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Conocimientos básicos de la siderurgia.

Conocimientos básicos de la siderurgia.

La siderurgia comienza con la siderurgia. El acero proviene del arrabio. El arrabio fundido a partir de mineral de hierro tiene un alto contenido de carbono y muchas impurezas (como silicio, manganeso, fósforo, azufre, etc.). Por lo tanto, el arrabio carece de plasticidad y tenacidad y tiene malas propiedades mecánicas. No se puede someter a procesamiento a presión excepto para fundir y colar, lo que limita su uso.

Para superar estas deficiencias del arrabio y hacer que juegue un papel más importante en la industria, también es necesario utilizar oxígeno de diversas fuentes a altas temperaturas para eliminar las impurezas en el arrabio hasta cierto punto para obtener una determinada composición y cierto La naturaleza del acero de aleación de hierro-carbono. Este método de eliminación de impurezas en el arrabio por oxidación a altas temperaturas se denomina fabricación de acero.

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Conocimientos básicos de la siderurgia.

 Principios básicos de la siderurgia
Varias impurezas en el arrabio tienen mayor afinidad con el oxígeno en diversos grados en entornos de alta temperatura. Por lo tanto, se pueden convertir en óxidos líquidos, sólidos o gaseosos por oxidación. Los óxidos líquidos y sólidos reaccionan con el revestimiento del horno y el fundente agregado al horno a altas temperaturas, se combinan para formar escoria y se eliminan del horno durante la escoriación. El CO también saca el gas del horno cuando el acero fundido está hirviendo.
        En el horno de fabricación de acero, la oxidación de impurezas se logra principalmente por la presencia de FeO.

2Fe + O2 → 2FeO

      1. Oxidación de silicio
El Si tiene una mayor afinidad con el oxígeno, por lo que la oxidación del silicio es muy rápida. Ha sido completamente oxidado para formar SiO2 en la etapa inicial de fundición:
Si + 2FeO → SiO2 + 2Fe
Al mismo tiempo, el SiO2 reacciona con FeO para formar silicato:
2FeO + SiO2 → 2FeO · SiO2
Este tipo de sal es una parte muy importante de la escoria. Interactúa con CaO para generar compuestos estables 2CaO · SiO2 y FeO. El primero está firmemente en la escoria y el segundo se convierte en un componente libre en la escoria, lo que aumenta el contenido de FeO en la escoria. Es más ventajoso promover la oxidación de impurezas. La respuesta es la siguiente:
2FeO · SiO2 + 2CaO → 2CaO · SiO2 + 2FeO
2. Oxidación del manganeso
El manganeso también es un elemento fácil de oxidar. El MnO producido por él tiene un punto de fusión más alto. El MnO no se disuelve en el metal fundido, pero forma un compuesto con SiO2 que flota en la superficie del metal líquido y se convierte en parte de la escoria.
Mn + FeO → MnO + Fe
2MnO + SiO2 → 2MnO · SiO2
La reacción de oxidación del silicio y el manganeso libera mucho calor, lo que puede aumentar rápidamente la temperatura del horno (esto es particularmente importante para la fabricación de acero convertidor) y acelerar en gran medida el proceso de oxidación del carbono.
3. Oxidación del elemento carbono
La oxidación del carbono necesita absorber una gran cantidad de energía térmica, por lo que debe realizarse a una temperatura más alta. La oxidación del carbono es una reacción muy importante en el proceso de fabricación de acero:
C + FeO → CO + Fe
Debido a que el gas CO se genera cuando el carbono se oxida, actúa como una fuerte agitación cuando escapa del metal líquido. Este efecto se llama "ebullición". El resultado de la ebullición puede promover la uniformidad de la composición y la temperatura del baño fundido, acelerar la reacción entre el metal y la interfaz de la escoria y también ayudar a eliminar el gas y las inclusiones en el acero.
4. Oxidación del elemento fósforo
La oxidación del fósforo puede ocurrir a una temperatura que no es demasiado alta. El proceso de desfosforización consiste en una combinación de varias reacciones. Las reacciones son las siguientes:
2P + 5FeO → P2O5 + 5Fe
P2O5 + 3FeO → 3FeO · P2O5
Cuando hay suficiente CaO en la escoria alcalina, ocurrirán las siguientes reacciones:
3FeO · P2O5 + 4CaO → 4CaO · P2O5 + 3FeO
El 4CaO · P2O5 producido por es un compuesto estable, que se retiene firmemente en la escoria, logrando así el propósito de desfosforización.
Cabe señalar que durante el proceso de desoxidación del acero fundido, se deben agregar desoxidantes como ferrosilicio y ferromanganeso. Por lo tanto, después de la desoxidación, la escoria suele ser ácida y el 3FeO · P2O5 se destruye y el P2O5 se reduce y el P2O5 es inestable. Óxido, se reduce fácilmente por el carbono a alta temperatura, lo que resulta en la recuperación de fósforo. Esto también muestra que es muy difícil eliminar el fósforo en un horno ácido. Para prevenir este fenómeno, es necesario incrementar apropiadamente la basicidad de la escoria y la cantidad de escoria, y mejorar la oxidación de la escoria.
 5. Oxidación de azufre
El azufre existe en forma de FeS. Cuando hay suficiente CaO en la escoria, también se puede eliminar el azufre. La reacción es la siguiente:
FeS + CaO → CaS + FeO
El CaS generado no es soluble en acero fundido, pero forma escoria que flota en la superficie del acero fundido.
La reacción anterior es reversible y se lleva a cabo en la escoria que contiene FeO. Cuando el FeO interactúa con el CaS, el azufre volverá al acero fundido. Por lo tanto, la eficiencia de desulfuración aumenta a medida que disminuye el contenido de FeO en la escoria.
Cuando la escoria contiene suficiente carbono, la reacción es diferente:
CaO + FeS + C → CaS + Fe + CO
Debido a que el carbono priva al FeO de oxígeno, pierde la posibilidad de interacción entre CaS y FeO, por lo que la reacción no puede continuar en la dirección inversa. Esta es la razón por la que la desulfuración de la fabricación de acero en hornos eléctricos es más completa que los otros dos métodos.
En el proceso de desulfuración, el manganeso también juega un papel en la promoción de la desulfuración. El proceso es el siguiente:
FeS + MnO → MnS + FeO
El MnS generado es casi insoluble en acero fundido y entra en la escoria. Por tanto, el efecto de la desulfuración aumenta con la oxidación del manganeso.
6. Desoxigenación de FeO
Después de la serie anterior de reacciones de oxidación, aunque las impurezas se oxidan para lograr el propósito de remoción, pero también debido a los resultados de la oxidación, el acero fundido contiene más FeO, es decir, hay una gran cantidad de oxígeno en el fundido. acero, que dará la tira de acero Por un lado, el acero tiene muchas burbujas; por otro lado, también hace que el acero parezca quebradizo en frío y caliente, y la nocividad aumenta con el aumento del contenido de carbono.
Por lo tanto, al final del proceso de fabricación de acero, también debemos intentar eliminar una gran cantidad de oxígeno presente en el acero fundido. El método comúnmente utilizado es agregar algunos desoxidantes, como ferromanganeso, ferrosilicio, aluminio, etc., al acero fundido. Extraen fuertemente el oxígeno del FeO para lograr el propósito de la desoxidación. La reacción es la siguiente:
FeO + Mn → MnO + Fe
2FeO + Si → SiO2 + 2Fe
3FeO + 2Al → Al2O3 + 3Fe
7. El papel de la escoria
Todo el proceso de fabricación de acero consta de dos procesos: oxidación y reducción. La oxidación de carbono, silicio, manganeso y fósforo generalmente se denomina reacción en el período de oxidación, y la desulfuración y desoxidación se denominan reacción en el período de reducción. Puede verse en las fórmulas de reacción anteriores que para eliminar las impurezas en el metal, se deben considerar muchos factores, pero el factor más importante es la escoriación y la eliminación de la escoria.
La escoria tiene las siguientes funciones importantes en el proceso de fabricación de acero:
①La escoria debe garantizar que el proceso de fabricación de acero avance en una determinada dirección de reacción (oxidación o reducción).
②La escoria debe garantizar la máxima eliminación de impurezas nocivas (fósforo y azufre) en el metal y evitar que el gas del horno (nitrógeno e hidrógeno) entre en el metal.
③La escoria debe asegurar la mínima pérdida de hierro y otros elementos valiosos durante la operación.

