Procesos físico-químicos del horno Martin.
En el trabajo de fundición del horno Martin, la oxidación de las impurezas se produce por procesos físico-químicos que se desarrollan entre los gases del horno- escoria y entre escoria-metal.
Note que el contacto de los gases de la combustión es solo con la capa de escoria, y por ello esta se calienta en primer lugar. Con una capa excesiva de escoria o con escoria de difícil fusión el calentamiento del metal se dificulta. Correspondientemente, las cualidades de la escoria y su cantidad influyen considerablemente sobre la marcha de la fundición. Lo que obliga a separar de vez en cuando parte de la escoria producida, y a utilizar un fundente adecuado para fundir los óxidos y hacerlos flotar en la masa del metal fundido como escoria.
Al iniciar la fundición, y durante la fusión del metal ("baño frío") el primero que se oxida es el Fe y luego este al Si, Mn, y P.
Según las reacciones:
Si + 2FeO -----> 2Fe + SiO2 Mn + FeO ----> Fe + MnO 2P + 5FeO ----> 5Fe + 2P2O5
De estos óxidos y por el fundente se forma la escoria, después por debajo de la capa de la escoria se oxidan el resto de las impurezas.
La fuente principal de oxígeno para la oxidación de las impurezas es el FeO que se encuentra en la escoria. El óxido ferroso de la escoria reacciona con el oxígeno de los gases del horno según la reacción:
6FeO + O2 ------> 2Fe3O4 + Calor
Esta reacción genera calor por eso la escoria se puede oxidar activamente a temperaturas del horno relativamente bajas.
Los óxidos superiores que se forman se difunden a través de la escoria hacia el metal de abajo y lo oxidan según la reacción:
Fe + Fe3O4 ------> 4FeO
El óxido ferroso regenerado se disuelve en el metal y oxida las impurezas que contiene, La oxidación del hierro en "baño frío" se efectúa de un modo más enérgico, pero la reducción del óxido ferroso por el carbono presente suele ser mas lenta, ya que esta reacción consume calor:
FeO + C ------> Fe + CO - Calor
Esta necesidad energética del proceso se suple adicionando mas combustible para calentar el metal. Cuando se calienta el metal ("baño caliente") se invierten las actividades, la oxidación de la escoria suele ser mas lenta, mientras que la reducción del óxido de hierro por el carbono suele ser mas enérgica y el baño puede ebullir debido a la generación del CO, esto hace que el metal se mueva y se mezcle en el baño favoreciendo su calentamiento homogéneo y rápido.
De esto se concluye que:
- Una temperatura baja del baño contribuye a la oxidación de la escoria y del metal que se encuentra por debajo.
-
Una temperatura alta favorece la obtención de escoria y metal poco oxidados.
En consecuencia manejando la temperatura en el espacio activo del horno se pueden dirigir los procesos de reducción-oxidación en su interior y obtener un acero de la cualidades y características deseadas en cuanto a contenido de impurezas y cantidad de carbono.
En los hornos Martin se pueden tratar los desechos sólidos de la producción, la chatarra ferrosa, obtener exactamente una composición química dada del acero, desoxidar bien el metal, obtener simultáneamente gran cantidad de metal homogéneo e incluso obtener mas cantidad de metal que el vertido originalmente en el horno (hasta 105%), ya que se puede usar parte de mena como aditivo ventajoso al horno, pero paralelamente también tiene sus deficiencias, ya que los gases participan en los procesos químicos, oxidando, simultáneamente con las impurezas comunes, a otro elementos de aleación que hay en el metal (vanadio titanio y otros) y saturando el metal. A consecuencia de esto se dificulta la obtención de acero aleados.
En el trabajo de fundición del horno Martin, la oxidación de las impurezas se produce por procesos físico-químicos que se desarrollan entre los gases del horno- escoria y entre escoria-metal.
Note que el contacto de los gases de la combustión es solo con la capa de escoria, y por ello esta se calienta en primer lugar. Con una capa excesiva de escoria o con escoria de difícil fusión el calentamiento del metal se dificulta. Correspondientemente, las cualidades de la escoria y su cantidad influyen considerablemente sobre la marcha de la fundición. Lo que obliga a separar de vez en cuando parte de la escoria producida, y a utilizar un fundente adecuado para fundir los óxidos y hacerlos flotar en la masa del metal fundido como escoria.
Al iniciar la fundición, y durante la fusión del metal ("baño frío") el primero que se oxida es el Fe y luego este al Si, Mn, y P.
