EL ACERO Lo que hay que saber

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Segunda Edición Corporación Aceros Arequipa S.A. EL ACERO, LO QUE HAY QUE SABER setiembre del 2007 Editado por Grupo Publicidad S.R.L. Av. José Pardo 233, of. 22, Miraflores E-mail: [email protected] Lima - Perú Derechos Reservados Hecho el depósito de Ley Nº 1501222000-3004 Fotografías cortesía: Aceros Arequipa

PROLOGO

Uno solo es el objetivo de este libro; el lograr que todo el personal que labora en la Corporación Aceros Arequipa S.A. adquiera los conocimientos básicos del proceso de fabricación del acero y los aspectos que lo relacionan. Para la lectura de este libro, la especialidad de cada uno o el sector en que desempeñe su labor no importa, la razón fundamental de esta empresa es producir y comercializar acero y ello convierte en una necesidad el conocer nuestros productos, sabiendo que en esta forma estamos contribuyendo a nuestro propio logro.

RICARDO CILLONIZ CHAMPIN Director Gerente Adjunto

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EL ACERO Lo que hay que saber

INDICE

Capítulo

Pág. 9

I

Historia del hierro

II

El acero y su microestructura

17

III

Fabricación del acero

33

IV

Laminación del acero

43

V

Normas que regulan la calidad en la fabricación del acero

57

Productos de acero: Definiciones

67

VI

VII Vocabulario básico – Español – Portugués – Inglés – Francés

91

VIII Las materias primas en la industria siderúrgica

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IX

La reducción directa del mineral de hierro

105

X

Medio ambiente

117

Capítulo I

HISTORIA DEL HIERRO En los últimos doscientos años, el hierro, ese metal tan común en la tierra, ha demostrado ser para la industria, la combinación más económica, versátil, resistente y duradera. Uno de los pasos más importantes dados por el hombre en su avance hacia la civilización ha sido el descubrimiento del hierro. Es posible que ese descubrimiento se haya realizado durante el examen casual de un meteorito por algún distante antepasado, dando origen a la palabra siderurgia cuya raíz “sidero” o “sideris” para los romanos, significa austral o proveniente de los astros. El descubrimiento del hierro en Asia Menor data de cuatro o cinco mil años antes de Cristo, luego, se desarrolló con progresiva aceleración en otras partes del planeta, hasta llegar a mediados del siglo XIX, con el inicio de la revolución industrial a su utilización masiva debido a la tecnología del acero. Esta ruta continúa hacia el futuro. La historia del hierro es la historia del hombre. Desde su descubrimiento, en tiempos primitivos, el hombre con su inventiva ha logrado convertirlo en acero y adecuarlo a los múltiples usos que hoy tiene. Desde una aguja hasta un buque; desde un delicado instrumento hasta la Torre de Eiffel. Para salir de su estado primitivo el hombre tenía que dominar primero el fuego y no era tarea fácil porque el fuego pertenecía a los dioses. Con mucho temor el hombre observaba como los dioses demostraban su cólera lanzando rayos a los bosques secos originando grandes incendios. Cuantas veces había visto danzar a los dioses mirando el fuego, hasta que un día se atrevió, por audaz y temerario o por ignorante y curioso, a tomar un tronco encendido, llevarlo a cierta distancia y formar su propia hoguera.

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Se ha convertido así en un dios dueño de su propio fuego. Mucho tiempo más tarde, posiblemente siglos, da el hombre otro paso gigantesco, al descubrir que la fricción de dos piedras duras también producía fuego. Dominado el fuego, la vida en familia comienza a organizarse. Se aprende cosas sin necesidad de comprenderlas. Se observa el fuego con la conciencia mágica del hombre primitivo. El agua en contacto con el fuego se hace invisible. El aire aviva el fuego. Así transcurren cinco o diez milenios hasta que en su constante caminar hacia ninguna parte, enciende una hoguera para cocer un trozo de carne y terminada la merienda y consumida la hoguera observa que en las cenizas hay un material diferente que no es otra cosa que fierro fundido. Pasará algún tiempo para que el hecho se repita y luego descubrir que la roca del lugar es coloreada y pesada y muy diferente a la que conoce. Repite la experiencia y obtiene iguales resultados; golpea con una piedra dura el material obtenido y observa que puede cambiarle la forma, repite el experimento muchas veces mejorándolo cada vez y así nace la metalurgia del hierro, hace cuatro o cinco milenios. Con el transcurso del tiempo suceden hechos extraordinarios. Una hoguera encendida sobre unas rocas negras continua encendida al terminarse los troncos, descubriéndose así los carbones minerales. El hierro se convierte en el elemento metálico de mayor uso en el mundo; sin embargo, no se le utiliza químicamente puro sino aleado con el carbono para obtener el acero. El mineral de hierro se encuentra como: Hematita Fe2O3 Limonita Fe2O3H2O Magnetita Fe3O4

Siderita Pirita Cromita

Fe CO3 Fe S2 FeOCr2O3

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Durante los primeros 10 siglos D.C. se incrementa la arquitectura en toda Europa, entre muchas otras, se construyen la Basílica de San Pedro, y la primera Catedral de Resena. El cristianismo fluye por todo el orbe. Entre el 532 y el 537 se producen bellas obras de orfebrería, principalmente en oro. El hierro ya forma parte del avance humano. Un auge similar en arquitectura y construcción se experimenta en India y en China, se cree que éstos últimos fueron los primeros en hacer agujas de acero, éstas llegaron a Europa con los moros alrededor del año 1,200. En esa época, el consumo del hierro ya se había generalizado en la manufactura de ciertos artículos como: clavos, cerraduras, barras y placas, apareció la pólvora y el hierro se usó para los cañones y armas de fuego en general. Luego entre 1,300 y 1,395 en Bélgica se instalan los primeros hornos de propulsión hidráulica, adelanto tecnológico que destierra para siempre los hornos primitivos construidos de barro y piedra y los hornos de cuba construidos con arcilla y piedra. La búsqueda de mejores métodos para hacer más rápido y eficiente el trabajo del hombre llevó a la utilización de la fuerza hidráulica para accionar los soplillos. Ello permitió construir hornos más altos, pero impidió que el mayor volumen de mineral procesado pudiera ser manipulado. También aquí la fuerza hidráulica suplió la fuerza humana, permitiendo una técnica de fundición rápida y eficiente: la Forja Catalana. Posteriormente a la Forja Catalana se inventó el fuelle en forma de abanico y en aquellos tiempos se obtenían 5 a 6 kilogramos de hierro por operación. Pero, haciéndose sentir cada día más la necesidad del hierro se dieron mayores proporciones a los hornos y se obtuvieron hacia 1,750, 120 K, de hierro por operación. En todas las herrerías a la Catalana el viento se lanzaba a brazo de hombre y de la misma manera se ejecutaba el martillo. El obrero, por medio de un mecanismo, levantaba un grueso martillo para dejarle caer enseguida con todo su peso. Algunos de estos martillos pesaban 1,500 kilogramos. En el año 1,500 se construyó en Los Pirineos un martillo movido por una rueda hidráulica pero sólo en 1,700 se importó de Italia “La Trompa” que es corriente de agua que impulsa el aire (fuerza hidráulica).

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Durante el auge de la Forja Catalana, las necesidades siempre crecientes de las civilizaciones desarrollaron la industria hasta el punto que los bosques, que hasta entonces habían sido las únicas fuentes de combustible, estaban a punto de consumirse. Pero la inventiva del hombre ha ido descubriendo nuevos procedimientos y hoy en día los avances tecnológicos son tan grandes, que la industria siderúrgica actual es muy diferente y tan sofisticada que hace difícil imaginar como era en el pasado.

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Capítulo II

EL ACERO Y SU MICROESTRUCTURA 1. 2.

3.

4.

5.

¿Qué es el acero? ¿Un metal? ¿Una aleación? Naturaleza química y física del acero: - Hierro (Fe) y Carbono (C ) - Otros elementos - Propiedades físicas - Propiedades mecánicas - Efecto de aleantes Naturaleza microestructural del acero: - Granos - Estructura cristalina - Formas alotrópicas - Microinclusiones y macroinclusiones Diagramas de fases: - Fases estables y metaestables - Fases fuera del equilibrio - Importancia de la velocidad de enfriamiento sobre la microestructura - Templabilidad. Efecto de la temperatura y deformación: - Efecto de la deformación - Recristalización - Tamaño de grano y sus efectos - Elementos afinadores de tamaño de grano.

1. ¿Qué es el acero? ¿Un metal? ¿Una aleación? El acero no es el rey de los metales, pero es el más popular de ellos y es tal su importancia que normalmente es con su ayuda que se puede alcanzar y poseer al metal dorado. Un país, una sociedad o un particular que tiene más acero involucrado en su estilo de vida usualmente es el más rico y poderoso. Y, aunque resulte paradójico, el acero no es un metal químicamente hablando, sino una aleación entre un metal (el hierro) y un metaloide (el carbono), que conserva las características metálicas del primero, pero con propiedades notablemente mejoradas gracias a la

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adición del segundo y de otros elementos metálicos y no metálicos. Pero, ¿qué es un metal y qué es un metaloide? ¿En qué se diferencian y en qué se asemejan para que puedan terminar juntos en una aleación? Actualmente, sabemos que dentro de los átomos hay no solo electrones, protones y neutrones, sino partículas aún mucho más pequeñas. Su estudio así como el estudio de microcristales y de una serie de elementos minúsculos constituyen el campo de acción de la nanotecnología. Pero a nosotros, nos bastarán electrones, protones y neutrones. Empecemos con el más elemental de los átomos como es el átomo de hidrógeno que posee un electrón girando alrededor de su núcleo constituido por un protón. Si nosotros cogemos 5 protones, 6 neutrones y 5 electrones y los colocamos en el núcleo y en la periferia del átomo de hidrógeno, respectivamente, habremos construido un átomo de carbono. Si a otro átomo de hidrógeno le añadimos 25 electrones, 25 protones y 30 neutrones y los colocamos en donde corresponden habremos construido un átomo de hierro. Podemos percatarnos que todos ellos (el hidrógeno, el carbono, el hierro y los demás elementos presentes en la naturaleza) están constituidos por las mismas partículas elementales (electrones, protones, neutrones, etc.), pero en diferentes cantidades. Es lógico pensar que el hecho de tener la misma naturaleza básica les permita interactuar entre sí y mezclarse produciendo una aleación. Pero, ¿serán estas cantidades relativas de electrones, protones y neutrones las que hacen que cada uno de estos elementos tenga diferentes propiedades? Sabemos que el carácter metálico se acentúa al disminuir el número de electrones en la capa externa y al aumentar el volumen del átomo, en cada Grupo en la Tabla Periódica. Físicamente, un metal posee ciertas características que lo diferencian de un metaloide o de un no-metal. Así un metal posee una buena conductividad térmica y eléctrica, módulo de elasticidad elevado, buena tenacidad y maleabilidad, buen brillo metálico, en estado sólido posee una buena estructura cristalina; mientras un metaloide puede poseer alguna conductividad, algún brillo metálico pero ninguna plasticidad mecánica. Por supuesto, un no-metal no poseerá brillo metálico, ni plasticidad ni tenacidad.

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2.

Naturaleza química y física del acero

Acero en realidad es un término que nombra a una familia muy numerosa de aleaciones metálicas, teniendo como base la aleación Hierro – Carbono. El hierro es un metal, relativamente duro y tenaz, con diámetro atómico dA = 2,48 Å ( 1 angstrom Å = 10-10 m), con temperatura de fusión de 1 535ºC y punto de ebullición 2 740ºC. Mientras el Carbono es un metaloide, con diámetro mucho más pequeño (dA = 1,54 Å ), blando y frágil en la mayoría de sus formas alotrópicas (excepto en la forma de diamante en que su estructura cristalográfica lo hace el más duro de los materiales conocidos). Es la diferencia en diámetros atómicos lo que va a permitir al elemento de átomo más pequeño difundir a través de la celda del otro elemento de mayor diámetro.

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Tabla I. Algunas propiedades físicas del carbono y del hierro.

ELEMENTO EXPANSION TERMICA LINEAL

Hierro

RESISTIVIDAD ELECTRICA

MODULO DE ELASTICIDAD TENSIL

x 10-6 mm/mm/ºC cal/cm2/cm/seg/ºC

x 10-6 ohms-cm

x106 kg/mm2

11,76

0,18

9,71 (a 25 ºC)

20,1

Metal

0,057

1 375 (a 0 ºC)

0,5

Metaloide

Carbono 0,6 – 4,3

CONDUCTIVIDAD TERMICA

NATURALEZA DEL ELEMENTO

Cuando una sustancia logra disolverse en otra se tiene una solución, donde a la primera, que es minoritaria, se le llama soluto y a la segunda, que es mayoritaria, se le llama solvente. Estas sustancias pueden ser sólidas, líquidas o gaseosas. Al igual que el carbono, actúan otros elementos que devienen en “intersticiales” debido a su diámetro atómico menor a 2 Å, lo que les da mayor posibilidad de difusión a través de los intersticios de la estructura cristalina del hierro. Estos elementos son el Nitrógeno (dA = 1,42 Å), Hidrógeno (dA = 0,92 Å), Boro (dA = 1,94 Å), Oxígeno (dA = 1,20 Å), etc. Va a ser esta posibilidad de difusión intersticial la responsable de una gran cantidad de posibilidades tecnológicas y variantes de propiedades en el acero, especialmente las vinculadas al endurecimiento, gracias a la solución sólida intersticial de carbono en hierro, y a la formación de compuestos intersticiales como carburos y nitruros que aparecen como componentes usualmente muy duros en los aceros aleados. Por otro lado, otros elementos como el cromo, níquel, titanio, manganeso, vanadio, cobre, etc. con diámetros atómicos cercanos al del hierro (condición sine quanon), formarán soluciones sólidas sustitucionales en un intervalo que dependerá de la semejanza de estructura cristalina, de la afinidad química y de las valencias relativas. Estas soluciones sustitucionales son las más frecuentes y numerosas entre los metales, especialmente en el acero.

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Si el átomo de hidrógeno se amplificara de modo que su diámetro tuviera un kilómetro, su núcleo sería del tamaño de una pelota de béisbol y su electrón, a medio kilómetro de distancia, sería del tamaño de una pelota de fútbol. Entonces con tanto espacio vacío en el interior de los átomos, tendremos que llegar a la deducción de que toda la materia que vemos, tocamos, sentimos, es principalmente pura energía excitando nuestros sentidos. En un metal que está formado por la unión de electrones girando alrededor de un núcleo, como es posible que pueda tener tan buena solidez, tenacidad y dureza. ¿Qué fuerzas explican esta cohesión? El enlace metálico es un enlace muy peculiar que permite la movilidad de los electrones alrededor de los núcleos generando una cohesión entre ellos, gracias a fuerzas de repulsión entre núcleos y entre electrones, y a fuerzas de atracción entre núcleos positivos y electrones; y, a la vez, permite un ordenamiento muy regular de los iones (átomos que han perdido o ganado electrones, según su valencia) dando lugar a una estructura cristalina. La estructura cristalina se caracteriza por una distribución regular de los átomos (y iones) en el espacio. Hay 14 estructuras posibles de cristalización, aunque la mayor parte de los metales cristalizan en tres tipos de estructuras, dos de ellas cúbicas y una hexagonal.

Fig. 2 . Ilustración del enlace metálico, mostrando una nube de electrones alrededor de los iones en un sólido metálico.

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El enlace metálico es el responsable de la dureza, la resistencia mecánica y la plasticidad que caracterizan a los metales. Es su gran movilidad de los electrones lo que explica también el brillo metálico y las conductividades térmica y eléctrica. Formas alotrópicas son las diversas formas en que un metal alotrópico puede presentarse, según su estructura cristalográfica. Cuando un metal monocomponente o monofásico, sin haber variado su composición química, sufre un cambio reversible de estructura cristalina, se dice que es alotrópico. Se llama fase a un componente que constituye una entidad diferenciada de las otras fases, en base a su composición química, a su naturaleza física, a su estructura cristalográfica, a sus propiedades físicoquímicas, etc. El hierro es un metal alotrópico pues pasa de una estructura b.c.c., conocida como hierro alfa, que existe desde temperatura ambiente hasta los 910 ºC, a una estructura f.c.c. del hierro gamma, que existe entre los 912 y 1 500ºC, y luego retorna a la estructura b.c.c., esta vez, del hierro delta, que existe hasta los 1 540ºC.

Fig. 3 . Celdas unitarias b.c.c. (estructura cúbica de cuerpo centrado) y f.c.c. (estructura cúbica de cara centrada), correspondientes al hierro alfa y hierro gamma, respectivamente.

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La fase alfa y la fase delta del acero cristalizan con una estructura tipo b.c.c. (body centered cubic o cúbica de cuerpo centrado). En las estructuras cúbicas los parámetros de red son iguales, o sea que la estructura corresponde a un cubo perfecto. En el caso de la estructura b.c.c., un átomo completo se coloca en el centro del cubo y ocho átomos se ubican en las esquinas. En términos totales tendremos por cada “cubo” o celda unitaria:

8 átomos en las esquinas x 1/8 1 átomo central

= =

1 átomo 1 átomo

Total

=

2 átomos

La fase gamma cristaliza en el sistema f.c.c. (face centered cubic o cúbica de cara centrada), en el cual seis átomos se ubican en las caras de la celda o “cubo” y ocho átomos en las esquinas. La celda unitaria tendrá entonces:

8 átomos en las esquinas x 1/8 = 6 átomos centrados en las caras x 1/2 =

1 átomo 3 átomo

Total

4 átomos

=

Es fácil deducir que la estructura f.c.c. es más densa que la b.c.c. Si consideramos a los átomos como esferas ubicadas en estas estructuras podremos encontrar el llamado factor de empaquetamiento que expresa, en fracción unitaria, el espacio ocupado por los átomos en la celda unitaria. Para la celda f.c.c. este factor es 0,74 mientras que para b.c.c. es 0,68 . Visto de otra manera, en la celda f.c.c. los intersticios (espacios entre los átomos) ocupan el 26 % del volumen, mientras en la celda b.c.c. ocupan el 32 %.

