Alto Horno

Alto Horno

El objetivo del alto horno es la reducción del mineral de hierro.
La reducción es la separación de todas las substancias extrañas que acompañan al metal, especialmente oxigeno. Esta operación es indispensable, pues los minerales tales como se encuentran en las minas, no podrían ser trabajados y no tendrían directa aplicación. Tampoco los lingotes de arrabio o de primera fusión obtenidos en el alto horno, podrían ser usados de inmediato debido a la gran cantidad de carbono que contienen y por su poca homogeneidad.

Partes del Alto Horno

•La cuba: Tiene forma troncocónica y constituye la parte superior del alto horno; por la zona más estrecha y alta de la cuba (llamada tragante) se introduce la carga.

•Etalaje: Está separada de la cuba por la zona más ancha de esta última parte, llamada vientre. El volumen del etalaje es mucho menor que el de la cuba. La temperatura de la carga es muy alta (1500 ºC) y es aquí donde el mineral de hierro comienza a transformarse en hierro. La parte final del etalaje es más estrecha.

•Crisol: Bajo el etalaje se encuentra el crisol, donde se va depositando el metal líquido. Por un agujero, llamado bigotera o piquera de escoria se extrae la escoria, que se aprovecha para hacer cementos y fertilizantes. Por un orificio practicado en la parte baja del mismo, denominada piquera de arrabio sale el hierro líquido, llamado arrabio, el cual se conduce hasta unos depósitos llamados cucharas.

•      Productos obtenidos 

• Humos y gases residuales. Se producen como consecuencia de la combustión del coque y de los gases producidos en la reducción química 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, dióxido de carbono, monóxido de carbono y óxidos de azufre.
• Escoria. Es un residuo metalúrgico que a veces adquiere la categoría de subproducto, ya que se puede utilizar como material de construcción, bloques o como aislante de la humedad y en la fabricación de cemento y vidrio. La escoria, como se comentó anteriormente, se recoge por la parte inferior del alto horno por la piquera de escoria.

• Fundición, hierro colado o arrabio. Es el producto propiamente aprovechable del alto horno y está constituido por hierro con un contenido en carbono que varía entre el 2% y el 5%. Se presenta en estado líquido a 1800ºC.

Funcionamiento

•      La parte inferior del horno está dotada de varias aberturas tubulares llamadas toberas, por donde se fuerza el paso del aire que enciende el coque.
Cerca del fondo se encuentra un orificio por el que fluye el arrabio cuando se vacía el alto horno. Encima de ese orificio, pero debajo de las toberas, hay otro agujero para retirar la escoria.
La parte superior del horno contiene respiraderos para los gases de escape, y un par de tolvas redondas, cerradas por válvulas en forma de campana, por las que se introduce el mineral de hierro, el coque y la caliza.
Una vez obtenido el arrabio líquido, se puede introducir en distintos tipos de coladura para obtener unos materiales determinados: la colada convencional, de la que se obtienen productos acabados; la colada continua, de la que se obtienen trenes de laminación y, finalmente, la colada sobre lingoteras, de la que lógicamente se obtienen lingotes.

Reacciones producidas por el Alto Horno

1)      Parte superior de la cuba => Zona 1

2)      Parte media de la cuba => Zona 2

3)      Parte inferior de la cuba => Zona 3

4)      Vientre del horno => Zona 4

5)      Estalaje o Etalaje => Zona 5

6)      Crisol => Zona 6

Zona 1: Temperaturas entre 250°C y 475°C, se produce la eliminación del agua y la hidratación de los minerales, donde comienza la reducción.

Zona 2: Las temperaturas oscilan entre los 500°C y los 800°C, comienza la reducción directa con el carbono.

Zona 3: Las temperaturas oscilan entre los 950°C y 1100°C, el hierro reducido en las zonas anteriores se oxida en contacto  con el oxido de carbono, en el que se transforma en monóxido de carbono y el carbonato de calcio del fundente se descompone, el oxido de calcio y el bióxido de carbono.
Además en la zona 2 y 3 se producen reacciones térmicas.

Zona 4: Las temperaturas oscilan entre los 1150°C y 1450°C. Comienza la reducción directa de los óxidos ferrosos y férrico en reacciones fuertemente endotérmicas, por esta causa de la gran absorción de calor tenemos las temperaturas antes mencionadas.   

Zona 5: Las temperaturas oscilan entre los 1450°C y 1800°C, el hierro se comienza a fundir o lo que se llama la reducción directa, que según las impurezas que puede poseer el mineral y la composición de los fundentes excelente o mediocre.