Según las reacciones:
De estos óxidos y por el fundente se forma la escoria, después por debajo de la capa de la escoria se oxidan el resto de las impurezas.
La fuente principal de oxígeno para la oxidación de las impurezas es el FeO que se encuentra en la escoria. El óxido ferroso de la escoria reacciona con el oxígeno de los gases del horno según la reacción:
Esta reacción genera calor por eso la escoria se puede oxidar activamente a temperaturas del horno relativamente bajas.
Los óxidos superiores que se forman se difunden a través de la escoria hacia el metal de abajo y lo oxidan según la reacción:
El óxido ferroso regenerado se disuelve en el metal y oxida las impurezas que contiene, La oxidación del hierro en "baño frío" se efectúa de un modo más enérgico, pero la reducción del óxido ferroso por el carbono presente suele ser mas lenta, ya que esta reacción consume calor:
Esta necesidad energética del proceso se suple adicionando mas combustible para calentar el metal. Cuando se calienta el metal ("baño caliente") se invierten las actividades, la oxidación de la escoria suele ser mas lenta, mientras que la reducción del óxido de hierro por el carbono suele ser mas enérgica y el baño puede ebullir debido a la generación del CO, esto hace que el metal se mueva y se mezcle en el baño favoreciendo su calentamiento homogéneo y rápido.
De esto se concluye que:
En consecuencia manejando la temperatura en el espacio activo del horno se pueden dirigir los procesos de reducción-oxidación en su interior y obtener un acero de la cualidades y características deseadas en cuanto a contenido de impurezas y cantidad de carbono.
En los hornos Martin se pueden tratar los desechos sólidos de la producción, la chatarra ferrosa, obtener exactamente una composición química dada del acero, desoxidar bien el metal, obtener simultáneamente gran cantidad de metal homogéneo e incluso obtener mas cantidad de metal que el vertido originalmente en el horno (hasta 105%), ya que se puede usar parte de mena como aditivo ventajoso al horno, pero paralelamente también tiene sus deficiencias, ya que los gases participan en los procesos químicos, oxidando, simultáneamente con las impurezas comunes, a otro elementos de aleación que hay en el metal (vanadio titanio y otros) y saturando el metal. A consecuencia de esto se dificulta la obtención de acero aleados.
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Hornos eléctricos.
Los hornos eléctricos para la producción de acero son de dos tipos principales:
- Hornos de arco.
- Hornos de inducción.
Los hornos eléctricos para la producción de acero son de dos tipos principales:
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Hornos de arco.
La construcción de los hornos de arco voltaico se basa en el calor generado por el arco eléctrico, formado entre los electrodos de grafito (o de carbón) y el baño metálico, que producen una temperatura de 3500°C o más.
En estos hornos se puede obtener acero de alta calidad, casi desprovistos de impurezas nocivas, con un contenido de carbono muy exacto y con elementos aleantes en proporciones definidas. Es decir acero especiales para altas prestaciones.
El horno (Fig 3) consta de una camisa cilíndrica (1) con fondo esférico (2), recubiertas con materiales refractarios y aisladas térmicamente de tal manera que se forme el espacio activo del horno. La bóveda del horno (4) se prepara de manera que sea desamable y está construida de ladrillos refractarios sujetos por una armadura de acero en forma de aro.
El horno tiene una puerta de carga y un orificio para sangrar el metal. Está asentado sobre dos soportes en forma de arco, colocados sobre las guías del cimiento que permiten girarlo para la carga y descarga del horno. En la bóveda del horno se colocan en orificios elaborados para ello los electrodos (5). Los electrodos durante la fundición ascienden y descienden con la ayuda de un mecanismo especial.
La corriente se suministra de un transformador a los electrodos a través de cables flexibles y barras de cobre.
Para llevar a cabo la fundición en los hornos de arco, este se alimenta con una mezcla de chatarra, hierro fundido, mena de hierro, fundentes, desoxidantes y ferro aleaciones, que sirven para formar las aleaciones.
En la Figura 3 para ilustrar mejor, se ha representado el material dentro del horno de dos formas, la mitad izquierda corresponde al material recién cargado, vea que está sólido y en pedazos. Note que hay una separación entre el material y el electrodo, de forma que salte el arco y se produzca una gran cantidad de calor para fundir el metal. En la parte derecha ya está el metal fundido y el electrodo se ha bajado para reducir el calor producido por el arco y mantener la temperatura dentro del rango necesario.
