El hierro es un elemento químico de número atómico 26 situado en el grupo 8 de la tabla periódica de los elementos. Su símbolo es Fe.

Este metal de transición es el cuarto elemento más abundante en la corteza terrestre, representando un 5% y, entre los metales, sólo el aluminio es más abundante.

Igualmente es uno de los elementos más importantes del Universo, el núcleo de la Tierra está formado principalmente por hierro y níquel, generando al moverse un campo magnético. Ha sido históricamente muy importante, hasta hay un período de la Historia que recibe el nombre de "Edad de Hierro".

Es un metal maleable, tenaz, de color gris plateado y presenta propiedades magnéticas; es ferromagnético a temperatura ambiente.

Se encuentra en la naturaleza formando parte de numerosos minerales, entre ellos muchos óxidos, y raramente se encuentra libre. Para obtener hierro en estado elemental, los óxidos se reducen con carbono y luego es sometido a un proceso de refinado para eliminar las impurezas presentes.

Fundamentalmente se emplea en la producción de aceros, consistentes en aleaciones de hierro con otros elementos, tanto metálicos como no metálicos, que confieren distintas propiedades al material.

El hierro es el metal más usado, con el 95% en peso de la producción mundial de metal. Es indispensable debido a su bajo precio y dureza, especialmente en automóviles, barcos y componentes estructurales de edificios.

 

 

 

 

 

 

No son demasiadas las empresas dedicadas a extraer el mineral de hierro en el mundo. No es por ser poco rentable o se necesite un conocimiento complejo, sino porque son pocos los minerales usados comercialmente como fuente de hierro, siendo que es el elemento con mayor distribución en la corteza de la Tierra con mas del 4% del total. La razón es la cantidad de metal que cada mineral contenga.

El hierro puro se encuentra en la naturaleza raras veces. Los minerales de hierro son mayormente combinaciones de hierro y oxigeno (oxido de hierro) y hierro y azufre (sulfito de hierro). Los minerales de hierro siempre tienen mezclas de minerales como la cal, óxido silícico, arcilla, alúmina, las cuales se traspasan a la escoria en el proceso del alto horno. La factibilidad económica de separar el hierro de estas matrices y de las impurezas determina si un cierto volumen o unidad de minerales ferríferos puede o no considerarse un yacimiento de hierro. Cuanto más grande es el contenido de hierro de un mineral tanto mas económica es la ganancia del hierro bruto.

Los minerales de hierro más importantes son:

 

-                     Magnetita (Fe3 O4). Con un contenido de hierro de 40 hasta 70%. Existe en Suecia, Norte y Sudamérica, y en Montes Urales (cadena montañosa de Rusia y Kazajstán, que ocupa unos 2.410 Km. desde su límite norte en el océano Ártico hasta su límite sur en el mar Caspio y es considerada la barrera que separa Europa de Asia).

-                     Hematita roja (Fe2 O3). Contenido de hierro 40 hasta 60%. Existe en Alemania. Los mas grandes yacimientos están en Norteamérica, también hay grandes cantidades en España, África del Norte, Don (Rusia) e Isla Elba (Italia).

 

-                     Hematita parda (oxido de hierro con contenido de agua 2FeO3 + 3H2O). Es el mineral de hierro mas conocido. Contenido de hierro hasta 50%. Existe en Alemania, España y África del Norte. Como excepción se encuentra la hematita parda con 28 hasta 37% de hierro y desde 0,3 hasta 0,6% de fósforo en Luxemburgo y Lorena (Francia).

-                     Hematita espática (espato de hierro FeCO3). Contenido de hierro 30 hasta 40%. Se encuentra en Carintia, Estiria y en Siegerland (Alemania).

-                     La Hematita carbónica, con mezcla de arcilla y alúmina carbón, se encuentra, además de los lugares antes mencionados, también en el Sarre y Silesia (Polonia).

 

Sin duda que la calidad y composición de la mina depende fuertemente de su región geográfica y también del periodo o edad geológica en que se formo. Es decir el ambiente geológico influye fuertemente en el tipo y calidad del mineral extraído.

