Carrera : Ingeniería en Materiales SATCA

Transcripción

1 1.- DATOS DE LA ASIGNATURA Nombre de la asignatura : Producción de Metales Ferrosos Carrera : Ingeniería en Materiales Clave de la asignatura : MAF-1021 SATCA PRESENTACIÓN Caracterización de la asignatura. El contenido de este curso le permite al Ingeniero en Materiales comprender los aspectos básicos de los Procesos de Fabricación de Materiales Ferrosos, considerando las rutas de proceso desde la obtención de Hierro hasta la colada del acero. En la actualidad mundial, el acero sigue predominando como un material de los más utilizados con una producción aproximada a los Billones de toneladas anuales, donde México se ubica en el segundo lugar, en Latinoamérica, y décimo sexto mundial, con una producción aproximada de 16.7 millones de toneladas anuales. La materia está integrada por 5 unidades, donde la primera unidad se enfoca hacia la reducción de los óxidos de hierro, donde se consideran materias primas (coque, pélet, sínter, Fundentes), la termodinámica y cinética de la reducción de óxidos, el alto horno y la reducción directa. La segunda unidad se enfoca hacia la refinación del hierro o aceración, donde se exponen los fundamentos fisicoquímicos de la refinación, las reacciones de oxidación y reducción, las teorías iónica y molecular de las escorias y la eliminación de elementos residuales (C, Si, Mn, P, S, etc.) La tercera unidad se enfoca hacia los procesos de fabricación de acero, donde se exponen el convertidor básico al oxígeno (BOF), el horno de arco eléctrico, y procesos alternativos (Q-BOP, Soplo Combinado, OBM, etc.) La cuarta unidad se enfoca hacia la refinación secundaria donde se exponen los procesos diversamente fundamentados por la inyección de gases inertes al metal líquido, el tratamiento del metal al vacío, el tratamiento del metal con escoria sintética, la inyección de materiales en forma de polvo, alambre y encapsulado y las tecnologías alternativas para la fabricación de aceros de alta calidad y/o especiales. La quinta unidad se enfoca hacia la colada del acero donde se exponen el proceso de colada continua, la colada en lingotera y la colada en moldes. Se debe fomentar en los estudiantes el trabajo en equipo porque es muy importante facilitar las relaciones y la participación grupal, además de trabajo y exposición de manera individual, prevaleciendo siempre el respeto hacia los demás. También se deben incluir actividades de recopilación, procesamiento y presentación de información especializada que permita comparar los aspectos teórico-prácticos tratados en 1 Sistema de Asignación y Transferencia de Créditos Académicos

2 clase con los artículos especializados industriales, con el propósito que reflexionen, y permita el análisis sobre el nivel del país como productor de acero y su ubicación en el entorno global siderúrgico. Intención didáctica. Haga clic aquí para escribir texto.

3 3.- COMPETENCIAS A DESARROLLAR Competencias específicas: Comprender, desde un punto de vista termodinámico y práctico, todos los aspectos involucrados en los procesos de fabricación del Hierro y del Acero, desde el proceso químico de Reducción en el alto Horno y Reducción Directa, así como entender desde el punto de vista químico, procesos del Horno Eléctrico de Arco, BOF(LD), Soplo Combinado y de Refinación Secundaria, con el propósito de obtener el acero acorde a una determinada especificación o estándar, con la mayor calidad, con el menor costo, en el menor tiempo, consumiendo el mínimo de energía y con el menor daño o impacto ambiental. Competencias genéricas: Competencias instrumentales Comunicación oral y escrita Habilidades básicas de manejo de la computadora. Habilidad para buscar y analizar información proveniente de fuentes diversas Solución de problemas Capacidad de análisis y síntesis Capacidad de organizar y planificar Competencias interpersonales Capacidad crítica, autocrítica y reflexiva Trabajo en equipo. Competencias sistémicas Capacidad de aplicar los conocimientos en la práctica Habilidades de investigación Capacidad de aprender Capacidad de generar nuevas ideas (creatividad) Habilidad para trabajar en forma autónoma

4 4.- HISTORIA DEL PROGRAMA Lugar y fecha de elaboración o revisión Instituto Tecnológico de Estudios Superiores de Ecatepec del 9 al 13 de noviembre de Desarrollo de Programas en Competencias Profesionales por los Institutos Tecnológicos del 16 de noviembre de 2009 al 26 de mayo de Instituto Tecnológico de Zacatecas del 12 al 16 de abril de Participantes Representantes de los Institutos Tecnológicos de: Superior de Calkiní, Chihuahua, Superior de Irapuato, Morelia, Saltillo, Superior de Tlaxco y Zacatecas. Academias de Ingeniería en Materiales de los Institutos Tecnológicos de: Chihuahua, Saltillo, Morelia, Zacatecas, Irapuato, Calkiní y Tlaxco. Representantes de los Institutos Tecnológicos de: Superior de Calkiní, Chihuahua, Superior de Irapuato, Morelia, Saltillo, Superior de Tlaxco y Zacatecas. Evento Reunión Nacional de Diseño e Innovación Curricular para el Desarrollo y Formación de Competencias Profesionales de la Carrera de Ingeniería en Materiales. Elaboración del programa de estudio propuesto en la Reunión Nacional de Diseño Curricular de la Carrera de Ingeniería en Materiales. Reunión Nacional de Consolidación de los Programas en Competencias Profesionales de la Carrera de Ingeniería en Materiales.

