ampliar la tenacidad. El revenido logra reducir la resistencia dureza de los aceros templados, se descartan las tensiones hechas en el temple y se perfecciona la tenacidad, dejando al acero con la resistencia o dureza  con que se quiera obtener. Se diferencia esencialmente del temple en cuanto a su velocidad  de enfriamiento temperatura máxima.

TEMPLE
Su propósito es incrementar la dureza y la resistencia del acero. Para ello, se caldea el acero a una temperatura levemente más alta que la crítica superior Ac (entre 900-950 °C) y se enfría luego más o menos rápidamente (según propiedades de la pieza) en un entorno como el agua, aceite, etc.
RECOCIDO
Se Fundamenta primordialmente en un calentamiento hasta temperatura de austenitización (800-925 °C) posteriormente seguido de un enfriamiento lento. Con este tratamiento se saca que se reduce la dureza mientras amplificar la elasticidad
También proporciona el mecanizado de las piezas al homogeneizar la estructura, mejorar  el ablandar y el grano (partícula)el material, eliminando la brusquedad que causa las tensiones internas y el trabajo en frío .
Se debe saber que los recocidos no aportan totalmente las características más apropiadas para el manejo del acero y casi constantemente el material soporta un tratamiento posterior con vistas a adquirir las propiedades óptimas del mismo. Cuando este proceso transcurre el recocido se le conoce como "tratamiento térmico preliminar" y a la última etapa del tratamiento final como "tratamiento térmico de calidad".
NORMALIZADO
Tiene como objetivo dejar un material en fase normal, eso implica, inexistencia de tensiones internas y con una distribución homogénea del carbono. Se utiliza un como tratamiento preliminar  el  revenido y temple.
Con este tratamiento se busca purificar y homogeneizar la estructura.
Este tratamiento es distintivo de los aceros al carbono de construcción de 0.15% a 0.60% de carbono.
Se ejecuta un calentando al  acero a una temperatura unos 50ºC superior a la crítica y una vez austenizado se deja enfriarse el aire. La velocidad de enfriamiento es más pausada que en el temple y más vertiginosa que en recocido.
Un tratamiento térmico en el cual las fusiones permeables se caldean hasta cerca de 100F referente al rango crítico, resistiendo esa temperatura por el tiempo necesitado, y congelándola a la temperatura del medio ambiente.
A medida que crece el diámetro de la barra, el enfriamiento será más pausado y por tanto la resistencia y la frontera elástica reducirán y el alargamiento ampliará levemente.


CLASES DE ACERO

CLASES O TIPOS DE ACEROS
En las combinaciones (Fe-C) hay una gran variedad de componentes diferentes hasta once se obtienen y son las siguientes cementita, ausentita, troostita ferrita, perlita, , martensita, troostita sorbita, bainita, ledeburita, steadita y grafito.

         PERLITA
Es un componente combinado por el 86.5% de ferrita y el 13.5% de cementita, es decir, hay 6.4 partes de ferrita y 1 de cementita. La perlita tiene una resistencia a la rotura de 80 Kg/mm2 y un alargamiento del 15%,   posee una dureza de alrededor de 200 Vickers. Cada grano de perlita está formado por láminas o placas alternadas de cementita y ferrita.
AUSTENITA
Originalmente, hay ciertos aceros al cromo-níquel designados austeníticos, cuya arreglo es austenítica a la temperatura ambiente. La austenita está creada por cristales cúbicos de hierro gamma con las partículas de carbono interpuestos en las aristas y en el centro. La austenita tiene una dureza de 305 Vickers, una resistencia de 100 Kg/mm2 y un alargamiento de un 30 %. No presenta propiedades magnéticas.
Este componente es más denso de los aceros, y está constituido por una solución sólida, por implantación, de carbono en hierro gamma. La simetría de C disperso modifica desde el 0 al 1.76%, perteneciendo este último porcentaje de máxima solubilidad a la temperatura de 1130 ºC

   FERRITA

         Aunque la ferrita es en realidad una solución sólida de carbono en hierro alfa, su solubilidad a la temperatura ambiente es tan pequeña que no llega a disolver ni un 0.008% de C. Es por esto que prácticamente se considera la ferrita como hierro alfa puro. La ferrita es el más blando y dúctil constituyente de los aceros. Cristaliza en una estructura BCC. Tiene una dureza de 95 Vickers, y una resistencia a la rotura de 28 Kg/mm2, llegando a un alargamiento del 35 al 40%. Además de todas estas características, presenta propiedades magnéticas. En los aceros aleados, la ferrita suele contener Ni, Mn, Cu, Si, Al en disolución sólida sustitucional. Al microscopio aparece como granos monofásicos, con límites de grano más irregulares que la austenita. El motivo de esto es que la ferrita se ha formado en una transformación en estado sólido, mientras que la austenita, procede de la solidificación.La ferrita en la naturaleza aparece como elemento proeutectoide que acompaña a la perlita en:

Ø  -         Cristales mezclados con los de perlita (0.55% C)
Ø  -         Formando una red o malla que limita los granos de perlita (0.55% a 0.85% de C)
Ø  -         Formando agujas en dirección de los planos cristalográficos de la austenita.