Con el avance en métodos de beneficiamiento como concentración y aglomeración, la variedad de materiales posibles de ser explotados que contienen hierro pudo ser ampliado a los de bajo grado, lo que en tiempos anteriores era imposible. Estos métodos no solo ayudan a obtener concentrados de minerales de bajo grado (taconita (plomo y hierro), pirita (azufre y hierro), etc.), sino que también son usados para mejorar el hierro de alto grado controlando su tamaño particular y reduciendo el contenido de la ganga en éste mismo.

Las formaciones de hierro primario de las cuales la mayor cantidad de hierro comercial circulante proviene, representan reservas de hierro casi ilimitadas. Este hierro es recuperable entre 25 y 35% y se presenta en forma de hematita o magnetita, las que requieren de un proceso de molido muy fino, considerando que son materiales muy duros. Esto ha llevado últimamente a la obtención de pelets y sinters de alta calidad.

 

 

 

 

 

 

Existen diferentes métodos usados en el descubrimiento de minas y yacimientos de mineral de hierro. Están las técnicas geofísicas basadas en la instrumentación, perforación y otros métodos de estudio geológico tales como el mapeo, que se basa en las medidas contrarrestadas entre el mineral y sus rocas circundantes usando propiedades físicas como el magnetismo y densidad de ellas.

También existe el magnetómetro moderno usado para determinar la fuerza del campo magnético de la tierra o su componente vertical en cualquier punto. La forma del campo magnético de la Tierra no es uniforme debido a irregularidades producto de variaciones en la forma y composición de la corteza terrestre y capa superior. Las variaciones detectadas en menor escala son producto de disturbios magnéticos causados por concentración de material magnético cercano a la superficie y es aquí donde se deben buscar nuevos depósitos.

Las investigaciones magnéticas también ayudan y consisten en rastrear aéreamente mediante el magnetómetro los posibles depósitos. Esto se hace mediante el uso de un helicóptero, por ejemplo, y es una técnica que nació en la Segunda Guerra Mundial como método de rastreo de submarinos enemigos. Los datos obtenidos son inscritos como un ploteo y son mapeados con líneas que conectan puntos de igual densidad magnética. Los patrones de estos mapas indican que donde existen anomalías magnéticas producto de variaciones del campo magnético de la tierra, podrían dar indicios a un posible yacimiento, luego de investigaciones más detalladas, mediciones gravitacionales, estudios electromagnéticos y otras técnicas geofísicas.

Por supuesto no se dejan de lado las técnicas de taladro debido específicamente a los mejoramientos recientes en las técnicas de la perforación de núcleo que permiten obtener muestras de calidad. Para lo anterior se emplean taladros de diamante y mezclas de éste según la dureza de la superficie de muestra. También son ayudados por el movimiento rotatorio penetrante y la circulación en reversa, que permiten una rápida penetración con toma de muestras bastante efectiva.

 

 

 

 

Con la creación en 1969 de la empresa estatal Hierro Patagónico Sociedad Anónima Minera (Hipasam) conformada por Fabricaciones Militares, el Banco Nacional de Desarrollo y la provincia de Río Negro, la ciudad de Sierra Grande comenzó a crecer al calor de la producción siderúrgica nacional. El proyecto inicial de Hipasam preveía la contratación de 700 trabajadores para extraer el mineral, y en la planta de Punta Colorada (ubicada a 28 kilómetros sobre la costa), convertirlo en 2 millones de toneladas de pellets al año. En este esquema, se preveía que todo el producto de Hipasam fuera destinado a los hornos de Somisa, la gran planta siderúrgica estatal ubicada en la ciudad de San Nicolás.

En la campaña electoral de 1989 el ex presidente Carlos Menem prometía en uno de sus discursos que desde el socavón de la mina de Sierra Grande empezaría la revolución productiva argentina. Menos de un año más tarde, la sanción de la ley de reforma del Estado, la apertura económica y la privatización de la empresa Somisa alteraron profundamente la morfología del mercado siderúrgico argentino. Para Sierra Grande esa decisión implicó el cierre de Hipasam que por entonces empleaba a 1.300 empleados y procesaba no más de 600.000 toneladas de pellets. Los últimos 10 años de la historia de esta ciudad estuvieron signados por los pedidos a gritos de reactivación, trabajo y comprensión por parte del Estado nacional.