Zona 6: Las temperaturas oscilan entre los 1800°C y los 2000°C el arrabio se funde quedando sobrenadando las escorias. El oxigeno del aire insuflado se transforma en bióxido de carbono.
Los procesos de escorificación final y separación de la escoria se producen en el crisol produciéndose en forma periódica y al término de la colada de la escoria.

HORNOS DE 2da. FUSION

Para la obtención de piezas por colado, el arrabio obtenido A.H. no es apto debiendo utilizar el mismo como primera materia en los denominados hornos de 2da. Fusión. Cada tipo de horno presenta características especiales, de acuerdo al proceso que debe sufrir el metal, y las distintas reacciones que se produzcan en ellos, clasificándose así:

CUBILOTES

La fusión del arrabio se realiza mayormente en hornos verticales denominados Cubilotes. Es un horno de eje vertical dentro del cual se coloca en capas alternadas combustible, fundente y el metal a fundir, inyectándose por la parte inferior aire a presión por medio de toberas distribuidas convenientemente para activar la combustión.

El revestimiento refractario del cubilote se realiza por medio de ladrillos del tipo de cuchilla, de un espesor aproximado de 22cm.

SANGRÍA

Es el paso del metal líquido desde el horno hasta la caldera.Para hacer esto se rompe el tapón de arcilla, que lo tapa y así,  retirando el metal por medio de cucharas.

La materia prima con que se alimenta es muy variable, se puede utilizar arrabio proveniente del A.H., distintos tipos  de chatarra, desechos provenientes del moldeo, piezas defectuosas, restos de colada, etc., siendo común una carga de cubilote totalmente de chatarra sin utilizar arrabios. La mayor producción está orientada hacia la fabricación de piezas moldeadas en fundición gris.

DUPLEX CUBILOTE-HORNO ELECTRICO: Es un procedimiento práctico en la producción de fundiciones aleadas con elementos de fácil oxidación, como así la fundición maleable. Las fundiciones de alta calidad se ven favorecidas en virtud al horno eléctrico, con posibilidades del control de la temperatura, tiempo y extracción de muestras periódicas que permiten la corrección química necesaria.

HORNOS DE REVERBERO

En estos hornos la fusión del metal se produce por radiación del calor, el metal no se haya en contacto con el combustible, que puede ser coque, carbón pulverizado, inyectado o gas-oil.

Es un horno de escaso uso actualmente, pero produce una fundición de mejor calidad que en los cubilotes, siendo posible moldear piezas fundidas de mayor tamaño. Sus ventajas son permitir controlar la composición del baño, efectuando correcciones adecuadas para obtener fundición de calidad, debido a que no existe contacto entre el baño y el combustible.

RÉGIMEN DE MARCHA A.H.

De acuerdo al mineral que se emplea, se aplican diferentes regímenes de marcha:

a)      MARCHA FRÍA: Es aquel en que se obtiene manteniendo el etalaje a baja temperatura, con lo que se obtiene un ARRABIO o FUNDICION BLANCA.

b)     MARCHA CALIENTE: Manteniendo altas temperaturas en el etalaje, se obtiene un arrabio gris muy adecuado para el moldeo. La fundición es altamente silicosa, pues gran parte de ella se incorpora en el metal fundido.

c)      MARCHA INTERMEDIA: Se obtiene un arrabio atruchado, mezcla de fundición blanca y gris.

d)     MARCHA SECA: Es con exceso de temperatura. Da un arrabio impuro Es utilizado para la preparación de ferro-aleaciones, utilizadas para la fabricación de aceros especiales.

e)      MARCHA RÁPIDA: Sistema utilizado en EE.UU. para aumentar la capacidad, manteniendo invariable las características del horno.

La COLADA es la etapa de una fundición en donde se vierte el material fundido en un molde.

SISTEMAS DE CARGA

Uno de los aspectos más importantes del A.H lo constituye la carga de los materiales, siendo el llenado del mismo por gravedad.

Todo A.H. Este provisto de elevadores inclinados a 45º o 70º; generalmente por dos carriles, uno para la elevación del cangilón llano y otro para el descenso del vacio. Estos cangilones pueden ser de dos tipos:

CANGILÓN BASCULANTE

El Sip es un recipiente volcador de forma cilíndrica y fondo semiesférico, que vuelca su contenido en una tolva de carga que posee el A.H. en su parte superior.La descarga la realiza al ser guiado por rieles, este llega a la plataforma de carga guiado, volcando su carga en la tolva.
CANGILON TOLVA (BENNES)

Consiste en un recipiente cilíndrico de fondo móvil en forma de tronco cónico que es llevado al extremo superior del A.H. por medio de un elevador. Está sostenido por una barra de suspensión de tal manera que el recipiente apenas apoya en un borde saliente especial que posee el A.H.