INSTITUTO TECNOLÓGICO DE ZACATECAS DEPARTAMENTO DE METAL ± MECÁNICA
³1.7 Chatarra y Su Preparación´
CARRERA: INGENIERIA EN MATRERIALES ALUMNO: JOSÉ ROBERTO ALDABA BERNAL (08450663) ASIGNATURA: PROCESOS DE FABRICACION DE MATERIALES FERROSOS TITULAR: ING. OMAR ROCHA ECHAVARRIA
SG C SG C
Zacatecas, Zac. 28 de Febrero, 2010 RSGC - 247 S N E S T S N E S T
INICIO: 2004.12.01 TERMINO: 2007.12.01
ISO ISO 9001:2000 9001:2000 PROCESO EDUCATIVO
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INDICE 1.
ANTECEDENTES««««««««««««««««««««««««.««
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2. INTRODUCCION««««««««««««««««««««««««««.. 3 3. DESARROLLO«««««««««««««««««««««««««««.. 4 3.1. Obtención del Acero««««««««««««««««««««««««. 4 3.2. Elementos Para La Obtención del Acero«««««««««««««««..« 5 3.3. Etapas«««««««««««««««««««««««««««««« 6 3.4. Acerería««««««««««««««««««««««««««««..... 7 3.5. Horno Eléctrico«««««««««««««««««««««««««..... 7 3.6. Características Del Horno Eléctrico««««««««««««««««««. 9 4. CONCLUCIONES«««««««««««««««««««««««««... 11 5. BIBLIOR AFIA O FUENTE WEB«««««««««««««««««««. 11
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1. ANTECEDENTES El sinter, que se utiliza como portador de hierro en la carga del Alto Horno, es en
parte un material reciclado. Es un aglomerado en caliente de finos (partículas que no cumplen con la granulometría adecuada para el proceso en el cual se requieren). Los finos se cargan a un mezclador junto con agua y luego esa mezcla es volcada a la cadena de sinterización. La Sinterización es la operación por la cual los finos de mineral de hierro, el fino de coque, el fundente y material de reciclo industrial, mediante un proceso de fusión por el calor aportado por el coque fino, se transforman en un producto poroso, resistente y de alta concentración de hierro. Al salir de la cadena de sinterización, dicho producto pasa por un quebrantador y por una zaranda que lo clasifica en dos granulometrías. Los finos que pasan la zaranda son reciclados, el resto del material es enviado al Alto Horno. 2. INTRODUCCION
Una materia prima muy importante para la fabricación de metales ferrosos es la chatarra; esta representa cerca del 50% de carga en el alto horno, 30% en el proceso básico de oxigeno, y usualmente el 100% de la carga en la fabricación de acero en el horno de arco eléctrico. La chatarra debe de ser limpia, no tener contaminación por no metales que tienen que ser removidos en las operaciones tales como pedazos de concreto adheridos a la chatarra estructural, caucho y plástico presentes en la chatarra de automóviles. El término limpia también incluye elementos no deseados como sulfuros de la
acerera, y zinc el cual se volatiliza y se oxida de nuevo con la deposición subsecuente en los conductos del gas que dan gravemente sus materiales refractarios. El plomo se filtra a trabes del fondo del alto horno y dándolo de esta manera. E l estaño afecta de forma marcada incluso en pequeñas cantidades. El cobre afecta de forma similar, pero es menos dañino. La anterior consideración hace dos clases diferentes muy importantes de chatarra no deseada en los molinos de acero. Chatarra del incinerador de la ciudad y cuerpos automotrices. La chatarra de la incineración de la ciudad es muy rica en estaño de las latas. Completas cargas de acero han tenido que ser desechadas cuando la cantidad de estaño se muestra por encima del 0.06%. A de mas esta chatarra usualmente trae muchos sulfuros, generalmente por aceites usados en la incineración y a menos que este bien preparado por las separación magnética, también tendrá mucha ceniza inútil.