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Fig. 4. Efecto de contenido de carbono de un acero común sobre sus propiedades mecánicas

Serán estas fases del hierro las cuales asimilarán los átomos de carbono principalmente, pero también átomos de otros elementos en menor cantidad, para dar lugar a la formidable familia de aleaciones conocida como acero. De tal forma que estas fases también estarán presentes en los aceros aunque, lógicamente, presentarán cambios de composición que incluyen a los nuevos elementos presentes. Las propiedades mecánicas en los aceros son influenciadas fuertemente por el contenido de carbono, ya que determinan cantidades diferentes de uno de los componentes más duros en el acero, como es la cementita, o de su mezcla eutectoide, la perlita. Aún en estado de temple (endurecido por enfriamiento rápido), el contenido de carbono del acero sigue siendo importante pues una martensita de mayor contenido de carbono será también más dura. 3.

Naturaleza microestructural del acero.

Veamos un poco más adentro en la estructura del acero. Un producto de acero, como una barra o una plancha, es un sólido que está formado por granos. Al microscopio son granos los que se observan como microcomponentes del acero. Estos granos pueden ser de alguna de las fases, o mezcla de fases, que están

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presentes en todo acero normal: ferrita, perlita, cementita; por lo que pueden tener diferente aspecto. De esta forma un acero al carbono, de un contenido de carbono de 0,20 %, estará formado por una proporción de 75% de fase ferrita (cuyo contenido de carbono, a temperatura ambiente, no pasa de 0,008 %) y aproximadamente 25 % de perlita (cuyo contenido de carbono es fijo y corresponde a 0,8 %); mientras un acero de mayor contenido de carbono (por ejemplo, 0,40 %) tendrá mayor proporción de perlita (aproximadamente 50 % para nuestro ejemplo). En la Fig. 5, aceros del primer tipo son las barras cuadradas y los ángulos, mientras las barras corrugadas (inferior izquierda en la figura) son de acero del segundo tipo.

Fig. 5 . Productos de acero de bajo carbono (microestructuras claras) y medio carbono (microestructura algo gris). Se aprecia el efecto del grado de reducción en caliente sobre la microestructura.

Los granos, a su vez, están formados por agregados de cristales. Son estos cristales los que van a determinar en gran medida las propiedades del acero. Como ya ha sido dicho, cada fase tiene diferente estructura cristalina o cristalográfica, y, por tanto, cada fase posee diferentes propiedades. El acero poseerá, en general y proporcionalmente, las propiedades promedio del conjunto. En algunos casos, especialmente en aceros aleados, aparecerán otras fases, como carburos, nitruros, etc. que otorgarán, favorable o desfavorablemente, propiedades diferenciadas a ese tipo de acero.

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Adicionalmente a estas fases propias del acero, existirán otras fases que surgen como producto del proceso de fabricación de acero. Estas son las llamadas inclusiones, que son compuestos químicos, y que corresponden a óxidos, silicatos, aluminatos, etc., que “ensucian” el acero y cuya presencia por lo general se trata de evitar o minimizar durante su fabricación. Por otra parte, existen también inclusiones de sulfuro de manganeso y sulfuro de fierro que mejoran las características de maquinabilidad del acero.

Fig. 6. Diagrama de equilibrio metaestable hierro-carburo de hierro

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4.

Diagramas de fases.

Bien, ya hemos dicho que los aceros están compuestos por ciertas fases, las cuales a su vez tienen ciertas características diferenciadas. La diferente proporción de estas fases determinará en mucho las propiedades del acero. También se ha dicho que el contenido de carbono y de otros elementos influyen sobre las propiedades del acero, esto quiere decir que estos elementos se meterán dentro de estas fases cambiando a su vez sus propiedades. La forma más simple de visualizar este hecho es a través de un diagrama de fases en equilibrio hierro-carbono. El diagrama hierro-carbono solo tiene una zona de interés tecnológico que lo constituye la porción hierro-carburo de hierro. El carburo de hierro conocido como cementita es un compuesto Fe3C con 6,67 % de carbono. Este es un diagrama metaestable, pues para fines prácticos se puede considerar que la cementita es una fase “cuasiestable” y técnicamente representa condiciones de equilibrio útiles para entender las transformaciones que veremos en los aceros. Considerando el contenido de carbono, es práctica común dividir este diagrama en dos partes: la de las fundiciones (entre aproximadamente 2 y 6,67 % de carbono) y la de los aceros (entre 0 y 2 % de carbono). Vemos, además varias zonas definidas dentro del diagrama. Tenemos varias soluciones sólidas. La solución sólida gamma (derivada de la fase gamma del hierro) se llama austenita y posee una estructura f.c.c. A alta temperatura se tiene la región de la solución sólida delta (derivada de la fase delta del hierro) con estructura f.c.c. Mientras que a menor temperatura se tiene la región de la ferrita (derivada de la fase alfa del hierro) también con estructura f.c.c La transformación más importante en este diagrama, desde el punto de vista de su utilización técnica, lo constituye la transformación austenítica:

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Esta transformación se verifica a 723ºC , que es conocida como la temperatura eutectoide, y su control constituye un poderoso medio de determinar las propiedades mecánicas del acero adecuándolas a nuestro uso. El control y aprovechamiento de esta transformación constituye una buena parte del campo de aplicación de los tratamientos térmicos. La velocidad de enfriamiento determinará la microestructura final presente en el acero, decidirá si la fase presente es de naturaleza metaestable o estable o si es una fase fuera del equilibrio; y por tanto determinará las propiedades mecánicas, físicas, químicas, etc. asociadas a las fases presentes. Si esta transformación se realiza enfriando lentamente se producirá la mezcla eutectoide conocida como perlita, formada por finas capas alternadas de cementita y ferrita. Cuanto más lentamente se realice esta transformación más gruesas serán estas capas y mayor será el tamaño de grano del acero (esto sucede en el tratamiento térmico conocido como recocido). Si el enfriamiento es menos lento se tendrá una perlita con capas o lamelas más finas, como sucede en el normalizado. El acero recocido es más blando que el acero normalizado. Si mediante un enfriamiento acelerado, desde la zona austenítica, logramos evitar la transformación eutectoide tendremos una fase fuera del equilibrio llamado martensita. Este nuevo componente microestructural posee alta dureza aunque con una cierta fragilidad. La martensita es una solución sólida sobresaturada de carbono atrapado en hierro alfa lo que lleva a una estructura b.c.t. (body centered tethragonal o tetragonal de cuerpo centrado) derivada de la estructura b.c.c. El eje z de la celda cúbica es mayor debido a la inclusión de átomos de carbono. Esta fuerte alteración de la red es la responsable de la alta dureza de la martensita y también de su aspecto microestructural acicular. En la Fig. 7, los temples o enfriamientos en aceite y salmuera darán como resultado una estructura martensítica. 5.

Efecto de la temperatura y deformación.

La laminación en caliente constituye un claro ejemplo de como interactúan la

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temperatura y la deformación plástica. Mientras la deformación genera en el material un aumento considerable de la densidad de dislocaciones, lo cual a su vez aumenta la acritud (la dificultad para ser deformado adicionalmente), la mayor temperatura provee energía para que el proceso de recristalización lleve a una regeneración de los granos, disminuyendo su densidad de dislocaciones y eliminando la acritud.

Fig. 7. Curvas de enfriamiento en diferentes medios para diferentes tratamientos térmicos. La zona delimitada por las líneas azules representa la zona perlítica.

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Fig. 8 . Esquema de una dislocación de línea o de borde mostrando la discontinuidad cristalográfica que representa.

¿Qué es una dislocación? Es una alteración de la continuidad cristalina en un metal que se traduce en un endurecimiento. La dislocación de borde consta de medio plano de átomos extra en un cristal. La dislocación de tornillo se representa como una superficie espiral formada por los planos atómicos alrededor de la línea de dislocación de tornillo. La creación, multiplicación e interacción entre las dislocaciones son muy útiles parea explicar muchas propiedades de los metales. Pero ¿qué sucede con los granos en este proceso? Cuando el metal es deformado en frío sus granos se estiran y deforman como una plastilina bajo la acción de una presión. Cuanto mayor sea la deformación sobre el metal, mayor será el estiramiento de los granos siguiendo la dirección del flujo plástico del metal así deformado. Llegará un momento en que ninguna deformación adicional podrá ser aplicada al metal pues se romperá. Este es el punto de acritud máxima. Si entra en acción la temperatura hará regenerarse a los granos produciéndose primero una nucleación en el borde del grano deformado. Este es un proceso cinético gobernado por la superficie específica de bordes de grano; por ejemplo, a mayor deformación habrá mayor superficie de límites de grano por centímetro cúbico y, por tanto, más puntos de nucleación. Esto favorecerá la presencia de un tamaño de grano fino

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inicialmente. Si la acción de la temperatura sobre el metal se alarga, se inicia la etapa del crecimiento de grano, que es un proceso termocinético que depende de la temperatura y del tiempo. A mayor temperatura y/o tiempo se tendrá un mayor crecimiento de grano. Pero, ¿cómo afecta el tamaño de grano a las propiedades de los metales? Un tamaño de grano más fino proporciona mejores propiedades mecánicas (mayor resistencia a la tracción, mayor tenacidad y resistencia al choque). Al cambiar la dirección de avance de la grieta de rotura del metal, al pasar de un grano a otro, el grano fino dificulta la rotura pues se requiere mayor energía para generar y propagar la fractura en este metal. Esto se traduce en una mejor tenacidad y resistencia al choque.

Fig. 9 . Efecto de la deformación en frío sobre las propiedades mecánicas de un acero.

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Un tamaño de grano grande es más blando y por lo general está más libre de dislocaciones lo que le permite soportar mayores deformaciones plásticas, pero su resistencia a la propagación de grietas por impacto se reduce. Un mayor grado de reducción en caliente seguido de un enfriamiento al aire otorga un tamaño de grano más fino, como puede verse en la Fig. 5, comparando la microestructura de un ángulo delgado y de una barra redonda más gruesa. El tamaño de grano se expresa, según Norma ASTM, mediante el Número G obtenido de la expresión:

Número de granos / pulg2 a 100X = 2 G-1

Se considera grano grueso cuando G < 5 (diámetro de grano 62 micras) y grano fino cuando G > 7 (diámetro de grano 32 micras). Cuando se desea tener un metal con alta resistencia se trata de producir el grano más fino posible, ya sea mediante un control del grado de reducción en caliente, de la velocidad de enfriamiento, o mediante la adición de ciertos elementos microaleantes afinadores de grano como, por ejemplo, el V, Nb, Ti, Al, etc. De este tipo son los llamados aceros HSLA o aceros microaleados de alta resistencia. Corporación Aceros Arequipa produce, dentro de este rubro los siguientes productos: barras corrugadas de alta resistencia y ductilidad (ASTM A706), ángulos de alta resistencia (ASTM A572 Grado 50) y barras corrugadas gruesas (diámetro mayor a 1”) ASTM A615 Grado 60 microaleadas con niobio o vanadio.

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Capítulo III

FABRICACION DEL ACERO El arrabio es el producto obtenido por la reducción y la fusión del mineral de hierro en el alto horno con la ayuda del coque. Su contenido de carbono varía entre 3% y 4%, lo que lo hace duro y quebradizo. Hasta mediados del siglo XIX se disminuía el contenido de carbono del arrabio, mediante el primitivo proceso del horno de pudelado, o del horno de crisol y así producir el acero. Con la revolución industrial del siglo XIX, se fueron mejorando los métodos para reducir el carbono del arrabio, con mayor rapidez y en mayor volumen; los métodos que tuvieron mayor éxito se describren a continuación

Producción de acero

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Un notable invento en Inglaterra en el año 1850 viene a revolucionar un viejo procedimiento: la fabricación de acero por un sistema más práctico, más económico y de alta producción. Henry Bessemer, ingeniero inglés, logra por insuflación de aire frío a la masa de hierro en estado líquido, producir acero, el metal más codiciado por sus múltiples usos. El Convertidor es el nombre que le dio a este invento extraordinario, ya que el arrabio se convertía en acero. En 1860 sucede la primera aplicación comercial en Estados Unidos del Convertidor Bessemer. A partir de entonces se revoluciona rápidamente toda la industria y la producción que era de 42 mil toneladas en 1871, pasa a 10 millones en 1910. Inicialmente los convertidores de acero eran insuflados con aire (Hornos tipo “Bessemer”, “Thomas” y “Siemens Martin”), hasta que en 1948 en la ciudad de Linz, Austria, se empieza a utilizar el horno “L.D.”, con inyección de oxígeno, que es el más utilizado hasta nuestros días. Por otro lado, desde el año 1878 se hacen esfuerzos por desarrollar un horno eléctrico para producir acero, venciendo los problemas de energía eléctrica suficiente y la fabricación de electrodos que pudieran soportar la carga requerida para fundir el metal. Como resultado, en 1890, se pone en operación el primer horno eléctrico: “Heroult”. Quedan así establecidas las dos vías clásicas para producir acero:

- LA VIA ALTO HORNO Y SU PROCESO DE ACERACION - LA VIA HORNO ELECTRICO

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Los primeros procesos de aceración desarrollados y los primeros hornos eléctricos se enumeran a continuación y la mayoría de ellos han operado durante todo el siglo XX.

Procesos de aceración Horno de pudelado Horno de crisol Horno Bessemer Horno Thomas Horno Martín Horno Siemens Horno L. D. (*) (Linz – Donawit)

Utilizado en el Siglo XVII Para convertir el arrabio en acero Inglaterra 1850 Inglaterra 1878 Francia 1870 Alemania 1870 Austria 1948

(*) Este horno se ha impuesto sobre los otros y utiliza oxígeno en vez de aire para insuflar el arrabio y producir acero.

HORNO ELECTRICO

PARA FUNDIR LA CHATARRA Y PRODUCIR ACERO

Horno Wilhelm Von Siemens Horno Heroult Horno Stassano

Alemania 1890 Francia 1890 Italia 1895

Dado el auge que han tomado los hornos eléctricos en la producción de acero, se hace a continuación una breve descripción del horno eléctrico, del proceso de fabricación de acero mediante esta vía y de las partes principales que conforman un horno eléctrico.

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Vía horno eléctrico

Vía alto horno

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Básicamente un horno eléctrico está constituido por un recipiente circular cubierto de ladrillos refractarios, con una tapa móvil denominada bóveda y que tiene un sistema bascular que permite el vaciado del acero líquido y de la escoria. El horno se carga por la parte superior con chatarra o hierro esponja. La fusión de la chatarra se logra mediante el arco eléctrico producido por los tres electrodos de grafito colocados en triángulo en el centro del horno. El tiempo de la fusión depende de la potencia del transformador que alimenta a los electrodos; la tendencia es hacer cada vez más alta esta potencia. Como el consumo de energía eléctrica para fundir la chatarra es alto, el costo de esta energía tiene gran importancia en el costo del acero. Aunque inventados y perfeccionados por Siemens, Stassano y Heroult, a principios del Siglo XX, los hornos eléctricos fueron considerados como un procedimiento caro y con perspectivas de desarrollo sólo para aceros especiales. La gran capacidad de generación eléctrica desarrollada a nivel mundial posteriormente, logró revertir esta situación y originó el fenómeno de las miniplantas o miniacerías que operan con chatarra o hierro esponja con gran eficiencia. El primero que tuvo la visión de la miniacería fue el alemán Willy Korf entre los años 1966 y 1970, y empieza a difundirse el concepto de hornos de alta potencia, y ultra potencia dotados de transformadores de mayor tamaño; así como hornos con corriente continua. Simultáneamente se hicieron grandes avances en la calidad de los electrodos y del material refractario para el horno y la bóveda o tapa del horno. Luego surge la idea de dividir el proceso de aceración en sus dos etapas, la fusión del metal (derretirlo) y el afino del acero. Nace así el “horno de cuchara”, que utilizando un transformador de mucha menor potencia realiza esta operación, denominada metalurgia secundaria. Usualmente la colada del acero en el horno eléctrico se efectúa basculando el horno para que el acero salga por la piquera y sea depositado en una cuchara o recipiente cubierto de ladrillos refractarios. En la colada del acero se tiene cuidado en no arrastrar la escoria que flota encima.

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Una de las mejoras desarrolladas a los hornos eléctricos es el efectuar la colada por el fondo, con lo cual no se requiere el sistema basculante, pero sí de un sistema de cierre mecánico, que mayormente es con una válvula deslizante. Sistemas de fabricación del acero Todos los países desarrollados y gran parte de los semi-desarrollados poseen plantas siderúrgicas. La denominación que tienen las plantas siderúrgicas es por el tipo de producto terminado que fabrican y en este caso se denominan de “productos no planos” o de “productos planos”. Las plantas de “productos planos” tienen un costo de instalación más alto que las de “no planos” y por esta razón en los países en desarrollo las plantas de “productos planos” eran de propiedad estatal, no así las plantas de “no planos” que eran de propiedad privada. Desde la decada del 80, la tendencia general ha cambiado y tanto las plantas de planos, como no planos, están pasando a manos privadas. En general, hay dos aspectos importantes a tener en cuenta en una planta siderúrgica, uno de ellos es la disponibilidad de la materia prima (mineral de hierro o chatarra) y el otro es la disponibilidad de energía. En el caso de las plantas siderúrgicas vía Alto Horno – Convertidor, la materia prima es el mineral de hierro y la energía es la disponibilidad de coque o de carbón coquificable. En las plantas siderúrgicas, vía Horno Eléctrico, la materia prima es la chatarra de acero o el hierro esponja y la energía necesaria dependerá de la disponibilidad de energía eléctrica en el país. En el caso de disponer de gas natural abundante, éste permitiría el uso de hierro esponja mediante la reducción directa del mineral de hierro.

