Una acería es una fábrica que se utiliza para producir acero en grandes cantidades en forma de productos semiacabados. En general, hay dos tipos de acerías: acerías eléctricas que producen acero a partir de chatarra reciclada y acerías de oxígeno que trabajan a partir de hierro líquido producido por un alto horno .
Así como la historia de la producción de acero comienza antes que la de la industria del acero , el término "acería" es anterior a los procesos de la Segunda Revolución Industrial . Por lo tanto, podría usarse para designar fábricas que producen acero natural o acero al crisol . Pero el acero fundido obtenido con el convertidor tenía que distinguirse de los hierros obtenidos por martillado (en particular los hierros encharcados ), y la terminología reservaba entonces el término "acería" para las fábricas modernas basadas en los procesos Bessemer , Thomas y Martin . Siemens .
Dado que todos los procesos de refinación anteriores a los convertidores implicaban martilleo o manipulación repetidos de piezas de metal, las fábricas que las operaban se denominan " forjas ". En el XVIII ° siglo, forjas, por tanto, son plantas donde martilleo sirve como el refinado de metales en su diseño . En el momento de la desaparición de estos procesos de refinación por martilleo, el término “forja” sufrió un cambio semántico : sólo designa la conformación del acero procedente de acerías.
El término "acería" ahora permanece directamente relacionado con el refinado de metal fundido. Por tanto, las fábricas que funden chatarra de hierro en un horno de arco eléctrico también son acerías.
Las últimas décadas han visto crecer las herramientas para reducir el impacto económico de las pérdidas de calor, el consumo de materiales refractarios y el coste de la mano de obra. Desde la generalización de los convertidores de oxígeno y la colada continua a finales de la década de 1970, el progreso se ha centrado principalmente en el control de costes (no calidad, falta de fiabilidad, dosificación , consumo de aditivos de aleaciones ...) y la mejora de la flexibilidad (adaptación al precio de la chatarra). , energía, producción de nuevas aleaciones, etc.)
En el caso de una producción de acero a partir de fundición líquida, generalmente contamos con las herramientas:
Si el acero se obtiene a partir de chatarra reciclada, las herramientas de desulfuración y descarburación se sustituyen por un horno de fusión eléctrico que vierte el acero líquido en las bolsas de acero.
Al ser algunas aleaciones incompatibles con la solidificación por colada continua, se practica entonces la colada de lingotes .
Los principales productos que utiliza una acería son:
Generalmente se encuentra allí:
En ocasiones, la desulfuración se considera un taller dependiente de los altos hornos . De hecho, al ser la reacción química más eficaz a baja temperatura, se lleva a cabo sobre hierro fundido líquido, que es menos caliente que el acero líquido. Sin embargo, es habitual realizar una desulfuración adicional en el taller de metalurgia de cuchara .
El papel esencial del convertidor es quemar el carbono del hierro fundido para llegar a un acero líquido. Pero en este reactor tienen lugar sucesivamente una serie de reacciones químicas:
El fósforo y el manganeso provienen del mineral de hierro . El abandono de minerales de fósforo (como Minette Lorraine ) redujo la importancia de la desfosforización sin hacerla desaparecer. El manganeso es apreciado como elemento de aleación (su presencia explica la calidad de ciertos aceros históricos): hay que evitar su combustión.
Convertidor de oxígenoLas dos primeras reacciones de combustión en un convertidor son combustiones muy exotérmicas. Históricamente, el oxígeno provenía del aire que soplaba en la base de los convertidores Bessemer y Thomas . Pero el gran volumen de nitrógeno que también se sopló enfrió el acero.
Para evitar la adición de nitrógeno, un elemento fragilizante, se desarrollaron convertidores de oxígeno puro en la década de 1970. El calor de la combustión del silicio y el carbono llevó a la adición de chatarra como elemento refrigerante. El bajo costo de la chatarra, que puede representar una cuarta parte de la carga del convertidor, también permite reducir el precio final del acero producido. Esta innovación provocó la desaparición de los hornos de reverberación inventados por Carl Wilhelm Siemens y Pierre-Émile Martin .
HornoSurgida en la década de 1960, la producción de acero a partir de chatarra recuperada fundida en un horno eléctrico fue planteada como modelo técnico-económico por Nucor en los Estados Unidos . Una canasta cubierta con ladrillos refractarios se llena con chatarra, que se vuelve a fundir mediante un potente arco eléctrico. El arco es generado por 3 electrodos de grafito alimentados con corriente alterna, o algunas veces por un solo electrodo que opera con corriente continua.
Ventajas :
Desventajas :
La metalurgia del acero líquido apareció cuando pudimos eliminar el fósforo presente en el mineral de hierro, soplando acero en presencia de cal en convertidores Thomas
Metalurgia de bolsillo o metalurgia secundaria (de) , aparecía cuando las aleaciones se desarrollaban volviéndose demasiado complejas para ser realizadas en un solo reactor, el convertidor. La producción del acero líquido se finaliza después de que se haya vertido desde el convertidor (o desde el horno eléctrico) a la cuchara. El objetivo es entonces:
Hemos visto que la escoria puede eliminar el azufre del hierro fundido. En el convertidor, una escoria rica en cal también elimina el fósforo . En estos casos, la escoria se aísla de la superficie del baño después de que se completa la reacción química de metal líquido - escoria.
