TECNOLOGICO DE ESTUDIOS SUPERIORES DE TIANGUISTENCO

TECNOLOGICO DE ESTUDIOS SUPERIORES DE TIANGUISTENCO DIVISION DE INGENIERIA MECÁNICA

PROPIEDADES DE LOS MATERIALES II UNIDAD 1 PRODUCCIÒN DE ARRABIO Y PROCESOS DE ACERACIÒN ING. ALEJANDRO LOPEZ HENANDEZ

PROPIEDADES DE LOS MATERIALES II OBJETIVO EDUCACIONAL Conocerá y comprenderá los procesos de producción de arrabio y acero. ING. ALEJANDRO LOPEZ HENANDEZ

PROPIEDADES DE LOS MATERIALES II 1.1 CONCEPTO DE METALURGIA ING. ALEJANDRO LOPEZ HENANDEZ

1.1. CONCEPTO DE METALURGIA La palabra metalurgia viene del griego: Metallon = mina metálica y argón = trabajo, entonces es; el arte de extraer y trabajar los metales. Es el arte o la ciencia que tiene por objeto la obtención económica de los minerales a partir de sus menas en que están contenidos, la producción y tratamiento de las aleaciones que forman los metales. ING. ALEJANDRO LOPEZ HENANDEZ

1.1. CONCEPTO DE METALURGIA • La metalurgia para su estudio se divide en: • Metalurgia extractiva o de procesamiento • Estudia la optimización de procesos de concentración de minerales y cuidados del medio ambiente. Abarcando la extracción, concentración y refinación de metales y aleaciones. • Metalurgia física • Estudia la estructura interna de los metales que determinan sus propiedades, aplicaciones en la industria metalmecánica, según 3 variables: • Composición química • Tratamiento mecánico • tratamientos térmicos ING. ALEJANDRO LOPEZ HENANDEZ

1.1. CONCEPTO DE METALURGIA Según la técnica y el metal que se quiere beneficiar Siderurgia: producción de arrabio, hierro, acero Pirometalurgia: es el uso de calor de calor para modificar Hidrometalurgia: extracción de la mena por medio de reacciones acuosas. Electrometalurgia: basado en la electrolisis. Pulvimetalurgia: metalurgia de polvos metálicos ING. ALEJANDRO LOPEZ HENANDEZ

1.1. CONCEPTO DE METALURGIA • OPERACIONES BASICAS • FISICAS • trituración • Molido • Filtrado • Centrifugado • Disolución • Destilación • Secado • Precipitación ING. ALEJANDRO LOPEZ HENANDEZ

1.1. CONCEPTO DE METALURGIA • OPERACIONES BASICAS • QUIMICAS • TOSTACION • OXIDACION • REDUCCION • ELECTROLISIS • HIDRÓLISIS • LIXIVIACION • ELECTRODEPOSICION • CIANURACION ING. ALEJANDRO LOPEZ HENANDEZ

1.2. PROCESO DE PREBENEFICIO DE MINERAL DE FIERRO 1.2 PROCESO DE PREBENEFICIO DE MINERAL DE FIERRO ING. ALEJANDRO LOPEZ HENANDEZ

1.2. PROCESO DE PREBENEFICIO DE MINERAL DE FIERRO 11 SEPTIEMBRE DEL 2010 ING. ALEJANDRO LOPEZ HENANDEZ

1.2. PROCESO DE PREBENEFICIO DE MINERAL DE FIERRO Procesos metalúrgicos Los procesos metalúrgicos comprenden las siguientes fases: 1.- Obtención del metal a partir de la mena o mineral que lo contiene en estado natural, separándolo de la ganga. 2.- El afino, enriquecimiento o purificación: eliminación de las impurezas que quedan en el metal. 3.- Elaboración de aleaciones. 4.- Otros tratamientos del metal para facilitar su uso. 15 SEPTIEMBRE DEL 2010 ING. ALEJANDRO LOPEZ HENANDEZ

1.2. PROCESO DE PREBENEFICIO DE MINERAL DE FIERRO • Estado natural de los metales • MENA: Parte de un filón que contiene los minerales útiles en proporción física, química o térmica. • GANGA: Materia inútil que acompaña a los metales y que luego se separa de la mena. • Etapas de un proceso metalúrgico: • ·Concentración del mineral: Consiste en separar de éste la mayor cantidad posible de ganga mediante distintos métodos. • Levigación • Separación magnética • Flotación 16 SEPTIEMBRE DEL 2010 ING. ALEJANDRO LOPEZ HENANDEZ

