INTRODUCCION

Es muy difícil concebir un escenario de la vida urbana o rural donde no haya al menos un objeto de acero. Hay piezas de acero en nuestra ropa, en nuestras casas, en las calles y en el campo.

El acero es utilizado en todos los sectores de la industria, incluso en el aeronáutico, ya que las piezas con mayores solicitaciones (ya sea a impacto o fatiga) sólo pueden aguantar con un material como el acero.

El acero conserva las características metálicas del hierro en estado puro, pero la adición de carbono y de otros elementos tanto metálicos como no metálicos mejora sus propiedades físico-químicas.

En este informe se explicara todo sobre el proceso de fabricación de este mineral y sus dos maneras de obtención.

OBJETIVOS:

Tener conocimientos de los procesos de fabricación del acero tanto empelando el arrabio o de manera reciclada.

EL ACERO

El Acero es básicamente una aleación o combinación de hierro y carbono (alrededor de 0,05% hasta menos de un 2%). Algunas veces otros elementos de aleación específicos tales como el Cr (Cromo) o Ni (Níquel) se agregan con propósitos determinados.

Ya que el acero es básicamente hierro altamente refinado (más de un 98%), su

fabricación comienza con la reducción de hierro (producción de arrabio) el cual se convierte más tarde en acero. El hierro puro es uno de los elementos del acero, por lo tanto consiste solamente de un tipo de átomos. No se encuentra libre en la naturaleza ya que químicamente reacciona con facilidad con el oxígeno del aire para formar 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

Una de las características más importantes del acero es que es un material muy tenaz, es decir, aguanta grandes esfuerzos antes de romperse. Por ello la mayoría de vigas de edificios utilizan este material. Además existe un gran número de tipos de acero que se diferencian fundamentalmente por su contenido de carbono. Cuanto más carbono el acero tendrá una mayor resistencia. En ocasiones también se añaden otros elementos que permiten la obtención de aceros especiales. 

Existen muchos tipos de acero en función del o los elementos aleantes que estén presentes. La definición en porcentaje de carbono corresponde a los aceros al carbono, en los cuales este no metal es el único aleante, o hay otros pero en menores concentraciones. Otras composiciones específicas reciben denominaciones particulares en función de múltiples variables como por ejemplo los elementos que predominan en su composición (aceros al silicio), de su susceptibilidad a ciertos tratamientos (aceros de cementación), de alguna característica potenciada (aceros inoxidables) e incluso en función de su uso (aceros estructurales). Usualmente estas aleaciones de hierro se engloban bajo la denominación genérica de aceros especiales, razón por la que aquí se ha adoptado la definición de los comunes o "al carbono" que además de ser los primeros fabricados y los más empleados, sirvieron de base para los demás. Esta gran variedad de aceros llevó a Siemens a definir el acero como “un compuesto de hierro y otra sustancia que incrementa su resistencia”.

CLASIFICACION

Los diferentes tipos de acero se clasifican de acuerdo a los elementos de aleación que producen distintos efectos en el Acero:

ACEROS AL CARBONO

Más del 90% de todos los aceros son aceros al carbono. Estos aceros contienen diversas cantidades de carbono y menos del 1,65% de manganeso, el 0,60% de silicio y el 0,60% de cobre. Entre los productos fabricados con aceros al carbono figuran máquinas, carrocerías de automóvil, la mayor parte de las estructuras de construcción de acero, cascos de buques, somieres y horquillas.

ACEROS ALEADOS

Estos aceros contienen una proporción determinada de vanadio, molibdeno y otros elementos, además de cantidades mayores de manganeso, silicio y cobre que los aceros al carbono normales. Estos aceros de aleación se pueden sub-clasificar en:

Estructurales Son aquellos aceros que se emplean para diversas partes de máquinas, tales como engranajes, ejes y palancas. Además se utilizan en las estructuras de edificios, construcción de chasis de automóviles, puentes, barcos y semejantes. El contenido de la aleación varía desde 0,25% a un 6%.

