ALTO HORNO Estos son instalaciones complejas

cuyo principal objetivo es la obtencin de arrabio, que es como se denomina al material obtenido y que est compuesto por hierro y carbono, este ltimo en porcentaje que oscilan entre el 2.5% y 6.7%, adems de otros elementos que estn presentes como impurezas.

ALTO HORNO

El alto horno de hierro es un horno de eje vertical, de altura entre 30 y 80 metros, de seccin circular, de dimetro mximo entre 10 y 14 metros.

Est construido por un armazn de acero revestido en su interior de ladrillos refractarios, alcanzando las paredes un espesor de hasta 2.5 metros.

ALTO HORNO

Para producir 1000 toneladas de arrabio, se necesitan aproximadamente :

2000 toneladas de mineral de hierro,

800 toneladas de coque,

500 toneladas de piedra caliza y

4000 toneladas de aire caliente.

(Cantidades que dependen de la pureza de los minerales).

ALTO HORNO La inyeccin de aire caliente a 900 a

1200C, reduce el consumo de coque en un 70%.

El horno se descarga cada 5 o 6 horas, y por cada tonelada de hierro se produce aproximadamente 1/2 de escoria.

Los altos hornos pueden producir entre 800 y 1600 toneladas de arrabio cada 24 h.

La caliza, el coque y el mineral de hierro (pellet) se introducen por la parte superior del horno.

ALTO HORNO

ALTO HORNO Materia prima:

Slidos ( se carga por la parte alta del horno, continua o peridicamente

xidos de hierro: hematitas y magnetitas con > 1 cm

Coque metalrgico: 90 % C, 9 9,5 % cenizas, 1 0,5 % S, con = 2 8 cm

Fundente: CaO y MgO, = 2,5 5 cm Capas alternas coque fundente mineral Si ganga cida SiO2 , fundente bsico Al2O3, MgO,

CaO Si ganga bsica MgO, CaO fundente cido SiO2 Si ganga neutra fundente neutro CrO

ALTO HORNO Materia prima:

Aire precalentado a travs de las toberas : Temperatura 950 1300 C. A veces se enriquece con oxigeno

Hidrocarburos gaseosos o lquidos: Fuel oil, alquitrn y gas natural. Suministran CO y H2

ALTO HORNO Operacion:

El coque se quema como combustible para calentar el horno, y al arder libera monxido de carbono, que se combina con los xidos de hierro del mineral y los reduce a hierro metlico

El resto se realiza bajo un control automtico por ordenador (temperatura de los gases a la entrada y salida del horno, presin de soplado, flujos, etc)

El proceso es ininterrumpido durante 5 8 aos

EL ALTO HORNO

PARTES DEL ALTO HORNO A: Tragante- zona de

alimentacin del material B: Cuba - zona en la que

ocurre las reacciones C: Vientre - Seccin media

del alto horno D: Etalaje - mayor

temperatura y entrada de aire

E: Crisol - zona de recoleccin de metal lquido

Partes internas del alto horno

TRAGANTE

Es la parte superior del horno y por ella se cargan los materiales slidos( minerales, aglomerados, fundentes y coque.

TRAGANTE

En los hornos construidos con tragante PAUL WURTH, las cargas llegan a la parte superior del horno generalmente por cintas transportadoras, de all, a travs de unas tolvas y por medio de unos conductos inclinados, que tienen llaves de regulacin y mecanismo de cierre, son conducidas las cargas a una canaleta o distribuidor, que gira en espiral consiguiendo as una distribucin uniforme de la carga.

CUBA

A continuacin del tragante est la cuba, que es de forma troncocnica con su dimetro mayor en la parte inferior. Est formada por una chapa acorazada revestida interiormente por material refractario que puede alcanzar hasta 1 m de espesor.

Es la zona de mayor volumen del Horno Alto y en ella los materiales se van secando y calentando, dando comienzo la reduccin de los minerales.

CUBA La zona superior de la cuba es la

zona de precalentamiento, donde el mineral pierde humedad y se hace ms poroso. La zona inferior es la zona de reaccin donde comienza la reduccin y el hierro y las impurezas empiezan a separase

A < 570C secuencia es Fe2O3 Fe3O4 Fe

A > 570C secuencia es Fe2O3 Fe3O4 FeO Fe

CUBA MATERIAL REFRACTARIO:

En el tercio superior de la cuba, se emplea generalmente ladrillos slico-aluminosos de 33 a 38 % de almina.

En el tercio medio, se emplean ladrillos slico-aluminosos de 38 a 42 % de almina.

En el tercio bajo, se emplean ladrillos slico-aluminosos de 42 % de almina y tambin, ladrillos de silimanita con ms de 60 % de almina

EL VIENTRE A continuacin de la cuba se

intercala una parte cilndrica de poca altura que sirve de enlace entre la cuba y los etalajes.

Esta zona se recubre de una capa de refractario de espesor notable( del orden de1,5 m) y se le denomina VIENTRE.

El vientre es la parte del horno de mayor dimetro y es donde se realiza ms intensamente la reduccin del mineral.

Esta parte del horno trmicamente es una zona de transicin en la que se alcanzan temperaturas entre los 950 y los 1250 C.

ETALAJES

Enlazando con el vientre se encuentra una parte ligeramente troncocnica ( con el dimetro mayor hacia arriba ) denominada

ETALAJES, formada por una chapa acorazada y forrada de material refractario.( En los etalajes se emplean

ladrillos slico-aluminosos, de silimanita y de semigrafito).

ETALAJES

En esta parte del horno se encuentra un gran tubo de aire en forma de anillo metlico (morcilla) del cual salen varias tuberas que va una a cada una de las toberas, a travs de las cuales el aire llega al Horno Alto de una forma uniforme.