1.2. PROCESO DE PREBENEFICIO DE MINERAL DE FIERRO • Etapas de un proceso metalúrgico: • Levigación: Se utiliza la mena y la ganga tienen muy diferente densidad. El mineral es sometido a una corriente de agua que arrastra a las partes menos pesadas, y las mas pesadas ( mena ) va al fondo. 17 SEPTIEMBRE DEL 2010 ING. ALEJANDRO LOPEZ HENANDEZ

1.2. PROCESO DE PREBENEFICIO DE MINERAL DE FIERRO • Etapas de un proceso metalúrgico: • Separación magnética o imantación: Se utiliza cuando la mena presenta propiedades magnéticas ( hierro ).El mineral se pasa por una cinta en la cual hay un electroimán, la ganga cae al suelo y la mena queda pegada a la cinta. • Consiste en hacer pasar las rocas por un cilindro imantado de modo que aquellas que contengan mineral de hierro se adhieran al cilindro y caigan separadas de las otras rocas, que precipitan en un sector aparte. El inconveniente de este proceso reside en que la mayoría de las reservas de minerales de hierro se encuentran en forma de hematita, la cual no es magnética. 18 SEPTIEMBRE DEL 2010 ING. ALEJANDRO LOPEZ HENANDEZ

1.2. PROCESO DE PREBENEFICIO DE MINERAL DE FIERRO • Etapas de un proceso metalúrgico: • Flotación: Procedimiento que se utiliza cuando la mena no es mojada por agua pero si por el aceite, el mineral finalmente triturado se mete en un deposito con agua agitando la mezcla, la mena flota y la ganga se hunde. • La Flotación, ésta se basa en los principios de tensión química y coloidal, y otros relacionados, para separar minerales de la ganga que los contiene, haciéndolos flotar en burbujas de aire hasta derramarlos como concentrados para su realización. 19 SEPTIEMBRE DEL 2010 ING. ALEJANDRO LOPEZ HENANDEZ

1.2. PROCESO DE PREBENEFICIO DE MINERAL DE FIERRO LA CLASIFICACIÓN: su nombre lo indica, es clasificar, por diferentes tamaños, mineral molido. LA SEDIMENTACIÓN: ésta hace referencia al material de roca que no se ha consolidado, o que se encuentra fragmentado. Tal material viene a ser transportado y depositado, de manera muy fina, en capas, o en las llamadas estratificaciones. LA MOLIENDA: por ella debe entenderse el grado de conminución del mineral ya molido. Por lo común, se expresa en el porcentaje que pasa por determinadas mallas en términos de pulgadas cuadradas. 20 SEPTIEMBRE DEL 2010 ING. ALEJANDRO LOPEZ HENANDEZ

1.2. PROCESO DE PREBENEFICIO DE MINERAL DE FIERRO TOSTACIÓN O CALCINACIÓN: Tiene por objeto transformar el mineral en oxido para después proceder a su reducción. TOSTACIÓN: se realiza cuando el metal es un sulfuro. CALCINACIÓN: se realiza cuando el metal es un carbono o un hidróxido. REDUCCIÓN: Una vez esta el mineral en forma de óxido, la reducción tiene por objeto separar el metal, en estado libre, los óxidos correspondientes a los metales de pequeño potencial de oxidación, se reduce mediante carbón, hidrógeno o otro metal. 21 SEPTIEMBRE DEL 2010 ING. ALEJANDRO LOPEZ HENANDEZ

1.3 PRODUCCION DE ARRABIO 1.3 PRODUCCIÒN DE ARRABIO 22 SEPTIEMBRE DEL 2010 ING. ALEJANDRO LOPEZ HENANDEZ

1.3 PRODUCCION DE ARRABIO PROCESO SIDERURGICO (Obtención del arrabio) El mineral de hierro, una vez desprovisto de ganga y tostado se somete a un ofinado donde se seleccionan los trozos del tamaño adecuado. Los trozos muy grandes se trituran y los que son muy pequeños se aglomeran , formando pedazos de tamaño medio y así se aprovecha mejor el mineral evitando perdida. El carbón de coque utilizado como agente reductor y calefactor tiene que ser de buena calidad con poca humedad, reducido el contenido en cenizas y azufre, es suficiente resistencia al aplastamiento, el tamaño de sus trozos tiene que ser entre 4 y 8 cm. 23 SEPTIEMBRE DEL 2010 ING. ALEJANDRO LOPEZ HENANDEZ