Para Herramientas

Aceros de alta calidad que se emplean en herramientas para cortar y modelar metales y no-metales. Por lo tanto, son materiales empleados para cortar y construir herramientas tales como taladros, escariadores, fresas, terrajas y machos de roscar. Especiales Los Aceros de Aleación especiales son los aceros inoxidables y aquellos con un contenido de cromo generalmente superior al 12%. Estos aceros de gran dureza y alta resistencia a las altas temperaturas y a la corrosión, se emplean en turbinas de vapor, engranajes, ejes y rodamientos.

ACEROS DE BAJA ALEACION ULTRARRESISTENTES

Esta familia es la más reciente de las cuatro grandes clases de acero. Los aceros de baja aleación son más baratos que los aceros aleados convencionales ya que contienen cantidades menores de los costosos elementos de aleación. Sin embargo, reciben un tratamiento especial que les da una resistencia mucho mayor que la del acero al carbono.

Por ejemplo, los vagones de mercancías fabricados con aceros de baja aleación pueden transportar cargas más grandes porque sus paredes son más delgadas

que lo que sería necesario en caso de emplear acero al carbono. Además, como los vagones de acero de baja aleación pesan menos, las cargas pueden ser más pesadas. En la actualidad se construyen muchos edificios con estructuras de aceros de baja aleación. Las vigas pueden ser más delgadas sin disminuir su resistencia, logrando un mayor espacio interior en los edificios.

ACEROS INOXIDABLES

Los aceros inoxidables contienen cromo, níquel y otros elementos de aleación, que los mantienen brillantes y resistentes a la herrumbre y oxidación a pesar de la acción de la humedad o de ácidos y gases corrosivos. Algunos aceros inoxidables son muy duros; otros son muy resistentes y mantienen esa resistencia durante largos periodos a temperaturas extremas. Debido a sus superficies brillantes, en arquitectura se emplean muchas veces con fines decorativos. El acero inoxidable se utiliza para las tuberías y tanques de refinerías de petróleo o plantas químicas, para los fuselajes de los aviones o para cápsulas espaciales. También se usa para fabricar instrumentos y equipos quirúrgicos, o para fijar o sustituir huesos rotos, ya que resiste a la acción de los fluidos corporales. En cocinas y zonas de preparación de alimentos los utensilios son a menudo de acero inoxidable, ya que no oscurece los alimentos y pueden limpiarse con facilidad.

PROCESO DE FABRICACIÓN DEL ACERO

El acero puede ser fabricado utilizando materias primas naturales, esto es con el arrabio, o de manera reciclada. En la manera reciclada, de los desechos se recoge con un imán el acero, capaz de captar hasta 5 toneladas, donde un 80% de estos desechos se transformarán en barras de acero.

PROCESOS PRIMARIOS

Coquización:

El carbón metalúrgico es procesado en plantas coquizadoras durante 18 horas, en hornos verticales recubiertos con ladrillo refractario, a fin de extraerle el gas metano y otros subproductos como el alquitrán.

El coque es energético básico de altos hornos para producir arrabio (fierro de primera fusión).

Sinterización:

Polvos, finos de mineral de fierro y subproductos del proceso siderúrgico- escama de laminación, finos de coque y lodos de acerías, entre otros- se mezclan y funden para producir un material poroso denominado sínter, utilizado como una de las materias primas para altos hornos.

Peletización:

El mineral de fierro proveniente de yacimientos propios, previamente pulverizados, es transformado en discos de boleo es esferas solidas de 12 milímetros de diámetro denominados pélets, endurecidas en un horno.

El pélet y el coque son los insumos de altos hornos.

ARRABIO Y ACERO

Altos Hornos:

Mineral en trozo, pélets, sínter, coque y fundentes son cargados por l parte superior del alto horno. Al descender se funden por la combustión del coque y la introducción del aire caliente. El crisol inferior recibe el arrabio (fierro de primera fusión) para su carga en carros termo.

Bof:

El acero líquido se produce en los BOF (horno básico al oxígeno). En un gran recipiente en forma de pera, recubierto con ladrillo refractario, se cargan arrabio (80%) y chatarra solida (20%) y se inyecta oxigeno para remover las impurezas como carbón, fosforo, azufre y silicio.