En septiembre de 1991 la ciudad de Sierra Grande fue protagonista de una de las primeras "puebladas" del país. Todos los estudiantes secundarios de la ciudad hicieron una sentada en la escuela técnica pidiendo que no se cerrara la empresa mientras las mujeres de los mineros encabezaban el corte de la ruta nacional Nº 3 y los obreros reclamaban en Buenos Aires que se mantuviera su fuente laboral. Sus reclamos no tuvieron respuesta e Hipasam fue cerrada definitivamente en enero de 1992, a pesar de la promesa electoral del ex presidente Menem. En el año 1993 la vacía mina subterránea más grande de Latinoamérica pasó a manos de la provincia con el nombre de Hierro Patagónico Rionegrino Sociedad Anónima (Hiparsa).

Los proyectos de reactivación de la mina y la posibilidad de explotar comercialmente la piedra caliza jamás se convirtieron en realidad. En la actualidad, en los 96 kilómetros de túneles y en Punta Colorada sólo hay unos 50 trabajadores encargados del mantenimiento de las instalaciones. Con el cierre de la mina de la empresa en 1992 Sierra Grande se convirtió en un enclave de máxima necesidad social. Los últimos datos disponibles señalan que en la última década se perdieron más de 2.000 puestos de trabajo, 4 de cada 10 trabajos actuales corresponden a la administración pública, la población se redujo a la mitad con respecto a la población existente en 1991 y la desocupación alcanza el 31%. A lo largo de la última década los pobladores de Sierra Grande vieron frustrados muchos proyectos económicos: desde la instalación de la zona Franca hasta la apertura de la planta de soda Solvay en la cercana localidad de San Antonio. En estas condiciones, la única alternativa parece estar relacionada con la explotación de la actividad turística: la ciudad goza de una importante variedad de recursos naturales. La original idea del turismo minero y la apertura del balneario de Playas Doradas son dos opciones. El turismo minero surge cuando un sector de la mina fue concesionada a una empresa privada para la explotación del turismo aventura. Sin sufrir problemas climáticos, los turistas llegan y recorren los túneles inundados y oscuros para saber cómo era la vida bajo tierra y tocar el hierro natural incrustado en las paredes de la mina subterránea más grande de América Latina.

El viaje, bautizado con el nombre de "un viaje al centro de la Tierra", consiste en un descenso a 70 metros de profundidad que este año atrajo a más de 10.000 personas de todo el mundo. El 19 de octubre pasado la ciudad de Sierra Grande cumplió sus 98 años de vida en una situación donde las promesas incumplidas sostienen los sueños de sus habitantes que siguen buscando nuevas alternativas económicas. La opción del turismo minero apuntalado con el balneario de Playas Doradas, la construcción de la cárcel para 450 presidiarios y la llegada del fondo de reparación histórica puede provocar el despegue definitivo de los serranos.

 

 

 

 

 

 

Para utilizarse en el alto horno, se requiere procesar el mineral o concentrados de modo que alcancen las especificaciones físicas y químicas necesarias. Hace dos décadas el mineral era clasificado por los productores para cumplir estándares de estos hornos que demandaban composiciones especiales químicas y particulares como también de estructura. Con el avance de técnicas de concentración y peletizacion esto se ha tornado más fácil. Las empresas comercializadoras de mineral alcanzan estos requerimientos mediante la obtención e intercambio con otros minerales. La uniformidad, por ejemplo, ha obligado al uso de sistemas de mezcla y aleaciones involucrado la formación sistemática de capas en las pilas de almacenamiento o consumo mediante el corte transversal de estas capas. Lo anterior es usado para preparar una alimentación uniforme para la operación de modernas plantas de sinterización.

El termino “beneficiamiento” con respecto al mineral de hierro se emplea comúnmente para designar todos aquellos métodos usados para procesar el mineral con objeto de mejorar sus características químicas, físicas o metalúrgicas de modo de desarrollar una mezcla mas deseable para alimentar el horno. Algunos de estos métodos son:

 

Consiste en darle al mineral un tamaño apropiado para ser cargado en el alto horno, el que, actualmente, requiere de la trituración y tamizado de las granzas de carga directa al horno de un tamaño mas fino que 6 mm. y con más de 30 mm. de grueso bruto. El tamaño se selecciona basado en las características del material de modo que asegure una alta permeabilidad en el apilado y permita el tiempo suficiente para la reducción del material bruto. Los finos de menos de 6 mm. producidos mediante este método son generalmente aglomerados mediante sinterización e incluso a veces regenerados o reconstituidos y paletizados.

