Identificacin del productoLos principales minerales de hierro son: la hematites (Fe203), la magnetita (Fe30). La limonita (2Fe203-3H20) y la siderita (FeOCO2). Tambin est muy difundida la pirita (FeS2). pero no puede emplearse directamente en la industria siderrgica. EI hierro puro (en la prctica con un contenido de carbono muy bajo) se denomina hierro dulce y tiene gran importancia en las construcciones elctricas por sus propiedades magnticas. Cabe citar el hierro Armco. En realidad qumicamente puro. ya que tiene un 99.8-99.9 % de Fe muy usado para fabricar los ncleos magnticos de los electroimanes. Las dinamos, los alternadores y los motores elctricos.Seleccin del equipo del proceso El factor ms importante por s solo para la produccin del coque metalrgico es la seleccin de carbones. Los mejores son los carbones con un bajo contenido de cenizas y azufre. El carbn de baja volatilidad suele mezclarse en cantidades de hasta un 40 % con carbn de alta volatilidad para lograr las caractersticas deseadas. La propiedad fsica ms importante del coque metalrgico es su resistencia y capacidad para soportar la rotura y la abrasin durante su manipulacin y empleo en el alto horno.El coque se produce en retortas de coquizacin diseadas para acumular el material voltil del carbn. Las retortas constan de tres partes principales: las cmaras de coquizacin, los conductos de caldeo y la cmara de regeneracin. Aparte del soporte estructural de acero y hormign. estas retortas se construyen con ladrillo refractario. Las cmaras de coquizacin suelen tener de 1,82 a 6.7 metros de altura 9,14 a 15,5 metros de longitud y alcanzan una temperatura de 1.535 C en la base de los conductos de caldeo. El tiempo necesario para la coquizacin vara dependiendo de las dimensiones de la retorta, pero suele oscilar entre 1 6 y 20 horas.Diagrama del proceso y descripcin El diagrama general de la fusin primaria del hierro integra a la mayora de las actividades que se desarrollan en el proceso productivo. No se debe olvidar que los diagramas de flujo son una de las herramientas ms utilizadas por los ingenieros industriales y que de manera automtica los deben utilizar o elaborar.Para la produccin de hierro y acero son necesarios cuatro elementos fundamentales: Mineral de hierro Coque Piedra caliza AireLos rimeros se extraen de i transporta y pparark-teseqws in oduzcan a que se producir el artEl arrabio es un hierro de poca calidad, su contenido de carbn no est controlado y la cantidad de azufre rebasa los mnimos permitidos en los hierros comerciales. Sin embargo es el producto de un proceso conocido corno la fusin primaria del hierro y del cual todos los hierros y aceros comerciales proceden.FABRICACIN DE A CEROEl arrabio contiene grandes cantidades de carbono y otras impurezas (principalmente azufre y fsforo). Por consiguiente, debe ser refinado. Es preciso reducir el contenido de carbono. oxidar y eliminar las impurezas y convertir el hierro en un metal de alta elasticidad que pueda ser forjado y trabajadoRelacin de la materia prima e insumo El valor de la temperatura de transicin de la forman a la forma del hierro se modifica por la presencia de otros elementos. Al agregar otros elementos al hierro se produce un cambio en el intervalo de temperaturas dentro del cual la forma es estable. Adems, como efecto secundario, se produce una variacin de la velocidad del cambio de fase. Entre los elementos que se agregan al hierro, el carbono es el que ms influye en sus propiedades, pudiendo formar con aquel tanto mezclas como compuestos definidos. Los distintos cambios que provoca la presencia de carbono en el hierro se suelen representar en un diagrama llamado diagrama hierro-carbono. En este diagrama, representado por la fi gura 1.1, se consideran todas las variantes de composicin y sus respectivas temperaturas de equilibrio para mezclas de hierro con hasta un 6,67 % de carbono. Se estudiaron aleaciones con contenidos