Colada Continúa:

El acero líquido es transportado a un molde oscilante de cobre enfriado por agua que convierte el acero solido en forma de una sección transversal rectangular denominada planchón. El planchón es cortado a las medidas requeridas para procesos posteriores, acorde a las especificaciones del cliente.

LAMINACION EN CALINTE

Molino de Placa:

Recalentado al igual que en la línea de tira, el planchón de 8 pulgadas de espesor es reducido en caliente en 2 castillos reversibles, provistos de rodillos horizontales. Se genera una placa de entre ¼ y 3 pulgadas que es enfriada, nivelada y cortada a las dimensiones requeridas.

Molino de Tira:

Los planchones son recalentados a 1260 °C en hornos continuos, rolados en caliente a través de castillos en serie (Tándem) provistos de rodillos horizontales que reducen el planchón de un espesor de 8” hasta convertirse en una delgada cinta de 0.060” a 0.3”, es enfriada y enrollada.

Skin Pass:

Es un castillo provisto de rodillos y bridas de tensión, mediante prensado y elongación se mejora la calidad de la cinta de acero rolada en caliente, para aumentar su calidad en forma (planura), superficie (rugosidad) y dureza.

Perfiles Pesados:

Por laminado en caliente, a partir de un bloque cuadrado denominado tocho se producen perfiles estructurales (vigas, canales y ángulos). El tocho es procesado en una serie de pases a través de rodillos horizontales y verticales, hasta lograr las formas y dimensiones deseadas.

LAMINACION EN FRIO

Molino Reductor:

En un proceso de laminación en frio, por prensado y elongación, se modifican las propiedades mecánicas y la calidad superficial de la cinta de acero a través de rodillos horizontales situados en 4 o 5 castillos en serie, hasta reducir el espesor original entre 50 y 90 %.

Molino Templador:

A fin de alcanzar las propiedades de dureza y forma (planura) requeridas, la cinta rolada en frio es sometida a templado (ligero prensado y elongación) en un molino con rodillos horizontales y bridas de tensión. La superficie de los rodillos determina la textura de la cinta (mate o brillante).

Estañado/ Cromado:

Mediante procesos de electrolisis, la lamina templada previamente nivelada, decapada y lavada recibe un recubrimiento de estaño o cromo en el espesor deseado, para aumentar su resistencia a la corrosión por diversos agentes.

Línea de Tenso nivelado:

Destinado a proporcionar a la cinta de acero máxima planura, el tensonivelado flexionado (con rodillos) y elongado (con bridas) las fibras metálicas deformadas por el prensado o estiramiento durante el templado.

FABRICACIÓN DEL ACERO EN HORNO ELÉCTRICO EMPLEANDO MATERIAL RECICLADO

La fabricación del acero en horno eléctrico se basa en la fusión de las chatarras por medio de una corriente eléctrica, y al afino posterior del baño fundido.El horno eléctrico consiste en un gran recipiente cilíndrico de chapa gruesa (15 a 30 mm de espesor) forrado de material refractario que forma la solera y alberga el baño de acero líquido y escoria. El resto del horno está formado por paneles refrigerados por agua. La bóveda es desplazable para permitir la carga de la chatarra a través de unas cestas adecuadas.La bóveda está dotada de una serie de orificios por los que se introducen los electrodos, generalmente tres, que son gruesas barras de grafito de hasta 700 mm de diámetro. Los electrodos se desplazan de forma que se puede regular su distancia a la carga a medida que se van consumiendo.

Los electrodos están conectados a un transformador que proporciona unas condiciones de voltaje e intensidad adecuadas para hacer saltar el arco, con intensidad variable, en función de la fase de operación del horno.Otro orificio practicado en la bóveda permite la captación de los gases de combustión, que son depurados convenientemente para evitar contaminar la atmósfera. El horno va montado sobre una estructura oscilante que le permite bascular para proceder al sangrado de la escoria y el vaciado del baño.

El proceso de fabricación se divide básicamente en dos fases: la fase de fusión y la fase de afino.

