Procesos en el Horno Alto

Uso de Carbón vs. Coque en el Horno Alto

Existen varias razones por las que no se puede utilizar directamente carbón en lugar de coque en el horno alto:

• Falta de resistencia mecánica: El carbón no soportaría el peso de la carga en el horno.
• Falta de porosidad: La porosidad del coque permite el paso de gases reductores, necesario para las reacciones de reducción del mineral.
• Alto contenido en volátiles: El carbón emite muchos gases al calentarse, lo que provocaría un exceso de presión en el horno y una combustión incontrolada.

Reducción Directa e Indirecta en el Horno Alto

Características y diferencias de los procesos de reducción:

• Reducción directa: El mineral de hierro se reduce sin fundirse, mediante gases como el CO o H₂. Produce hierro esponja. Se realiza a temperaturas inferiores (800–1100 °C).
• Reducción indirecta: Ocurre a altas temperaturas (superiores a 1200 °C) y con fusión del hierro, que se convierte en arrabio. Se realiza en el horno alto usando coque como agente reductor.

Fabricación de Acero en el Convertidor

Objetivos del Proceso del Convertidor

Los principales objetivos del proceso del convertidor son:

• Descarburación: Reducir el contenido de carbono del arrabio.
• Oxidación de impurezas: Eliminar Si, Mn, P, etc., mediante oxidación y formación de escoria.
• Desoxidación (calmado): Reducir el oxígeno residual con ferrosilicio o aluminio.
• Ajuste de composición y temperatura: Para adaptarse al producto final deseado.

Materias Primas y Productos del Convertidor

En el convertidor se utilizan las siguientes materias primas y se obtienen los siguientes productos:

• Materias primas:
  • Arrabio líquido (del horno alto)
  • Chatarra férrica
  • Agentes formadores de escoria (cal)
  • Oxígeno puro
• Productos:
  • Acero líquido (para colada continua o lingotes)
  • Escoria (subproducto)

Preparación de Materias Primas Metalúrgicas

Necesidad de Aglomeración de Partículas Finas

La aglomeración de partículas finas es necesaria porque las partículas menores de 5 mm no son aptas para los reactores metalúrgicos, ya que dificultan la circulación de gases, absorben peor el calor y pueden ser arrastradas por los humos. Por eso, se aglomeran para formar partículas de mayor tamaño que mejoran la eficiencia térmica y mecánica del proceso.

Procesos de Aglomeración de Materiales Finos

Los principales procesos de aglomeración son:

• Briqueteado: Se mezclan finos con aglomerantes y se prensan.
• Peletización: Se forman esferas (pellets) mediante rodillos, se secan, cuecen y enfrían. Usado con minerales muy finos como hematita.
• Sinterización: Fusión superficial parcial de finos de mineral, generando una masa sólida por calentamiento con coque.

Fabricación de Electrodos de Carbono/Grafito

Este proceso incluye varias etapas:

1. Molienda y mezcla: Preparación de la materia prima.
2. Moldeo: Dar forma al electrodo.
3. Cocción inicial: Para carbonizar la mezcla.
4. Impregnación: Con brea para aumentar la densidad.
5. Recocido (rebake): Tratamiento térmico adicional.
6. Grafitización: Para transformar el carbono en grafito.
7. Mecanizado: Para dar forma final y permitir su ensamblaje.

Eliminación de Agua Antes de Operaciones Pirometalúrgicas

Se debe eliminar el agua antes de las operaciones pirometalúrgicas porque el agua:

• Aumenta el consumo energético por su alta entalpía de vaporización.
• Dificulta el control del proceso por la variabilidad de humedad.
• Genera condensaciones corrosivas en humos ácidos.

Su eliminación asegura mayor eficiencia y protege los equipos.

Operaciones Pirometalúrgicas Fundamentales

Diferencias entre Calcinación y Tostación

Las diferencias clave son:

• Calcinación: Descomposición térmica sin reacción con gases, p. ej. carbonatos → óxidos + CO₂.
• Tostación: Reacción química a alta temperatura con gases (O₂, Cl₂, CO), que transforma la composición del mineral (ej. sulfuros a óxidos o cloruros).

La calcinación es más endotérmica; la tostación puede ser exotérmica.

Tipos de Tostación y su Finalidad

Existen diferentes tipos de tostación según su finalidad:

• Oxidante: Transformar sulfuros en óxidos liberando SO₂ (ej. piritas).
• Reductora: Reducir parcialmente óxidos metálicos sin fundir la carga, facilitando su posterior tratamiento.
• Clorurante: Convertir los metales a cloruros metálicos, más fáciles de separar.

Funciones y Propiedades de las Escorias de Fusión

Las escorias cumplen varias funciones y deben poseer ciertas propiedades:

• Funciones: Recogen gangas, cenizas y residuos. Ayudan a la reducción del metal y eliminación de impurezas.
• Propiedades: Deben tener buena fusibilidad, fluidez, ligereza y reactividad química para facilitar la separación del metal.

Tipos de Fusión Reductora

Los tipos de fusión reductora se clasifican principalmente por el agente reductor y la fuente de energía:

• Carbotérmica: Se usa carbono como reductor (ej. horno alto).
• Electrotérmica: Usa arco eléctrico para reducir óxidos estables (Mn, Si, Cr).
• Metalotérmica: Usa metales como Mg o Na para reducir óxidos (ej. titanio).

Volatilización en Metalurgia

La volatilización es la separación de un metal en forma de vapor. Se emplea cuando el metal tiene un punto de ebullición inferior al resto de la carga. Existen dos tipos:

• Volatilización directa (integrada): El metal se vaporiza en una sola etapa (ej. Zn, Hg).
• Volatilización indirecta (no integrada): El metal se captura como polvo y luego se trata (ej. polvos de acería con Zn).

Recuperación del Zinc por Volatilización (Proceso Waelz)

Describe el proceso industrial de recuperación del zinc por volatilización:

Se mezclan polvos de acería con un reductor (carbono), se hacen pellets y se introducen en un horno Waelz a 1200 °C. El Zn se volatiliza, se oxida en el horno y se recoge como polvo de óxido de zinc en los filtros.

Procesos Electrometalúrgicos

Electrólisis Ígnea vs. Electrólisis Acuosa

Las diferencias principales son:

• Electrólisis ígnea: Se realiza en baños fundidos a alta temperatura.
• Electrólisis acuosa: Se realiza en soluciones acuosas a baja temperatura.

La electrólisis ígnea permite extraer metales muy reactivos (Al, Mg) que no pueden reducirse en medio acuoso.

Obtención de Aluminio (Procesos Bayer y Hall-Herault)

Los procesos para obtener aluminio son:

• Proceso Bayer: La bauxita se disuelve en sosa y se precipita como trihidrato de alúmina (Al(OH)₃), que se calcina a Al₂O₃.
• Proceso Hall-Herault: La alúmina se disuelve en criolita fundida y se electroliza, depositando Al en el cátodo y liberando O₂ en el ánodo.

Afino Térmico del Acero

Objetivo del Afino Térmico del Acero

Al realizar el afino térmico del acero se busca eliminar impurezas residuales (como C, S, P) y ajustar la composición química final del acero para adaptarla a las propiedades mecánicas deseadas (resistencia, dureza, etc.).