       El método básico de fabricación de acero.
①Converter siderurgia
El método de fabricación de acero por convertidor es un método de fabricación de acero que utiliza aire u oxígeno para oxidar los elementos en el hierro fundido hasta el límite especificado adoptando soplado inferior, soplado lateral y soplado superior para obtener acero con composición calificada.

② Fabricación de acero con horno eléctrico
El horno eléctrico utiliza energía eléctrica para transformarse en energía térmica para fabricar acero. Hay dos hornos eléctricos de uso común: horno de arco eléctrico y horno eléctrico de inducción. Los hornos de arco eléctrico son los más utilizados y son adecuados para fundir acero de alta calidad y acero aleado; Los hornos de inducción se utilizan para fundir aceros aleados de alta calidad y aleaciones no ferrosas.

③ Fabricación de acero de hogar abierto
Con el desarrollo de la industria, se ha acumulado una gran cantidad de chatarra en la industria de procesamiento de metales. En ese momento, no era posible volver a soplarlo en acero con un convertidor, por lo que los fabricantes de acero buscaron un método de fabricación de acero utilizando chatarra de acero como materia prima. En 1864, el francés Martin inventó el método de fabricación de acero de hogar abierto.

El rápido desarrollo del método de fabricación de acero con convertidor de oxígeno por soplado superior ha reemplazado gradualmente al método de fabricación de acero de hogar abierto. Con el avance de la ciencia y la tecnología, continúan apareciendo algunos nuevos métodos de fabricación de acero, como el tratamiento al vacío del acero fundido, la fundición en hornos de electroescoria y la fundición en hornos eléctricos por inducción al vacío, que se han utilizado cada vez más.

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Fuente de referencia: Internet
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Hora de publicación: 30-agosto-2021