1. FASE DE FUSIÓN

Una vez introducida la chatarra en el horno y los agentes reactivos y escorificantes(Principalmente cal) se desplaza la bóveda hasta cerrar el horno y se bajan los electrodos hasta la distancia apropiada, haciéndose saltar el arco hasta fundir completamente los materiales cargados. El proceso se repite hasta completar la capacidad del horno, constituyendo este acero una colada.

2 FASE DE AFINO

El afino se lleva a cabo en dos etapas. La primera en el propio horno y la segunda en un horno cuchara. En el primer afino se analiza la composición del baño fundido y se procede a la eliminación de impurezas y elementos indeseables (silicio, manganeso, fósforo, etc.) y realizar un primer ajuste de la composición química por medio de la adición de ferroaleaciones que contienen los elementos necesarios (cromo, níquel, molibdeno, vanadio o titanio).El acero obtenido se vacía en una cuchara de colada, revestida de material refractario que hace la función de cuba de un segundo horno de afino en el que termina de ajustarse la composición del acero y de dársele la temperatura adecuada para la siguiente fase en el proceso de fabricación.

3 LA COLADA CONTINÚA

Finalizado el afino, la cuchara de colada se lleva hasta la artesa receptora de la colada continua donde vacía su contenido en una artesa receptora dispuesta al efecto.La colada continua es un procedimiento siderúrgico en el que el acero se vierte directamente en un molde de fondo desplazable, cuya sección transversal tiene la forma geométrica del semiproducto que se desea fabricar; en este caso la palanquilla.

La artesa receptora tiene un orificio de fondo, o buza, por el que distribuye el acero líquido en varias líneas de colada, cada una de las cuales disponen de su lingotera o molde, generalmente de cobre y paredes huecas para permitir su refrigeración con agua, que sirve para dar forma al producto. Durante el proceso la lingotera se mueve alternativamente hacia arriba y hacia abajo, con el fin de despegar la costra sólida que se va formando durante el enfriamiento.

Posteriormente se aplica un sistema de enfriamiento controlado por medio de duchas de agua fría primero, y al aire después, cortándose el semiproducto en las longitudes deseadas mediante sopletes que se desplazan durante el corte.

En todo momento el semiproducto se encuentra en movimiento continuo gracias a los rodillos de arrastre dispuestos a los largo de todo el sistema.

Finalmente, se identifican todas las palanquillas con el número de referencia de la colada a la que pertenecen, como parte del sistema implantado para determinar la trazabilidad del producto, vigilándose la cuadratura de su sección, la sanidad interna, la ausencia de defectos externos y la longitud obtenida.

4 LA LAMINACIÓN

Las palanquillas no son utilizables directamente, debiendo transformarse en productos comerciales por medio de la laminación o forja en caliente.De forma simple, podríamos describir la laminación como un proceso en el que se hace pasar al semiproducto (palanquilla) entre dos rodillos o cilindros, que giran a la misma velocidad y en sentidos contrarios, reduciendo su sección transversal gracias a la presión ejercida por éstos. En este proceso se aprovecha la ductilidad del acero, es decir, su capacidad de deformarse, tanto mayor cuanto mayor es su temperatura. De ahí que la laminación en caliente se realice a temperaturas comprendidas entre 1.250ºC, al inicio del proceso, y 800ºC al final del mismo.La laminación sólo permite obtener productos de sección constante, como es el caso de las barras corrugadas.

El proceso comienza elevando la temperatura de las palanquillas mediante hornos de recalentamiento hasta un valor óptimo para ser introducidas en el tren de laminación.

Generalmente estos hornos son de gas y en ellos se distinguen tres zonas: de precalentamiento, de calentamiento y de homogeneización. El paso de las palanquillas de una zona a otra se realiza por medio de distintos dispositivos de avance. La atmósfera en el interior del horno es oxidante, con el fin de reducir al máximo la formación de cascarilla.

Alcanzada la temperatura deseada en toda la masa de la palanquilla, ésta es conducida a través de un camino de rodillos hasta el tren de laminación. Este tren está formado por parejas de cilindros que van reduciendo la sección de la palanquilla. Primero de la forma cuadrada a forma de óvalo, y después de forma de óvalo a forma redonda. A medida que disminuye la sección, aumenta la longitud del producto transformado y, por tanto, la velocidad de laminación. El tren se controla de forma automática, de forma que la velocidad de las distintas cajas que lo componen va aumentando en la misma proporción en la que se redujo la sección en la anterior.

