Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional Córdoba Departamento Ingeniería Metalúrgica

Transcripción

1 ASIGNATURA: PROCESO DE REDUCCIÓN Y7 ACERACIÓN ESPECIALIDAD: INGENIERÍA METALÚRGICA PLAN: 1995 ADECUADO (Ordenanza Nº 1058) NIVEL: 5 MODALIDAD: ANUAL DICTADO: ANUAL HORAS: 6 HS SEMANALES ÁREA: TECNOLOGÍA APLICADA CICLO LECTIVO: 2006 REQUERIMIENTOS ACADÉMICOS Correlativas para cursar: Regular: 30 Aprobada: 23 y 24 Correlativas para rendir: Aprobada: 30 OBJETIVOS DE LA ASIGNATURA 1. Transferir los conocimientos necesarios para la formación del ingeniero metalúrgico con un alto compromiso social y máximo sentido de ética 2. Comprender y aplicar los conceptos y técnicas de los procesos de reducción de minerales de Fe y de Aceración 3. Desarrollar sistemas de cálculos de las variables que operan los procedimientos mencionados y aplicar técnicas estadísticas para la evaluación de los resultados obtenidos 4. Transmitir los conocimientos necesarios para la resolución de los problemas que podrían presentarse durante el desarrollo de los procesos de reducción y aceración 5. conocer los equipos e instalaciones que deben utilizarse a los efectos de conseguir los resultados más adecuados en reilación a la materias primas existentes desde el punto de vista de la mejor calidad y la mayor economía 6. Desarrollar y seleccionar los procesos más adecuados. CONTENIDOS Capítulo 1 Introducción. Siderurgia, definición. Antecedentes históricos. Primeras manifestaciones y técnicas. Evolución. Esquema típico de la siderurgia moderna. Clasificación de los distintos procesos. Procesos de reducción, aceración y refinación. La importancia económica de la siderurgia. Distribución mundial de la producción, consumos actuales, expectativas de evolución. Posibilidades del desarrollo de algunos procesos en base a las disponibilidades de materias primas. Materia prima en la industria siderúrgica. Su obtención y aplicación. Comparación y análisis económico de diferentes procesos. Instalaciones existentes y perspectivas de desarrollo. Duración: 6 horas

2 Capítulo 2 Minerales de hierro Minerales de hierro, distintos tipos. Extracción y minería. Preparación para su uso. Composición química. Influencia de los distintos componentes de la ganga. Procesos de aglomeración: Sinterización, Pelletización y briqueteado. Ensayos de minerales y aglomerados: físicos, granulométricos y químicos. Muestreo y preparación de muestras. Ensayos de tambor Micum y Shatter. Reductibilidad, dilatación térmica, compresión, decrepitación. Requisitos químicos, físicos y granulométricos de minerales y aglomerados para cada proceso de reducción. Duración: 6 horas Capítulo 3 Combustibles siderúrgicos Combustibles utilizados en siderurgia. Clasificación. Combustibles gaseosos: gas natural, gas de coquería, gas de alto horno, gas de gasógeno y gas de acería BOP. Combustibles líquidos. Combustibles sólidos. Clasificación de carbones. Constituyentes petrográficos. Ensayos de carbones: físicos, granulométricos y químicos. Muestreo y preparación de muestras. Ensayos de tambor. Hinchamiento. Índice Swelling. Ensayo de dilatación térmica. Resistencia a la compresión. El coque. Selección y mezcla de carbones para coquificar. Pirólisis de los carbones. Características y ensayos del coque. Ensayos físicos, químicos y granulométricos. Fabricación de coque. Hornos de colmena y de sub-productos. Baterías, distintos tipos. Detalles de funcionamiento. Sub-productos de los hornos de coque. Carbón de leña. Fabricación y utilización. Duración: 6 horas Capítulo 4 Fundentes Fundentes. Su función en los procesos siderúrgicos. Naturaleza química. Fundentes ácidos básicos y neutros. Concepto de acidez o basicidad de los fundentes. Preparación para su uso. Ensayos. Duración: 6 horas Capítulo 5 Escorias siderúrgicas Estructuras y propiedades termodinámicas de las escorias. Cálculo de las actividades en sistemas de varios componentes. Diagramas ternarios: sistemas SiO 2 Al 2 O 3 CaO y Feo SiO 2 CaO. Teorías de escorias: Herasymenko y Speight, Schenck, Samarin y Temkin. Ecuación de Taylor y Chipman. Diagrama de Turkdogan y Pearson.. Cálculo de las actividades de las escorias a partir de la teoría iónica. Cálculo de la actividad del FeO según Scimar. Medición de la actividad del oxígeno en el baño. Duración: 10 horas Capítulo 6 Reducción y desulfuración Termodinámica de la reducción de los óxidos de hierro. Sistema CO - C -CO 2.