La escoria también puede absorber las inclusiones de óxidos disueltos en el metal, generalmente resultantes de la sedimentación. Para ello, es fundamental controlar su composición, para que sea reactivo. Un alto contenido de cal, por ejemplo, hace que la escoria sea básica, lo que es favorable con respecto a las inclusiones de alúmina. Sin embargo, esta escoria también debe proteger los ladrillos refractarios ... el ajuste de las escorias es por tanto un compromiso.
Algunos óxidos de escoria, como el FeO, pueden oxidar las adiciones de aleaciones como el titanio , el aluminio , el boro ... En este caso, estos elementos de aleación se consumen, y por tanto se desperdician, antes de llegar al metal líquido. Demasiada escoria, o la oxidación de la escoria mal controlada es, por tanto, prohibitiva en este caso.
Las herramientas asociadas con el tratamiento de la escoria generalmente consisten en un "rastrillo" para "desnatar" la escoria que flota sobre el acero líquido. Las tolvas permiten la adición de productos destinados a constituir o modificar la escoria.
Herramientas de vacíoA veces hablamos de desgasificación, el comportamiento del acero líquido en el vacío es similar al de una botella de bebida carbonatada que se abre de repente. Además de la expulsión de los gases disueltos, el paso al vacío favorece los equilibrios químicos ligados a la desulfuración, a la descarburación ... Generalmente se utilizan dos herramientas para pasar el acero líquido al vacío (valor que puede ser inferior a 1 mbar ):
Estas dos instalaciones a veces están equipadas con una lanza de oxígeno destinada a recalentar el acero por aluminotermia (proceso de soplado de oxígeno ).
Estación de preparación y sombreadoEl sombreado (adición de elementos de aleación) se puede realizar en el convertidor, una vez finalizado el ciclo de descarburación. Dada la variedad de grados de acero que se producirán y las limitaciones asociadas con la disolución de los elementos de aleación, esta práctica tiende a desaparecer. Generalmente, la gradación del acero líquido se realiza con herramientas específicas, en varias etapas:
En general, se respeta el orden anterior. Debe entenderse, sin embargo, que la sedimentación solo es realmente necesaria si el acero se solidificará mediante colada continua . La fundición de lingotes permite la solidificación del acero de desbaste, el acero efervescente , libre de impurezas, porque los óxidos creados por el calmage no flotan a toda la escoria. Además, la solidificación induce la desgasificación del oxígeno disuelto que, a medida que asciende a la superficie, limpia y agita el acero todavía líquido.
También es posible pasar a través de una herramienta de vacío . Si la función de esta herramienta es perfeccionar la descarburación iniciada en el convertidor, este paso debe realizarse antes del asentamiento. Si el objetivo es la deshidrogenación o desnitruración , este paso llegará una vez que se alcance la composición química final.
La mezcla se realiza en cuanto agregamos los elementos de aleación . Puede ser neumático: luego se inyecta argón con una lanza sumergida oa través de los ladrillos refractarios que recubren la bolsa. La agitación también puede ser electromagnética.
El papel de la escoria nunca debe descuidarse durante la fase de adición de los elementos de aleación. De hecho, puede interrumpir la operación al:
La colada continua requiere típicamente temperaturas del acero de aproximadamente 30 ° C por encima de la aleación liquidus . Los medios de calentamiento son el horno de bolsillo eléctrico o un proceso químico como la aluminotermia . También es posible trabajar muy caliente todo el tiempo, de modo que solo se enfríe a la temperatura adecuada en el último momento.
Caja de aceros inoxidablesLos aceros inoxidables tienen un alto contenido de cromo y níquel y un contenido de carbono muy bajo (menos de 100 mil) lo que elevará significativamente la temperatura de liquidez del acero fundido (más allá de 1700 ° C ). Los mejores balances químicos de escoria metálica requieren temperaturas aún más altas que las que los ladrillos refractarios no pueden soportar. Por eso trabajamos con escorias muy cargadas de óxidos de cromo, que son reprocesados y reutilizados.
La colada continua es la herramienta para solidificar el metal. El bolsillo de acero se coloca sobre un pivote, que tiene dos brazos, para acomodar dos bolsillos y, por lo tanto, fluye de forma continua. El metal fluye a través del canal de fundición hacia un distribuidor que lo distribuirá en dos líneas de fundición. Al salir del distribuidor, el metal llega a la lingotera que le dará su forma final ( losa , flor , palanquilla , etc.) enfriando con agua. Al final de la línea, la losa se corta a la longitud deseada mediante oxicorte y luego se procede a enrollar .
Fundición de lingotesLa fundición de lingotes es el antepasado de la fundición continua. Ya casi no se utiliza, salvo piezas unitarias (forja libre).
Aunque no es muy contaminante (especialmente si se compara con la planta de coquización y la planta de aglomeración que a menudo se asocian con las acerías de conversión), una acería moderna genera frecuentes columnas de "humo rojo", polvo de óxidos de hierro , particularmente visible y desordenado. En la década de 1970, el abandono de los convertidores Thomas (que genera 3 veces más humo que el de oxígeno) y Martin (que debe ser calentado por la combustión de un gas) en favor de los convertidores de oxígeno equipados con una recuperación de humos para hacer gas, fue un avance significativo. Asimismo, la limpieza de los hornos eléctricos se ha vuelto sistemática.