Producción del Acero con diagrama de flujo PDF

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Informe completo acerca de la elaboración del acero: Recursos naturales, diagrama de flujo, ecuaciones termoquímicas del fósforo, azufre y del silicio en la producción del acero, diferencia entre metalurgia y siderurgia entre otros temas que se detallan en el presente informe,...

Description

1. Composición química del acero El acero es una Aleación de hierro y carbono principalmente, donde el carbono no supera el 1,7% en peso, alcanzando normalmente porcentajes entre el 0,2% y el 0,8%. Los elementos de la composición del acero (porcentaje en masa) son: Acero Liso  Carbono: 1,35%  Manganeso: 1,65%  Fósforo: 0,04%  Azufre: 0,05%  Silicio: 0,06%

Acero alta resistencia  Carbono: 0,25%  Manganeso: 1,65%  Fósforo: 0,04%  Azufre: 0,05%  Silicio: 0,12%  Níquel: 2,5%  El cromo: 0,8%

Acero inoxidable  Carbono: 0,08%  Manganeso: 2%  Fósforo: 0,04%  Azufre: 0,03%  Silicio: 0,75%  Níquel: 8%  Cromo: 18%

2. Función química del coque El coque tiene las siguientes funciones dentro del alto horno: Como combustible. Provee el calor necesario para la fusión de los óxidos de hierro y fundentes. Como agente reductor. Permite generar el CO necesario para reducir indirectamente el mineral (por debajo de los 1000°C) y para reducir directamente (zona de tobera). Como carburante. Provee el C que está presente en el Arrabio. Como sostén de carga. Permite soportar la mayor parte del peso de la carga del Horno Alto. Formador de intersticios. El coque hace posible la permeabilidad en la zona donde comienza el ablandamiento de los minerales. 3. Función física – química del carbonato de calcio El carbonato de calcio (piedra caliza) tiene como función remover las impurezas del hierro fundido. La caliza reacciona como fundente, lo que hace que las impurezas se fundan a baja temperatura. La caliza se combina con las impurezas

y forma la escoria, que es ligera, flota sobre el metal fundido y luego es eliminada. 4. Solo diferencias entre a. Alto horno

Un alto horno típico está formado por una cápsula cilíndrica de acero de unos 30 metros de alto forrada con un material no metálico y resistente al calor, como asbesto o ladrillos refractarios. 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.

b. Horno cuchara El horno cuchara es donde se realiza el afino, es decir, se ajusta la composición química del acero, logrando así la calidad necesaria para el producto y dándole al acero la temperatura necesaria para el resto del proceso.

c. Horno convertidor El convertidor es un horno giratorio en forma de retorta, de cuello ancho. En este horno la clave es la retirada de impurezas del hierro mediante la oxidación producida por el inyectado de aire en el hierro fundido. La oxidación causa la elevación de la temperatura de la masa de hierro y lo mantiene fundido. 5. Características dimensiones físicas de los productos semi terminados Los productos semi terminados son:  Planchones, tachos y palanquillas. Se utilizan como material para productos de laminados den caliente de laminado en frío, placas y varillas de alambre. Los tachos y palanquillas son de sección cuadrada (150 mm por lado) y difieren en el largo en que se corta. Los planchones son de sección rectangular y varían entre 150 mm y 200 mm de espesor alrededor de 1mm de ancho. 6. Efectos físico – químico de la laminación en caliente

La laminación en caliente deforma volúmenes grandes de material y los transforma en preformas que luego puedan ser procesadas de otro modo. En el acero, la superficie laminada reacciona con el medio y forma una capa llamada calamina, este óxido debe ser removido en la mayoría de los casos por medios mecánicos o por ataque químicos. 7. Efectos físico – químico que generan los aleados del acero

El acero aleado es aquel constituido por acero con el agregado de varios elementos que sirven para mejorar sus propiedades físicas, mecánicas o químicas especiales.