En este lugar tiene lugar la fusin de la carga. Finaliza la reduccin. En principio el mineral se hace ms esponjoso y a continuacin se fluidifica.

EL CRISOL Es la parte ms baja del horno, su

misin es recoger los productos fundidos: el arrabio y las escorias. Su dimetro vara segn el tamao del horno y es la dimensin ms representativa del horno.

Las paredes del crisol estn compuestas de grandes bloques de grafito, que tiene muy buena conductividad trmica; estando refrigeradas por una corriente forzada de agua.

El arrabio y la escoria se sangran generalmente por la misma piquera y son enviados a un sifn, donde se separan por densidad.

TRANSFORMACIONES QUE SE REALIZAN DENTRO DEL ALTO HORNO.

1. Precalentamiento y secado de las cargas (tragante-parte superior de la cuba a 200C )

2. Reduccin directa del mineral y obtencin del xido ferroso (cuba) de 500 a 1000C

3. Descomposicin del carbonato de hierro (en caso de estar presente) 600C

4. Descomposicin de la caliza 800C

5. Reduccin del xido ferroso a una temperatura mayor de 950C

6. Carburacin del hierro Fe en forma de esponja slida y elevado punto de fusin

(1550C )

Al absorber un alto contenido de Carbono(1.5 a 3%) el hierro se funde y al descender adquiere hasta 3 a 4% de carbono, con lo que se ha transformado en fundicin.

7. Formacin de las escorias

Se inicia a temperaturas entre los 1000 y 1350C y esta constituida por varios silicatos. Se busca una relacin

CaO/SiO2 = 1 , para favorecer la desulfuracin y su temperatura de fusin sea mnima.

Las reacciones de formacin de escoria son:

8. Reduccin de xido de magnesio y silicio:

Es difcil, se logra a elevadas temperaturas (mayores a 1350C ), y ocurre por accin directa del carbono, tales como:

Pasa a formar parte del Hierro lquido

9. Combustin del Coque:

Se realiza por defecto del aire que entra a las toberas a temperaturas entre 800 a 1300C con presin de

4.5kg/cm2 y una velocidad promedio de 125m/seg, al ocurrir la combustin se alcanzan temperaturas de 1850 a 2000C en la zona de Etalaje.

Las reacciones caractersticas son:

El proceso desde la carga hasta la obtencin de arrabio

dura de 18 a 22 horas.

REACCIONES EN EL ALTO HORNO

RESUMIENDO Las cuatro fases principales que se presentan en el alto horno para la obtencin de arrabio son: a) Combustin del coque y otros hidrocarburos

(lquidos y gaseosos) con la finalidad de conseguir las temperaturas y gases reductores

b) Reduccin de los xidos presentes.

c) Carburacin del hierro y fusin para obtener arrabio.

d) Separacin del arrabio y escoria por diferencia de

densidades.

PRODUCTOS OBTENIDOS DEL ALTO HORNO - HUMOS

Humos y gases residuales.- Se producen como consecuencia de la combustin del coque y de los gases producidos en la reduccin qumica del mineral de hierro que, en un elevado porcentaje, se recogen en un colector situado en la parte superior del alto horno. Estos gases son, principalmente:

CO (23 % )

CO2 (22 %)

H2 (3 %)

H2O (3 %)

N2 (49 %)

PRODUCTOS OBTENIDOS DEL ALTO HORNO - ARRABIO

Fundicin, hierro colado o arrabio.- Es el producto

propiamente aprovechable del alto horno y est constituido por hierro con un contenido en carbono que vara entre el 2% y el 5%.

Se presenta en estado lquido a 1800 C. En ocasiones, a este metal se le denomina hierro de primera fusin.

A partir de la primera fusin, se obtienen todos los productos ferrosos restantes: otras fundiciones, hierro dulce, acero.

PRODUCTOS OBTENIDOS DEL ALTO HORNO - ARRABIO

Fundicin, hierro colado o arrabio.-

MATERIAL PORCENTAJE

HIERRO (Fe) 93,5 95,0 %

SILICIO (Si) 0,30 0,90 %

AZUFRE (S) 0,025 0,050 %

MANGANESO (Mn) 0,55 0,75 %

FOSFORO (P) 0,03 0,09 %

TITANIO (Ti) 0,02 0,06 %

CARBONO (C) 4,1 4,4 %

PRODUCTOS OBTENIDOS DEL ALTO HORNO - ESCORIA

Escoria.- Es un residuo metalrgico que a veces adquiere la categora de subproducto, ya que se puede utilizar como material de construccin, bloques o como aislante de la humedad y en la fabricacin de cemento y vidrio. La escoria se recoge por la parte inferior del alto horno por la piquera de escoria.

Composicin aproximada

SiO2 (30 40%)

Al2O3 (5 12%)

CaO (35 45%)

MgO (5 15%)

Na2O + K2O (0 1%)

S (1 2,5%)

Relacin de basicidad: (CaO MgO)/( SiO2 + Al2O3 ) = 1,1 1,2

ESCORIA

Naturaleza y propiedades

Escoria inica (formadas por xidos en estado fundido)

xidos bsicos: aportan iones O -2

xidos cidos: captan iones O -2

ESCORIA

En funcin de la proporcin de xidos cidos o bsicos la escoria puede ser acida, bsica o neutra

ESCORIA

Reacciones metal escoria

Escoria cida => retiene impurezas que forma xidos bsicos

Escoria bsica => retiene impurezas que forma xidos cidos

ESCORIA

Reacciones metal escoria

Escoria oxidante => Transfiere oxigeno atmico a la fase metlica y facilita la oxidacin de las impurezas

Escoria reductora => no transfiere oxigeno a la fase metlica. Se aade carbn