   CEMENTITA


         Es carburo de hierro y por tanto su composición es de 6.67% de C y 93.33% de Fe en peso. Es el componente más duro y frágil de los aceros, logrando una dureza de 960 Vickers. Precisa formando un paralelepípedo ortorrómbico de gran tamaño. Es magnética hasta los 210ºC, temperatura a partir de la cual disminuye sus propiedades magnéticas. Aparece como:

Ø  -         Componente de la perlita laminar.
Ø  -         Componente de los glóbulos en perlita laminar.  
Ø  -         Cementita alargada (terciaria) en las uniones de los granos (0.25% de C)

            MARTENSITA  

         Bajo velocidades de enfriamiento bajas o moderadas, los átomos de C pueden difundirse hacía afuera de la estructura austenítica. De este modo, los átomos de Fe se mueven ligeramente para convertir su estructura en una tipo BCC. Esta transformación gamma-alfa tiene lugar mediante un proceso de enucleación y crecimiento dependiente del tiempo (si aumentamos la velocidad de enfriamiento no habrá tiempo suficiente para que el carbono se difunda en la solución y, aunque tiene lugar algún movimiento local de los átomos de Fe, la estructura resultante no podrá llagar a ser BCC, ya que el carbono está “atrapado” en la solución). La estructura resultante denominada martensita, es una solución sólida sobresaturada de carbono atrapado en una estructura tetragonal centrada en el cuerpo. Esta estructura reticular altamente distorsionada es la principal razón para la alta dureza de la martensita, ya que como los átomos en la martensita están empaquetados con una densidad menor que en la austenita, entonces durante la transformación (que nos lleva a la martensita) ocurre una expansión que produce altos esfuerzos localizados que dan como resultado la deformación plástica de la matriz.

         Después de la cementita es el constituyente más duro de los aceros. La martensita se presenta en forma de agujas y cristaliza en la red tetragonal. La proporción de carbono en la martensita no es constante, sino que varía hasta un máximo de 0.89% aumentando su dureza, resistencia mecánica y fragilidad con el contenido de carbono. Su dureza está en torno a 540 Vickers, y su resistencia mecánica varía de 175 a 250 Kg/mm2 y  su alargamiento es del orden del 2.5 al 0.5%. Además es magnética.

            BAINITA          

         Se forma la bainita en la transformación isoterma de la austenita, en un rango de temperaturas de 250 a 550ºC. El proceso consiste en enfriar rápidamente la austenita hasta una temperatura constante, manteniéndose dicha temperatura hasta la transformación total de la austenita en bainita.

         LEDEBURITA

         La ledeburita no es un constituyente de los aceros, sino de las fundiciones. Se encuentra en las aleaciones Fe-C cuando el porcentaje de carbono en hierro aleado es superior al 25%, es decir, un contenido total de 1.76% de carbono.

         La ledeburita se forma al enfriar una fundición líquida de carbono (de composición alrededor del 4.3% de C) desde 1130ºC, siendo estable hasta 723ºC, decomponiéndose a partir de esta temperatura en ferrita y cementita

EL HIERRO

FORMAS ALOTRÓPICAS DEL HIERRO


El hierro cristaliza en la variedad alfa hasta la temperatura de 768ºC. La red espacial a la que afecta es la red cúbica centrada en el cuerpo (BCC). La distancia entre átomos es de 2.86 Å. El hierro alfa no diluye habitualmente el carbono, no obteniendo al 0.008% a temperatura ambiente, tomando como referencia  el zona de máxima solubilidad a T=723ºC (0,02%).
 b) La diversidad de  beta consta de 768ºC a 910ºC. Cristalográficamente es igual a la alfa, y solamente el trayecto entre átomos es algo superior: 2.9 Å a 800ºC y 2905ºC a 900ºC
a) Gamma se manifiesta de 910ºC a 1400ºC. Se Precisa en la organización FCC. El cubo de hierro gamma tiene más espesor o volumen que el de hierro alfa. El hierro gamma diluye fácilmente en carbono, aumentando la solubilidad desde 0.85% a 723ºC hasta 1.76% a 1130ºC para descender r hasta el 0.12% a 1487ºC. Esta diversidad de Fe es a magnético.
         D) Delta se inicia a los 1400ºC, distinguiéndose, entonces una disminución en el parámetro hasta 2.93Å, y un regreso a la estructura BCC. Su enorme solubilidad de carbono es 0.007% a 1487ºC. Esta variación es poco atrayente desde el punto de vista industrial. A partir de 1537ºC se inicia la fusión del Fe puro.
 


