Afino del acero en hornos Martin Siemens by W59pz2Yr

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									                        Afino del acero. Horno de afino Martin Siemens.
                                  Natalia Fandiño Sánchez
 Introducción
Los procesos de afino son una serie de operaciones que tienen como objeto la eliminación de
impurezas y así purificar el arrabio obtenido en el alto horno y obtener un acero con las
especificaciones deseadas en cuanto a composición.
Para llevar a cabo estos procesos es necesaria la utilización de diversos hornos, los cuales se
han ido modificando y modernizando a lo largo de los años. En este caso echaremos un vistazo
al pasado y nos situaremos alrededor del año 1864, fecha en la cual se crea el horno Martin
Siemens.

 ¿Qué es un horno Martin-Siemens?

                                                                Los hornos Martin-Siemens
                                                                son hornos de reverbero y se
                                                                utilizan principalmente para la
                                                                fusión y afino del acero
                                                                destinado a la fabricación de
                                                                lingotes, y representaron la
                                                                forma de fabricación de acero
                                                                más extendido en Gran Bretaña
                                                                y     Estados     Unidos.    Su
                                                                capacidad puede variar entre 25
                                                                y 500 toneladas. Hace años se
                                                                empleaban       hornos     más
                                                                pequeños, de 15 a 30 toneladas,
                                                                sin embargo existen todavía en
                                                                funcionamiento algunos hornos
para fabricar piezas coladas grandes, con pesos de 50 toneladas o más.
El horno Martin-Siemens es calentado con aceite, gas de coquería, gas de gasógenos o una
mezcla da gas de alto horno y de coquería, si se dispone de ella. Cuando se emplea un gas de
poco poder calorífico, como el gas de gasógeno o la mezcla citada, es fundamental precalentar
el gas en un regenerador. El aire se recalienta siempre para conseguir la máxima economía
térmica y lograr una elevada temperatura de llama.

 Un poco de historia
El procedimiento Siemens es el fruto de una cuidadosa investigación en los distintos métodos
de fabricar acero. Los hermanos Siemens descubrieron que el combustible exterior podía arder
más convenientemente en un dispositivo separado del horno, denominado generador de gas. F.
Siemens introdujo importantísimas mejoras con sus cámaras recuperadoras solucionando así el
problema de conseguir la temperatura necesaria para la fusión en el proceso del crisol abierto.
Alrededor de 1864, los hermanos Siemens idearon un horno de fusión de crisol, abierto,
sometido al efecto de una llama producida fuera del horno, con recuperación del calor de los
humos mediante recuperadores, con el que se consiguió obtener temperaturas más elevadas. En
el 1865 el horno sufrió una importantísima mejora al incorporar el procedimiento del francés
P. Martin (sistema ácido).Los hornos Siemens-Martin superaron a los convertidores Bessemer
en aspectos como el control de los componentes de la colada (carbono y azufre), el consumo de
un “input” barato (chatarra) o algunas cualidades del acero (maleabilidad, ductilidad,
laminabilidad). En 1867 era presentado en París un nuevo método (sistema básico) añadiendo
hierro hematite, magnetita y cal para conseguir un material aún más puro (con menos carbono
y sin apenas fósforo). En 1883 la producción británica de acero Siemens ya alcanzaba las
500.000 toneladas.

 ¿Cómo es un horno Martin-Simens?
El horno propiamente dicho comprende tres partes principales: la solera, el laboratorio y la
bóveda. La solera recoge los materiales que se han de afinar y es una especie de cubeta
rectangular, cuyo fondo está inclinado hacia el agujero de colada. El laboratorio es la parte
comprendida entre la solera y la bóveda, donde se producen las reacciones de afino. Cierto
número de aberturas colocadas en la parte anterior del horno, permiten efectuar la carga, y una
de ellas está dispuesta de modo que permite la limpieza. La bóveda es de ladrillos silíceos y su
misión es dirigir el calor por radiación sobre la solera.

                   bóveda                      aberturas
    solera                       laboratorio