5 5.- OBJETIVO GENERAL DEL CURSO Comprender, desde un punto de vista termodinámico y práctico, todos los aspectos involucrados en los procesos de fabricación del Hierro y del Acero, desde el proceso químico de Reducción en el alto Horno y Reducción Directa, así como entender desde el punto de vista químico, procesos del Horno Eléctrico de Arco, BOF(LD), Soplo Combinado y de Refinación Secundaria, con el propósito de obtener el acero acorde a una determinada especificación o estándar, con la mayor calidad, con el menor costo, en el menor tiempo, consumiendo el mínimo de energía y con el menor daño o impacto ambiental. 6.- COMPETENCIAS PREVIAS Conocer técnicas de preparación mecánica y concentración de las menas de hierro. Aplicar los fundamentos termodinámicos del equilibrio entre fases condensadas, la termodinámica de soluciones y la cinética de reacciones. Recordar y aplicar principios de fenómenos de superficie. Comprender y reflexionar sobre los diferentes Procesos de Manufactura aplicados en la Siderurgia. 7.- TEMARIO Unidad Temas Subtemas 1 Reducción de los óxidos de hierro 1.1. Materias primas (Coque, Pelet, Sinter, Fundentes) 1.2. Termodinámica y Cinética de la reducción de óxidos Reducción de óxidos de hierro por medio de monóxido de carbono y de hidrógeno Reacción de Boudouard 1.3. Alto Horno Instalación y Equipo auxiliares Operación del Proceso Balance de materia y energía Tratamiento Externo de Arrabio Reducción Directa Instalación y Equipo auxiliares Operación del Proceso Balance de materia y energía. 2 Refinación del hierro 3 Procesos de fabricación de acero Fundamentos fisicoquímicos de la Refinación 2.2. Reacciones de Oxidación y Reducción Teoría iónica y molecular de las escorias 2.4. Eliminación de elementos residuales (C, Si, Mn, P, S, etc) 3.1. Convertidor básico al oxígeno ( BOF) Balance de materia y energía 3.2. Horno de Arco eléctrico.

6 Balance de materia y energía 3.3. Procesos Alternativos (Q-BOP, Soplo Combinado, OBM, etc.) 4 Refinación secundaria 5 Colada del acero 4.1. Procesos de Refinación Secundaria Inyección de gases inertes al metal líquido Tratamiento del metal al vacío Tratamiento del metal con escoria sintética Inyección de materiales en forma de polvo, alambre y encapsulado Tecnologías alternativas para la fabricación de aceros de alta calidad y/o especiales Colada continua Fundamentos generales y componentes principales del proceso de colada continua Comportamiento y solidificación del acero en el molde Defectoscopia del acero colado 5.2. Colada en lingotera Tipo de lingoteras 5.3. Colada en Molde Molde de arena Molde permanente.

7 8.- SUGERENCIAS DIDÁCTICAS Competencias del profesor: Debe dominar los temas del curso, tener antecedentes históricos que le permitan abordar los temas con soltura y propiedad, coordinar y dar seguimiento al trabajo en equipo; demostrar madurez en las decisiones disciplinarias, fomentar los valores y propiciar armonía en el grupo, además de ser respetuoso en todos los sentidos, motivador, orientador en el trabajo del estudiante, promover su individualidad y liderazgo, así como mostrar cierta tolerancia en el proceso de la formación integral del futuro profesionista en Materiales. Sugerencias Didácticas transversales para el desarrollo de competencias profesionales. Organizar sesiones grupales de discusión y análisis de conceptos y temas fundamentales. Investigar temas relacionados con la innovación de procesos y exponerlos al grupo. Resolver problemas relacionados con el análisis de la obtención del hierro y el Acero, así como cálculos para la obtención de los diferentes tipos de escorias. Utilizar software para la simulación y el análisis de procesos. Visitar empresas relacionadas con la industria siderúrgica. Propiciar actividades de búsqueda, selección y análisis de información en distintas fuentes. Observar y analizar problemáticas propias del campo ocupacional. Relacionar los contenidos de esta asignatura con las demás del plan de estudios, a las que ésta da soporte para desarrollar una visión interdisciplinaria y pertinente en el estudiante. Propiciar el desarrollo de capacidades intelectuales relacionadas con la lectura, la escritura y la expresión oral