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Flujo esquemático de la fabricación del acero

La solidificación del acero líquido se efectuaba hasta hace pocos años, en el patio de colada, convirtiéndose en lingotes el acero líquido que se vaciaba en moldes denominados lingoteras.El lingote mediante nuevo calentamiento en hornos especiales era laminado para convertirlo en planchon o tocho y luego repetir la operación para convertirlo en plancha o bobina, o en no planos, para lo cual era calentado el tocho y mediante la laminación se convertía en palanquilla y luego repetir la operación para obtener, de la palanquilla, la barra lisa, corrugada, alambrón o cualquier tipo de perfil. La colada continua revolucionó completamente el procedimiento y originó un incremento notable de la productividad con la consiguiente reducción de costos, como resultado de vaciar directamente el acero líquido y salir convertido en una palanquilla o en un planchón. En la actualidad, las modernas plantas de productos planos, producen directamente las bobinas de acreo mediante colada continua, suprimiéndose así los costosos procedimientos de calentamiento en las diferentes etapas. En forma similar las plantas de productos no planos pasan directamente del acero líquido a la palanquilla y al producto terminado. Colada continua Uno de los mayores adelantos en la fabricación del acero ha sido la utilización de la colada continua, la cual ha permitido reducir las mermas o desperdicios y reducir el consumo de energía. En los procedimientos clásicos de fabricación de acero, vía Alto Horno o vía Horno Eléctrico, el acero líquido obtenido a una temperatura del orden de 1 650 ºC, es vaciado a lingoteras o moldes, donde luego de volver a ser calentado es sometido a un proceso de laminación para convertirlo a palanquillas o planchones semiterminados y posteriormente vuelto a calentar, se procede a laminarlo para convertirlo en barras, perfiles, planchas, etc.

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En cada uno de los procesos indicados se producen mermas y adicionalmente un mayor consumo de energía y de mano de obra. La necesidad de idear un sistema que evitara el engorroso proceso descrito antes, era reconocida por los siderurgístas y es así como al comienzo del siglo XIX, el inglés Henry Bessemer patenta un sistema de colada continua que si bien no tuvo el éxito esperado, confirma la inquietud existente, que animó a continuar experimentando durante todo dicho siglo. En el siglo XX los progresos en los sistemas de colada continua son ya notables: primeramente en la colada de palanquillas y posteriormente en la colada de planchones. En la actualidad, no se concibe una planta de productos no planos sin la colada continua de palanquillas y en lo que respecta a las plantas de productos planos, el 80% de ellas tienen en la actualidad colada continua de planchones y con las modernas tecnologías el espesor de los planchones se ha ido reduciendo.

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Desarrollo de la tecnología del horno eléctrico de arco

Capítulo IV

LAMINACION DEL ACERO Es difícil ubicar en el tiempo el inicio de la técnica de laminación. Se atribuye al molido de cereales y a la molienda de la caña de azúcar el inicio de los sistemas de laminación. Los informes que hay al respecto datan del siglo XV y se cita a un italiano procedente de Sicilia, Pietro Speciale, quien en 1449 diseña en madera tres cilindros movidos manualmente y utilizados para moler azúcar. Simultáneamente en Alemania, Rudolph De Nuremberg, diseña un laminador para joyería. El dibujo más significativo de un laminador se conserva hasta el presente y pertenece a Leonardo Da Vinci, fue hecho en el año 1495. En el siglo XVI el francés Brulier, en 1553, diseña un laminador para planchas de oro y plata; y un alemán, Hans Lobsinger, en la misma época diseña el primer laminador en caliente de la historia, logrando transformar el hierro en flejes o cintas. En el museo de Cluny en Francia, se conserva hasta hoy un laminador-estirador, fabricado en Alemania, en 1565. En el mismo siglo XVI Berius Bulmer de Inglaterra, fabrica un laminador en el año 1588. El siglo XVII presenta un progreso acentuado en los procesos de laminación, existiendo documentos suficientes que así lo demuestran. Una de las ilustraciones más detalladas de una máquina de laminación se debe a Vittorio Zonca. Ya en 1615, se hacían laminadores más grandes, como el diseñado por Caus en Francia. Merecen también señalar en este siglo, los diseños de Giovanni Branca, en Italia en 1629 y Richard Foley, en Suecia, Thomas Hale en 1670, en Inglaterra y en 1678 otro inglés, Thomas Harvey. En este siglo XVII hay evidencia de la utilización de cilindros fundidos en la Laminación.

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Laminadores diseñados por Leonardo Da Vinci -1495-

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El siglo XVIII marca el asentamiento definitivo de los sistemas de laminación. El papel principal lo tuvo el inglés Henry Cort, que es conocido hasta hoy como “El padre de la laminación”. También sobresalen en este siglo el sueco Christofer Pohiem y el inglés John Payne, asi como los franceses Fayolle y Remond. En 1783, Henry Cort patenta un sistema de laminación en caliente el cual fue el resultado de un trabajo realizado en su taller de herrería en Fontiev, Inglaterra, cuando en 1780 la marina inglesa le envió un lote de chatarra de acero para ser fundido y transformado en perfiles laminados, utilizados en la fabricación de buques de guerra. En la siguiente página se puede apreciar a un grupo de marinos ingleses inspeccionando los perfiles.

En la época moderna hay que mencionar a Tadeusz Sandzimir, ingeniero polaco que en las décadas de 1930 a 1950 desarrolla notablemente los sistemas de laminación hasta espesores delgados. Adicionalmente a los procesos de laminación en caliente y en frío, las plantas de productos planos cuentan con “líneas de revestimiento”. Las que usualmente se utilizan, son las de “zincado o galvanizado” que consiste en cubrir la plancha con una delgada capa de zinc, mediante un proceso de inmersión en caliente. El otro tipo de recubrimiento es el estañado (para obtener la hojalata) producto que se utiliza en la industria de envases. Las plantas de hojalata utilizan el procedimiento de estañado electrolítico. Otro tipo de recubrimiento es el cromado, pero su mercado es menor. En la distribución de una planta de laminación de planos y una de productos largos o de no planos, existe una gran diferencia, por lo que obligadamente hay que referirlas en forma separada. Sin tener en cuenta la procedencia del acero, que puede ser vía Alto Horno o vía Horno Eléctrico, una planta de no planos tiene básicamente lo siguiente: -

El acero sale de la colada continua en forma de palanquilla, la palanquilla es una barra cuadrada de acero que tiene de lado 100 mm, 120 mm o 150 mm y una longitud que depende del proceso de laminación. Usualmente salen 4 líneas de palanquilla en forma simultánea.

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-

La palanquilla puede seguir uno de los dos caminos siguientes:

A B

-

Ir directamente al tren de laminación Ir a una zona de enfriamiento

-

En el caso de ir directamente al tren de laminación deberá estar a la temperatura adecuada.

-

Si ha estado en la zona de enfriamiento, deberá calentarse en el horno de palanquillas hasta la temperatura adecuada de laminación (1 200 - 1 250°C).

-

El tren de laminación está constituido por una serie de “cajas de laminación” en las cuales hay rodillos que progresivamente van transformando la palanquilla en el producto final, para lo cual los rodillos son previamente tallados en función al producto final que se ha programado producir.

Los laminadores modernos se clasifican en dos grupos principales: los que producen formas planas, por ejemplo: planchas, láminas, bandas y otros, en los que los cilindros son lisos y paralelos entre sí; y los diseñados para producir secciones formadas, como por ejemplo: cuadrados, redondos, rieles y perfiles, en los que se usan cilindros tallados. El castillo metálico que contiene a los cilindros laminadores se denomina caja y generalmente es de acero fundido. En las cajas existen dos acanaladuras verticales en las cuales van colocadas la chumacera que tienen cojinetes sobre los cuales van asentados los cuellos de los cilindros. Existen además soportes especiales para asegurar la posición de los cilindros y también tornillos de ajuste para los cilindros superior e inferior.

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Laminación no planos y planos

Palanquilla

Barras

Palanquilla Perfiles

Alambrón Palanquilla

Plancha

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En los trenes para productos no planos se colocan guías delante de los cilindros y guardas detrás de éstos que tienen por finalidad guiar a la barra en proceso al ingresar a un canal de laminación o al salir de él respectivamente. Tales guías y guardas van aseguradas a una barra transversal llamada Somier. El movimiento de rotación de los cilindros es generado por un motor que lo transmite a través de una caja de piñones o reductor que está conectado mediante acoplamientos a un extremo de los cilindros laminadores. Los cilindros poseen las siguientes partes: cuerpo o tabla, cuellos, y cabezales motor. La laminación es la deformación plástica de los metales o aleaciones, realizada por deformación mecánica entre cilindros, obteniéndose como resultado una forma deseada y propiedades definidas en el material laminado; consiste en modificar la sección de una barra de metal al pasar entre dos cilindros, obteniéndose un espesor menor. Es el método más barato y más eficiente para reducir el área transversal de una pieza de material, de tal manera que el espesor final sea uniforme a lo largo de todo el producto. En el caso de laminación de productos planos, los cilindros tienen generatriz rectilínea, y para la laminación de productos no planos o perfilados, los cilindros tendrán canales entallados de forma más o menos complicada en muchos casos. Los productos son arrastrados por los cilindros por efecto de fuerzas de rozamiento que se originan en la superficie de contacto de los cilindros y el metal laminado. En ausencia de fuerzas de rozamiento sería imposible laminar. Según el orden de ubicación de las cajas, los laminadores se dividen en: lineales, escalonados, continuos, semi-continuos, etc. Los laminadores con ubicación lineal tienen el inconveniente de que todas las cajas funcionan con velocidades iguales. Este inconveniente no existe en los laminadores escalonados ya que las cajas forman varias líneas, que funcionan con diferentes velocidades, lo que permite tener mayor velocidad en la caja acabadora,

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y por consiguiente, elevar el rendimiento del laminador. En los laminadores continuos, el metal que se lamina pasa sucesivamente a través de todas las cajas, ubicadas una detrás de la otra; se puede tener un motor para cada caja o uno solo con accionamiento, en derivación, para las cajas. La velocidad del laminador en cada caja siguiente es mayor que en la anterior. El funcionamiento del laminador requiere una relación determinada de velocidad para evitar que se formen lazos del metal que se lamina o se tense la barra entre las cajas. Los laminadores semicontinuos son combinaciones de continuo y de lineales, o de escalonados. Durante la laminación, mientras el metal permanece caliente, la resistencia a la comprensión es pequeña aun cuando se lamine a baja velocidad; pero ocurre que por radiación y conducción al contacto con los cilindros entre pase y pase, el metal tiende a bajar su temperatura originando un incremento en la resistencia a la compresión, que va acompañado con una tensión excesiva en los cilindros, lo cual se evita reduciéndose las proyecciones de las áreas de contacto. De igual modo si el metal tiene una gran longitud, va a permanecer mayor tiempo en contacto con el aire, lo cual va a dar lugar a un enfriamiento mayor que lo normal y va a ocurrir lo descrito en el párrafo anterior. Un balance de calor puede ser establecido considerándose: a) Pérdidas de calor por radiación, convección, conducción a los cilindros y al agua de refrigeración. b) Ganancia de calor resultante de la energía liberada por la deformación plástica del metal, el cual es mínimo. Si la separación de los cilindros es pequeña, lo cual daría una reducción excesivamente alta, la barra no podrá entrar debido a que los cilindros no la pueden agarrar. A mayor reducción, se tendrá una mayor proyección por área de contacto o sea una mayor tensión en los cilindros. Una resistencia baja de los cilindros limita la reducción.

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A mayor reducción, mayor será la potencia requerida; por lo tanto la potencia del motor limitará la magnitud de la reducción. Cuanto mayor son las reducciones, mayor es el desgaste de los cilindros. El laminado en caliente casi siempre empieza por el rompimiento de la estructura inicial o dendrítica de los lingotes o de los tochos, palanquillas y planchones de colada continua, ya que a temperaturas elevadas la maleabilidad es generalmente alta, permitiendo la deformación de los metales con relativa facilidad. El proceso de laminado en caliente se lleva a cabo a una temperatura superior a la de recristalización del material que se lamina, de manera que conforme tiene lugar la deformación de este material metálico en la abertura de los cilindros, la recristalización se inicia casi de inmediato. El crecimiento de los granos del metal laminado seguirá a la recristalización y nuevamente se tendrá la deformación en el siguiente juego de cilindros y también será seguida de recristalización. Este proceso se repite sucesivamente para los distintos pares de cilindros. Siempre que la temperatura final no sea demasiado elevada, el tamaño final del grano será satisfactorio. Antes de efectuar la laminación es necesario calentar el metal hasta una temperatura dada durante un tiempo determinado, ya que de esto depende la obtención de una estructura homogénea, un calentamiento uniforme en todo el volumen del metal y una oxidación mínima del metal. La forma, el tamaño y la calidad del acero influyen en el tiempo de calentamiento; mientras sea de forma más complicada y/o de mayores proporciones es mayor el tiempo de permanencia en el horno. Una temperatura alta de calentamiento del acero puede originar un crecimiento excesivo de los granos y un defecto llamado “quemado” del acero que origina grietas que no son eliminables. Una temperatura baja de calentamiento origina la disminución de la plasticidad del acero, eleva la resistencia a la deformación y puede originar grietas durante la laminación.

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Circuito de producción planta de no planos

Por lo tanto la temperatura óptima de trabajo no es un solo valor, sino que varía en cierto rango de temperatura entre un límite superior y un límite inferior. Considerando el diagrama Fe – C, (Fierro – Carbono) cuando el acero durante el calentamiento pasa a través de los puntos críticos AC1 y AC3 va a estar acompañado de un cambio volumétrico y de una absorción de calor, si no hay una buena práctica de calentamiento, puede conducirse a un agrietamiento del acero; por lo tanto durante el paso a través de los puntos críticos hay que calentar el acero con cuidado y lentamente. Una vez pasados estos puntos, se hace necesario de un calentamiento a la velocidad máxima hasta la temperatura deseada con el fin de evitar pérdida del acero por oxidación y descarburación. La oxidación y descarburación son procesos de difusión, se determinan mediante el control de la atmósfera del horno. Por oxidación, la pérdida puede ser del orden de 1% a 4% del peso. A altas temperaturas se forman generalmente FeO y Fe2O3, mientras que el Fe3O4 se forma a temperatura más moderada ( < 500°C) Durante la descarburación, las capas exteriores del acero pierden carbono y por lo tanto la calidad del material baja. La descarburación se difunde a mayor profundidad que la oxidación, por una mayor afinidad química del carbono con el oxígeno que con el hierro.

Variables que influyen en las propiedades mecánicas de los aceros La composición química, la limpieza del acero, la estructura interna, las temperaturas de laminación y de fin de laminación, el grado de reducción y la velocidad de enfriamiento, son las principales variables que influyen en las propiedades mecánicas del acero. En el caso específico de barras corrugadas se tiene como variables fundamentales, las siguientes:

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a)

Carbono.- es el de mayor importancia para incrementar o disminuir la resistencia y el porcentaje de alargamiento. Un mayor contenido vuelve duro y tenaz a la vez que hace quebradizo el acero, además, influye en un mayor carbono equivalente que es el índice de una menor aptitud para la soldabilidad.

b) Manganeso.- contribuyen de igual modo que el carbono en la resistencia. c)

Micro-aleación.- se tiene el caso de Ferro Vanadio, que permite aumentar las propiedades físicas en un acero común al carbono, al retardar el crecimiento del grano del producto laminado en caliente.

d) Temperatura de laminado.- mediante la temperatura de igualización se controla indirectamente la temperatura de laminado en cada pase y al final de la laminación. Si la temperatura de entrada del material a laminar en el tren es baja se va a obtener una baja temperatura de acabado. A mayor temperatura de acabado se va a obtener menores propiedades mecánicas. e)

Porcentaje de reducción.- a mayor porcentaje de reducción se va a obtener menores tamaños de grano, lo cual da lugar a mayores propiedades mecánicas. Este porcentaje está ligado al número de pases a efectuar y al diámetro del producto a obtener. Entre otras variables se puede considerar el contenido de silicio, azufre, fósforo, cromo, níquel, cobre; el ciclo de calentamiento, el sistema de enfriamiento, el peso métrico, etc. Todas estas variables son las que se han tenido en cuenta para ir mejorando hasta lograr la optimización en la calidad.

Control de proceso.- para controlar el proceso se hace el seguimiento del metal desde su etapa de carguío a los hornos hasta el producto obtenido de la laminación.

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En la etapa de carguío se controla: a) Que el lingote, tocho o palanquilla no presenten defectos superficiales que dificulte el posterior proceso en el laminado. En el caso de rechupe se debe evitar su cargado por que se puede generar atracos en las cajas del tren laminador y porque afecta la calidad del producto. b) Que el metal a laminar sea de la calidad programada, con lo cual se evita posibles mezclas de calidades. c) El seguimiento por colada permite que en cualquier anormalidad sobre la calidad sea rápidamente analizada las causas e inmediatamente solucionado.

En la etapa de calentamiento se controla: a) Temperaturas de la zona de calentamiento y de igualización. b) La atmósfera del horno, para evitar pérdidas de metal sea por oxidación o por descarburación.

En el proceso de laminación se controla: a) El aspecto superficial, para detectar y eliminar los defectos como: pliegues, marcas, rayaduras, exfoliaciones, grietas, rugosidad superficial, etc. b) El aspecto de forma, para eliminar los defectos de ovalización, canal cruzado, varios, etc.