 

La mezcla sofisticada combinada y algunas facilidades para su carga son ahora muy comunes, lo que ayuda a elaborar insumos que ignoren y cumplan la calidad requerida y los estándares que la industria necesita. Los sistemas mas utilizados son los de apilamiento, que significan el agrupamiento en capas del mineral, donde cada capa representa mineral que varia en tamaño y composición químicas de las que le preceden y anteceden. El mineral se retira mediante grúas y excavadoras, cargadores frontales y otros. El retiro del mineral de esta pila resulta en la obtención de material con mezcla uniforme proveniente de todas las capas.

 

Además existe el “beneficiamiento” de mejorar la calidad del hierro de bajo estándar al despachar y enarcar este mismo. Por ejemplo, la formación natural de las reservas provoca capas de casi puro oxido de hierro mezclados con capas de sílice parcialmente descompuestas. El mineral de las capas de sílice puede ser fácilmente mejorado mediante técnicas simples de lavado donde las partículas finas de sílice pueden ser separadas de las mas pesadas, densas y demás.

 

 

Este método es el proceso más simple de concertación de mineral que aprovecha la alta gravedad específica y tamaño bruto del mineral para separarlo de la ganga silicosa más fina y liviana predominante en forma de cuarzo y arcilla. Se prepara el mineral para ser lavado en dos etapas mas finas que 50 mm. El mineral es alimentado a lavadores especialmente diseñados que se encargan de agitarlo intensamente mediante sus paletas que en combinación con el flujo contrapuesto del agua, remueve la sílice fina de este, dejando un producto residual muy rico en hierro.

 

 

Algo mas complejo es el de agitación, usado en el mineral con características mas refractarias que requiere de quiebre para remover las capas e sílice. Consisten estos instrumentos de agitación, generalmente, en pantallas horizontales que alojan una cama de 15 a 25 cm. de profundidad. Mediante la acción pulsante del agua, acción impartida a través de una bomba oscilante o mediante el movimiento físico hacia arriba y debajo de la propia pantalla, el mineral entrante a esta es estratificado. Al caer el mineral, el movimiento pulsante permite que las partículas de sílice más livianas suban a la parte alta de la cama mientras que las partículas más ricas en hierro bajen a la base.

 

Existen también otros medios de beneficiamiento como el de Separación de Medios Pesados, el Espiral, la Separación Magnética húmeda de Alta Intensidad y el Cono Reichert.

 

 

El proceso es productivo se inicia con la extracción del mineral de hierro desde las minas en el norte de nuestro país.

Si el mineral posee bajo contenido de impurezas (principalmente fósforo y azufre), puede ser utilizado para carga directa a altos hornos, requiriendo solo tratamientos de molienda y concentración. Este es el caso de Mina El Romeral. Si, por el contrario, el contenido de impurezas es relativamente alto, se realiza también la molienda y concentración, pero requiere además de un proceso químico de peletizacion, donde se reducen significativamente dichas impurezas.

Este es el caso de las minas los Colorados y El Algarrobo, en que el mineral se transporta por vía férrea hacia la Planta de Pellet de Valle del Huayco.

 

La aglomeración de ferrominerales se origino en la necesidad de aprovechar los finos, de menos e ¼”, que se producían en el tratamiento y transporte de los minerales. Los principales procesos de aglomeración son la sinterización y la peletizacion.

 

 

Fue el primero de los procesos de aglomeración empleados en siderurgia. Se realiza en las mismas plantas siderurgicas debido a que permite utilizar los finos producidos en ellas por manipulación y cribado de los minerales de hiero, así como productos recuperados del proceso siderúrgico mismo (polvos de gases del tragante, cascarilla de laminación, etc.). Además el sinter producido es un mineral poco apto para soportar un transporte a larga distancia y las manipulaciones consiguientes, por ello las plantas de sinterización se emplazan próximas a las siderurgias.

