OBTENCIÓN DEL ARRABIO MEDIANTE EL ALTO HORNO

·         EXTRACCIÓN DEL MINERAL DE HIERRO.

El método de la extracción del mineral de hierro depende del yacimiento en que se encuentra. Si se encuentra en un yacimiento a cielo abierto la extracción es fácil, basta con fragmentar la capa de tierra que lo cubre, mediante explosivos y luego removerla para llegar al mineral de hierro, el cual se extrae con excavadoras, posteriormente se procede a transportarlos a las tolvas de almacenamiento.

Si se encuentra en un yacimiento profundo, la extracción se hace más compleja, pues se necesita construir túneles para llegar donde se encuentra el mineral y luego, a través de montacargas apropiados, transportarlos al exterior, donde se cargan en trenes, a veces, arrastrados por locomotoras electicas, para llevarlos a las tolvas. Cuando el terreno presenta baches pronunciados o es imposible transportar el mineral por el suelo, se procede mediante rieles aéreos y vagonetas.

·         PREPARACIÓN DEL MINERAL DE HIERRO.

·         El mineral de hierro extraído, trae consigo impurezas (tierra, restos fósiles), denominadas "ganga", además posee tamaños variables; y otros aspectos que hacen que el mineral no sea apto para ser introducido al Alto Horno. Para paliar esto, es necesario someterlo a una serie de procesos:

·         Concentración: los minerales de hierro extraídos se concentran, eliminando parte de la ganga y obteniendo un mineral sobre más rico en hierro. La concentración se puede llevar a cabo mediante los siguientes métodos:

·         Por lavado: esta operación hace posible eliminar las sustancias terrosas que componen la ganga. Se lleva a cabo haciendo pasar el mineral sobre una cinta transportadora y una corriente de agua arrastra las sustancias terrosas.

·         Por separador rotativo magnético: este método hace posible clasificar el mineral en ricos, pobres y ganga, mediante un tambor giratorio imantado; el mineral cae en este, la parte más rica en hierro queda adherida al imán, la ganga cae y a medida q el tambor gira va cayendo luego el mineral más pobre que no queda bien adherido a él.

·         Reducción de tamaño: para ser introducido al Alto Horno, el mineral de hierro debe tener un tamaño adecuado, que depende de cada horno; para ello se lo tritura usando máquinas destinadas a tal uso, como ser cilindros trituradores, trituradores a rotación excéntrica, trituradores a mandíbula.

·         Aglomeración o briquetado: así también, el mineral no puede tener un tamaño menor del adecuado, por lo que si es muy pulverulento es necesario aglomerarlo o formar ladrillos o briquetas. Esto se puede hacer de tres formas: formando una pasta con un cemento, con cal y/o por absorción.

·         Calcinación: he dicho anteriormente que los minerales de hierro formado por carbonatos no son aptos para su utilización en la siderurgia; pero si tomamos en cuenta de que es el único mineral disponible, en el área a tratar, y prepararlo es más económico que importar óxidos de hierro, se lo puede utilizar. Para ello es condición necesaria calcinarlo, antes de su introducción al Alto Horno. La calcinación se realiza al aire libre, no muy utilizada actualmente, o en horno de cuba.

·         FABRICACIÓN DEL MINERAL DE COQUE.

El coque se obtiene a través de la destilación de las hullas grasas. Para su obtención se utilizan hornos de diferentes tipos: hornos de coque, de colmena, de coquización modernos.

Su principio de trabajo consiste prácticamente en la combustión incompleta de la hulla en cámaras cerradas, aprovechando los gases (subproductos) para calentar aire.

Las condiciones que debe cumplir un buen coque metalúrgico son: 1º debe ser denso; 2º muy poroso; 3º libre de azufre; 4º resistente y poco quebradizo; 5º resistente a la compresión.

·         EXTRACCIÓN DEL MINERAL DE CALIZA.

La caliza es muy importante, y en algunas regiones existen sierras formadas casi totalmente de este mineral.

Su extracción se realiza a cielo abierto, a través de excavadoras, luego de hacer algunas explosiones de dinamita para fragmentar el lugar.

·         AIRE.

El aire se inyecta al alto horno, a través de toberas, para poder activar la combustión, para ello debe tener una temperatura de alrededor de 900ºC, una presión de un poco mas de 1 atm y un volumen adecuado a la cantidad de materia prima que entra.

·         ALTO HORNO.

·         Descripción del aparato.

El Alto Horno es una instalación de eje vertical de, entre 30 hasta 80m. y sección circular de, entre 10 y 20m. Está revestido por ladrillos refractarios, llegando a medir, sus paredes, un diámetro variable a lo largo del horno y hasta 2m.; por cajas de refrigeración. Está forrado con una plancha deacero en sus partes más expuestas al calor, como el crisol y el etalaje. Posee una estructura metálica de sostén (13) para la cuba, lo que hace que se pueda rehacer todo el revestimiento del etalaje, en caso necesario. Es importante destacar que el Alto horno debe estar construido sobre una base de hormigón resistente.

El Alto Horno trabaja de forma continua durante varios años, y solo se apaga para realizar mantenimientos. Para calentar un Alto Horno por primera vez se necesita grandes cantidades de carbón y combustible.

Figura Nº1 .Corte vertical de un Alto Horno acotando sus dimensiones.

Fuente: SIDERURGIA. P. A. Pezzano.