de hasta 12% de carbono, pero como carecen de valor industrial, la parte correspondiente del diagrama suele despreciarse. El diagrama es de solubilidad parcial en el estado slido y puede presentarse en dos tipos:a) Estable: cuando considera las mezclas de hierro con carbono grafitico.h) Metaestable: cuando considera al carbono formando parte de la cementita. La cementita es una sustancia que contiene 6,67 % de carbono y que responde a la frmula Fe3 C. Es estable a altas temperaturas, pero al enfriarse tiende a descomponerse con separacin de grafi to. Fe3 C 3 Fe + C. Si bien desde el punto de vista termodinmico es importante el estudio de las distintas solubilidades bajo condiciones de equilibrio, para las aplicaciones industriales es ms importante el diagrama metaestable, ya que a las velocidades con que ocurren los enfriamientos de las aleaciones en los procesos industriales se forma cementita. Las temperaturas a las que se dan las transiciones se suelen indicar con la letra A seguidas de una c (del francs "chauffage") si se verifican al calentar, y con la letra A seguida de una r (del francs refroidissement") si se registran al enfriar. Para una transformacin dada Ac y Ar pueden diferir en varios grados debido a fenmenos de histrisis trmica. As, para el equilibrio Fe () = Fe (), Ac es 910 C y Ar es 899 C. En el diagrama de estado hierro-carbono se representan las temperaturas en las ordenadas y los porcentajes de carbono en el hierro en las abcisas. Las lneas continuas representan el sistema metaestable hierro-cementita, mientras que las lneas punteadas representan el sistema estable hierro-grafito. Todas las mezclas lquidas que contengan entre 4,3 y 6,67 % de carbono depositan cementita slida al ser enfriadas. Por lo tanto, al disminuir la temperatura la composicin de la fase lquida se empobrece en carbono aproximndose a la sealada por el punto E1 . Al enfriar mezclas lquidas que contengan entre 0,5 y 4,3% de carbono, estas depositan austenita (una solucin slida de carbono en hierro). A medida que disminuye la temperatura la composicin del lquido se aproxima a la indicada por el punto E1 . El punto E1 corresponde a una mezcla eutctica en la cual el slido tiene 52 % de cementita y 48% de austenita. Esta mezcla eutctica se conoce como ledeburita y funde a 1145 C. Las mezclas lquidas que tienen menos de 0,5 % de carbono depositan, por enfriamiento, una fase transitoria de hierro Si se tiene, por ejemplo, un lquido con 1,5 % de carbono y se lo enfra hasta 1.420 C, comenzar a separarse un slido austentico cuya composicin estar dada por P2 . Como este slido slo contiene 0,5 % de carbono, el lquido se enriquece en carbono y su composicin se mueve a lo largo de la curva AB. A temperaturas elevadas, los fenmenos de difusin son rpidos, de modo que, a medida que se produce el enfriamiento, la composicin de la austenita vara segn la lnea P2 D. Cuando el lquido alcanza la composicin dada por el punto P3 la austenita depositada tiene el 1,5 % de carbono.Si el lquido contiene ms de 1,7 % de carbono ir depositando austenita a medida que se enfra y, al alcanzar la composicin del eutctico, solidificar sin cambios posteriores, con lo cual el slido estar formado por ledeburita y austenita primaria.La regin I del diagrama de la figura corresponde a composiciones y temperaturas a las cuales la austenita es estable en solucin. En la regin II del mismo diagrama, la austenita es estable como fase slida homognea. Como se puede apreciar en el diagrama, el contenido mximo de carbono en esta regin es 1,7 %. El porcentaje de carbono en la aleacin permite efectuar la siguiente distincinSe definen como aceros todas las aleaciones de hierro que contienen menos de 1,7 % de carbono y como fundiciones a todas aquellas aleaciones que contienen ms de 1,7 % de carbono. La austenita slida que se encuentre a temperaturas superiores a los 723 C y que contenga entre 0,89 y 1,7 % de carbono, al