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3. DESARROLLO
3.1 Obtención del Acero El acero se puede obtener a partir de dos materias primas fundamentales: El
arrabio, obtenido a partir de mineral en instalaciones dotadas de alto horno (proceso integral) Las chatarras tanto férricas como inoxidables,
El tipo de materia prima condiciona el proceso de fabricación. En líneas generales, para
fabricar acero a partir de arrabio se utiliza el convertidor con oxígeno, mientras que partiendo de chatarra como única materia prima se utiliza exclusivamente el horno de arco eléctrico (proceso electro-siderúrgico). Los procesos en horno de arco eléctrico pueden usar casi un 100% de chatarra metálica como primera materia, convirtiéndolo en un proceso más favorable desde un punto de vista ecológico. Aun así, la media de las estadísticas actuales calcula que el 85% de las materias primas utilizadas en los hornos de arco eléctrico son chatarra metálica. Las estimaciones del porcentaje mundial de industrias que utilizan el convertidor con oxígeno en 1995 eran del 59% y de un 33% para las que utilizaban horno de arco eléctrico. Las aleaciones de acero se realizan generalmente a través del horno de arco eléctrico, incluyendo el acero inoxidable. E n algunos tipos de acero inoxidable se añade a su composición molibdeno, titanio, niobio u otro elemento con el fin de conferir a los aceros distintas propiedades. Tras el proceso de reconversión industrial de la siderurgia en España se abandonó la vía del alto horno y se apostó de forma decidida por la obtención de acero a través de horno eléctrico. En este proceso, la materia prima es la chatarra, a la que se le presta una especial atención, con el fin de obtener un elevado grado de calidad de la misma. Para ello, la chatarra es sometida a unos severos controles e inspecciones por parte del fabricante de acero, tanto en su lugar de origen como en el momento de la recepción del material en fábrica. La calidad de la chatarra depende de tres factores:
Su facilidad para ser cargada en el horno Su comportamiento de fusión (densidad de la chatarra, tamaño, espesor, forma) Su composición, siendo fundamental la presencia de elementos residuales que sean difíciles de eliminar en el proceso del horno.
Atendiendo a su procedencia, la chatarra se puede clasificar en tres grandes grupos: 1. Chatarra reciclada: formada por despuntes, rechazos, etc. originados en la propia fábrica. Se trata de una chatarra de excelente calidad. 4
2. Chatarra de transformación: producida durante la fabricación de piezas y
componentes de acero (virutas de máquinas herramientas, recortes de prensas y guillotinas, etc.). 3. Chatarra de recuperación: suele ser la mayor parte de la chatarra que se emplea en la acería y procede del desguace de edificios con
3.2 Elementos Para La Obtención del Acero Materia Prima
La chatarra es la materia prima básica para la fabricación de acero en hornos eléctricos. Su importancia hace que nuestra empresa dedique la máxima atención al grado de calidad que ofrezca, dado que su incidencia es directa en la obtención de aceros adecuados. Este óptimo "grado de calidad", se consigue mediante la búsqueda de los
mercados más convenientes y con un severo control en la recepción. Los controles según su procedencia son: 1. Inspección por personal especializado en origen para comprobar que en el momento de su carga la chatarra se ajusta a las normas internacionales, establecidas a tal efecto. 2. En caso de transporte cuantitativo, en el puerto de destino, inspección visual durante
la descarga. 3. Ya en la Factoría, se hace un control exhaustivo, camión a camión, independientemente de su origen, tanto si es de importación como si procedente del mercado nacional. Con estos controles se pretende eliminar la presencia de todo elemento nocivo, de
materias explosivas e inflamables; así como la de metales no férreos, tierras, cuerpos extraños, etc.; además de comprobar que las medidas de las piezas, están dentro de las normas establecidas. También se efectúan análisis espectrométricos o de otro tipo, de cualquier material que ofrezca dudas sobre su composición química. Todo ello está dirigido al logro de una garantía de calidad y de una óptima productividad. Otras materias primas que se adicionan a la chatarra son: 5
y
Ferroaleaciones
y
Cal
y
Espato
y
Carbón
3.3 Etapas La obtención de acero a partir de la chatarra comprende las etapas siguientes:
Recolección, acopio y transporte. Existe una red de chatarreros a nivel nacional, que recolecta y acopia el material que proviene de construcciones, mermas industriales y la obsolescencia de bienes de consumo.
Además, las municipalidades de Maipú, La Florida, Ñuñoa y La R eina han implementado programas de reciclaje de chatarra. Todo el material es trasladado por camiones a centros de acopio, donde la chatarra es clasificada en contenedores que son enviados posteriormente a la planta de Gerdau AZA.
Clasificación, selección y procesamiento. La chatarra recibida en la planta de reciclaje llega generalmente mezclada y sucia. Es necesario, por lo tanto, verificar que no existan elementos contaminantes o peligrosos, como material bélico, balones y recipientes cerrados de gas, entre otros, debido a que generan riesgos en el proceso industrial.