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Capítulo V

NORMAS QUE REGULAN LA CALIDAD EN LA FABRICACION DEL ACERO Podemos decir que las normas representan un Lenguaje común para que se comuniquen: Fabricantes Compradores Vendedores Constructores Calculistas

Cada país tiene sus normas, las más importantes están indicadas a continuación: SAE ASTM DIN JIS BS AFNOR ITINTEC COVENIM UNE UNI GOST

ESTADOS UNIDOS ESTADOS UNIDOS ALEMANIA JAPON INGLATERRA FRANCIA PERÚ VENEZUELA ESPAÑA ITALIA RUSIA

En el caso de los aceros para construcción las normas más comunes son:

ASTM A615 GRADO 60 Barras de construcción ASTM A706 Barras de construcción soldables ASTM A36 Perfiles de acero estructurales

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Qué contiene un estándar? Definiciones Usos Composición Química Propiedades Mecánicas Dimensiones y tolerancias Pesos y Tolerancias Sistema de muestreo Identificación Empaquetamiento, etc.

NORMA SAE (SOCIETY OF AUTOMOTIVE ENGINEERS)

La norma SAE suministra un medio uniforme de designación de aceros. Los códigos SAE establecen rangos de composición química que deben de cumplir el acero para poder usar el prefijo SAE.

NORMA SAE

La norma SAE J403e establece la composición química de los aceros al carbono SAE: SAE 1005 SAE 1110 SAE 1513

SAE 1095 SAE 12L14 1572

La norma SAE J404F – establece la composición química de los aceros aleados. La norma J405b – establece la composición química de los aceros aleados forjados.

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ESTRUCTURA DE LA CODIFICACION SAE (SAE J402b)

El primer dígito del código indica el tipo al cual pertenece el acero: “1” indica un acero al carbono “2” indica un acero al níquel “3” indica un acero al cromo – níquel En el caso de un simple acero aleado, el 2° dígito del código generalmente indica un aleante o combinación de aleantes y, algunas veces, el porcentaje aproximado del elemento aleante predominante. Usualmente los últimos 2 ó 3 dígitos indican el contenido aproximado de carbono, en “puntos o centésimos de uno por ciento. Así el “SAE 5135” indica un acero al cromo de aproximadamente 1% de cromo (0,80 a 1,05%) y 0,35% de carbono (0,33% a 0,38%) Ejemplos: ACEROS AL CARBONO (Mn = 1.0 % max.)

1 0

X X

El “1” indica el acero al carbono

Contenido de carbono

Ejemplos: 1. El acero SAE 1020, tiene los siguientes rangos de composición química C Mn P S Si

= = = = =

0,18 – 0,23 % 0,30 - 0,60 % 0,040 % max. 0,050 % max. 0,035 % max

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El código SAE nos indica SAE 1020 S A E

1 0

2 0

Acero al carbono

Carbono = 0,20%

2. El acero SAE 1045, tiene la siguiente composición química: C Mn P S Si

= = = = =

0,43 –0,49 % 0,60 – 0,90 % 0,040 % máximo 0,050 % máximo 0,35 % máximo

El código SAE 1045 indica: S A E

1 0

4 5

Acero al carbono

Carbono = 0,45%

ACEROS RESULFURADOS

1

1

X

acero al carbono carbono

acero resulfurado

X

contenido de carbono

Ejemplo: El acero SAE 1116 tiene la siguiente composición química: Carbono = Manganeso =

60

0,14 –0,16 % 1,10 –1,40 %

Fósforo Azufre

= =

0,040 % max. 0.,16 / 0,23 %

El código SAE 1116 indica: S A E

1 Acero al carbono

1

1 6

Acero resulfurado

Carbono = 0,16%

ACEROS RESULFURADOS Y REFOSFORADOS

S A E

1 Acero al carbono

2

X X

Resulfurado y Contenido de carbono refosforado

Ejemplo SAE 1213 El acero 1213 tiene la siguiente composición química: Carbono Manganeso Fósforo Azufre

= = = =

0,13 % máximo 0,70 – 1,0 % 0,07 – 0,12 % 0,24 – 0,33 %

El código SAE 1213 indica: S A E

1 Acero al carbono

2 resulfurado y refosforado

1

3

carbono = 0,13

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ACEROS AL MANGANESO

S AE

1

3

Aceros al carbono

X

Al manganeso

X

Contenido de carbono

Ejemplo: SAE 1345 El acero 1345 tiene la siguiente composición química: Carbono Manganeso Fósforo Azufre Silicio

= = = = =

0,43 – 0,48 % 1,60 – 1,90 % 0,035 % 0,040 % 0,20 % - 0,35 %

El código SAE que corresponde es el : S A E

1 Acero al carbono

3 Al manganeso

4

5

Carbono = 0,45%

ACEROS AL MOLIBDENO

S A E

4 Acero al molibdeno

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4

XX

Molibdeno carbono

contenido de carbono

Ejemplo: SAE 4012 El acero SAE 4012 tiene la siguiente composición química: Carbono Manganeso Fósforo Azufre Silicio Molibdeno

= = = = = =

0,09 – 0,14 % 0,75 – 1,00 % 0,035 % 0,040 % 0,20 – 0,35 % 0,15 –0,25 %

El código SAE 4012 indica: S A E

4

0

Acero al molibdeno

1 2

Molibdeno

Carbono = 0.12%

ACERO AL CROMO

S A E

5

0

1 5

Acero al cromo

Cromo

Contenido de carbono

Ejemplo: SAE 5015 El acero SAE 5015 tiene la siguiente composición química: Carbono Manganeso Fósforo Azufre Silicio Cromo

= = = = = =

0,12 – 0,17 % 0,30 – 0,50 % 0,035 % máximo 0,040 % máximo 0,20 – 0,35 % 0,30 – 0,50 %

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El código SAE 5015 indica: S A E

5 Acero al cromo

0 Cromo

1 5 Carbono = 0,15 %

NORMA ASTM (AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS)

Estructura del código ASTM Está formado de la siguiente manera: A S T M Norma

A36/A36M

-

Código (sistema Inglés y Sistema Métrico)

96

a

Año de Revisión en adopción año

Ejemplos: ASTM A 6 / A 6M -

96 b 3° revisión en 1996

ASTM A615/A615M - 9 a 2° revisión año 1996

Requerimientos generales para planchas, perfiles y láminas de acero estructural laminados. Barras de acero deformado y lisa para refuerzo de concreto armado

Cuando el acero tiene varios grados, se indica el grado del acero a continuación de la norma. Ejemplos: ASTM A615/A615M – 96 a Grado 60

ó ASTM A572 /A572M – 94c Grado 50

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Generalmente en estos casos el grado indica el valor del límite de fluencia en miles de libras por pulgada cuadrada (Kips). Así por ejemplo: ASTM A615 /A615M 96a Grado 60 indica las barras de construcción con un límite de fluencia mínimo de 60 000 libras por pulgada cuadrada. El acero ASTM A572/A572M-94c Grado 50 indica que el límite de fluencia mínimo de este acero estructural es de 50 000 libras por pulgadas al cuadrado. Las normas ASTM de materiales establecen valores mínimos para: Límite de fluencia Resistencia a la tracción Alargamiento Doblado Ejemplo: En el acero ASTM A 36 los valores mínimos establecidos por la norma son: Límite de fluencia: 36 000 lbs/pul2 Resistencia a la tracción: 58 000 – 80 000 lbs /pulg2 Alargamiento: 20 % En el caso del alargamiento hay que indicar la distancia entre marcas que puede ser de 2” u 8”. Composición química Para efectos de garantizar la soldabilidad la norma ASTM establece valores máximos permisibles para el: Carbono Manganeso Azufre Fósforo

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Así por ejemplo la Norma ASTM A615 Grado 60 establece como límite máximo de fósforo de 0,050 %. La norma ASTM A 36 establece valores mínimos siguientes:

S = P =

0,050 % máximo 0,040 % máximo

La norma ASTM es la más utilizada internacionalmente y es esa la razón por la cual se ha hecho tantas referencias a ella en este capítulo. Por ejemplo, la norma peruana para las barras de construcción es similar a la norma norteamericana ASTM - AGIS GR.60 La norma ASTM es la más utilizada internacionalmente y es esa la razón por la cual se ha hecho tantas referencias a ella en este capítulo. Por ejemplo, la norma peruana para las barras para construcción es similar a la norma norteamericana ASTM - AGIS GR.60.

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Capítulo VI

PRODUCTOS DE ACERO: DEFINICIONES CLASIFICACION GENERAL

De acuerdo a su estado de fabricación, el conjunto de productos de acero considerados, se agrupa en tres categorías principales: - PRODUCTOS BRUTOS - PRODUCTOS SEMITERMINADOS - PRODUCTOS TERMINADOS LAMINADOS Y PRODUCTOS TERMINADOS FORJADOS LARGOS PRODUCTOS BRUTOS Son los productos que se encuentran en estado líquido o en estado sólido, en forma de lingotes y que no han sufrido ninguna transformación. Acero líquido: acero en estado líquido listo para la colada y obtenido directamente de la fusión de materias primas. Se hace una distinción entre lo siguiente: - Acero líquido para vaciar en lingoteras o para colada continua; - Acero líquido para piezas fundidas Lingotes: productos obtenidos vaciando el acero líquido en molde de forma apropiada. Las estadísticas de producción incluyen bajo la denominación de “acero en bruto” no solamente a los productos sólidos que se obtienen al vaciar en lingoteras y al acero en bruto líquido para colada, sino también los que, de otra manera, se consideran productos semiterminados. Los lingotes utilizados para la producción de tubos sin costura se clasifican como productos en bruto.

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La forma de los lingotes generalmente se parece a una pirámide o a un cono truncado. Sus caras laterales pueden ser corrugadas y las esquinas, más o menos redondeadas. Dependiendo de su necesidad de transformación posterior y sin modificar su denominación, los lingotes pueden ser total o parcialmente escarpados, por ejemplo con herramienta o soplete, para eliminar defectos superficiales. De acuerdo con su sección transversal, se clasifican en lingotes y en lingotes planos. Los lingotes tienen una sección transversal que puede ser cuadrada, rectangular (ancho menor que dos veces el espesor), poligonal, redonda, ovalada, o perfilada según el perfil a laminar. Los lingotes planos tienen una sección transversal rectangular, siendo el ancho igual o mayor que dos veces el espesor.

PRODUCTOS SEMITERMINADOS Productos semiterminados: productos obtenidos, sea por laminación o forja de lingotes o por colada continua, y generalmente destinados a la transformación en productos terminados por laminación o forja. Su sección transversal puede tener diversas formas, sus dimensiones son constantes en el largo, con una mayor tolerancia que las correspondientes a productos terminados, y sus aristas son más o menos redondeadas. Las caras laterales pueden ser, a veces, ligeramente convexas o cóncavas, conservando marcas de laminación o forja. Aunque su estructura es similar a la de los lingotes, los productos obtenidos por colada continua son considerados como productos semiterminados, de acuerdo a sus formas y dimensiones; mientras que en estadísticas de producción son considerados como productos en bruto y se les puede desbastar total o parcialmente, por ejemplo con herramienta, soplete o rectificado.

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Los productos semiterminados se clasifican de acuerdo a su forma, sus dimensiones de sección transversal y su utilización. Productos semiterminados de sección transversal cuadrada: de acuerdo a sus dimensiones laterales, estos productos tradicionalmente se clasifican en:

Tochos cuadrados: productos con lado mayor que 120 mm. Palanquillas cuadradas: productos con lado generalmente igual o mayor que 50 mm y menor o igual que 150 mm.

Nota: las dimensiones de las palanquillas cuadradas pueden ser menores que las indicadas en ciertos tipos de acero de alta aleación, tales como los aceros rápidos, etc.

Productos semiterminados de sección transversal rectangular: de acuerdo a sus dimensiones de sección transversal, estos productos tradicionalmente se clasifican en:

Tochos rectangulares: productos de sección transversal mayor que 14 400mm2, con una razón de ancho a espesor mayor que 1 y menor que 2. Palanquillas rectangulares: productos de sección transversal igual o mayor que 2 500 mm2 y menor o igual que 22 500 mm2, con una razón de ancho a espesor mayor que 1 y menor que 2.

La designación utilizada para ciertos tipos de productos semiterminados (tochos, palanquillas, planchones), proviene de la época cuando el tipo de laminador en el cual estos productos eran laminados dependía principalmente de la sección transversal del producto a reducir. Hoy en día, los tochos pueden laminarse en los llamados trenes de palanquillas, y los lingotes en los llamados trenes de planchones.

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Productos semiterminados planos: Planchones: productos semiterminados planos en los que el espesor es igual o mayor que 50 mm y la relación entre el ancho y el espesor es igual o mayor que 2. Los planchones en los que la relación entre el ancho y el espesor es mayor que 4 son llamados “platina”. Llantones: productos semiterminados planos de ancho igual o mayor que 60mm y menor que 500mm. Esbozos para perfiles: productos semiterminados destinados a la fabricación de perfiles y cuya sección ha sido preformada para este propósito. El área de la sección transversal de estos productos semiterminados es generalmente mayor que 2 500mm2 (sin embargo, en la mayoría de los casos los perfiles se obtienen directamente de la laminación de productos semiterminados de sección transversal cuadrada o rectangular) Productos semiterminados para tubos sin costura: La sección transversal de estos productos puede ser redondeada, cuadrada, rectangular o poligonal.

PRODUCTOS TERMINADOS LAMINADOS Y PRODUCTOS TERMINADOS FORJADOS LARGOS Productos terminados laminados.- los productos terminados laminados se agrupan separadamente de los productos forjados, los que cada vez tienen un mercado más reducido. En cambio en los productos terminados laminados se distinguen claramente los dos tipos existentes; los laminados no planos y los laminados planos. Generalmente se definen por una norma que establece las dimensiones y las tolerancias de forma y de dimensión. La superficie es generalmente lisa, pero en algunos casos, por ejemplo las barras para hormigón o las planchas de piso pueden presentar intencionalmente relieves o endentaciones regularmente espaciados.

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De acuerdo a la forma y dimensiones, se distingue:

* Productos largos * Alambrón * Productos planos Según el modo de fabricación, se distingue: Productos terminados laminados en caliente.- productos obtenidos generalmente por laminación en caliente de productos semiterminados y por laminación en caliente de productos brutos. Productos terminados laminados en frío.- productos generalmente obtenidos por laminación en frío de productos terminados laminados en caliente. De acuerdo al estado de la superficie, se distinguen: Productos que no han sufrido ningún tratamiento de superficie. Productos que han recibido un tratamiento de superficie.

* Productos largos laminados en caliente Por su utilización comercial hay que considerar separadamente las barras para construcción y los perfiles. Barras redondas para construcción.- barras de acero de sección redonda con la superficie estriada, o con resaltes, para facilitar su adherencia al concreto al utilizarse en la industria de la construcción. Se fabrican cumpliendo estrictamente las especificaciones que señalan el límite de fluencia, resistencia a la tracción y su alargamiento, así como su composición química. Las especificaciones también señalan dimensiones y tolerancias. Se les conoce como barras para construcción, barras deformadas y en Venezuela con el nombre de cabillas. Las barras para construcción se identifican por su diámetro, que puede ser en pulgadas o milímetros. Las longitudes usuales son de 9 metros y 12 metros de largo.

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Perfiles pesados.- productos laminados cuya sección transversal es semejante a las letras I, H o U. Estos tienen en común las características siguientes: a) b) c) d) e)

la altura h, es igual o mayor que 80mm; las superficies del alma se empalman con las caras interiores de las alas; las alas son generalmente simétricas y de igual ancho; las caras exteriores de las alas son paralelas; las alas pueden ser de espesor decreciente desde el alma hacia los bordes, en este caso los perfiles se denominan de “alas inclinadas”, o de espesor uniforme las que se denominan de “alas paralelas”.

Estos productos se subdividen en: Perfiles I y H.- productos con sección transversal semejante a las letras I o H. Se distingue entre: a)

perfiles nominales.- perfiles de espesor de alma y de alas considerados como normales. b) perfiles delgados.- perfiles fabricados con la misma serie de cilindros de laminación que se usa en producir los perfiles normales. c) perfiles reforzados.- perfiles fabricados con la misma serie de cilindros de laminación que se usa en producir los perfiles normales. De entre los perfiles I y H nuevamente se distingue: Alas angostas y medianas (perfiles I).- Alas cuyo grosor es igual o menor que 0,66 veces la altura nominal del perfil y menor que 300mm. Alas anchas o muy anchas (perfiles H y columnas).-Alas cuyo grosor es mayor que 0,66 veces la altura nominal, o 300mm o más excepto perfiles para arcos de mina. Los perfiles con alas más anchas que 0,8 veces la altura nominal se llaman a veces “columnas”. Pilote de apoyo.- Perfiles I o H en los que los espesores de almas y alas son idénticos.

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Perfiles U.- Perfiles cuya sección transversal es semejante a la letra U y con las características detalladas. En las series normales, las alas con las caras internas inclinadas tienen un ancho máximo de 0,5 de la altura. Perfiles para arcos de minas.- Productos con sección transversal, semejante a la letra I o a la letra griega W. En primer caso, estos perfiles a veces se diferencian de otros perfiles I por tener una mayor inclinación de las caras interiores de las alas del orden del 30%. También tienen un ancho mayor que 0,70 veces la altura nominal. Barras y perfiles livianos y medianos.- Son conocidos en algunas partes de Europa como “laminados comerciales”. Barras.- Incluyendo platinas (con excepción de productos para la elaboración de hormigón armado). Redondos.- Barras que tienen una sección transversal circular con un diámetro generalmente de 8mm. Barras cuadradas, hexagonales y octogonales.- Barras cuya sección transversal es cuadrada, hexagonal u octogonal. Platinas.- Barras que tienen una sección transversal rectangular. El producto es laminado por sus cuatro caras, generalmente el espesor no es menor que 5mm y el ancho no excede los 150mm.

Perfiles livianos y medianos Perfiles U pequeños.- La sección transversal se asemeja a la letra U y la altura “h” es menor que 80mm. Perfiles L (ángulos).- La sección transversal se asemeja a la letra L. La clasificación en ángulos iguales o desiguales depende de la razón del ancho de alas. Las esquinas de las alas son redondeadas.