El tren de laminación se divide en tres partes:

Tren de desbaste: donde la palanquilla sufre una primera pasada muy ligera para romper y eliminar la posible capa de cascarilla formada durante su permanencia en el horno.

Tren intermedio: formado por distintas cajas en las que se va conformando por medio de sucesivas pasadas la sección.

Tren acabador: donde el producto experimenta su última pasada y obtiene su geometría de corrugado.

Las barras ya laminadas se depositan en una gran placa o lecho de enfriamiento. De ahí, son trasladadas a las líneas de corte a medida y empaquetado y posteriormente pasan a la zona de almacenamiento y expedición.En el caso de la laminación de rollos, éstos salen del tren acabador en forma de espira, siendo transportados por una cinta enfriadora, desde la que las espiras van siendo depositadas en un huso, donde se compacta y se ata para su expedición, o bien se lleva a una zona de encarretado, dónde se forman bobinas en carrete.

Durante la laminación se controlan los distintos parámetros que determinarán la calidad del producto final: la temperatura inicial de las palanquillas, el grado de deformación de cada pasada —para evitar que una deformación excesiva dé lugar a roturas o agrietamientos del material—, así como el grado de reducción final, que define el grado de forja, y sobre todo el sistema de enfriamiento controlado.

TRATAMIENTO TÉRMICO DEL ACERO

Los tratamientos térmicos son operaciones de calentamiento y enfriamiento a temperaturas y condiciones determinadas, a que se someten los aceros y otros metales y aleaciones para darles características más adecuadas para su empleo.

Desarrollo de los tratamientos térmicos.

Calentamiento hasta la temperatura máxima.

Al empezar algún tratamiento térmico se debe iniciar a la temperatura ambiente la cual tampoco se deben introducir piezas de más de 200 mm de espesor o diámetro en hornos cuya temperatura sea superior a los 300 grados. La elevación de temperatura debe ser uniforme en toda la pieza y se logra aumentando la temperatura lo más lentamente posible. La temperatura como mínimo debe de ser un minuto por un milímetro de espesor o diámetro de la pieza.

B) Permanencia a la temperatura máxima

Cada temperatura máxima es indicada en las especificaciones del tratamiento térmico que se va aplicar.

Al sobrepasar la temperatura máxima se corre el riesgo de aumentar el grado de la pieza. Si la elevación de la temperatura sobrepasa el límite cercano al punto de fusión los metales quedan con una estructura grosera y frágil debido a la fusión de las impurezas que rodea los granos. El metal que se dice que es quemado es imposible regenerarlo por ningún tratamiento.

Las temperaturas para el acero al carbono son de 1.260 a 1.350 grados según sea el contenido de carbono.

Tiempo de permanencia

Al llegar a la máxima temperatura influye en el crecimiento del grano y por lo tanto debe reducirse todo lo posible.

Se da permanencia de uno a dos minutos por cada milímetro de espesos de la pieza, para conseguir la austenizaciòn completa del acero.

Austenita: Solución sólida de hierro-carbón gamma partir de los 900ºC. Se cristaliza en forma cúbica y carece de propiedades magnéticas.

CONCLUSIONES

Gracias a la investigación realizada en este pequeño trabajo eh adquirido un poco de conocimientos acerca de la elaboración, clasificación y tratamiento del acero un material de mucha utilidad en lo que respecta a construcción.

BIBLIOGRAFIA

http://www.ahmsa.com/proceso-de-fabricacion-del-acero

http://es.wikipedia.org/wiki/Acero#Tratamientos_del_acero

http://wiki.ead.pucv.cl/index.php/Proceso_de_fabricaci%C3%B3n_del_acero#Laminado_de_palanquillas

http://wiki.ead.pucv.cl/index.php/Proceso_de_fabricaci%C3%B3n_del_acero

http://es.slideshare.net/albertojeca/tratamientos-termicos-del-acero