Luego, la chatarra es tomada por un gigantesco electroimán el que, gracias a las propiedades magnéticas del hierro, la selecciona y traslada hasta la cesta, un enorme recipiente de acero ultrarresistente. Fabricación
de acero nuevo. La cesta introduce a un horno eléctrico toda su carga de chatarra, donde se logra el paso del estado sólido (chatarra) al estado líquido (acero líquido), mediante la energía liberada por un arco eléctrico entre tres electrodos de grafito. Mediante la inyección de oxígeno gaseoso y la introducción de un carburante, se logra fundir toda la chatarra a su alrededor. El oxígeno colabora entregando más energía y acelerando el proceso de fusión. Toda la escoria, más liviana, flota sobre el acero líquido, del que es separada y podría ser reutilizada en la construcción de caminos.
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3.4 Acerería La acería, consta de tres instalaciones fundamentales: Horno eléctrico, horno cuchara y colada continua. En el Horno Eléctrico, se realiza la fusión de la chatarra y demás materias primas, necesarias para obtener la composición química deseada. Esta se controla durante el proceso mediante espectrómetros de emisión de moderno diseño y lectura directa. El acero líquido se vuelca en el Horno Cuchara, y en este, libre ya de escoria, se
realiza el afino y ajuste definitivo de la composición química del acero, tomando tantas muestras como sean necesarias, hasta obtener la composición química "exactamente" deseada. Los dos elementos de la composición del acero, más difíciles de controlar por espectrometría de emisión, y que son, por otra parte, básicos para definir la calidad del mismo, son el carbono y el azufre. Por tal motivo, se realizan análisis adicionales mediante un aparato de combustión LECO. El último paso consiste en transformar el acero líquido en semiproducto. Para ello,
el acero líquido se vierte en un "tundish" que alimenta la colada continua, donde se lleva a cabo la solidificación del acero y la obtención de semiproductos (palanquillas). Se vigila especialmente, la cuadratura de la sección, la saneidad interna, la ausencia de defectos externos y la longitud de las palanquillas obtenidas, cuyo corte se realiza automáticamente.
3.5 Horno Eléctrico En la actualidad, prácticamente el único horno que se emplea para convertir la
chatarra en acero es el horno eléctrico. La fabricación del acero en horno eléctrico se basa en la fusión de las chatarras por medio de una corriente eléctrica, y al afino posterior del baño fundido. El horno eléctrico consiste en un gran recipiente cilíndrico de chapa gruesa (15 a 30
mm de espesor) forrado de material refractario que forma la solera y alberga el baño de acero líquido y escoria. E l resto del horno está formado por paneles refrigerados por agua. La bóveda es desplazable para permitir la carga de la chatarra a través de unas cestas adecuadas.
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La bóveda está dotada de una serie de orificios por los que se introducen los electrodos, generalmente tres, que son gruesas barras de grafito de hasta 700 mm de diámetro. Los electrodos se desplazan de forma que se puede regular su distancia a la carga a medida que se van consumiendo. Los electrodos están conectados a un transformador que proporciona unas condiciones de voltaje e intensidad adecuadas para hacer saltar el arco, con intensidad variable, en función de la fase de operación del horno. Otro orificio practicado en la bóveda permite la captación de los gases de combustión, que son depurados convenientemente para evitar contaminar la atmósfera. E l horno va montado sobre una estructura oscilante que le permite bascular para proceder al sangrado de la escoria y el vaciado del baño. El proceso de fabricación se divide básicamente en dos fases: la fase de fusión y la fase de
afino. Fase
de fusión. Una vez introducida la chatarra en el horno y los agentes reactivos y escorificantes (principalmente cal) se desplaza la bóveda hasta cerrar el horno y se bajan los electrodos hasta la distancia apropiada, haciéndose saltar el arco hasta fundir completamente los materiales cargados. El proceso se repite hasta completar la capacidad del horno, constituyendo este acero una colada. de afino. El afino se lleva a cabo en dos etapas. La primera en el propio horno y la segunda en un horno cuchara. En el primer afino se analiza la composición del baño fundido y se procede a la eliminación de impurezas y elementos indeseables (silicio, manganeso, fósforo, etc.) y realizar un primer ajuste de la composición química por medio de la adición de ferroaleaciones que contienen los elementos necesarios (cromo, níquel, molibdeno, vanadio o titanio).