alcanzar por enfriamiento la curva DE, sufre un proceso de disyuncin, en el cual se separa cementita. Mediante este proceso, la austenita se empobrece en carbono hasta que, al alcanzar el punto E con un 0,89 % de carbono, se transforma en una mezcla eutectoidea especial. Esta mezcla eutectoidea tiene una estructura cristalina caracterstica llamada perlita. La perlita est formada por ferrita (hierro con trazas de carbono) y cementita. Las aleaciones austenticas que contengan menos de 0,89 % de carbono liberarn ferrita a lo largo de la curva FE hasta alcanzar la composicin eutectoidea. A los aceros que contienen menos de 0,89 % de carbono se los suele llamar hipoeutectoideos y a los que tienen entre 0,89 y 1,7 % de carbono hipereutectoideos. Anlogamente, las aleaciones que contienen entre 1,7 y 4,3 % se dicen hipoeutcticas y las que contienen ms de 4,3 % hipereutcticas. Asimismo, las fases slidas que se forman antes de alcanzar la composicin eutctica o eutectoidea se denominan, respectivamente, proeutctica y proeutectoidea. Un acero que contenga 0,5 % de carbono formar ferrita proeutectoidea y perlita, mientras que una mezcla que contenga 3% de carbono separar inicialmente austenita proeutctica y ledeburita. La solubilidad del carbono en la austenita disminuye de un 1,7% a 1.135 C hasta el 0,89 % a 723. Por ese motivo, a medida que disminuye la temperatura, la austenita libera carbono como cementita. Cuando el enfriamiento alcanza los 723 C, la austenita se vuelve inestable y se transforma en perlita. La cementita es inestable a bajas temperaturas y se descompone en carbono y ferrita. La grafitacin de aceros y fundiciones puede ser acelerada por otros elementos. Todas las fundiciones comerciales tienen grafito libre, ya sea como copos gruesos, como partculas finas o como flculos o ndulos.

Requerimiento de maquinaria y equipo Alto horno El alto horno est constituido por dos troncos de cono de distintas longitudes unidos por sus bases ms anchas. El superior recibe el nombre de cuba y el inferior se denomina etalage. La parte superior de la cuba, llamada tragante, lleva un doble cierre para impedir que escapen los gases. La parte ms ancha del horno se llama vientre. Debajo del etalage se halla el crisol donde se recogen el hierro fundido y la escoria. Cerca del fondo, hay varios tubos de bronce llamados toberas a travs de los cuales se introduce aire caliente a presin. La escoria y el hierro se extraen por diferencia de densidad a travs de dos orificios llamados escoriero o bigotera y piquera, respectivamente. El horno alto se construye en acero revestido interiormente de ladrillos refractarios arcillosos o slico-aluminosos que deben resistir, adems del calor, la erosin producida por el descenso de las cargas y por las reacciones qumicas que se producen en su interior. La obtencin del arrabio (hierro de primera fusin) en el horno alto insume grandes cantidades de aire (de 4 a 5 m3 por kilogramo de carbn) para su obtencin se utilizan turbosoplantes accionados por el vapor que producen las calderas de una central termoelctrica. El aire procedente de los turbosoplantes ingresa a un sistema de estufas en las cuales se calienta a 600 - 800 C. Las estufas utilizan como combustible gas proveniente del horno alto que ha sido convenientemente depurado. El aire caliente se inyecta al horno a travs de las toberas, que son refrigeradas, exteriormente, con agua. En la zona de introduccin de la carga, la temperatura es de unos 150 C y a medida que la carga desciende por la cuba, encuentra temperaturas cada vez mayores. Cuando se alcanzan los 400 C se produce la desecacin de los materiales y los xidos hidratados se transforman en anhidros.Convertido de BessemerEn 1856, Bessemer desarroll un horno especial llamado Convertidor que poda producir cantidades mayores de acero refinado que los procesos hasta entonces conocidos. El sistema consista en insuflar aire en el fondo del horno para