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Perfiles T de alas iguales.- La sección transversal se asemeja a la letra T. Las esquinas son redondeadas, y las alas y el alma son ligeramente inclinadas; las alas son iguales. Perfil de bulbo plano.- La sección transversal generalmente es rectangular, con una protuberancia a todo lo largo del borde longitudinal de una de las caras más anchas, y con un ancho generalmente menor que 430mm.

* Alambrón Alambrón.- Redondos que son laminados en caliente a partir de palanquillas, a una sección recta aproximadamente redonda en rollos de una longitud continua. Los productos en barras pueden haber sufrido una deformación en frío controlada, por ejemplo un estirado o torsionado alrededor de su eje longitudinal. Material de vía ferroviaria y material similar. Dentro de la categoría de material de vía ferroviaria se encuentra: a)

productos laminados en caliente que se usa en la construcción de vías ferroviarias, por ejemplo rieles, durmientes, eclisas, placas de apoyo, silletas; b) productos laminados en caliente de forma y uso similares como: - rieles para puente grúa; - rieles conductores de corriente; - rieles para carriles; - rieles para agujas/cruces de vías; - rieles especiales: rieles de grúas, rieles de freno. Los materiales de vía ferroviaria se sub-dividen de la siguiente forma: a)

materiales de vía ferroviaria pesados, que incluyen: rieles de masa lineal de al menos 20 kg/m; durmientes de masa lineal de al menos 15 kg/m;

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b) materiales de vía ferroviaria livianos, que incluyen: - rieles de masa lineal menor que 20 kg/m; - durmientes de masa lineal menor que 15 kg/m; - eclisas, placas de apoyo, silletas, y otros materiales livianos laminados en caliente para la construcción de vías ferroviarias. Tablestacas.- Productos obtenidos por laminación en caliente o perfilación en frío (embutido, estampado en máquinas conformadores, etc.) con una forma tal que, por engatillado de las uniones o por ajuste en ranuras longitudinales o por medio de fijadores especiales, se pueden usar para formar tabiques o paredes continuas. Se usan en obras marítimas e hidráulicas. Las tablestacas se diferencias según su sección transversal o su aplicación. Por ejemplo: a) tablestacas U y Z; b) tablestacas planas; c) tablestacas armadas (fabricadas a partir de tablestacas y trozos de ángulos o perfiles similares; d) tablestacas livianas (tablestacas para zanjas); e) tablestacas H de ajuste; f) tablestacas tubular y cajón.

Pilotes armados.- Es un pilote elaborado con una sección transversal en forma de U o similar, usada para apoyo. Pilote tubular.- Es un tubo de sección transversal circular o rectangular (también puede ser cuadrada), que se introduce dentro del terreno para transmitir el peso de la estructura al suelo por la resistencia desarrollada en su base y por fricción a lo largo de su superficie. Algunas operaciones de terminación, como perforación, punzonado, soldadura de accesorios u operaciones similares, no alteran la clasificación del producto.

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* Productos terminados planos (características generales) Productos planos terminados.- Productos terminados de laminación cuya sección transversal es casi rectangular y con un ancho mucho mayor que el espesor. Según el tipo de producto, se hace la siguiente diferencia entre: Planos universales.- Producto plano terminado de ancho mayor que 150mm y espesor generalmente mayor que 4mm, siempre entregado en tramos, es decir, no enrollados. Las aristas son afiladas. Los planos universales son laminados en caliente por las cuatro caras (o en canales cerrados) o se produce por cizallado u oxicorte de productos planos más anchos. Los planos universales laminados en sus cuatro caras a veces se denominan “planos anchos”. Planchas laminadas en caliente.- Producto plano laminado en caliente, a cuyas aristas se les permite deformarse libremente. Se entrega en plano, y generalmente, cuadrado o rectangular; sin embargo, también se entrega con diseño. Los bordes pueden ser brutos de laminación, cizallados, oxicortados o chaflanados. El producto también se puede entregar precurvado. Las planchas laminadas en caliente pueden producirse: a) directamente por laminado en un tren reversible o por corte de una plancha matriz laminada en un laminador reversible; b) por corte de una banda laminada en caliente en un laminador continuo. La plancha que proviene de un laminador reversible también se conoce como “plancha cuarto”. Las planchas de laminador continuo generalmente se conocen como “planchas laminadas en caliente”. Cuando por motivos estadísticos se necesita una división posterior hecha en base al espesor, se recomienda lo siguiente: a) plancha delgada.- espesor menor que 4.5mm (con excepción de las usadas para aplicaciones eléctricas)

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b) plancha gruesa.- espesor igual o mayor que 5mm. Banda laminada en caliente.- Es un producto plano laminado en caliente que, inmediatamente después de la pasada por el cilindro o después del decapado o del recocido, se enrolla en espiras para formar una bobina. La banda bruta de laminación tiene orillas ligeramente convexas, también se puede entregar con orillas cizalladas, o se puede obtener al cortar una banda laminada más ancha. De acuerdo con su ancho real, independientemente del ancho del laminado, las bandas laminadas en caliente se clasifican en: a)

banda ancha laminada en caliente.- banda de un ancho igual o mayor que 600mm, también llamada bobina.. b) banda estrecha laminada en caliente.- banda de ancho menor que 600mm. también llamada fleje. Productos planos terminados laminados en frío.- Productos que durante la terminación han sufrido una reducción de sección transversal de al menos 25%, como consecuencia de la laminación en frío sin recalentamiento previo. En el caso de productos planos con un ancho menor que 600mm y para ciertas calidades de acero especial, se puede incluir niveles de reducción de secciones transversales menores que 25%. Los productos planos terminados laminados en frío comprenden: Plancha laminada en frío.- Se clasifica según el espesor de la misma manera que la plancha laminada en caliente: a) plancha delgada: espesor menor que 2mm b) plancha gruesa: espesor igual o mayor que 2mm Banda laminada en frío.- Según el ancho de laminación la banda laminada en frío se clasifica en:

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Banda ancha laminada en frío.- Banda de ancho igual o mayor que 600mm. La banda ancha laminada en frío, en un ancho igual o mayor que 600mm, se llama “bobina laminada en frío”. Banda estrecha laminada en frío.- Banda de ancho menor que 600mm llamada “fleje laminado en frío” PRODUCTOS FINALES

Productos planos con tratamiento de superficie Sumándose a las condiciones referidas a la clasificación y designación, que son las mismas que para los productos planos terminados, los productos pueden tener un revestimiento permanente, como se describe a continuación: Los revestimientos pueden ser aplicados: a)

en ambas caras 1) de igual espesor en cada cara; 2) de espesor diferente: revestimiento diferencial; b) en una sola cara De acuerdo con el tipo de revestimiento y tipo de tratamiento de superficie, los productos se clasifican como sigue: Planchas, bobinas y flejes con revestimiento metálico que comprenden: Planchas, bobinas y flejes estañados, que se subdividen en: a) espesor menor que 0,5 mm. b) espesor igual o mayor que 0,5 mm. Planchas, bobinas y flejes cromados, llamadas TFS.- Generalmente con un espesor menor que 0,50mm, recubiertas electrolíticamente con cromo o con óxido de cromo o con ambos, con espesor total en general igual o menor que 0,50 um.

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Planchas, bobinas y flejes emplomados.- Planchas y flejes recubiertos con una aleación de plomo y estaño por inmersión en un baño de aleación fundida, o electrolíticamente. En general, la masa nominal máxima, especificada para recubrimiento, corresponde a un mínimo de 120 g/m2, incluyendo ambas caras. Planchas, bobinas y flejes galvanizados.- Planchas, bobinas y flejes recubiertos con zinc. a) Por inmersión en un baño de zinc fundido (inmersión en caliente).- la masa del zinc varía generalmente entre un total de 100 y 700 g/m2 en ambas caras. b) Electrolíticamente.- la masa del zinc varía generalmente entre 7 y 107 g/m2 por lado, lo que corresponde a un espesor de recubrimiento de 1 a 15mm por lado. Luego del recubrimiento, la superficie se puede pasivar por cromado y fosfatado. Este tratamiento de superficie no modifica la clasificación de estos productos en la categoría de “productos planos galvanizados”. Planchas, bobinas y flejes aluminizados.- Productos recubiertos con aluminio o con una aleación de aluminio y silicio por inmersión en baño fundido. La masa de la aleación varía en general entre 80 y 300 g/m2 en ambas caras, lo que corresponde a un espesor de recubrimiento de 15 a 55 mm por lado. Planchas, bobinas y flejes con diversos recubrimientos metálicos. Planchas, bobinas y flejes con diversos recubrimientos orgánicos: Productos con superficies originales desnudas o metalizadas (generalmente galvanizadas) posteriormente recubiertas con un material orgánico o con una mezcla de polvo metálico y material orgánico, por cualquiera de los siguientes métodos: a) por aplicación de una o más capas de pintura u otro tipo de producto. Después del secado, el espesor del recubrimiento varía según sus características entre 2 y 400 um por cara; b) por aplicación de una película adhesiva, seguida o no de un recubrimiento con materiales orgánicos. El recubrimiento puede tener diferentes diseños de superficie y un espesor generalmente de entre 35 y 500 um por cara.

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Planchas y flejes con recubrimiento inorgánico, comprenden: a)

productos cromatados.- la masa del recubrimiento cromado varía de 1 a 20 g/m2 por cara; b) productos fosfatados.- la masa del recubrimiento fosfatado varía de 1 a 20 g/m2 por cada; c) productos con recubrimientos inorgánicos diversos (por ejemplo productos esmaltados vítreos) Productos compuestos.- En esta categoría se incluye planchas y flejes recubiertos con aceros y aleaciones que resisten el uso o la corrosión química. También se incluye planchas y flejes a los que se les adhiere aceros o aleaciones resistentes al uso o a la corrosión química, generalmente por laminación, pero también por explosión u otros procesos de soldadura.

OTROS PRODUCTOS FINALES

Planchas, bobinas y flejes para uso eléctrico.- Estos productos se diferencian de otros productos delgados porque están destinados a aplicaciones electromagnéticas. Su principal característica son los requisitos especiales relativos a pérdidas específicas admisibles. Su espesor en general es igual o menor que 3mm y su ancho igual o menor que 1250mm. Se distinguen los siguiente: a) productos de grano orientado.- estos productos presentan, en la dirección de la laminación, propiedades magnéticas significativamente mejoradas en comparación con aquellos en dirección transversal y se entregan siempre con un revestimiento aislante en uno o ambos lados. b) productos de grano no orientado.- estos productos se pueden entregar no recubiertos o recubiertos con un revestimiento aislante en uno o ambos lados. Plancha o bobina negra.- Es el producto plano de acero al carbono de baja aleación, con espesor menor que 0,50mm, entregado en planchas o en bobinas, cuya superficie es apta para estañado, barnizado o impresión, y no es aceitada.

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Clasificación de los productos: 1) La clasificación de los productos definidos en productos laminados terminados y productos finales, responde a una clasificación correspondiente a estadísticas de producción y entrega. 2) Los productos terminados que se obtienen por extrusión se clasifican en las estadísticas como productos terminados laminados en caliente. Por otro lado, las llantas y productos similares se clasifican como productos forjados. 3) Cortes ulteriores de perfiles I ó H para obtener dos perfiles T, no modifican su clasificación. 4) La definición de perfiles pesados especiales puede variar de un país a otro. 5) La definición de perfiles especiales puede variar de un país a otro. 6) Los perfiles y pilotes que resultan de ensamblajes y que no tienen dispositivos de fijación lateral no se consideran tablestacas. 7) Se debe hacer notar que aún hay otras definiciones en uso para planchas y bandas. 8) También se incluye dentro de esta categoría los productos corrugados que tienen un perfil sinusoidal. 9) Productos con un menor espesor de recubrimiento de cromo o fosfato se describen como pasivados por cromado o fosfatado. No pertenecen a la categoría de productos con tratamiento de superficie sino a la categoría de los productos sin tratamiento de superficie.

PRODUCTOS TERMINADOS FORJADOS LARGOS

Productos siderúrgicos formados por forja.

PRODUCTOS PULVIMETALURGICOS

Polvos de acero.- Conjunto de partículas de dimensiones generalmente menores que 1mm.

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Piezas de acero sinterizado.- Piezas producidas a partir de polvos por prensado y sinterizado, en ocasiones, por reprensado. A menudo estas piezas son para tolerancias dimensionales estrechas y están generalmente listas para ser usadas. Sinterización.- Es el tratamiento térmico de un polvo o de un compacto a temperatura inferior a la temperatura de fusión de los componentes principales, con el fin de aumentar la resistencia “del sinter” (polvos compactados a través de la unión de sus partículas).

PIEZAS FUNDIDAS

Piezas fundidas.- Productos terminados cuya forma y dimensiones definitivas, aparte de cualquier maquinado, se obtienen directamente por solidificación del acero líquido, colado en moldes de arena, arcilla refractaria o cualquier otro material refractario y, en forma menor frecuente, en moldes permanentes de metal o grafito.

PRODUCTOS TERMINADOS FORJADOS Y ESTAMPADOS

Productos forjados obtenidos al formar el acero a una temperatura adecuada por presión, usando estampa abierta para producir formas aproximadas que no requieren una posterior deformación en caliente. Generalmente se maquinan a su forma final. En los productos forjados a estampa abierta se incluye productos preforjados y terminados en laminadores de anillos (ej. llantas). Productos estampados (estampa cerrada).- productos que se obtienen al formar acero a una temperatura adecuada por presión, usando estampa cerrada PRODUCTOS BRILLANTES (“BLANCOS”)

Productos trefilados.- Productos con diferentes formas de sección transversal, que se obtienen después del descamado al trefilar barras o alambrón laminados en caliente en una hilera de trefilar (deformación en frío sin quitar material).

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Este proceso da al producto características especiales con respecto a la forma, a la precisión dimensional y al acabado superficial. Además, el proceso causa endurecimiento por trabajo en frío que puede eliminarse por tratamiento térmico. Los productos en tramos se entregan enderezados, aquellos de sección transversal pequeña, también se pueden entregar en bobinas. Productos torneados (pelados).- Barras de acero de sección transversal circular que tienen las mismas características especiales de forma, precisión dimensional y acabado brillante de superficie que los productos trefilados. Estos productos se obtienen por torneado y luego por enderezado y pulido. La remoción de metal por torneado se realiza de una manera tal que el producto con acabado brillante está generalmente exento de defectos de laminación. Productos rectificados.- Barras trefiladas o torneadas, de sección transversal circular, que reciben una calidad de superficie mejorada y una precisión dimensional por rectificado o por rectificado y pulido (productos calibrados).

PRODUCTOS CONFORMADOS EN FRIO

Productos que tienen diversas formas de sección transversal, constante en todo el largo. Están hechos a partir de productos planos recubiertos o no recubiertos, laminados en frío o en caliente, cuyo espesor es ligeramente modificado por el proceso de conformación en frío (ejemplo: perfilado, trefilado, conformado en prensa, plegado) Perfiles conformados en frío.- Productos formados en frío en tramos, que tienen diversas formas de secciones abiertas o cerradas. En la práctica comercial no tienen un mercado definido debido a la dificultad de laminar en frío un perfil de acero; en cambio con otros metales más blandos, el proceso de laminado en frío si es más factible. Ejemplos: Tablestaca conformada en frío.

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Por razones técnicas, algunas barras clasificadas como productos laminados se pueden entregar torneadas. Este tipo de producto se clasifica como producto laminado terminado y no como producto con acabado brillante. Los productos de sección transversal cerrada, que se producen al formar tubos soldados o sin costura, o a partir de planchas o planchas soldadas a lo largo de las orillas longitudinales, no se llaman “perfiles cerrados conformados en frío”, pero se clasifican como tubos. En la terminología siderúrgica, estos tubos se llaman “perfiles huecos”.

PERFILES SOLDADOS

Productos largos, de sección transversal abierta, que en lugar de obtenerse directamente por laminación se forman al soldar productos planos laminados.

ALAMBRE

Producto trabajado en frío, de sección transversal generalmente constante en toda su longitud. El trabajo en frío se realiza al trefilar alambrón a través de un dado o al pasar bajo presión entre cilindros impulsados y rebobinar el producto trefilado. La sección transversal es normalmente circular, ovalada, rectangular, cuadrada, hexagonal, octogonal o de otra forma (con excepción de flejes).

TUBOS DE ACERO, PERFILES HUECOS Y BARRAS HUECAS

Los tubos son productos largos huecos, abierto en sus extremos, de sección transversal o circular, los “sin costura” son elaborados a partir de un lingote y los tubos soldados a partir de una plancha soldada a lo largo o en espiral. El perfil hueco es un tubo usado con fines estructurales y la barra hueca es tubo sin costura destinado a aplicaciones mecánicas, que se distingue por su tolerancia estrecha, lo que asegura precisiones dimensionales con tolerancias de maquinado mínimas.

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El Instituto Latinoamericano del Fierro y el Acero “ILAFA” ha preparado recientemente un glosario de definiciones fundamentales de términos siderúrgicos, que indudablemente constituyen un útil y valioso aporte que incluimos a continuación: TERMINOS SIDERURGICOS ACERO

Aleación de hierro y carbono que contiene menos del 1.8% de carbono, algunas veces con otros elementos como cromo, vanadio, molibdeno, níquel, etc., en proporciones menores, para dar propiedades específicas.

ALAMBRE

Llámase al producto terminado como resultado de trefilar el alambrón.

ALAMBRON

Laminado en redondo de diámetro superior a 6mm, que se obtiene en rollos y generalmente destinado a la fabricación de alambre o para la construcción.

ALEACION

Combinación de elementos en proporciones justas a fin de obtener un acero de propiedades definidas.

ARRABIO

Es el producto metálico que se obtiene mediante la reducción de mineral de hierro y otros productos provenientes de éste (sinter, hierro esponja, etc.) el cual, además de hierro contiene normalmente elementos tales como carbono, silicio, manganeso, fósforo, azufre y pequeñas cantidades de otros componentes considerados residuales. Se utiliza como materia prima para la elaboración de acero y fundición de hierro.