Estas aleaciones logran diferentes resultados en función de la presencia o ausencia de otros metales:  La adición de manganeso le confiere una mayor resistencia frente al impacto.  El tungsteno permite soportar temperaturas más altas. Los aceros aleados además permiten una mayor amplitud en el proceso de tratamiento térmico. Los efectos de la aleación son: - Mayor resistencia y dureza - Mayor resistencia al impacto - Mayor resistencia al desgaste - Mayor resistencia a la corrosión - Mayor resistencia a altas temperaturas - Penetración de temple (Aumento de la profundidad a la cual el acero puede ser endurecido) 8. Funciones del Si, W, Mo, Cr. Elemento Silicio (Si)

Función Se emplea como desoxidante y actúa como endurecedor en el acero de aleación. Wolframio (W) Se añade para impartir resistencia a altas temperaturas. También da al acero una gran resistencia al desgaste. Aumenta la profundidad de Molibdeno endurecimiento del acero, así como su (Mo) resistencia al impacto. Aumenta también la dureza y resistencia a altas temperaturas reduciendo, además, la perdida de resistencia por templado. Cromo (Cr) Aumenta la profundidad del endurecimiento. Así mismo, aumenta la resistencia a altas temperaturas y evita la corrosión. 9. Explique la técnica del recocido y para qué se hace.

El recocido es un tratamiento térmico de cuya finalidad es el ablandamiento, la recuperación de la estructura o la eliminación de tensiones internas generalmente en metales. El recocido consiste en calentar el metal hasta una determinada temperatura para después dejar que se enfríe lentamente, habitualmente, apagando el horno y dejando el metal en su interior para que su temperatura disminuya de forma progresiva. El proceso finaliza cuando el metal alcanza la temperatura ambiente. Los objetivos del recocido son tanto eliminar las tensiones internas producidas por tratamientos anteriores (como el templado) como aumentar la plasticidad, la ductilidad y la tenacidad del material. Con el recocido de los aceros también se pretende ablandar las piezas para facilitar su mecanizado o para conseguir ciertas especificaciones mecánicas. A su vez, mediante el recocido, se disminuye el tamaño del grano y se puede producir una microestructura deseada controlando la velocidad a la que se enfría el metal. 10. Composición cualitativa y cuantitativa de los productos del alto horno. La composición del arrabio producido en el alto horno es la siguiente: Elemento Hierro Carbono Silicio Manganeso Fósforo Azufre

Composición, % 92,0 3,0 – 4,0 0,5 – 3,0 0,25 – 2,5 0,4 – 2,0 < 0,4

11. Esquematice el horno que produce arrabio líquido, reacciones termoquímicas según zonas y temperaturas del proceso.

Hematita: 2 Fe 2 O 3 +CO → 2 Fe3 O 4 +CO 2 Magnetita: Wustita:

Fe3 O 4 +CO → 3 FeO + CO 2 2 FeO +CO → 2 Fe O 0.5 +CO 2

Siguiendo la carga que desciende del tragante, la reducción de hematita a magnetita comienza a alrededor de los 500 °C. La reducción de magnetita a wustita ocurre en la zona de temperatura de los 600 a los 900 °C. 12. Elementos indeseables, ¿cómo y a dónde se destinan? El principal elemento indeseable del proceso de acería es la escoria, que es un subproducto formado fundamentalmente por calcio, hierro y silicato de magnesio. Las escorias se destinan principalmente como material de construcción, para estabilización de suelos, en la industria del cemento (como aporte de hierro al Clinker o como adición), como árido para hormigón, etc. DESECHOS SÓLIDOS Escoria de horno alto, que puede ser utilizada para producir ciertos tipos de cemento, si se granula correctamente. La escoria básica, otro desecho sólido, se emplea como fertilizante, y se produce al utilizar los minerales de hierro que

DESECHOS LÍQUIDOS Los solventes y ácidos que se utilizan para limpiar el acero son, potencialmente, peligrosos, y deben ser manejados, almacenados y eliminados como tal. Algunos de los subproductos que se recuperan son peligrosos o

poseen un alto contenido de fósforo.

carcinogénicos, y se debe tomar las medidas adecuadas para recolectar, almacenar y despachar estos productos. Es necesario monitorear las fugas de líquidos y gases.