Para la oxidación de las impurezas, después de fundida la mezcla inicial, se le agrega al horno la mena. Los óxidos de hierro oxidan las impurezas del metal (Si, Mn, P, y C) a consecuencia de lo cual se forma la escoria férrica que contiene (FeO)3.P2O5. Esta escoria sustrae fósforo del metal. Para formar un compuesto mas estable se agrega a la escoria cal recién calcinada de forma que se forme una sal fósforo-cálcica que se retiene en la escoria. Esta reacción tiene éxito ya que la temperatura del metal no es muy elevada, pero es una reacción exotérmica que calienta el baño y durante esta etapa es usual que comience a oxidarse el carbono y el baño entre en ebullición. En ese momento se retira la escoria fosfórica.
Si se ha quemado mucho carbono, y este, en el metal, está por debajo del nivel requerido se cargan al horno portadores de carbono tales como coque o arrabio de bajo contenido de impurezas nocivas.
Mas tarde, y en dependencia de los requerimientos del acero pueden cargarse al horno nuevos fundentes y desoxidantes para retirar el azufre, agregar los elementos aleantes requeridos y se hace una última desoxidación con aluminio puro.
En algunos casos se introduce al espacio activo del horno oxígeno, que favorece la oxidación de las impurezas y reduce el consumo energético.
(Fig. 3 Horno de Arco)
| La construcción de los hornos de arco voltaico se basa en el calor generado por el arco eléctrico, formado entre los electrodos de grafito (o de carbón) y el baño metálico, que producen una temperatura de 3500°C o más. En estos hornos se puede obtener acero de alta calidad, casi desprovistos de impurezas nocivas, con un contenido de carbono muy exacto y con elementos aleantes en proporciones definidas. Es decir acero especiales para altas prestaciones. El horno (Fig 3) consta de una camisa cilíndrica (1) con fondo esférico (2), recubiertas con materiales refractarios y aisladas térmicamente de tal manera que se forme el espacio activo del horno. La bóveda del horno (4) se prepara de manera que sea desamable y está construida de ladrillos refractarios sujetos por una armadura de acero en forma de aro. El horno tiene una puerta de carga y un orificio para sangrar el metal. Está asentado sobre dos soportes en forma de arco, colocados sobre las guías del cimiento que permiten girarlo para la carga y descarga del horno. En la bóveda del horno se colocan en orificios elaborados para ello los electrodos (5). Los electrodos durante la fundición ascienden y descienden con la ayuda de un mecanismo especial. La corriente se suministra de un transformador a los electrodos a través de cables flexibles y barras de cobre. Para llevar a cabo la fundición en los hornos de arco, este se alimenta con una mezcla de chatarra, hierro fundido, mena de hierro, fundentes, desoxidantes y ferro aleaciones, que sirven para formar las aleaciones. En la Figura 3 para ilustrar mejor, se ha representado el material dentro del horno de dos formas, la mitad izquierda corresponde al material recién cargado, vea que está sólido y en pedazos. Note que hay una separación entre el material y el electrodo, de forma que salte el arco y se produzca una gran cantidad de calor para fundir el metal. En la parte derecha ya está el metal fundido y el electrodo se ha bajado para reducir el calor producido por el arco y mantener la temperatura dentro del rango necesario. Para la oxidación de las impurezas, después de fundida la mezcla inicial, se le agrega al horno la mena. Los óxidos de hierro oxidan las impurezas del metal (Si, Mn, P, y C) a consecuencia de lo cual se forma la escoria férrica que contiene (FeO)3.P2O5. Esta escoria sustrae fósforo del metal. Para formar un compuesto mas estable se agrega a la escoria cal recién calcinada de forma que se forme una sal fósforo-cálcica que se retiene en la escoria. Esta reacción tiene éxito ya que la temperatura del metal no es muy elevada, pero es una reacción exotérmica que calienta el baño y durante esta etapa es usual que comience a oxidarse el carbono y el baño entre en ebullición. En ese momento se retira la escoria fosfórica. Si se ha quemado mucho carbono, y este, en el metal, está por debajo del nivel requerido se cargan al horno portadores de carbono tales como coque o arrabio de bajo contenido de impurezas nocivas. Mas tarde, y en dependencia de los requerimientos del acero pueden cargarse al horno nuevos fundentes y desoxidantes para retirar el azufre, agregar los elementos aleantes requeridos y se hace una última desoxidación con aluminio puro. En algunos casos se introduce al espacio activo del horno oxígeno, que favorece la oxidación de las impurezas y reduce el consumo energético. |
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| (Fig. 3 Horno de Arco) |
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