BARRAS

Son productos de acero de sección uniforme, que pueden ser obtenidos por laminación en caliente a partir de tochos o palanquillas. Su sección puede ser redonda o cuadrada.

BANDA LAMINADA EN CALIENTE

Banda laminada en caliente terminada, la cual después de salir del último bastidor pasa a la mesa de salida y es enrollada en bobinas, a diámetros específicos. Un gran porcentaje de estas bobinas son tratadas después y laminadas en frío para espesores menores.

CABILLA

Barra de acero de sección redonda con superficie lisa o estriada usada en la industria de la construcción. Se obtiene a partir de laminación en caliente de palanquillas.

CUERPOS

Generalmente en forma de bolas o barras de acero. Se usan para MOLEDORES molienda. Se obtienen por procesos de forjado, laminado o fundidas.

CARBON

Mineral constituido fundamentalmente por carbono.

CARBONO

Elemento químico cuyo símbolo es C y su peso atómico es 12. Es constituyente fundamental de todos los combustibles y elemento reductor por excelencia.

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COLADA

Cantidad de arrabio o acero líquido producido por un horno en un ciclo completo de operación. La temperatura de una colada oscila entre 1,200 y 1,400 grados centígrados si es de arrbio y entre 1,500 y 1,800 grados centrígrados si es de acero.

COQUE

Producto poroso obtenido mediante la destilación incompleta del carbón, usado como elemento energético y/o reductor en las operaciones de reducción de mineral de hierro.

CROMADO

Proceso de recubrimiento de un material metálico con cromo para protegerlo de la corrosión.

CHAPA FINA (Lámina)

Nombre genérico que se le da a los productos en forma de láminas en espesores menores de 6mm.

CHAPA GRUESA

Es un producto plano de acero, el cual se obtiene en espesores que oscilan entre 6 y 76 mm.

CHATARRA

Material constituido por desechos de acero o de fundición de hierro, proveniente de los procesos de fabricación, transformación o por materiales de acero o fundición de hierro en desuso.

DECAPADO

Proceso mediante el cual la banda se ataca elEctrolíticamente con una solución de ácido sulfúrico a fin de eliminar el óxido superficial formado en el material por exposición al medio ambiente.

ESTAÑADO

Proceso de recubrimiento de un material metálico con estaño.

FUNDICION

Arte de fabricar piezas llenando con un metal fundido una cavidad refractaria llamada molde.

FERROALEACIONES Son aleaciones de hierro con elementos que poseen afinidad con el oxígeno y se utilizan como desoxidantes, entre los cuales se puede señalar el ferrosilicio, ferromanganeso y el ferrosilicio-manganeso. FORJADO

Proceso mediante el cual se conforma en caliente el acero, dándole una forma determinada mediante una prensa o martillo.

LINGOTE

Pieza de acero solidificado, que se obtiene al desmoldarse la lingotera de dimensiones variables y empleado como materia prima en el laminado.

LINGOTERA

Molde de arrabio sólido utilizado para solidificar el acero líquido, convirtiéndolo en lingotes de acero.

MATERIAS PRIMAS

Son aquellos elementos que intervienen como insumos en el proceso de fabricación de acero y aparecen en una alta proporción en la composición química del producto final.

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PALANQUILLAS

Producto semi elaborado de sección transversal cuadrada mayor o igual a 1.660 mm2 y menor que 31.684mm2 cuyas longitudes varían entre 3 y 15 metros.

PELLAS

Aglomerados de finos de mineral de hierro concentrado de forma aproximadamente esférica y granulometría determinada.

PERFIL

Elemento utilizado en la fabricación de estructuras metálicas obtenido mediante laminado en caliente de tochos o palanquillas. Tiene formas, tales como X, I, H, U, T, L. Los pefiles L también son llamados ángulos.

PLANCHON

Producto semielaborado de sección rectangular, cuyo espesor está comprendido entre 125 y 230 mm, su ancho entre 560 y 1,200 mm y su longitud desde 2.10 hasta 12.30 metros, cumpliéndose la relación ancho/espesor mayor que 2.

PLATINA

Barra plana, de sección rectangular, laminada en caliente a partir de palanquillas.

TOCHOS

Productos semielaborados cuya sección transversal es mayor que 31,684 mm2 y la relación entre el ancho y el espesor es menor o igual a 2.

TREFILADO ESTIRADO FRIO

Operación de estirado en frío cuyo objeto es la transformación del metal en hilo mediante pasos sucesivos a través de los orificios, cada vez más EN pequeños de una hilera. Puede trefilarse un gran número de metales y aleaciones: acero, cobre, aluminio, latón, metales preciosos, wolframio, molibdeno (para los filamentos de las lámparas), en las secciones más diversas (redondas, cuadradas, etc.)

TREN DE LAMINACION

Equipo que se utiliza para la fabricación de diversos productos mediante sucesivos pasos entre dos o más cilindros. Cuando la operación se efectúa a alta temperatura se llaman Laminadores en Caliente y cuando la operación de efectúa a baja temperatura (temperatura menor a 500 grados C, en el caso de los aceros) se llaman Laminadores en Frío.

GALVANIZADO

Proceso de recubrimiento de un material metálico con zinc, para protegerlo de la corrosión.

HIERRO (Fe)

Elemento químico cuyo símbolo es Fe y su peso atómico 56, que se obtiene mediante la reducción de sus minerales que se utiliza para la fabricación del acero.

HIERRO ESPONJA

Es un producto poroso obtenido de la reducción directa de la pella, que por su grado de metalización es adecuado para emplearse directamente en los procesos de aceración, como sustituto parcial o total de la chatarra.

HOJALATA

Es un producto plano de acero laminado en frío, recubierto con estaño.

LAMINACION

Proceso de conformación plástica del acero, mediante el cual se reduce la sección transversal del metal al ser pasado a través de dos cilindros.

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Capítulo VII

VOCABULARIO BASICO ESPAÑOL - PORTUGUES - INGLES - FRANCES Español

Portugués

Inglés

Francés

Productos brutos

Productos primários

Crude products

Produits bruts

Acero líquido

Aço líquido

Liquid steel

AcierBrut liquide

Lingotes

Lingotes

Ingots

Lingots

Lingotes planos

Lingotes planos

Slabs ingots

Lingots plats

Productos semiterminados - tochos

Productos semiacabados - blocos

Semi-finished products - blooms

Demi-produits

Tochos cuadrados

Blocos quadrados

Square blooms

Blooms carrés

Tochos rectangulares

Blocos rectangulares

Rectangular blooms

Bloom Rectangulaires

- Palanquillas

- Tarugos

- Billets

- Billetes

Palanquillas cuadradas

Tarugos quadrados

Square billets

Billetes carrés

Palanquillas rectangualres

Tarugos rectangualres

Rectangular billets

Billets rectangulaires

Productos semiterminados planos

Productos semiacabados planos

Flat semi-finished products

Demi-produits aplatis

Planchones

Placas

Slabs

Brames

Llantones

--

Sheel bars

Llargets

- blooms

91

Español

Portugués

Inglés

Francés

Esbozos para perfiles

Esboços para perfis

Blancks for sections

Ébauches pour profilés

Productos semiterminados para tubos sin costura

Productos semiacabados para tubos sem costura

Semi-finished products for seamless tubes

Demi-produits pour tubessans soudure

Productos terminados laminados y productos finales

Productos laminados e produtos acabados

Rolled finished products and end products

Produits finis laminés et produits finals

Productos terminados laminados

Produtos laminados

Rolled finished products

Produits finis laminés

Productos largos laminados en caliente

Produtos laminados a Quente

Hot-rolled long products

Produits finis laminés à chaud

Perfiles pesados

Perfis pesados

Heavy sections

Profiles lourds

Perfiles I y H a) Perfiles normales b) Perfiles delgados c) Perfiles reforzados

Perfiles I e H I and H sections a) Perfis normais a) Parent sections

Poutrelles I et H a) Profilis mères

b) Perfis finos

b) Thin sections

c) Perfis reforcados

c) Thick sections

b) Profilis minces ou allègès c) Profilis renforcès

Perfiles I de alas angostas y medianas

Perfis I de aba estreita e media

I section narrow and medium Flanges

Poutrelles I à ailes ètroites et moyennes

Perfiles H y columnas de alas anchas o muy anchas

Perfis H e colunas H section and de abas largas ou columns or very muito largas broad flanges

92

Poutrelles H et colonnes à ailes ou très larges

Español

Portugués

Inglés

Francés

Pilotes de apoyo

--

Bearing piles

Pieux matalliques

Perfiles U

Perfis U

U sections (channels)

Poutrelles U

Perfiles para arcos de minas

Perfis para arcos

Sections for colliery arches

Profiles pour soutènement de mines

Perfiles pesados especiales

Perfis pesados especiais

Special heavy sections

Poutrelles spèciales

Barras perfiles livianos y medianos

Perfis medios e leves

Medium and light Profilés moyens et lègers (laminès sections marchands)

Barras

Barras

Bars

Barres

Barras redondas

Barras redondas

Rounds bars

Barres ronds

Barras cuadradas, hexagonales y octogonales

Barras quadradas, Squares, hexagonais y hexagons and octogonais octogons bars

Barres carrés, hexagones et octogones

Barras planas

Barras planas

Flats bars

Barres plats

Perfiles livianos y medianos

Perfis leves y medios

Medium and light sections

Profilés petits et moyens

Perfiles U pequeños

Perfis U pequeños

Small U sections (small channels)

Petits profiles U

Perfiles L (ángulos)

Cantoneiras

Angles

Cornières

Perfiles T de alas iguales

Perfis T de abas iguais

T sections with equal flanges

Profilés en T à ailes ègales

93

Español

Portugués

Inglés

Francés

Perfiles bulbo Plano

-

Bulb flats

Plats à boudin

Plancha laminada en caliente a) plancha delgada b) plancha gruesa

Plancha laminada a quente a) plancha fina b) plancha grossa

Hot-rolled Sheet/ plate a) sheet b) plate

Tôles à chaud

Banda laminada en caliente a) bobina laminada en caliente b) fleje laminado en caliente

Tira laminada a quente a) tira larga laminada a quente b) tira estreita laminada a quente

Hot-rolled strip Bande à chaud a) hot-rolled wide a) large bande à strip chaud b) hot-rolled b) feullard à narrow strip chaud

Productos planos laminados en frío

Produtos planos laminados a frio

Cold-rolled flat products

Plancha laminada en frío a) plancha delgada b) plancha gruesa

Plancha laminada a frio a) plancha fina b) plancha grossa

Cold-rolled sheet/ Tôle à froid plate a) tôle mince a) sheet b) tôle forte b) plate

Bobina laminada en frío

Tira larga laminada a frio

Cold-rolled wide strip

Large bande à froide

Fleje laminado en frío

Tira estreita laminada a frio

Cold-rolled narrow strip

Feuillard à froid

Productos finales

Produtos acabados

End products

Produits finals

Productos finales con tratamiento de superficie

Produtos planos com tratamento de superficie

Flat product with surface treatment

Produits plats avec traitement de surface

Planchas y bandas con revestimiento metálico

Planchas e tiras com revestimiento matálico

Sheet/plate and strip with metal coating

Tôles et bandes à revetements non organiques

94

a) tôles minces b) tôles fortes

Produits plat laminé à froid

Español

Portugués

Inglés

Francés

Planchas y bandas estañados a) hojalata b) planchas y bandas estañados

Planchas e tiras estanhadas a) folhas de flandres b) planchas e tiras estanhadas

Tinned sheet/ plate and strip a) tinplate b) tin-coated sheet/ plate and strip

Tôles et bandes étamées a) fer blanc b) tôles et bandes etammées

Planchas y bandas cromados

Planchas e tiras cromadas

Chromium/ chromium oxide coated sheet/ plate and strip

Tôles et bandes en fer chromé

Planchas y bandas emplomados

Planchas e tiras chumbadas

Terne-coated sheet/ plate and strip

Fer terne (tôle plombée)

Planchas y bandas galvanizados

Planchas e tiras galvanizadas

Zinc-coated sheet/ plate and strip

Tôles et bandes revètues de zinc

Planchas y bandas aluminizados

Planchas e tiras aluminizadas

Aluminium/ aluminium silicon alloy-coated sheet/plate and strip

Tôles et bandes aluminiées

Planchas y bandas con recubrimientos orgánicos

Planchas e tiras com revestimiento orgánico

Sheet/ plate and strip with organic coating

Tôles et bandes à revetements non organiques

Planchas y bandas con recubrimientos inorgánicos a) planchas y bandas cromatados b) planchas y bandas fosfatados

Planchas e tiras com revestimiento inorganico

Sheet/ plate and strip with inorganic coating a) chromated sheet/ plate and strip b) phosphated sheet/ plate and strip

Tôles et bandes à revetements non organiques a) tôles et bandes chromatées b) tôles et bandes phosphatées

95

Español

Portugués

Inglés

Francés

Productos compuestos (plaqueados)

Produtos compostos (plaqueados)

Composite products/ sheet/ plate and strip (clad)

Produits composités (tôles et bandes paquées)

Planchas y bandas para uso eléctrico

Electrical sheet/ Planchas e tiras para uso electrico plate and strip

Plancha negra

Plancha preta

Black plate

Fer noir

Productos terminados forjados largos

Produtos terminados forjados compridos

Finished forged long products

Produits finis forgés ongs

Productos pulvometalúrgicos

Produtos pulvometalurgicos

Powder metallurgy products

Produits dea metallurgie des poudres

Polvo de acero

Pó de aço

Steel powder

Poudre d´ acier

Piezas de acero sinterizadas

Peças de aço sinterizadas

Sintered steel components

Pièces de forme en acier fritté

Piezas fundidas

Peças fundidas

Castings

Pièces moulées

Productos forjados y estampados terminados

Produtos forgeados e estampados terminados

Forged finished and stamped finished prooducts

Produits finis forges et estampès

Productos forjados (estampa abierta)

Produtos forgeados (estampa aberta)

Porged products (open die)

Produits forgés (à frappe ibre)

Productos estampados (estampa cerrada)

Produtos estampados (estampa fechada)

Drop forging (closed die)

Produits estampés

Productos brillantes («blancos»)

Produtos brilhantes

Bright products

Produits bancs

96

Tôles et bandes magnétiques

Español

Portugués

Inglés

Francés

Productos trefilados

Produtos trefilados

Drawn products

Produits étires

Productos torneados (pelados)

Produtos torneados (descascados)

Turned peeled (or products)

Produits ècroutés galetés

Productos rectificados

Produtos retificados

Ground products

Produits rectifies

Productos conformados en frío

Produtos conformados a frios

Cold-formed products

Produits formees à froid

Perfiles conformados en frío

Perfis conformados a frio

Cold-formed sections

Profils formees à froid

Tablestacas conformadas en frío

Estacas conformadas a frio

Cold-formed sheet piling

Palplanches formées à froid

Planchas perfiladas

Planchas perfiladas

Profiled sheet

Toles profilées

Perfiles soldados

Pefis soldados

Welded sections

Profies soudés

Alambre

Arame

Wire

Fis

Tubo

Tubo

Tube

Tube

Tubo sin costura

Tubo sem costura Seamless tube

Tube sans Soudure

Tubo soldado

Tubo soldado

Welded tube

Tube soudé

Perfil hueco

Perfil ôco

Hollow section

Profié creus

Barra hueca

Barra ôca

Hollow bar

Barre creuse

97

Capítulo VIII

LAS MATERIAS PRIMAS EN LA INDUSTRIA SIDERURGICA La fabricación del acero requiere básicamente de dos elementos: mineral de hierro y energía y en la vía horno eléctrico, se usa la chatarra de acero en vez del mineral de hierro. Al desarrollarse los procesos de reducción directa del mineral de hierro, se comienza a introducir en las acerías eléctricas el hierro esponja, reemplazándose a la chatarra en diversas proporciones y que puede llegar al 100%. La dificultad ha sido siempre la captación de chatarra de acero en el mercado nacional y los esfuerzos en lograr una mayor cantidad se han visto obstaculizados por las condiciones propias de país en desarrollo. Hace dos años está operando en Pisco una planta de hierro esponja que utiliza como reductor carbón, esta planta constituye un paso adelante, pero su capacidad es insuficiente para los requerimientos de la planta. La competitividad internacional obliga a buscar, una reducción de costos y a utilizar los recursos que tenemos, que muchas veces pueden no ser lo óptimo, pero somos nosotros los que debemos convertirlo en óptimo, a base de innovación y esfuerzo personal. La globalización ha originado también que los adelantos tecnológicos se conozcan de inmediato y que la calidad en la fabricación de un producto tienda a igualarse en todas las plantas, cumpliendo todas ellas con las normas internacionales. Con el precio de los productos elaborados está sucediendo lo mismo; ya quedó atrás la ventaja que representaba la mano de obra barata, hoy no representa nada; ahora se requiere un alto nivel educacional del personal y una alta productividad. La globalización también ha traído un derrumbe de las fronteras arancelarias acortándose las diferencias en los precios.