Fase
El acero obtenido se vacía en una cuchara de colada, revestida de material refractario,que
hace la función de cuba de un segundo horno de afino en el que termina de ajustarsela composición del acero y de dársele
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3.6 Características Del Horno Eléctrico
Las partes más importantes de un horno eléctrico pueden verse en la imagen anterior y son las siguientes:
Transformador eléctrico. Convierte el voltaje a 900 V y transforma la corriente eléctrica alterna en corriente continua. Cables flexibles. Conducen la electricidad hasta los electrodos. Brazos de los electrodos. Permiten que los electrodos se acerquen o se alejen de la chatarra para que salte el arco eléctrico. Sujeción de electrodos. Pórtico con brazos hidráulicos. Permite quitar y poner la tapadera del horno eléctrico para introducir la chatarra, las ferroaleaciones y el fundente. Salida de humos refrigerada. Conduce los humos a un filtro (en muchos casos, cortina de agua), eliminando las partículas en suspensión. Estructura oscilante. Permite inclinar el horno para extraer el acero fundido. Para ello dispone de un dispositivo de volteo hidráulico.
Las materias primas que utiliza el horno eléctrico son: Chatarra
seleccionada que, prácticamente, no lleve otros metales no ferrosos, como cobre, aluminio, plomo, etcétera. 9
Fundente
(cal). Ferroaleaciones, por ejemplo con Ni, Cr, Mo, etc., para fabricar aceros especiales.
Las características principales del horno eléctrico son:
Interiormente está recubierto de ladrillo refractario. En el interior del horno se pueden llegar a alcanzar temperaturas de hasta 3 500 °C, con lo que es muy adecuado para fundir no solamente aleaciones ferrosas, sino cualquier otra cuyo punto de fusión sea alto, como wolframio, Tántalo, molibdeno, etcétera. La carga del horno es de unas 100 toneladas. Cada hornada dura aproximadamente 50 minutos.
El funcionamiento del horno eléctrico es el siguiente:
1. Se quita la tapadera y se introduce la chatarra y el fundente. 2. Se cierra el horno y se acercan los electrodos a la chatarra, para que salte el arco eléctrico y comience a fundir la chatarra (imágen inferior, A). 3. Cuando la chatarra está fundida, se inyecta oxígeno para eliminar los elementos indeseables del baño, como silicio, magnesio, fósforo, etcétera. 4. Se inclina el horno y se extrae la escoria (imágen inferior,B). A continuación se le añade el carbono y ferroaleaciones y se sigue calentando hasta que las adiciones se disuelvan y se uniformice la composición del baño. 5. Se inclina el horno y se vierte el acero en la cuchara, que lo llevará al área de moldeo.
4. CONCLUCIONES Es importante estudiar las posibilidades de cada material constructivo para mejorar
su impacto ambiental a través del reciclaje. Especialmente teniendo en cuenta la limitación de oportunidades para depositar los residuos y la creciente necesidad de preservar nuestros recursos naturales. Los datos del Plan Nacional de R esiduos de construcción y demolición para el periodo 2001-2006 reflejan la situación del reciclado de residuos en España: 10
y
El volumen de residuos de construcción y demolición oscila entre los 2 y 3 k ilogramos por habitante y día (tasa superior a la de la basura domiciliaria).
y
El porcentaje de este tipo de residuos que actualmente son reutilizados o reciclados
en España es inferior al 5%, muy lejos de países como Holanda (90%), (87%), Dinamarca (81%) o del R eino Unido (45%). y
Bélgica
El Plan Nacional se fija como objetivo una tasa de reutilización o reciclado de, al
menos, el 60% en el año 2.006. y
y
Las Administraciones Públicas fomentarán e incentivarán la creación de infraestructuras de reciclaje por parte de la iniciativa privada. El coste de la adecuada gestión de los residuos de construcción y demolición habrá
de ser asumido por los productores de los mismos, en aplicación del principio "quién contamina paga", debiendo articularse los instrumentos legales que posibiliten su cumplimiento. Así pues, la posibilidad de reciclado estimada de los residuos de la construcción es de alrededor del 90% mientras que, actualmente, sólo un 5% es reciclado. Con un porcentaje tan pequeño, pero con tanto margen para la superación, se hace necesario estudiar cómo cada material puede ser reciclado y convertirse así en más eficiente energéticamente.
5. BIBLIOGR AFIA
.monografias.com/Procesamientos del mineral del hierro/
www
P recesos de fabricación de metales ferrosos, Erik Olivos Flores. http://www.construmatica.com/construpedia/Proceso_de_ Fabricaci%C3%B3n_del_Acero_ a_Partir_de_ Chatarra http://upcommons.upc.edu/pfc/bitstream/2099.1/3319/7/55868-7.pdf
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