Afino del acero. Horno de afino Martin Siemens.

Natalia Fandiño Sánchez Introducción Los procesos de afino son una serie de operaciones que tienen como objeto la eliminación de impurezas y así purificar el arrabio obtenido en el alto horno y obtener un acero con las especificaciones deseadas en cuanto a composición.Para llevar a cabo estos procesos es necesaria la utilización de diversos hornos, los cuales se han ido modificando y modernizando a lo largo de los años. En este caso echaremos un vistazo al pasado y nos situaremos alrededor del año 1864, fecha en la cual se crea el horno Martin Siemens.

¿Qué es un horno Martin-Siemens?

Los hornos Martin-Siemens son hornos de reverbero y se utilizan principalmente para la fusión y afino del acero destinado a la fabricación de lingotes, y representaron la forma de fabricación de acero más extendido en Gran Bretaña y Estados Unidos. Su capacidad puede variar entre 25 y 500 toneladas. Hace años se empleaban hornos más pequeños, de 15 a 30 toneladas, sin embargo existen todavía en funcionamiento algunos hornos

para fabricar piezas coladas grandes, con pesos de 50 toneladas o más. El horno Martin-Siemens es calentado con aceite, gas de coquería, gas de gasógenos o una mezcla da gas de alto horno y de coquería, si se dispone de ella. Cuando se emplea un gas de poco poder calorífico, como el gas de gasógeno o la mezcla citada, es fundamental precalentar el gas en un regenerador. El aire se recalienta siempre para conseguir la máxima economía térmica y lograr una elevada temperatura de llama.

Un poco de historia El procedimiento Siemens es el fruto de una cuidadosa investigación en los distintos métodos de fabricar acero. Los hermanos Siemens descubrieron que el combustible exterior podía arder más convenientemente en un dispositivo separado del horno, denominado generador de gas. F. Siemens introdujo importantísimas mejoras con sus cámaras recuperadoras solucionando así el problema de conseguir la temperatura necesaria para la fusión en el proceso del crisol abierto. Alrededor de 1864, los hermanos Siemens idearon un horno de fusión de crisol, abierto, sometido al efecto de una llama producida fuera del horno, con recuperación del calor de los humos mediante recuperadores, con el que se consiguió obtener temperaturas más elevadas. En el 1865 el horno sufrió una importantísima mejora al incorporar el procedimiento del francés P. Martin (sistema ácido).Los hornos Siemens-Martin superaron a los convertidores Bessemer en aspectos como el control de los componentes de la colada (carbono y azufre), el consumo de un “input” barato (chatarra) o algunas cualidades del acero (maleabilidad, ductilidad, laminabilidad). En 1867 era presentado en París un nuevo método (sistema básico) añadiendo hierro hematite, magnetita y cal para conseguir un material aún más puro (con menos carbono

y sin apenas fósforo). En 1883 la producción británica de acero Siemens ya alcanzaba las 500.000 toneladas.

¿Cómo es un horno Martin-Simens? El horno propiamente dicho comprende tres partes principales: la solera, el laboratorio y la bóveda. La solera recoge los materiales que se han de afinar y es una especie de cubeta rectangular, cuyo fondo está inclinado hacia el agujero de colada. El laboratorio es la parte comprendida entre la solera y la bóveda, donde se producen las reacciones de afino. Cierto número de aberturas colocadas en la parte anterior del horno, permiten efectuar la carga, y una de ellas está dispuesta de modo que permite la limpieza. La bóveda es de ladrillos silíceos y su misión es dirigir el calor por radiación sobre la solera.

