Siderurgia

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Autor: Redacción Ejemplode.com.

Se llama Siderurgia al conjunto de técnicas Metalúrgicas enfocadas en el metal Hierro. Después del surgimiento de la metalurgia del Cobre, con punto de fusión de 1083°C, surgió la Siderurgia, gracias a que se creó la tecnología para adaptarse al punto de fusión del Hierro, que es de 1538°C.

Métodos de la Siderurgia

Las primeras maneras de ejecutar la Siderurgia, es decir, de fundir un mineral para separar el hierro metálico, fueron la llamada Forja Catalana u Horno Cónico y el Horno con Crisol.

En el método de la Forja Catalana u Horno Cónico, había un agujero cónico en el suelo, en el que se vertía el mineral que llevaba Hierro en su composición. Encima de este mineral, se colocaba una cantidad de carbón de leña para taparlo por completo.

Había veces que el aire necesario para el calentamiento del mineral se hacía naturalmente, en una ventilación lateral de tipo “Tiro natural”. Después se vio que era mejor llevar el aire por debajo del combustible que dejándolo entrar por un lado naturalmente.

El Horno con Crisol, como invento, tuvo varias etapas de desarrollo en las que fue mejorando para dar una fundición óptima. En un principio era un hoyo en el suelo, lleno de carbón y cubierto de tierra. El flujo de aire queda asegurado por un tubo de arcilla.

Más adelante, se mejora con la aparición de la obra de mampostería lateral. Se ve incrementado el volumen del horno. Los materiales que se han de cocer en el horno se entierran muy bien en el carbón para aprovechar al máximo el calor.

Posteriormente, se le agrega una rejilla al fondo del horno, y éste queda elevado para que el aire pase a través de la rejilla y mejore la ventilación de la fundición.

Ya para concluir la mejora de este diseño, se moldea la tierra que está sobre el carbón, en forma de vaso o Crisol de Fusión. Ahí es donde se agregará el mineral que contenga Hierro, para fundirlo.

Los productos de la Siderurgia

El Óxido de Hierro se puede reducir con Hidrógeno gaseoso, para obtener el Hierro en forma metálica con una pureza aceptable.

Reacción de Reducción con Hidrógeno

Si la reducción se lleva a cabo con Carbono, la reacción será:

Reacción de Reducción con Carbono

En el ámbito industrial, el elemento reductor es el Carbono, contenido en el Coque o en el Carbón vegetal o de Leña. Por ser soluble en el hierro, se forma una aleación hierro-carbono y no el hierro en su forma pura.

El carbono entra en solución en la red atómica del hierro, insertándose, formando una solución sólida. A medida que avanza la reacción de reducción del óxido de Hierro por el Carbono, también se produce la disolución de un poco del Carbono en el Hierro. Ahí se produce el producto de la Aleación. La aleación Hierro-Carbono es medianamente rica en Carbono, según las condiciones de la reacción de reducción.

En siderurgia se emplean denominaciones tradicionales que corresponden a los productos, como “Hierro”, “Fundición, o Arrabio si proviene del alto horno” o “Acero”. Cada nombre depende por una parte de la composición química, y por otro lado del procedimiento de fabricación.

Mineral de Hierro para reducir

El proceso de Siderurgia en los Altos Hornos

En la presencia de un exceso de Monóxido de Carbono (CO), el óxido de Hierro (Fe2O3) puede ser totalmente reducido alrededor de 900°C, pero como el punto de Fusión del Hierro es de 1538°C, el hierro producido así siempre estaba sólido y debía ser removido casi destruyendo el horno. El hierro producido de este modo es blando y maleable, ya que absorbió poco Carbono.

El descubrimiento del Hierro fundido fue impresionante, cuando al abrir el horno, en vez de salir una masa metálica sólida, corrió el líquido. A medida que los hornos fueron desarrollados en eficiencia, se alcanzaban mayores temperaturas. De este modo, el Hierro podía absorber más Carbono, y con ello el punto de Fusión descendía; luego se licuaba con facilidad. Entonces surgió el problema de que el producto dejó de ser forjable, ya que se obtuvo arrabio, y no hierro dulce o acero de bajo carbono.

El Arrabio, que es una aleación del Hierro donde hay demasiado Carbono. No era utilizable en forma directa y debía ser sometido a una refinación posterior antes de ser utilizable como un material que se pudiera forjar. En la actualidad, se continúa utilizando el proceso de obtener primero el arrabio en el alto horno, ya que es el método más económico para los minerales con alto material de interés.

Un Alto Horno tiene entre 30 y 40 metros de alto, y un diámetro máximo interior de 7 a 10 metros. Está revestido de material refractario, en su mayor parte de arcilla, que es una mezcla de Sílice SiO2 y óxido de aluminio Al2O3. La zona de mayor temperatura en el horno, donde se produce la mezcla del aire con el combustible coque, es decir la zona donde está el crisol y una serie de toberas que alimentarán el aire, es de la mejor calidad de ladrillo refractario, duro, denso y de alta resistencia. Algunos hornos son revestidos por bloques de carbono. El espesor de las capas de refractarios es alrededor de 75 centímetros sobre las toberas y con serpentines de refrigeración de agua y de 1 a 2 metros en la parte de la cuba.

Alto Horno para fundir mineral de Hierro

La vida del Alto Horno depende de la duración de los materiales de sus revestimientos, porque no se pueden hacer reparaciones sobre él durante su operación. Los Altos Hornos de la actualidad se operan por días enteros por 3 a 7 años. Al final de la vida útil se puede observar que el revestimiento se ha adelgazado en gran medida por erosión y acción de la escoria, los bloques del fondo del crisol han desaparecidos, y en su lugar queda una Salamandra, que es una masa del Hierro metálico solidificado.

Además del Mineral rico en Hierro, se agregan dos importantes agentes químicos que se encargan del proceso de reducción. Son el Fundente y el Combustible, que es generalmente Coque.

Fundente: Consiste en Carbonato de Calcio CaCO3, que se descompone en Óxido de Calcio CaO y Dióxido de Carbono CO2, y tiene por objeto formar una escoria fusible con las cenizas y la ganga del mineral (principalmente Sílice SiO2), y así poder extraerse en forma líquida del horno.

Carbonato de Calcio como Fundente

Coque: El coque se obtiene de la Destilación del Carbón Mineral. Debe ser suficientemente resistente para no pulverizarse con el peso de la columna de carga, tener poca ceniza y poco azufre.

Coque como Reductor del Mineral de Hierro

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Citado APA: (A. 2017,10. Siderurgia. Revista Ejemplode.com. Obtenido 10, 2017, de https://www.ejemplode.com/38-quimica/4735-siderurgia.html)

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