La sinterización trata de preferencia el rango de partículas entre 12 mm. y 100 micrones o 0,1 mm. A estas partículas de ferrominerales se les agrega carbón o coque fino, obteniendo una mezcla homogénea, a la que también se adiciona a menudo cal, resultando en tal caso sinter autofundente o superautofundente, según tenga parte toda necesaria en el alto horno para la formación de la escoria. La mencionada mezcla de partículas finas de ferrominerales, coquecillo y eventualmente cal, es cargada en un tren continuo de bandejas; aquí se les aplica llama directa para iniciar la ignición, la que –luego que la bandeja abandona la zona de llama directa- es continuada por autocombustion de la mezcla gracias al coquecillo y a la succión que se provoca a lo largo del recorrido de las bandejas mediante aspiradores. La combustión de las partículas minerales, obteniéndose finalmente una torta porosa de sinter, que se tritura al tamaño más usual requerido por los altos hornos, entre 5 y 20 mm.

 

El método de sinterización mas generalizado es el de Dwiight-lloyd de tren continuo de bandejas con ignición directa y succión sucesiva. Ya prácticamente no se emplea el proceso discontinuo Greenawalt.

 

 

Muchos ferrominerales exigen un tratamiento y concentración que obliga a moler muy finamente, debido a que la parte estéril esta íntimamente entremezclada con las porciones ferriferas, y el tamaño de liberación de estas es inferior a los 100 micrones. Ello hace que los productos de a concentración de tales ferrominerales no sean aptos para la sinterización. La mayor parte de los yacimientos ferriferos de Estados unidos y Canadá consiste en taconitas, que ya vimos son finas alternancias de partes silicificadas con banditas ferriferas, cuya concertación produce partículas bajo 100 micrones. Igual ocurre con los itabiritos en Brasil y su equivalente, las cuarcitas ferruginosas en Venezuela. El desarrollo del proceso de peletizacion permitió superar esta situación. En dicho método el mineral en bruto pasa por un proceso de concentración que llega hasta el tratamiento de las partículas finas, molidas de barras y de bolas. La pulpa obtenida es sacada en filtros, que la dejan con aproximadamente 9% H2O. El material se mezcla con pequeñas cantidades (± 2%) de aditivos ligantes –que usualmente son bentonita o cal hidratada- y pasan a una de las etapas principalmente de la peletizacion, que es la formación de pelets verdes o crudos, lo que se logra alimentando el material a discos inclinados, de 5 ½ a 7 ½ m de diámetro, y que giran provocando que el material, al caer rodando, forme pelotas, las que se seleccionan de modo que aquellas del orden de 10 a 16 mm. se alimentan a la etapa siguiente, que es el quemado.

También se pueden formar los pelets verdes en tambores de unos 4 m de diámetro por 10 m de largo, que están ligeramente inclinados y que rotan formando en su interior las bolas.

La etapa que sigue –la cocción o quemado de los pelets verdes- es la que mas diferencias presenta en los diferentes métodos comerciales, que son parrilla móvil recta; parrilla móvil recta-horno rotatorio (grate-kiln); horno vertical; parrilla móvil circular.

 

 

Es el método mas empleado en el mundo y también en América Latina. Su diseño más común es el Lurgi-Dravo. Permite tratar pelets verdes de cualquier ferromineral, ya sea hematitas, magnetitas o mezclas. La parrilla misma esta formada por un conjunto de carros o bandejas con barras como piso, que están unidos y se mueven en circuito cerrado avanzando a lo largo del horno y retornando en posición invertida luego de haber descargado los pelets ya endurecidos por la cocción.

El área útil –o sea a lo largo del horno- varia desde 160 a 700 m², con capacidades de hasta 5 millones de toneladas de pelets por año.

Los pelets verdes se cargan en las bandejas de las parrillas, sobre un lecho inferior de pelets ya conocidos para proteger así las barras contra las altas temperaturas y mejorar también la distribución de los gases ascendentes. Luego los pelets pasan sucesivamente por las zonas de secado primario, secado secundario, prequemado, quemado, postquemado, enfriamiento primario y finalmente enfriamiento secundario. La fuente de calor para el proceso de quemado por lo general son quemadores de petróleo o gas natural, aunque se están ensayando las posibilidades de quemar con carbón pulverizado. En la etapa de quemado se alcanzan temperaturas del orden de los 1.320 – 1.370ºC. El flujo de gases es diseñado de tal modo que tienda a un consumo mínimo de energía.