El Alto Horno consta de las siguientes partes:

·         Plataforma de carga: está situada en la parte superior del Alto Horno, en ella se encuentran:

·         Aparatos de carga: está constituido por los ascensores, que permiten elevar las materias primas, de las tolvas de almacenamiento, en de un vagonetas(12) por medio de un plano inclinado; por el dispositivo de carga o cierre de doble campana, en la cual se descarga de las vagonetas las materias primas que caen en una tolva que tiene como fondo una pequeña campana, la superior, la que luego se deja descender para que la materia prima baje a una cámara, entre la superior y la inferior, y cuando se haya reunido dos o más cargas de la materia prima, la campana inferior se dejas descender, abriendo paso a esta para que ingrese al Alto Horno(este dispositivo de doble campana permite que los gases no escapen al exterior del Alto Horno); y por los tubos de escape de gases(11), estos captan los gases emitidos por el Alto Horno, y lo conducen a depuradores, los cuales extraen el polvo que contiene; a recuperadores de calor, que aprovechan la energía calorífica para calentar el aire que va a ser introducido al Alto Horno.

·         Tragante (1): es la parte en la que ingresa la materia prima, después de haber pasado por el dispositivo de doble campana.

·         Cuba (2): de forma de tronco de cono, su diámetro asciende de arriba hacia abajo. Su forma se justifica por el aumento de volumen de las materias al reaccionar.

·         Vientre (3): es la parte de mayor diámetro, une a la cuba con el etalaje. En este sitio el hierro empieza a fundirse.

·         Etalaje (4): de forma de tronco de cono inversa, su diámetro desciende de arriba hacia abajo. Su forma permite que el hierro fundido se deslice sin depositarse en ningún lado. Colocado aproximadamente a 3m. del piso. Aquí, además, se encuentra la zona de maniobras relacionadas con el Alto Horno y se vigilan las toberas (9) de aire, la marcha de combustión, la colada de arrabio y de escoria.

·         Crisol (5): es la parte más baja del Alto Horno, es como un depósito de arrabio y escoria, esperando a ser descargados por la piquera (6) y la bigotera (7), respectivamente. El fondo de este debe estar construido en ladrillos refractarios de tierra refractaria o de carbón prensado y de gran tamaño.

Referencias.

·         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 de sostén.

Figura Nº2 .Partes de un Alto Horno.

Fuente: SIDERURGIA. P. A. Pezzano.

·         Resumen del proceso.

La carga (mineral de hierro, caliza y coque) acondicionada se introduce por el tragante, el aire a la temperatura adecuada (900-1000ºC) se introduce por la tobera. Mientras la carga desciende a través del Alto Horno reacciona gracias al calor proporcionado por el aire, que asciende (las reacciones se explican más abajo); formándose arrabio (hierro fundido) y escoria (material indeseable) que se extraen por la piquera y la bigotera.

La extracción del arrabio por la piquera se denomina colada o sangría, se practica a intervalos regulares, en unos grandes recipientes, llamados cucharas de colada.

En cuanto a la extracción de la escoria, ésta llega al nivel de la bigotera cuando la cantidad de arrabio presente en crisol asciende y las eleva hasta allí, alcanzando el nivel de salida. El escurrimiento de la escoria sigue regularmente, hasta que por efecto de una sangría, este nivel desciende.

·         ESCORIA.

La escoria está formada por sílice, alúmina y cal, con pequeñas cantidades de otros elementos provenientes de la ganga y las cenizas.

La escoria es un subproducto del alto horno, que se obtiene en grandes cantidades y es necesario aprovecharla. Para ello, se puede recoger en vagonetas para llevar al lugar de utilización, osino, se la trata inmediatamente para convertirla en escoria granulada, haciendo pasar u chorro de agua líquida fría por ella, para hacer así más fácil su transporte y utilización.

UTILIZACIÓN.

La escoria es utilizada en la fabricación de cementos, vidrio, fertilizantes, lana mineral, materiales de construcción, balastro de rutas y vías férreas y construcción de pavimentos.

·         ARRABIO.

El arrabio es el principal producto y objeto de la construcción del Alto Horno, está formado por hierro y carbono, y en menores proporciones por silicio, manganeso, fósforo y azufre.

La colada del arrabio se realiza utilizando las cucharas de colada, que se desplazan en vagonetas sobre rieles, ya sea, a los mezcladores (maquinas que homogeneízan el contenido de arrabio), o a los convertidores o a unos dispositivos especiales que permiten el colado del arrabio en lingoteras, donde se enfrían para solidificarlos y trasladarlos a otro lugar.

·         OBTENCIÓN DE ACERO (AFINO DEL ARRABIO).

El arrabio extraído del Alto Horno, contiene exceso de carbono y vestigios de otras impurezas indeseadas (como azufre, manganeso, fosforo, silicio), que lo hacen inservible para fines comerciales; por lo tanto debe ser depurado, obteniendo así Acero (hierro con un porcentaje de carbono máximo de 1,7%).

Los procedimientos de afino del arrabio se pueden clasificar según el estado del arrabio que va a ser depurado: pastoso, líquido o sólido; como se observa en la tabla Nº 2 . Para el afino se requiere de hornos que son denominados convertidores. El principio de trabajo de los convertidores es oxidar el exceso carbono, ya sea, por la inyección de aire u oxigeno a presión, por una serie de reacciones o a través del paso de electricidad.

http://www.monografias.com/trabajos82/siderurgia/siderurgia2.shtml