que burbujeara a travs del hierro fundido para que el calor generado por la oxidacin del carbono no slo funda el metal sino que lo refine. En 1860 patent el convertidor inclinado que produjo acero ms eficazmente que el horno fijo anterior. Mediante este horno, se logr reducir el costo del acero de 40 libras a 20 libras por tonelada. Con el proceso Bessemer, Gran Bretaa aument la produccin de acero de 50.000 toneladas/ao en la dcada de 1850 hasta 1.300.000 toneladas/ao en la dcada de 1880.Si la colada est exenta de fsforo, se usan los convertidores Bessemer revestidos de refractario cido, cuarzo o arena amasada con arcilla. Con el aire insuflado, se eliminan del arrabio el silicio, el carbono y el manganeso. Hornos Siemens MartinEste tipo de hornos fue desarrollado en 1868 por Friedrich Siemens en Alemania. Ese mismo ao, Pierre Martin, en Francia, mejor el diseo.Son hornos de reverbero revestidos interiormente de material refractario cido o bsico, segn la naturaleza del material de afino. Tienen forma rectangular y utilizan como combustible fuel oil o gas de coque. El horno lleva adosadas cuatro cmaras recuperadoras de calor que permiten alcanzar altas temperaturas y economizar combustible. Los gases producidos por la combustin entran en las cmaras recuperadoras donde calientan a los ladrillos refractarios apilados en ellas. Al cabo de unos minutos, los ladrillos alcanzan los 1.000-1.150 C, entonces se invierte la circulacin de los gases. De esta manera, durante la combustin se pueden obtener temperaturas del orden de los 1.800 C. Horno de crisol Los hornos de crisol fueron uno de los primeros hornos empleados para producir aceros de calidad. La carga se introduce en trozos pequeos dentro de un crisol, que se cubre con una tapa para evitar la contaminacin del material con los gases de combustin. Una vez lleno, se coloca el crisol en el horno durante 3-4 horas. Despus de producida la fusin se deja un tiempo en reposo para desoxidar el metal fundido. El horno tiene forma cilndrica. Dentro de l, el crisol se apoya sobre un pilar de material refractario de 8-10 cm de altura. Estos hornos usan gas o petrleo como combustible. Los crisoles son de pequeo tamao. Su vida til es limitada porque se estropean tanto al ser apretados por las tenazas durante su transporte como por su exposicin a cambios bruscos de temperaturas.Horno elctrico Debido a las exigencias, cada vez mayores, de aceros de calidad, un pequeo porcentaje del producto del horno alto es refinado, posteriormente, en hornos elctricos. Las principales ventajas que ofrecen estos hornos son: Posibilidad de alcanzar temperaturas muy elevadas, del orden de los 2.000 - 2.500 C en los hornos grandes y hasta 3.600 C en los pequeos. Temperaturas fcilmente regulables. Ausencia de impurezas en el material tratado. Posibilidad de trabajar en ausencia de aire o en atmsfera especial. Rendimiento trmico elevado (hasta un 80 %) que compensa, en gran parte, el alto costo de la energa elctrica. Los hornos elctricos son recipientes de chapas de acero y estn revestidos interiormente de material refractario, cido o bsico, de acuerdo a las necesidades.Estos hornos slo se cargan con chatarra de acero de alta calidad y estn recubiertos con ladrillos de la lnea bsica. Existen hornos de arco elctrico que pueden contener hasta 270 toneladas de material fundido. Para fundir 115 toneladas se requieren aproximadamente tres horas y 50,000 kWh de potencia. Tambin en estos hornos se inyecta oxgeno puro por medio de una lanza. La mayora de los hornos operan con tensiones de 40 V y con intensidad de corriente elctrica de 12,000 A.Bibliografa Organizacin internacional del Trabajo. 2001. Enciclopedia de Salud y Seguridad en el Trabajo. Hierro y Acero. Clausen, C.A. - Mattson. O. Fundamentos de Qumica IndustriaL Ed. LIMUSA. Mxico D.F. 1982. Corporacin Aceros Arequa S.A. El acero, lo que hay que saber. Primera Edicin. Ed. Grupo S.R.L Lima. Per .2000.