13. Ecuaciones termoquímicas del fósforo, azufre y del Si en la fabricación del acero. Elemento Fósforo Azufre Silicio

Reacción química 4P + 5O2  2P2O5 2P2O5 + 5C  2P + 5CO 2P + 5 FeO + 3CaO  P2O5.3CaO + 5Fe S + Fe + CaO  FeO + SCa S + Fe + MnO  SMn + FeO S + Fe + Mn  SMn + Fe Si + O2  SiO2 SiO2 + óxidos  silicatos

14. Diferencia entre metalurgia y siderurgia. La metalurgia es la extracción y transformación de metales a partir de los minerales, mientras que la siderurgia solo se refiere a la obtención y transformación del hierro es sus diferentes aleaciones como, por ejemplo, el acero. 15. Composición de la escoria y qué utilidad tiene. La escoria es un subproducto que aglutina los fundentes, las gangas de los minerales y las cenizas del coque. Se utiliza para el firme de carreteras y en la fabricación de cementos. La escoria se forma a partir del material de la ganga de la carga, las cenizas del coque y de otros reductores auxiliares. Durante el proceso del alto horno, la escoria primaria se convierte en escoria final. Cuatro componentes principales (SiO2, CaO, MgO y Al2O3) constituyen alrededor del 96% de la escoria. COMPONENTE CaO MgO SiO2 Al2O3 Sulfuro

O

TÍPIC 40% 10% 36% 10% 1%

O

RANG 34-42% 6-12% 28-38% 8-20%

16. En qué se fundamenta la diferencia entre acero arrabio. La diferencia es la cantidad de carbono presente en estos compuestos. El arrabio tiene un contenido en carbono entre 3.5 y 4.5%. Así pues, se trata de un material duro y frágil por lo que es necesario reducir el contenido en carbono entre 0.03 % y el 1.7 % en masa para convertirlo en acero, que es un material que sigue siendo duro, pero más elástico, dúctil, maleable y capaz de soportar impactos. 17. Complete para el hierro químicamente puro Color: Gris plateado Punto de fusión : 1809 K Punto de ebullición : 3273 K Densidad relativa : 7.88 Pureza máxima obtenida: 99.95% Temperatura hierro gamma: 910 °C – 1400 °C No es magnético: Sí, presenta propiedades magnéticas 18. Compuesto importante donde se encuentra el hierro La Ferrita: es blanda y dúctil. Su estructura es cúbica centrada en el cuerpo, es estable hasta los 721 ºC La Austenita: es blanda y dúctil, pero en menor grado que la ferrita. La cementita: es un compuesto intermetálico de fórmula Fe3C, con un contenido de carbono de 6,7%, es dura y frágil. La Perlita es el micro constituyente eutectoide que se forma a los 727 ºC a partir de austenita con 0.77 % de carbono. Es una mezcla bifásica de ferrita y cementita de morfología laminar. 19. Reacciones termoquímicas que genera el silicio. Los óxidos de silicio provienen principalmente del coque y de las cenizas del carbón y se reducen mediante la reducción directa en 2 pasos: Formación de SiO gaseoso en el dardo a muy elevada temperatura. Reducción de SiO por el C disuelto en gotitas de hierro líquido. SiO(g)+C → Si + CO

20. Identifique sus partes.

1. Tragante.

2. Cuba. 3. Vientre. 4. Etalaje. 5. Crisol. 6. Piquera. 7. Bigotera 8. Manga de tobera. 9. Tobera. 10. Anillo de viento. 11. Escape de gases. 12. Vagoneta. 13. Soporte metálico...