3 Sistema Fe O FeO / Fe 2 O 3 / Fe 3 O 4. Sistema C Fe O y sus óxidos. Diagrama de potencial de oxidación. Visualización de los mismos en el diagrama de Ellingham. Curvas de Boudoard y Chaudron. Desulfuración. Consideraciones de equilibrio. Efecto de la composición de la escoria. Basicidad y estado de oxidación. Cinética de la transferencia de azufre entre el baño y la escoria. Tratamiento iónico de la partición de azufre. Duración: 20 horas Capítulo 7 Alto Horno Funciones del alto horno: mecánicas, térmicas y químicas. Modificación de la composición química de la carga a distintas alturas del horno. Proceso de reducción en el alto horno. Operación del alto horno, recta operativa de Ritz y Rehinard. Configuración interna de un alto horno. Zona de cohesión. Teoría del lecho pastoso. Formación de la escoria. Utilización del viento soplado. Influencia de las variaciones de presión, caudal, temperatura y humedad del viento en la marcha del horno. Enriquecimiento con oxígeno. Inyección de combustibles líquidos o gaseosos. Balance de materiales. Balance térmico. Tipos y clasificación de arrabios. Desulfuración del arrabio fuera del alto horno. Duración: 20 horas Capítulo 8 Construcción del alto horno e instalaciones auxiliares Construcción del alto horno e instalaciones auxiliares. Descripción del perfil y variación del mismo a través del tiempo. Determinación de las dimensiones del horno. Criterios de Pavlov y de Ransum. Elementos constitutivos de cada zona: crisol, etalaje vientre, cuba y tragante. Refrigeración del horno. Instalaciones auxiliares: de abastecimiento, de producción y calentamiento del viento, de depuración del gas de alto horno y de manejo del arrabio y escoria. Duración: 10 horas Capítulo 9 Métodos de beneficio de minerales de hierro, distintos del alto horno. Obtención de esponja de hierro (Reducción directa). Materias primas y combustibles utilizados. Antecedentes. Proceso Midrex. Proceso HyL. Proceso RN SL. Proceso Fiord (Lecho fluidificado). Manejo del hierro esponja y su utilización en los procesos siderúrgicos. Requisitos y posibilidades en cada caso. Obtención de hierro líquido. Reducción en hornos eléctricos. Duración: 12 horas Capítulo 10 Aceración La oxidación del carbono. Constantes de equilibrio del sistema C O y sus gases. Relación de Vacher y Hamilton. Concepto de Nilles. Nucleación de las burbujas en el baño líquido. Velocidad de decarburación. La oxidación de otros elementos. Defosforación. Consideraciones de equilibrio. Efecto del potencial de oxígeno, temperatura y basicidad de la escoria. Tratamientos iónicos y empíricos de