1.3 PRODUCCION DE ARRABIO PROCESO SIDERURGICO (Obtención del arrabio) El fundente tiene que ser de naturaleza acida, cuando es básica la ganga del mineral y si ésta es acida el fundente debe de ser básico. Como fundente básico se utiliza caliza, y como fundente ácido, el silicio. Proceso químico. En el alto horno, a alta temperatura se realiza la reducción de les minerales de hierro en forma de óxidos, se representa esquemáticamente así: FeO + C --} CO + Fe El carbono reacciona con el oxígeno para formar monóxido de carbono, fase que recibe el nombre de reducción directas. Esta reacción tiene lugar a otra. 24 SEPTIEMBRE DEL 2010 ING. ALEJANDRO LOPEZ HENANDEZ

1.3 PRODUCCION DE ARRABIO PROCESO SIDERURGICO (Obtención del arrabio) FeO + CO --} CO2 + Fe En esta fase denominada reducción indirecta el monóxido de carbono actúa como reductor pasando a bióxido de carbono. La última fase es que el hierro en estado líquido obtenido según las reacciones anteriores, dióxido de carbono en una proporción aproximada del 7 % formando el arrabio. 25 SEPTIEMBRE DEL 2010 ING. ALEJANDRO LOPEZ HENANDEZ

1.3 PRODUCCION DE ARRABIO Procesos en plantas integrales Una planta integral tiene todas las instalaciones necesarias para la producción de acero en diferentes formatos. Hornos de coque: obtener del carbón coque y gas Hornos altos: convertir el mineral en hierro fundido Acería: conversión del hierro fundido o el arrabio en acero Moldeado: producir grandes lingotes (tochos o grandes piezas de fundición de acero Trenes de laminación desbastadores: reducir el tamaño de los lingotes produciendo bloms y slabs Trenes de laminación de acabado: estructuras y chapas en caliente Trenes de laminación en frío: chapas y flejes Las materias primas para una planta integral son mineral de hierro, caliza y coque. Estos materiales son cargados en capas sucesivas y continuas en un alto horno donde la combustión del carbón ayudada por soplado de aire y la presencia de caliza funde el hierro contenido en el mineral, que se transforma en hierro líquido con un alto contenido en carbono. 26 SEPTIEMBRE DEL 2010 ING. ALEJANDRO LOPEZ HENANDEZ

1.3 PRODUCCION DE ARRABIO El 90% de todos los metales fabricados a escala mundial son de hierro y acero. Los procesos para la obtención de hierro fueron conocidos desde el año 1200 a. c. 27 SEPTIEMBRE DEL 2010 ING. ALEJANDRO LOPEZ HENANDEZ

1.3 PRODUCCION DE ARRABIO Los principales minerales de los que se extrae el hierro son: Hematita (mena roja)70% de hierro Magnetita (mena negra)72.4% de hierro Siderita (mena café pobre)48.3% de hierro Limonita (mena café)60-65% de hierro 28 SEPTIEMBRE DEL 2010 ING. ALEJANDRO LOPEZ HENANDEZ

1.3 PRODUCCION DE ARRABIO 29 SEPTIEMBRE DEL 2010 ING. ALEJANDRO LOPEZ HENANDEZ

1.3 PRODUCCION DE ARRABIO En un alto horno, cuyo esquema se presenta en la figura 23, se logra la transformación del mineral de hierro en arrabio. Este tipo de horno es el que tienen actualmente la Siderúrgica Lázaro Cárdenas-Las Truchas, en la costa del Pacifico de Michoacán; Altos Hornos de México, en Coahuila; y el que tenía la Fundidora de Monterrey que cerró hace algunos años. También este tipo de hornos fueron los que, abatidos por las recientes sacudidas tecnológicas, cayeron dinamitados a principios de 1986 en la Bethlehem Steel Corporation de Pennsylvania. 33 SEPTIEMBRE DEL 2010 ING. ALEJANDRO LOPEZ HENANDEZ

GRACIAS ING. ALEJANDRO LOPEZ HENANDEZ

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