DIVISION DE INGENIERIA MECÁNICA
PROPIEDADES DE LOS MATERIALES II
UNIDAD 1
PRODUCCIÒN DE ARRABIO Y
PROCESOS DE ACERACIÒN
SEPTIEMBRE DEL 2010
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PROPIEDADES DE LOS MATERIALES II
OBJETIVO EDUCACIONAL
Conocerá y comprenderá los procesos de
producción de arrabio y acero.
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PROPIEDADES DE LOS MATERIALES II
1.1 CONCEPTO DE METALURGIA
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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.
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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:
1. Composición química
2. Tratamiento mecánico
3. tratamientos térmicos
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1.1. CONCEPTO DE METALURGIA
Según la técnica y el metal que se quiere beneficiar
a. Siderurgia: producción de arrabio, hierro, acero
b. Pirometalurgia: es el uso de calor de calor para modificar
c. Hidrometalurgia: extracción de la mena por medio de reacciones
acuosas.
d. Electrometalurgia: basado en la electrolisis.
e. Pulvimetalurgia: metalurgia de polvos metálicos
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1.1. CONCEPTO DE METALURGIA
OPERACIONES BASICAS
FISICAS
 trituración
Molido
Filtrado
Centrifugado
Disolución
Destilación
Secado
Precipitación
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1.1. CONCEPTO DE METALURGIA
OPERACIONES BASICAS
QUIMICAS
 TOSTACION
 OXIDACION
REDUCCION
ELECTROLISIS
HIDRÓLISIS
LIXIVIACION
ELECTRODEPOSICION
CIANURACION
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1.2. PROCESO DE PREBENEFICIO DE MINERAL DE FIERRO
1.2 PROCESO DE PREBENEFICIO DE
MINERAL DE FIERRO
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1.2. PROCESO DE PREBENEFICIO DE MINERAL DE FIERRO
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1.2. PROCESO DE PREBENEFICIO DE MINERAL DE FIERRO
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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.
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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
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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1.3 PRODUCCION DE ARRABIO
1.3 PRODUCCIÒN DE ARRABIO
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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
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1.3 PRODUCCION DE ARRABIO
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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.
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TECNOLOGICO DE ESTUDIOS SUPERIORES DE …