99

Los cambios que ocurren en la industria siderúrgica mundial ayudan a comprender que el aspecto más importante de la empresa y del cual debemos estar imbuidos, es tener una clara visión de futuro; una visión de lo que la empresa aspira ser y no de lo que tiene que hacer. Debemos aprender a convivir con los recursos naturales que nos ofrece la zona y estar conscientemente convencidos que el sacarles el más alto rendimiento dependerá única y exclusivamente de nosotros mismos. Esta es una tarea de no sólo los que están involucrados directamente en encontrar la solución, ella requiere del apoyo y del estímulo de todos. Los tropiezos que se pueden encontrar en el camino serán muchos, pero dependerá de nuestra convicción, de nuestra creatividad y de una férrea voluntad de todos y cada uno el lograr el éxito, sabiendo que de él depende nuestra supervivencia. En el fondo el problema es netamente humano, si queremos que un producto sea de óptima calidad y bajo costo, lo será, si todos estamos motivados para lograrlo; pero esta motivación nos debe despojar de toda crítica destructiva, entendiendo la importancia que tiene el alcanzar el éxito y el contribuir a ello. Debemos estar convencidos de la apremiante necesidad de ser competitivos y que solo lo lograremos si le damos valor a los recursos naturales de nuestro entorno y eso debe motivarnos a realizar un esfuerzo conjunto, volcando nuestros conocimientos y nuestra dedicación, convencidos de tener una clara visión de futuro y que finalmente todos por igual contribuimos y somos partícipes del éxito. Adicionalmente a la materia prima principal, que en el caso del horno eléctrico puede ser la chatarra de acero o el hierro esponja (que se describe en el Capítulo IX) hay otras materias primas que se utilizan en el proceso de fabricación del acero para la formación de la escoria. En todo proceso pirometalúrgico juegan un papel muy importante los materiales que se utilizan para formar la escoria que permitirá eliminar aquellos elementos químicos que perjudican la calidad del producto que se quiere obtener.

100

Estos materiales se pueden clasificar de acuerdo a la función que desarrollan en el proceso; así tenemos: a)

Materiales ácidos El más importante la cuarcita que es químicamente sílice amorfa de alta ley. También se utiliza balasto que es un compuesto de sílice y alúmina.

b)

Materiales básicos La caliza que es un carbonato de calcio. La dolomita que es un carbonato de calcio y magnesio y que además protege los refractarios básicos al ser un compuesto químico equilibrado por la presencia de MgO.

c)

Materiales reductores El carbón que se presenta en la forma de antracita, carbón semi-bituminoso, carbón vegetal y que se utiliza para desoxidar el baño líquido al reducir el potencial de oxígeno tanto en la escoria como en el metal líquido.

d)

Materiales oxidantes Los óxidos de hierro en todas sus formas como mineral, pellets, escamas de laminación, etc. y que se utilizan para oxidar el baño líquido en determinados procesos como la desfosforación.

Otro aspecto importante en la fabricación del acero lo constituye el papel que desempeñan las ferroaleaciones las que son aleaciones de fierro que contienen una cantidad suficiente de uno o más de otros elementos y que se utilizan como agentes para introducir estos elementos en un metal fundido usualmente el acero. El menor punto de fusión que tienen las ferroaleaciones con respecto a los metales o elementos puros permite que se disuelvan más fácilmente en el acero. En general, las ferroaleaciones se fabrican en hornos eléctricos de reducción, luego son chancados a las granulometrías establecidas para su uso.

101

El siguiente cuadro indica las ferroaleaciones comunmente usadas, el contenido del elemento en la ferroaleación y la temperatura de fusión del elemento aleante.

% del elemento aleante

Temperatura de fusión del aleante

Ferrosilicio standard

Si = 76%

Si

Ferromanganeso standard

Mn = 77%

Mn = 1 245°C

Ferrosilicomanganeso

Si

= 17% Mn = 66,5 Mn = 1 245°C

Ferrovanadio

V

= 80%

V = 1 900°C

Ferroniobio

Nb = 65%

Nb = 2 468°C

Ferrocromo

Cr = 67%

Cr = 1 875°C

Ferromolibdeno

Mo = 60%

Mo = 2 610°C

Ferrotitanio

Ti

Ti

= 70%

= 1 410°C

= 1 668°C

Las ferroaleaciones son adicionadas a la cuchara de acero durante el sangrado del horno eléctrico. También son adicionadas al horno cuchara durante la refinación del acero. Otra forma de adicionar las ferroaleaciones más eficientemente a la cuchara es por medio de tubos rellenos con ferroaleación en polvo. Las ferroaleaciones más comunes adicionadas a la cuchara por medio de tubos, son: CaSi y FeCa. Del total del elemento aleante adicionado por medio de las ferroaleaciones, una parte se introduce al acero, otra parte mínima se queda atrapada en la escoria. El porcentaje del elemento aleante que se integra al acero, respecto al total del elemento adicionado por medio de las ferroaleaciones se le denomina rendimiento:

102

Cantidad del aleante adicionado ——————————————— x 100 Cantidad total del aleante adicionado

=

Rendimiento

Al iniciar este capítulo se indicó la importancia de la energía en la fabricación del acero, para el caso del horno eléctrico la energía utilizada es la energía eléctrica la cual se conecta a los eslectrodos de grafito, los que originan el arco eléctrico para la fusión de la carga metálica dentro del horno. En este tipo de hornos es de gran importancia el costo de la energía eléctrica y su seguridad de abastecimiento sin interrupciones. En el caso de las plantas siderúrgicas que utilizan la vía Alto Horno, la energía necesaria está constituida por el Coque y por no existir en el Perú carbones coquificables, el coque se importa de terceros países.

103

Capítulo IX

LA REDUCCION DIRECTA DEL MINERAL DE HIERRO La reducción del mineral de hierro se ha llevado a cabo desde la antigüedad habiendo existido diversos procedimientos que sin llegar a la fusión del hierro, lograban la reducción del mineral eliminándose el oxígeno del óxido de hierro (hematita) Desde 1920 se ha utilizado alrededor de 100 procesos de reducción directa, pero la mayoría de ellos no han pasado de la etapa experimental. Los procesos de reducción directa se pueden clasificar en dos grupos: 1. Los que usan como reductor gas natural reformado 2. Los que usan como reductor el carbón En ambos procesos la carga es una hematita que puede estar en forma de pellets o en trozos. El término “reducción” significa la remoción del oxígeno del óxido de hierro (Feo) donde el reductor (gas o carbón) es el agente que elimina el oxígeno. Los agentes reductores normalmente usados son el carbono (C), monóxido de carbono (CO) y el hidrógeno (H2). El producto obtenido de la reducción directa, “hierro esponja”, es un material sólido, generalmente de la misma forma del material de carga, que contiene hierro metálico (Fe) óxido de hierro (FeO) carburo de hierro (Fe3C) y ganga. Los términos asociados con la medición de la efectividad de la reacción de reducción se definen de diversas maneras y el más utilizado es el “porcentaje de metalización” que viene a ser el porcentaje de fierro metálico dividido entre el porcentaje de fierro total. Este término también se define como grado de metalización o simplemente metalización y significa el porcentaje de hierro presente en el material de carga que ha sido convertido a hierro metálico. La metalización no es lo mismo que el porcentaje de hierro metálico.

105

Usualmente en los procesos de reducción se obtiene una metalización del 92%. Evolución de los procesos de reducción directa.- La evolución de los procesos de reducción directa se ha basado principalmente en la utilización del gas natural o del carbón, como reductor; sin embargo más del 90% de las plantas de reducción directa que operan en el mundo a nivel industrial utilizan el gas como reductor. Dentro de los procesos que utilizan el gas como reductor, tres de ellos son los más resaltantes y que se diferencian por el tipo de horno que utilizan; estos son: a) Horno de retorta b) Horno de lecho fluidizado c) Horno de cuba a) El Horno de retorta.- El horno de retorta fue utilizado por la empresa mexicana HyL en sus procesos HyL I y HyL II, este tipo de horno requería para la reducción un juego de 4 reactores de los cuales 3 están en operación y el cuarto realiza operaciones de carga y descarga. El proceso se efectúa en ciclos y los tres reactores que están en operación actuán en serie. La reducción de la carga se efectúa en dos etapas: reducción inicial y reduccion final, luego se realiza el enfriamiento y la carburación. Los reactores están diseñados para operar en el orden que uno desee, dándole flexibilidad al sistema. El flujo del gas reductor es en contracorriente y la reducción del mineral se efectúa de acuerdo a las ecuaciones: FeO3 + 3 CO FeO3 + 3H2

——— ———

2 Fe 2 Fe

+ 3 CO2 + 3 H2 O

El producto obtenido tiene una metalización de 85 – 90% y un contenido de carbono de 2 a 2,5%. b) Horno de lecho fluidizado.- En el horno de lecho fluidizado se utilizan finos de mineral de hierro (-malla 4 + malla 325), los cuales pasan a través de cuatro reactores de lecho fluidizado que están ubicados en serie.

106

El reactor N° 1 calienta el mineral y en los reactores 2, 3 y 4 se lleva a cabo la reducción. El gas reductor pasa en contracorriente a través de los sólidos, comenzando por el reactor N° 4, luego el reactor N° 3 y finalmente el N° 2. Las ventajas que presenta este sistema son: - El bajo costo en el uso de mineral de hierro (finos) - Economía de escala en plantas que están sobre el millón de toneladas por años. - Buena calidad de las briquetas obtenidas - Posibilidades de poder usar petróleo, carbón, gas o gas de coquería.

Las desventajas son: - El cuidado en el tamaño de los finos (max 20% - malla 325) lo cual atenta contra la economía del proceso. - El costo del capital es alto y no es competitivo con otros procesos con producciones de menos de un millón de toneladas. - El costo de mantenimiento y mano de obra es alto - El consumo de combustible es alto - La utilización de los finos de mineral debido a sus límites críticos origina pérdidas. - Este proceso es muy sensible a la calidad de los finos de mineral de hierro.

c)

Horno de cuba.- Los hornos de cuba son en la actualidad los más utilizados a nivel industrial en la reducción directa del mineral y las plantas que usan este sistema alcanzan una producción total del orden de los 10 millones de toneladas anuales y que representa 2/3 de la producción total del mundo. Los procesos que han tenido mayor éxito y por ende más conocidos son el MIDREX y el HyL. En el cuadro que se anexa se puede observar el enorme porcentaje de la producción total en el mundo, que representan estos dos procesos.

107

Es interesante observar que el 93% de la producción de hierro reducido en el mundo corresponde a los que utilizan gas como reductor. Es también importante señalar la ventaja que representa en la actualidad el briqueteado en caliente del producto obtenido en la reducción directa por lo cual deja de tener sentido el término hierro esponja ya que en las briquetas no se observa la porosidad en el producto como era en el “hierro esponja”. Lo más interesante en el briqueteado en caliente es que evita la reoxidación del producto haciendo fácil su transporte y manipuleo, esto ha originado un menor costo en el flete y seguro marítimo. Por ser los procesos MIDREX y HyL los más conspicuos dentro de la reducción directa, más adelante haremos una descripción de ellos. Un proceso que comenzó a desarrollarse, para lograr la reducción del mineral ha sido la utilización de sopletes de plasma para suministrar energía en la solera del reactor. Como se sabe la obtención del plasma se fundamenta en la fusión del átomo con gran elevación de temperatura (contrario a la fisión que es la separación del átomo) La utilización del plasma como gas reductor en la reducción directa ha sido experimentada sin haberse logrado el éxito deseado; tan es así que la planta instalada en Suecia con una capacidad de 70 000 MT/año trabajó intermitentemente entre 1981 y 1985 pero nunca logro producir más de 5 000 TM/año. Otra planta a plasma fue constituida en Sud Africa con una capacidad de 250 000 TM/año trabajando en los años 1985 – 1986 teniendo diversos problemas que motivaron su paralización y como consecuencia su producción total alcanzó solo a 1 000 TM/año. Proceso de reducción directa basado en el carbón.- En el proceso de reducción directa usando carbón como reductor generalmente se utiliza horno rotatorio. Este horno consta de un cilindro horizontal que gira a muy baja velocidad. En el interior está cubierto con refractarios y su diámetro varía entre 3,60 mt a 6 mt teniendo una longitud que también varía entre 50 y 125 mt. Este horno se alimenta con el mineral de hierro o pellets y el carbón como reductor; en algunos casos utiliza

108

también un agente desulfurante como caliza. La carga dentro del horno se mueve en contracorriente con respecto al gas (gasificación del carbón) que fluye sobre ella. Se introduce aire para quemar el monóxido de carbono que emerge del lecho del horno y provee de esta manera calor para el proceso. En la primera sección longitidinal del horno se realiza el precalentamiento de la carga hasta la temperatura de operación liberándose la mayor parte de los volátiles del carbón llevándose a cabo una parte de la reducción. En el resto de la longitud del horno culmina la reducción del mineral, obteniéndose así la metalización necesaria. La longitud de cada zona está determinada por la reactividad de la carga. El proceso de reducción directa a carbón en horno rotatorio que en apariencia parece sencillo, involucra una serie de elementos complejos en su operación que requieren de una visión integral de ellos y un análisis detallado de cada uno de sus aspectos; siendo los de mayor importancia el mezclado de las partículas, la transferencia de calor y la cinética de las reacciones de reducción y gasificación que suceden simultáneamente. Procesos de reducción directa en el mundo que han demostrado su eficiencia a nivel industrial.- La producción mundial en R. D. usando gas como reductor, representa el 93% de la producción mundial y los procesos a carbón que operan a nivel industrial en el mundo solo representan el 7%. Por lo expresado haremos una breve descripción de los procesos MIDREX y HyL III los cuales aunque existen diferencias guardan cierta similitud. En primer lugar es necesario enfatizar que ambos procesos utilizan gas que tanto en el proceso MIDREX (USA) como en el HyL III (México) hay dos partes bien definidas:

- El sistema reformador del gas natural. - El sistema reductor del mineral de hierro o pellets por medio del gas reformado para convertirlo en hierro directamente reducido con una metalización del orden de 92%.

109

110

Planta de reducción directa a carbón

El sistema reformador del gas natural difiere entre el MIDREX y el HyL III. El MIDREX realiza el reformado del gas natural utilizando el gas de tope del sistema reductor (sistema donde se realiza la reducción del mineral de hierro), este gas de tope que contiene anhidrido carbónico y agua, fluye hacia el catalizador que está en el reformador y en este se producen las siguientes reacciones químicas: CH4 METANO

+

CO2 ANHIDRIDO CARBONICO

———

2CO + MONOXIDO DE CARBONO

2H2 HIDROGENO

CH4 METANO

+

HO2 AGUA (VAPOR)

———

CO + MONOXIDO DE CARBONO

3H2 HIDROGENO

En el proceso MIDREX el excedente del gas de tope del reductor sirve como combustible para los quemadores del reformador y a su vez el gas de escape del reformador se utiliza para calentar el aire de combustión para los mismos quemadores del reformador y adicionalmente para calentar el gas de proceso antes de ser reformado. En el caso del sistema HyL III el reformador realiza la reformación catalítica, en base a Níquel, al mezclarse el gas natural con vapor antes de entrar al reformador. Evidentemente los requerimientos de vapor son mayores, pero este vapor se utiliza luego en la generación eléctrica a fin de lograr un bajo consumo energético por tonelada de mineral de hierro reducido. Las reacciones químicas en el proceso de reformación del gas natural son en el HyL III: CH4 METANO (GAS)

+

H2O AGUA (VAPOR)

———

CO + MONOXIDO DE CARBONO

3H2 HIDROGENO

CO + H2O MONOXIDO AGUA CARBONO (VAPOR)

———

CO2 + ANHIDRIDO CARBONICO

H2 HIDROGENO

111

En cuanto al proceso de reducción tanto en el proceso MIDREX como en el HyL III consiste en ambos casos en el proceso de remoción del oxígeno del mineral. El reactor utilizado en el MIDREX como en el HyL III es un horno de cuba en que el mineral de hierro o los pellets de mineral de hierro descienden por gravedad y a su vez el gas reformado asciende en contra corriente originando la reducción del mineral. La temperatura del gas reductor es del orden de los 900°C. Tanto en el proceso MIDREX como HyL III la metalización que se logra es del roden del 92% y lo más interesante de estos procesos es que tienen un consumo calorífico de sólo 2.5 Gcal/TM y que difiere completamente de los sistemas de horno rotatorio a carbón y que son del orden de 5 Gcal/TM. Las reacciones que ocurren durante la metalización en el horno de cuba durante el proceso son:

Fe2O3 + OXIDO FERRICO (HEMATITA)

3H2 HIDROGENO

———

2Fe FIERRO METALICO

+

3H2O AGUA

+ Fe2O3 OXIDO FERRICO (HEMATITA)

3CO MONOXIDO CARBONO

———

2Fe FIERRO METALICO

+

3CO2 ANDHIDRIDO CARBONICO

Una vez concluida la reducción el producto obtenido es el hierro esponja el cual presenta ciertos riesgos de ignición espontánea y es pirofórico esto oirigna un riesgo en su almacenaje o en el transporte marítimo. Lo expresado ha sido minimizado instalando a la salida del reactor una briqueteadora en caliente del hierro esponja. La fabricación en briquetas le quita sentido a la denominación de hierro esponja y ha hecho desparecer los peligros que existían antes en su manipuleo y transporte.

112

Planta de reducción directa a gas HYL IV

113

Es necesario indicar que HyL ha efectuado una importante innovación en su modelo HyL IV, al eliminar el reformador, logrando una auto reformación del gas natural, eliminado así todo el proceso que existía en los modelos anteriores. La utilización del carbón en la reducción directa en el Perú.- Como se ha indicado antes, el proceso de reducción directa en horno rotatorio utilizando carbón aparentemente parece ser sencillo pero sin embargo en su operación requiere un análisis detallado de cada uno de los parámetros que intervienen. Dentro de estos parámetros y desde el punto de vista térmico requiere sumo cuidado lo siguiente: -

La reactividad del carbón ejerce una gran influencia en la rápídez de gasificación y lógicamente depende del origen geológico del carbón. Los carbones más reactivos permiten temperaturas de operación más bajas y la reacción de BOUDUUARD es de gran importancia para la cinética del proceso de reducción; por lo tanto no basta tener carbones en el país sino tener los adecuado para el proceso de reducción, ya que por ejemplo los cambios en las características, por cambio de abastecedor afectan estos parámetros.

-

La temperatura de reblandecimiento de las cenizas de carbón tienen un efecto importante en la formación de “acresiones” y como se sabe las “acresiones” son aglomerados sólidos que se adhieren a la pared refractaria del horno. La “acresión” se forma inicialmente por la sinterización de las partículas finas de la carga contra la superfice del refractario y luego continua con la sinterización de las partículas mismas. Las acresiones originan la disminución de la capacidad del horno llegando a ser necesario parar el horno remover estas acresiones.