                                                             Las dimensiones de este horno
                                                             suelen ser de unos 10m de largo por
                                                             5 m de ancho y de una altura de 35-
                                                             50 m. Son de placas de acero
                                                             remachadas        sobre       traviesas
                                                             metálicas.
                                                             A los dos lados de la solera se
                                                             encuentran los tubos que conducen
                                                             el gas y el aire, que desembocan en
                                                             el    laboratorio    por     aberturas
                                                             conocidas como quemadores, a la
                                                             salida de los cuales arde el gas.
                                                             Las cámaras de recuperación
                                                             colocadas debajo, y que en general
                                                             son cuatro para cada horno,
                                                             calientan el aire y el gas de la
                                                             combustión          mediante         el
                                                             aprovechamiento del calor perdido
en el horno, al salir al ambiente los gases calientes del laboratorio. Cada media hora se invierte
el paso de la mezcla gaseosa combustibles, de modo que cada pareja de cámaras actúan
alternativamente como recuperadores y precalentadores, es decir, los precalentadores se
convierten en recuperadores de calor al invertir el paso de la mezcla gas-aire, y viceversa. Los
hornos más empleados, por los de mayores dimensiones, son los de gasógeno separado.
La particularidad del método Martin-Siemens de poder utilizar despuntes de chatarra para
fabricar acero es de gran importancia en la industria siderúrgica.

 ¿Cómo se realiza el proceso de afino en un horno Martin-Siemens?
Dependiendo del revestimiento del horno, ya sea ácido o básico, tendremos dos procesos
distintos:
-Procedimiento Martin-Simens ácido: la solera es a base de sílice. La carga está constituida en
su mayor parte de chatarra con pequeñísimas proporciones de azufre y fósforo, ya que no es
posible la desulfuración ni la desfosforación en contacto con refractarios ácidos. El afino en
este método se limita principalmente a la eliminación del carbono, silicio y manganeso por
acción directa del óxido férrico en la escoria que aporta el oxígeno a la carga. La separación de
estos elementos, como se puede observar en el gráfico siguiente, se hace casi simultáneamente,
pero a diferentes velocidades. El óxido del metal actúa sobre el silicio y el manganeso y el
revestimiento de sílice retarda la eliminación
del silicio y favorece la del manganeso. Por
otra parte el manganeso retarda la
descarburación y protege al baño de la
oxidación, por reducir el óxido ferroso
disuelto. Desde el principio de la fusión
hasta la desaparición de una parte
importante del silicio y del manganeso, el
baño permanece en calma y después
empieza la descarburación. La eliminación
del carbono se realiza principalmente por
reacción con el óxido ferroso disuelto en el
baño, ya que la elevada temperatura
favorece la reacción endotérmica. Esto
aparece reflejado en las siguientes
reacciones:
             Si + 2FeO ↔ SiO2 + 2Fe
             Mn + FeO ↔ MnO + Fe
             C+ FeO ↔ CO ↑ + Fe

-Procedimiento Martin-Siemens básico: gracias al revestimiento magnesiano del horno se
puede emplear una escoria básica que permite la desfosforación y en cierto grado la
desulfuración. El silicio se elimina más rápidamente que en la marcha ácida, porque la sílice
formada se fija en seguida en la cal de la escoria. También la presencia de la cal hace que la
proporción de óxido férrico en la escoria sea algo mayor que en las escorias ácidas. El
manganeso se elimina lentamente, y cuanto más se eleva la temperatura, más se intensifica la
reducción parcial del óxido manganoso por el carbono. La descarburación se efectúa por
intermedio del óxido ferroso disuelto en el baño, y el contenido de carbono es bastante elevado
porque sólo pasa en pequeña proporción a la escoria básica. La desfosforación comienza desde
el principio del afino; en general, la proporción de fósforo en el metal es tanto menor cuanto
más básica es la escoria. La desulfuración del hierro se origina mediante el manganeso, que
tiene una tensión de sulfuro menor que el hierro: FeS + Mn → MnS + Fe. También se puede
transformar el azufre en una forma que sea estable en la escoria y no soluble en el metal. Esta
forma es la de sulfuro cálcico, y la eliminación del azufre se puede expresar así:
FeS+CaO→ FeO + CaS.

 Tipos de hornos Martin–Siemens y usos más frecuentes.
Estos hornos pueden ser fijos o basculables, prefiriéndose los últimos para el afino de arrabios
con alto contenido en fósforo. Para fabricar aceros de calidad se emplean generalmente los
hornos Martin-Siemens con revestimiento básico, aunque aún se utilizan en algunos lugares los
que tienen revestimiento ácido para obtener aceros de muy buena calidad partiendo de materias
primas muy selectas.


 Bibliografía utilizada
- Morral F.R., Jimeno E. y Molera P. (1982) Metalurgia general. Ed. Reverté
- Wikipedia

								
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