EL ACERO

DEFINICIÓN
El acero se puede explicar como una aleación de hierro con pequeñas cantidades o dimensiones de otros elementos, se describe el hierro como un combinado con un 1% de carbono donde el carbono no sobrepasa el 2,1% en peso de la composición de la combinación, logrado normalmente, sus porcentajes está entre el 0,2% y el 0,3%. Porcentaje mayor  2,0% de carbono que dan lugar a fundiciones, lo que distingue de los aceros son frágiles y lo que ocasiona que no se puede fabricar (forjar). El hierro puro es uno de los componentes del acero, por lo tanto radica simplemente de un tipo de átomos. No se encuentra libre en la naturaleza ya que químicamente reacciona con facilidad con el oxígeno del aire para establecer óxido de hierro - herrumbre. El óxido se encuentra en cantidades significativas en el mineral de hierro, el cual es una concentración de óxido de hierro con impurezas y materiales térreos. Su producción se inicia con la reducción de hierro (producción de arrabio) el cual cambia acero. El acero es esencialmente hierro altamente refinado (más de un 98%).
PROPIEDADES MECANICAS
Las propiedades de resistencia mecánica se aplican en la mayoría de los casos como fundamento  para dictaminar sobre un material metálico, con vistas a un fin de aplicación concreto.




DUCTILIDAD
En la metalurgia se deduce por metal dúctil aquel que soporta colosales deformaciones previamente ante de fragmentarse o romperse,  estando el inverso al metal frágil, que se rasga con poca  deformación.
ductilidad se conoce como una característica  que muestran determinados materiales, como las aleaciones metálicas o materiales asfálticos, los cuales son sometido a una acción  (trabajo) de una fuerza, alcanzan deformarse sosteniblemente sin romperse, facilitando obtener alambres o hilos de dicho material. Un material es dúctil cuando la relación entre el alargamiento longitudinal producido por una tensión y la disminución de la sección transversal (área) es muy alta.
 Los materiales que ostentan esta propiedad se les llama dúctiles. Los materiales que no poseen esta característica se le designa no dúctiles se especifican de frágiles. Sin embargo los materiales dúctiles además pueden llegar a fragmentarse bajo el esfuerzo adecuado, esta fractura sólo se origina tras ocasionarse grandes deformaciones o imperfecciones.
TENACIDAD
Se explica como la resistencia  que muestra el metal ante la rotura por esfuerzos que deforman o que alteran el metal; sin embargo un metal es tenaz si obtiene  cierta capacidad o disposición de dilatación.
DUREZA
En la metalurgia la dureza se calcula manejando un instrumento llamado durómetro para la prueba de penetración. De acuerdo al  prototipo de punta utilizada y del rango de  las cargas usadas, hay  otras escalas, ordenadas para diferentes niveles de dureza.
La  utilidad de la evaluación de la resistencia en los aceros reside en la correlación existente entre la dureza y la resistencia mecánica, siendo un procedimiento de ensayo de menor costo y rápido que la prueba de tracción, por lo que su empleo está muy desarrollado.
Antes de  la aparición de la máquina Brinell para calcular  el valor o índice  de la dureza, se deducía de manera cualitativa usando una lima de (acero templado) que era   el  instrumento o material más duro que se aprovechaba en los talleres.
La dureza es la característica que tienen los materiales de soportar  el rayado y el corte de su área  Técnicamente la dureza se asocia sólo a las propiedades de la superficie.

PROCESO DE EXPLOTACIÓN DEL ACERO

ELEMENTO DE METALURGIA. UNIDAD III ACERO (Tecnologia de Acero)

 ACERO DEFINICIÓN GENERAL
El hierro se origina del mineral hematites (Fe2O3) u óxido férrico. En los altos hornos se trata con carbón para quitarle el oxígeno y liberar el metal de hierro o arrabio. En el proceso se forma dióxido de carbono (CO2). También se le agrega caliza (CaCO3, carbonato de calcio) para liberar las impurezas de sílice (SiO2) dióxido de silicio contenidas en el mineral.

INTRODUCCION
Aleación hierro-carbono (2% C)
Oxidación  [Metal (Fe),Arrabio 92% (3-4)% C,,Caliza ,Aire (O2] {HRD (80-85)% Fe.(3-4))% C.
Proceso Productivos
°Bessemer
°Siemens-Martin
°Horno Electrico (electrodos de grafito)
°L-D
Propiedades Mecanicas.[Ductibilidad,Elasticidad,Dureza,Mareabilidad,Tenacidad]
Tratamientos Termicos
*Afectan la composicion
*No afectan la composicion.
 °Recocido
°Normalizado
°Temple-Revenido