4 la partición del fósforo. Reversión del fósforo al baño. Desoxidación. Desoxidación por silicio, por manganeso, por aluminio y por otros elementos y desoxidantes complejos. Formación y remoción de los productos de la desoxidación. Desoxidación por vacío. Especificaciones y aplicaciones de los distintos desoxidantes y aleantes utilizados en los procesos de aceración. Duración: 18 horas Capítulo 11 La fabricación del acero por conversión Antecedentes históricos: los convertidores Bessemer y Thomas. La fabricación del acero por soplado de oxígeno. Principios generales. Físico química del proceso. El proceso LD. Descripción del equipo e instalaciones auxiliares. Secuencia de operación. Conducción del soplo y agregado de fundentes. Control del punto final. Características del acero obtenido. Variantes del proceso LD: LD- AC, OLP. Proceso Kaldo. Proceso Rotor. El proceso OBM o Q-BOP. Comparación al soplado por arriba desde el punto de vista operativo y metalúrgico. Proceso KMS. Fundamento del soplo combinado. Resultados comparativos. Instalación de una industra siderurgia. Duración: 18 horas Capítulo 12 El afino sobre solera y en horno eléctrico El horno Siemens Martin. Descripción y metalurgia. El horno eléctrico de arco. Estado actual de la técnica y antecedentes históricos. Diferentes tipos de hornos. Clasificación. Hornos ácidos y básicos. Metalurgia de los hornos de arco. Hornos de ultra alta potencia. Descripción de los equipos. Métodos de carga. Equipos mecánicos auxiliares. Electrodos, distintos tipos. Control del suministro de energía. Esquema eléctrico del equipo. Requerimientos de potencia.. La fabricación de acero en hornos de inducción. Métodos de refinación. Escorias conductoras. Descripción del proceso. Refusión al vacío con electrodos consumibles. Duración: 10 horas Capítulo 13 Metalurgia de cuchara Metalurgia de cuchara. Desulfuración y defosforación en cuchara. Escorias sintéticas. Uso de ferroaleaciones especiales. Técnicas de inyección. Procesos TN, SLMax, Peters. Etc.. Agitado en cuchara con gases inertes para homogeneización y limpieza. Técnica de barra de inyección y tapón poroso. Cucharas. Distintos revestimientos, resultados comparativos. Recarburación en cuchara. Técnica de inyección. Procesos Paulus, IRSID, etc. Metalurgia de vacío. Eliminación de gases disueltos en el acero. Decarburación. Desoxidación por tratamiento de vacío. Tipos de equipos y utilización. Procesos RH y DH. Procesos Horno-Cuchara. Fabricación de aceros inoxidables. Procesos AOD y VOD. Duración: 18 horas

5 Capítulo 14 El lingote de acero El lingote de acero. Solidificación, nucleación y crecimiento. Sobrenfriamiento constitucional. Estructura de los lingotes. Heterogeneidad interna. Segregación positiva y negativa. Inclusiones no metálicas endógenas y exógenas. Causas de su formación y presencia en el acero. Forma de prevención y eliminación. El acero efervescente. Características y aplicaciones. Mecanismo de solidificación. Formación de la piel. Sopladuras primarias y secundarias. Interrupción de la efervescencia. Influencia de las variables operativas en su fabricación. Variantes al acero efervescente clásico. Defectos superficiales. El acero semicalmado. Características y aplicaciones. Mecanismo de solidificación. Formación del tope. Ajuste de la desoxidación. Defectos superficiales. El acero calmado. Características y aplicaciones. Solidificación transversal y longitudinal. Contracción. Formación de rechupes. Forma de prevenirlos, mazarotas. Distintos tipos y rendimientos. Diseño de lingoteras. Conicidad directa e inversa. Duración: 10 horas Capítulo 15 La colada continua Colada contínua del acero. Proceso de solidificación. Máquinas verticales y de tramos curvos. Enfriamiento primario y secundario. Máquinas para fabricación de tochos y de desbastes planos. Calidad interna y externa. Cerramiento de buzas. Técnicas de protección del chorro. Formas de prevenir defectos. Agitado electromagnético. Equipos. Repartidores. Distintas formas de alimentación. Técnicas de buza sumergida. Lingoteras. Fabricación de acero de sustitución. Inyección de aluminio en lingotera. Ajuste de desoxidación. Duración: 22 horas METODOLOGÍA DE ENSEÑANZA Y APRENDIZAJE y SISTEMA DE EVALUACIÓN Clases teóricas y prácticas con exposición en pizarra y filminas. Sistema de evaluación casi permanente. Para regularizar la materia se exige el 80% de la asistencia a clase y de los trabajos prácticos. Examen final: Promoción directa con asistencia del 80% y parciales aprobados con nota superior a 7 (siete)

6 BIBLIOGRAFÍA 1) Curso de siderurgia, Del Instituto Argentino de Siderurgia. Por G. Waelkens y otros. Fisicoquímica Siderúrgica, tomos I, II, III y IV. Reducción, tomos I, II, III y IV. Fabricación del Acero, tomos I y II. 2) Fabricación de hierros, aceros y fundiciones. Por José Apraiz Barreiro. Editorial Urmo. 3) Fundamentals of metallurgical processes. Por L. Coudurier, D.W. Hopkins y I. Wolkomirsky. Pergamon Library International. 4) Metalurgia del acero. Por V.A. Kudrin. Editorial Mir. 5) El alto horno de hierro. Por J. C. Peacey y W. G. Davenport. Editorial Limusa 6) Hornos de arco para fusión de acero. Por J. Astirraga Urquiza. Editorial. Editorial McGraw Hill. 7) The making, shaping and treating of steel. De United States Steel.