8 9.- SUGERENCIAS DE EVALUACIÓN La evaluación debe ser continua y formativa, por lo que se debe considerar el desempeño en cada una de las actividades de aprendizaje, haciendo especial énfasis en: Reportes escritos de las observaciones hechas durante las actividades, así como de las conclusiones obtenidas. Documentos escritos de Información obtenida durante las investigaciones solicitadas. Descripción de otras experiencias concretas que podrían realizarse adicionalmente. Exámenes escritos para comprobar el manejo de aspectos teóricos y declarativos. Seminario sobre estado del arte de la Siderurgia. Trabajos de Investigación bibliográfica en equipo e individual UNIDADES DE APRENDIZAJE Unidad 1: Reducción de los Óxidos de Hierro Competencia específica a desarrollar Analizar las propiedades de las materias primas. Comprender los fundamentos Termodinámicos y Cinéticos involucrados en los procesos de reducción. Realizar ejercicios de balance de materia y energía. Actividades de Aprendizaje Recopilar información especializada acerca los fundamentos para la elaboración y propiedades principales de las materias primas. Relacionar los conceptos teóricos con el comportamiento de los procesos de reducción aplicando Diagramas de Equilibrio, de Ellingham, etc. Hacer balances de materia y energía utilizando software especializado. Unidad 2: Refinación del Hierro Competencia específica a desarrollar Examinar los fundamentos físicoquímicos de los procesos de refinación en base a sus reacciones de oxido-reducción. Actividades de Aprendizaje Resolver problemas aplicando los fundamentos físico-químicos en la refinación del hierro. Interpretar la función del oxido de fierro en las reacciones de refinación. Relacionar el proceso real con la

9 Comprender la relación entre las teorías de soluciones y escorias en las condiciones del proceso. Comprender las condiciones necesarias para la remoción de elementos residuales durante el proceso. interacción entre la escoria y el metal, de acuerdo al carácter químico del proceso. Analizar casos practicos donde se observen las condiciones de las reacciones de oxidación y reducción de los elementos: C, Mn, Si, P y S. Unidad 3: Procesos de Fabricación de Acero Competencia específica a desarrollar Conocer los diferentes procesos utilizados en la fabricación de acero. Actividades de Aprendizaje Hacer una recopilación documental sobre los procesos de fabricación de acero enfocada hacia la configuración de los hornos, su operación, balance de materia y energía, sistemas de protección ambiental, así como los nuevos desarrollos tecnológicos. Unidad 4: Refinación secundaria Competencia específica a desarrollar Conocer los diferentes procesos utilizados en la Refinación secundaria del acero. Actividades de Aprendizaje Hacer una recopilación documental sobre los Procesos de Refinación Secundaria enfocada hacia los fundamentos específicos de los procesos comerciales. Destacar las características de las tecnologías alternativas aplicadas para la fabricación de aceros de alta calidad y/o especiales Unidad 5: Colada del Acero Competencia específica a desarrollar Analizar la formación de los diferentes productos obtenidos en los diversos tipos de colada, Actividades de Aprendizaje Interpretar la relación microestructura - propiedades mecánicas, asi como la defectoscopia en los productos

10 colados. - Planchones, palanquillas - Lingotes - Piezas semiterminadas y terminadas

11 11.- FUENTES DE INFORMACIÓN 1. The making, shaping and treating of steel, USS 2. Kudrin, V. A. Metalurgia del Acero. Moscú: Mir. 3. Peacy, J. C. y Davenport, W. G. El Alto Horno de Hierro. Teoría y Práctica. LIMUSA. 4. -ISS.- Ironmaking Conference Proceedings,1 vol por año ISS.- Steelmaking Conference Proceeding ; 1 vol por año, Turkdogan,E.T Fundamentals of Steelmaking The Institute of Materiales. ISBN: Peters, A. T. Producción Siderúrgica. LIMUSA. 8. Jaroslav, S y Zdenka,R. plelletization of Fines Elsevier. Amsterdan. 9. Fruehan, R.J.Ladle Metallurgy Principles and Practices (Iron and Steel Socie 10. Serrano T. JL. Curso Básico de Aceración ITS, Saltillo, coah. 11. Cordova, R. P. Apuntes de apoyo para la Fabricación de Hierro y Acero. ITS REVISTAS. 1.- Metallurgical Plant and Technology. International. Verlag Stahleisen GmbH.ISNN: , Alemania. 2.-Siderurgia Acero y Sociedad. Editora industrial Siderurgia, SA de CV. México DF. 3.- ILAFA. Siderurgia Latinoamericana. ACERO Revista bimestral. 4.- The Institue of Materials, Minerals & Mining. Ironmaking and Steelmaking journal Internet: Existe una cantidad muy importante de páginas Web que ofrecen artículos científicos y de experiencias industriales de forma gratuita, así como grandes universidades que tienen programas interactivos que favorecen su comprensión tales como: 12.- PRÁCTICAS PROPUESTAS Haga clic aquí para escribir texto.