bóveda aberturas solera laboratorio

Las dimensiones de este horno suelen ser de unos 10m de largo por 5 m de ancho y de una altura de 35-50 m. Son de placas de acero remachadas sobre traviesas metálicas.A los dos lados de la solera se encuentran los tubos que conducen el gas y el aire, que desembocan en el laboratorio por aberturas conocidas como quemadores, a la salida de los cuales arde el gas.Las cámaras de recuperación colocadas debajo, y que en general son cuatro para cada horno, calientan el aire y el gas de la combustión mediante el aprovechamiento del calor perdido

en el horno, al salir al ambiente los gases calientes del laboratorio. Cada media hora se invierte el paso de la mezcla gaseosa combustibles, de modo que cada pareja de cámaras actúan alternativamente como recuperadores y precalentadores, es decir, los precalentadores se convierten en recuperadores de calor al invertir el paso de la mezcla gas-aire, y viceversa. Los hornos más empleados, por los de mayores dimensiones, son los de gasógeno separado.La particularidad del método Martin-Siemens de poder utilizar despuntes de chatarra para fabricar acero es de gran importancia en la industria siderúrgica.

¿Cómo se realiza el proceso de afino en un horno Martin-Siemens? Dependiendo del revestimiento del horno, ya sea ácido o básico, tendremos dos procesos distintos:-Procedimiento Martin-Simens ácido: la solera es a base de sílice. La carga está constituida en su mayor parte de chatarra con pequeñísimas proporciones de azufre y fósforo, ya que no es posible la desulfuración ni la desfosforación en contacto con refractarios ácidos. El afino en este método se limita principalmente a la eliminación del carbono, silicio y manganeso por acción directa del óxido férrico en la escoria que aporta el oxígeno a la carga. La separación de estos elementos, como se puede observar en el gráfico siguiente, se hace casi simultáneamente, pero a diferentes velocidades. El óxido del metal actúa sobre el silicio y el manganeso y el

revestimiento de sílice retarda la eliminación del silicio y favorece la del manganeso. Por otra parte el manganeso retarda la descarburación y protege al baño de la oxidación, por reducir el óxido ferroso disuelto. Desde el principio de la fusión hasta la desaparición de una parte importante del silicio y del manganeso, el baño permanece en calma y después empieza la descarburación. La eliminación del carbono se realiza principalmente por reacción con el óxido ferroso disuelto en el baño, ya que la elevada temperatura favorece la reacción endotérmica. Esto aparece reflejado en las siguientes reacciones: Si + 2FeO ↔ SiO2 + 2Fe Mn + FeO ↔ MnO + Fe C+ FeO ↔ CO ↑ + Fe

-Procedimiento Martin-Siemens básico: gracias al revestimiento magnesiano del horno se puede emplear una escoria básica que permite la desfosforación y en cierto grado la desulfuración. El silicio se elimina más rápidamente que en la marcha ácida, porque la sílice formada se fija en seguida en la cal de la escoria. También la presencia de la cal hace que la proporción de óxido férrico en la escoria sea algo mayor que en las escorias ácidas. El manganeso se elimina lentamente, y cuanto más se eleva la temperatura, más se intensifica la reducción parcial del óxido manganoso por el carbono. La descarburación se efectúa por intermedio del óxido ferroso disuelto en el baño, y el contenido de carbono es bastante elevado porque sólo pasa en pequeña proporción a la escoria básica. La desfosforación comienza desde el principio del afino; en general, la proporción de fósforo en el metal es tanto menor cuanto más básica es la escoria. La desulfuración del hierro se origina mediante el manganeso, que tiene una tensión de sulfuro menor que el hierro: FeS + Mn → MnS + Fe. También se puede transformar el azufre en una forma que sea estable en la escoria y no soluble en el metal. Esta forma es la de sulfuro cálcico, y la eliminación del azufre se puede expresar así:FeS+CaO→ FeO + CaS.

Tipos de hornos Martin–Siemens y usos más frecuentes. Estos hornos pueden ser fijos o basculables, prefiriéndose los últimos para el afino de arrabios con alto contenido en fósforo. Para fabricar aceros de calidad se emplean generalmente los hornos Martin-Siemens con revestimiento básico, aunque aún se utilizan en algunos lugares los que tienen revestimiento ácido para obtener aceros de muy buena calidad partiendo de materias primas muy selectas.

Bibliografía utilizada - Morral F.R., Jimeno E. y Molera P. (1982) Metalurgia general. Ed. Reverté- Wikipedia