-

Otro parámetro que hay que tener en cuenta es la reducibilidad del óxido de hierro (FeO) que depende de las características mineralógicas de la materia prima utilizada.

-

El control que se puede ejercer sobre los parámetros arriba mencionados es complejo y limitado. El mezclado de la carga en el horno rotatorio debe optimizarse para lograr una buena operación, por lo que, las densidades y dimensiones de las partículas del mineral y del reductor son de importancia crítica.

114

-

También se ha reconocido que el horno rotatorio no es muy eficiente energéticamente por lo que se han ideado diversos sistemas para mejorarlo.

Otro aspecto no menos importante que hay que tener en cuenta en el diseño de una planta de reducción directa a carbón, es la gran contaminación que genera y con las actuales leyes existentes sobre protección ambiental obligarían a la instalación adicional de sistemas anticontaminantes que pueden duplicar la inversión inicial.

115

Capítulo X

MEDIO AMBIENTE La protección del medio ambiente es una de las temáticas que ha irrumpido con gran fuerza en este proceso de economía moderna en el cual hoy estamos viviendo y, sobre todo, ha concientizado a la gente. Esto se comprueba a través de las acciones emprendidas por las empresas siderúrgicas en general. Afortunadamente, las empresas siderúrgicas han tomado en el campo de la ecología una actitud muy proactiva. Se han movido en la vanguardia de la actividad industrial, en el sentido de generar procesos productivos que sean crecientemente amigables en relación al medio ambiente y que a la par sostengan el equilibrio económico de las empresas. El acero en ese sentido nos da una gran ayuda, pues posee ventajas notables frente a otros materiales ya que por sus características lo hace fácilmente reciclable. Esto es fácil de comprobar en el mundo y en nuestro país la reciclabilidad del acero está en constante aumento. Muchas empresas siderúrgicas han tomado como guía los principios que en su momento anunció la Organización Mundial de Comercio (OMC) y tienen, además, sistemas de gerenciamiento del tema ambiental que buscan satisfacer normativas internacionales, tales como las normas ISO de la serie 14000. El concepto de desarrollo sostenible implica que el crecimiento eocnómico no debe afectar a las generaciones futuras, lo que lleva implícita la conservación de los recursos naturales, la producción limpia y la relación con el ambiente. En el caso del acero es interesante examinar la evolución de las estrategias que ha seguido la industria en los últimos 40 años. En los años sesenta se crearon departamentos especializados en esta materia para dar respaldo y asesorar a la administración; en la década de los ochenta se pensó que cuestiones como la protección ambiental y la seguridad operacional no deberían dejarse en manos de especialistas de staff, sino bajo la directa responsabilidad de la línea gerencial. Sin embargo, la verdadera revolución llegó con los años noventa, reconociendo la

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relación entre la operación de la planta y el impacto del uso de los productos de acero en el ambiente, es decir, el enfoque había pasado de lo puramente interno al exterior. Así se reconocía que la responsabilidad por el ambiente se extendería no sólo a la propia producción, sino también a la respuesta de los productos siderúrgicos en sus aplicaciones; en el uso del acero es necesario que el diseño de los productos que lo contienen considere ya la forma económica de su reciclado. En Junio de 1992 tuvo lugar la Cumbre de la Tierra donde se aprobó la Agenda 21 que condensa diversas propuestas con relación al ambiente, entre las que hay varias que interesan a la siderurgia: -

protección de la atmósfera; administración de la sustentabilidad de la tierra; conservación de la diversidad biológica; protección y manejo de los océanos y del agua; uso seguro de elementos tóxicos; manejo de residuos peligrosos; manejo de residuos sólidos y aguas negras; manejo de residuos radiactivos.

Interesa examinar con más detalle las etapas del proceso de producción de acero y su responsabilidad en la emisión de contaminantes y en el cumplimiento de la Agenda 21. Así, en el manejo de materias primas las agresiones ambientales residen en el polvo que se levanta en la descarga de estos materiales y más tarde en los acopios, lo que se trata con una adecuada localización y con el riego de los mismos. En el caso de plantas latinoamericanas (Argentina y Brasil), se han instalado sistemas de rociado de agua en los depósitos de carbón y correas transportadoras cubiertas, lo que ha eliminado las emanaciones visibles. En las instalaciones de sinterización las emisiones de gases de combustion (CO, CO2, SOx, NOx) y materiales particulados, son tratados con precipitadores electrostáticos que reducen drásticamente el polvo, mientras que los gases son controlados en el proceso productivo, seleccionando la materia prima. Las emisiones de dioxinas constituyen un tema de principal atención entre los impactos ambientales de las plantas de sinter y se están desarrollando

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nuevos métodos de tratamiento de los gases emitidos para contrarrestar el nocivo efecto de las dioxinas. En las plantas peletizadoras las emisiones más significativas son las partículas y las gaseosas. El agua que se usa es reciclada y tratada para retener los sólidos, aceite y eventualmente metales. En la etapa de reducción por Alto Horno los principales efluentes son partículas de óxido de hierro que se desprenden en la colada y H2S y SO2 en el tratamiento de la escoria y que producen mal olor. Para su limpieza se usan filtros con gas inerte. La escoria producida se trata de varias maneras (enfriamiento por aire o agua, granulado, etc.) y comúnmente se vende a plantas de cemento o para la construcción de caminos. Cuando se realiza el “revamping” o reparaciones a los AH es también una buena ocasión para la instalación de extractores de polvo en la colada. En el caso de las acerías al oxígeno las emisiones de gas y polvo ocurren durante el soplado y contienen especialmente monóxido de carbono y algo de dióxido; los hidrocarburos que se agregan y la humedad natural de la carga genera además alguna cantidad de hidrógeno; la cantidad de polvo depende estrechamente del sistema de soplado y contiene chatarra, escoria y cal. En esta etapa de la producción la cantidad de emisiones responderá a la efectividad de la planta depuradora de gas y de la recolección de gases. Puede usarse gas inerte para reducir hasta la mitad la emisión de humos de óxido de hierro durante la carga y transferencia de metal caliente. En el proceso del horno eléctrico de arco se acostumbra a una extracción primaria para recoger los humos generados en la fundición y un sistema secundario para recolectar las fugas durante la carga, fundición y colada. En Brasil se ha hecho un interesante reciclado del polvo de estos hornos para usarlos como pelets autorreductores. Durante la laminación en caliente los contaminantes se producen en la combustión en los hornos de recalentamiento y son generalmente partículas NOx, SOx, CO, los que varían según el tipo de combustible; estas emisiones pueden disminuirse controlando el proceso de combustión con la ayuda de sistemas computarizados.

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En los procesos finales de laminación en frío, decapado, recocido y revenido las emisiones son sólidos en suspensión, emulsiones de aceite y aerosoles ácidos. Los efluentes que provienen de la combustión pueden ser controlados regulando el proceso, seleccionando el combustible y usando hidrógeno en vez de nitrógeno en el recocido, lo que obliga a prolongar el tiempo de calentamiento. Como se desprende de la relación de los hechos contaminantes en el proceso siderúrgico éstos son tan variados que el enfoque tradicional de solucionar los problemas no se considera efectivo, pues se atacan individualmente y sólo una vez ya producidos. Algunos llegan a sostener que esta limpieza sólo permite mover los contaminantes de un lugar a otro, lo que además de ser ineficiente es cargo. El reconocimiento de que el acero es parte de un ciclo es una contribución notable dentro de la evolución del pensamiento sobre el cuidado del ambiente. Desde luego, una parte del ciclo está al interior de la planta siderúrgica, por lo que dentro de ese ámbito la administración es responsable de minimizar los efectos ambientales, reconociendo el rol de los operadores. Así surge el tratamiento calificado como “sistema de administración ambiental” que procura usar los recursos en forma más eficiente. A medida que ha ido perfeccionándose se ha uniformizado su aplicación en el desarrollo de la serie ISO 14000. Estas normas sirven como standard y como guía. Así la 14001 se refiere al modelo de sistema de administración del ambiente; las 14010 a 14012 a las auditorías ambientales; la 14031 a la evaluación del desempeño ambiental; las 14020, 14021 y 14024 a los distintos tipos de etriquetado ambiental; las 14040 a 14043 al análisis del ciclo de vida y la guía ISO 64 a los aspectos ambientales en normas de productos. Cabe señalar que la única norma certificable es la ISO 14001 y que todas las demás constiuyen herramientas muy útiles para la gestión ambiental. Las ventajas de tal sistema derivan de un uso más eficiente de los recursos, el cumplimiento con la legislación respectiva y una imagen más favorable de la empresa. El sistema debería comenzar con una definición de la política de la empresa siderúrgica respecto al ambiente, para lo cual existe una guía de principios establecidos por la Organización Mundial de Comercio (OMC) y el Instituto Internacional del Hierro y el Acero (IISI). Los objetivos de esas políticas son en

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general minimizar los residuos, la conservación de la energía y la prevención de la contaminación. A menudo se enuncian indicadores tales como rendimiento de las materias primas, consumo energético por unidad producida, metas de contaminantes emitidos, etc. Dentro de un sistema de administración ambiental hay varias herramientas que pueden usarse, algunas de las cuales están en proceso de evolución puesto que su aplicación no tiene mucho recorrido. Una de ella es la evaluación del impacto ambiental que se aplica en los casos de nuevos desarrollos, de ampliación de las instalaciones y que a menudo es un requisito fundamental exigido por las autoridades. Este estudio se realiza en las primeras etapas de estudio de los proyectos y continúa interactuando en las siguientes de diseño, construcción y operación, ya que la influencia puede ser favorable o negativa hacia la región en que se instala. Esta evaluación debe considerar la legislación existente, identificar los puntos ambientales sensibles, determinar las agresiones al medio, evaluar las alternativas posibles de ubicación y de tecnologías y recomendar un programa de recolección de información, monitoreo, revisión y auditoría interna. Otro instrumento es la evaluación y administración del riesgo ambiental que se basa en conceptos de seguridad y que trata de identificar las probabilidades y consecuencias de determinadas operaciones, especialmente accidentes y desarrollar planes de contingencia. Otra herramienta es la que se ha denominado como evaluación de la producción más limpia que analiza los flujos de energía y materiales que entran y salen del proceso, considerando materiales y fuentes energéticas alternativas. Análisis del ciclo de vida.- Un tema de gran importancia en la actualidad y hacia el futuro, es el análisis del ciclo de vida (en inglés Life Cycle Assessment o LCA) que puede definirse como un instrumento de análisis para examinar las consecuencias ambientales de un producto desde la “cuna” hasta la “tumba”. Es decir, que lo que se intenta es evaluar los impactos ambientales desde la extracción de las materias primas necesarias para la fabricación del producto siderúrgico, hasta su disposición final una vez completada su etapa de uso. Esta evaluación comienza con un inventario de los insumos y productos, sus posibles implicancias en el ambiente y la interpretación de los resultados.

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Afortunadamente ya están en estudio tres normas adicionales a la familia de la ISO 14040 que permiten el análisis de esas etapas (14047, 14048 y 14049). Se trata básicamente de un sistema contable para los flujos de materiales y energía basada en propiedades químicas y físicas y su relación con el ambiente. La gran importancia de esta técnica es que permite una disciplina de análisis en los aspectos ambientales en toda la etapa de vida del producto, permitiendo analizar la reducción de costos y la generación de utilidades, así como también ventajas comparativas según métodos de fabricación, uso de fuentes energéticas, etc. Estas herramientas se aplican a diferentes materiales, uno de los cuales es el acero, habiendo otros que son sus posibles competidores en algunos usos, tales como plásticos, aluminios, maderas, etc. Es por esta razón que el IISI se ha involucrado intensamente en estos estudios, habiendo desarrollado un conjunto de datos e informaciones muy útiles para la siderurgia. Un comentario que merece especial atención es lo que se refiere al tema de “cambio climático” y su relación con la producción de acero. En primer término interesa destacar que no hay evidencia científica de la relación existente entre los niveles de dióxido de carbono y la modificación del clima, por lo que se hace necesaria una mayor profundización de esos estudios. Por este motivo, en este preciso momento no hay justificación alguna para introducir impuestos a estas emisiones por parte de la siderurgia, sin embargo, cabe destacar que en los últimos años la siderugia internacional viene realizando importantes esfuerzos en la reducción de su consumo específico de energía, lo cual está íntimamente ligado con la reducción de la emisión de Gases de Efecto Invernadero, principales causantes del cambio climático. Esto, agregado a razones de elemental prudencia, aconseja programas voluntarios de reducción del CO2, como los que se vienen implementando en los sectores siderúrgicos de muchos países. Como se desprende, la investigación en este campo avanza tan rápidamente como la preocupación de la sociedad, por lo que es necesario estar alertas y adelantarse a los problemas ambientales que rodean cualquier actividad industrial y especialmente la del acero.

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Aspecto legal.- El desarrollo legislativo ambiental en el Perú es tema reciente en la medida que el Código del Medio Ambiente y los Recursos Naturales fue expedido el 7 de Setiembre de 1990. Dicho cuerpo normativo ha sido el primer intento en el Perú por sistematizar el tratamiento de la legislación ambiental de manera orgánica, estableciendo un marco dentro del que deben desarrollarse las regulaciones específicas de cada sector. Es a partir del Código que se han definido conceptos tales como Estudio de Impacto Ambiental, Desarrollo Sostenible, Política Ambiental, Patrimonio Natural de la Nación, etc. El concepto de autoridad competente, presente en el Código pero no definido en él, fue establecido a raíz de la promulgación del D. Leg. 757, Ley Marco para el Crecimiento de la Inversión Privada. Dicha norma estableció que la autoridad competente en materia de aplicación de las disposiciones contenidas en el Código son los ministerios de los diversos sectores en que se desarrolla la actividad de los agentes económicos. Este principio ha sido defendido con particular énfasis por las empresas que se ha visto sometidas, en más de una oportunidad, a casos de doble imposición de multas con motivo de comisión de infracciones a la normatividad ambiental. La necesidad de establecer los límites máximos permisibles por cada autoridad resulta evidente del hecho de que de otra forma resultaría imposible determinar efectivamente lo que constituye actividad contaminante. En efecto, no existe actividad humana que de una forma u otra no implique una modificación del entorno en que se desenvuelve. Considerar contaminación a toda esta actividad implicaría en la práctica la imposibilidad de ejercer cualquier actividad económica, pues, de hecho, ésta supone la existencia de alguna clase de desperdicio del que tiene que disponerse de una u otra forma. El establecimiento de límites máximos permisibles o –como ocurre en el sector manufacturero- patrones ambientales con alcance más amplio que los primeros es un requisito básico para que la actividad económica se realice de manera sostenible,

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manteniendo un equilibrio entre el aprovechamiento efectivo de los recursos y la conservación de éstos de modo que puedan ser utilizados por las futuras generaciones. En forma posterior a la definición del concepto de autoridad competente, se creó mediante Ley N° 26410 el Consejo Nacional del Ambiente (CONAM) a cargo de la Presidencia del Consejo de Ministros y que, entre otras, tiene la finalidad de velar por la consistencia de la regulación ambiental de cada sector, así como resolver los conflictos de competencia que pudieran plantearse entre las diversas entidades del sector público. De esta función de uniformizar y estandarizar la legislación de orden ambiental es que se expidió la Ley de Evaluación de Impacto Ambiental para Obras y Actividades, Ley N° 26786, mediante la que igualmente se modificó el Artículo 51° del Decreto Legislativo 757, en el sentido que la autoridad ambiental competente debe comunicar a CONAM la relación de obras y actividades que, por su riesgo ambiental, deben presentar estudios de impacto ambiental previos a su ejecución. La norma estableció, asimismo, que debían proponerse al CONAM los requisitos para la elaboración de dichos estudios, así como el trámite par su aprobación y las demás normas referidas al impacto ambiental. Todas estas propuestas deben ser aprobadas por el Consejo de Ministros mediante decreto supremo. Finalmente, el Ministerio de Industria, Turismo, Integración y Negociaciones Comerciales Internacionales expidió el Decreto Supremo N° 019-97lITINCI, mediante el que se ha establecido un esquema similar al previsto por el sector energía y minas para los subsectores a su cargo. Así, se tiene que las empresas ya en operación deberán presentar un PAMA, mientras que las que iniciarán operaciones deben presentar un EIA. En el caso de aquellas actividades con un impacto ambiental marginal se prevé la presentación de una Declaración de Impacto Ambiental (DIA). El EIA es exigible, de acuerdo con la norma, para los proyectos que pudieran ocasionar los niveles de riesgo ambiental previstos en el Artículo 14° de la misma, niveles que deberán ser definidos y precisados mediante las guías previstas en la primera disposición complementaria de la norma.

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La aplicación de este dispositivo reviste la dificultad de estar referida a un sector cuyos múltiples subsectores difieren grandemente entre ellos. Es por esta razón que existe la intención de iniciar su ejecución de manera progresiva, comenzando por cuatro subsectores que ya han sido indentificados. La atención puesta sobre el tema ambiental, no es una tendencia aislada, por el contrario, obedece a lo que ha venido a denominarse una megatendencia por la que los que los países buscan lograr un desarrollo sostenible y un mejor manejo de los recursos naturales. La reunión sostenida en Kyoto, Japón, por delegados de 167 países en la denominada Tercera Conferencia, sobre el Cambio Climático, tuvo como finalidad obtener, por parte de los países participantes, un real compromiso de disminución de las emisiones de gases con efecto invernadero. En consecuencia, podemos apreciar cómo el mundo entero se orienta a adoptar acuerdos destinados a lograr la preservación ambiental. Problemas como el calentamiento de la Tierra, la lluvia ácida y la destrucción de la capa de ozono han originado una búsqueda, por parte de los Estados, de soluciones que armonicen el desarrollo y la preservación ambiental.

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