 

 

 

 

En esta modalidad la parrilla móvil es semejante a la anterior, pero mas corta y solo comprende las etapas iniciales incluso hasta el prequemado; luego se tiene un horno rotatorio en que se efectúa el quemado propiamente.

El horno rotatorio gira a unas 2 r.p.m., esta inclinado levemente (5%) y en su extremidad inferior tiene el quemador: petróleo, gas o carbón pulverizado.

El atractivo de dividir el endurecimiento de los pelets verdes en dos operaciones separadas, es que se pueden sacar y prequemar en una parrilla móvil, que, por ser más corta, es relativamente de bajo costo, lográndose luego gran uniformalidad de quemado en el horno rotatorio.

Unas de las primeras dificultades en la poracion de este sistema era lograr tener pelets prequemados, al final de la parrilla recta, de suficiente resistencia para soportar la transferencia al horno rotatorio. La facturación en esta transferencia producía polvo fino, que se pegaba en las paredes del horno, formando anillos que obstruían finalmente la operación. Se ha superado esta dificultad con un mejor diseño, pero en el caso de pelets autofundentes (con aglomerante de cal) se deben usar quemadores auxiliares en el tramo final de la parrilla.

La ventaja de este proceso es la gran uniformalidad de calidad e los pelets. Una desventaja es que los pelets adquieren una superficie mas compacta que daría menor reductibilidad de ellos en altos hornos o reducción directa. Un componente inesperable de sistema es el enfriador anular.

 

 

 

 

 

 

 

Este proceso solo se presta para pelets de ferrominerales magnéticos. Es un proceso muy empleado en Estados Unidos y Canadá. Su primera planta en América Latina será la que pondrá en marcha HIPASAM, en Argentina, hacia 1978. Los hornos son de sección rectangular de 2 metros de ancho por mas de 4 metros de largo (actualmente se tiende a 6,4 m de largo). Su altura es de unos 13 – 18 metros. La alimentación a cada horno es de unas 60 t.p.h., significando una producción de alrededor 1.000 t/día de pelets. El tiempo de permanencia es de poco menos de 4 horas, con una velocidad descendente de la carga de unos 433mm/minuto. El calor agregado al proceso proviene de la combustión de petróleo en dos cámaras de combustión cilíndricas o rectangulares, manteniéndose la temperatura de combustión cercana a los 1.290ºC. Los gases entran por una serie de aberturas en las cuatro paredes del horno y a unos 2,6 m bajo la parte superior del mismo. En esta zona los pelets alcanzan temperaturas sobre 1.300ºC, lográndose la diferencia entre estas temperaturas y los 1.290ºC de la combustión, gracias a la oxidación exotérmica de la magnetita que pasa a hematita. El gas de salida en la parte superior del horno tiene unos 150ºC; la gradiente calórica es muy brusca, ya que se alcanzan los 1.320ºC hasta descender bajo las entradas de los gases de combustión. Luego se van enfriando a medida que descienden más.

Las ventajas de esta modalidad son la simplicidad de diseño, bajo consumo de combustible, menor inverso por toneladas respecto a los otros métodos y menos costo por manutención. Entre sus desventajas están la imposibilidad de tratar minerales hematiticos, su poca flexibilidad por ello y por las dificultades del control térmico y de balancear los requerimientos de aire para enfriamiento con las necesidades de aire para los quemadores y luego para el secado en la parte superior, que debe ser rápido, pues se pasa como vimos rápidamente a la zona de quemado a 1.320ºC.

 

 

 

Esta es una innovación de la parrilla móvil recta. Ha sido desarrollada por A.G. Mckee, y la primera instalación industrial en el mundo es la Planta Constitución de Altos Hornos de México, S.A. /AHMSA), que tiene capacidad para 600 mil toneladas/año de pelets, y que empezó a operar en 1974. Con esta modalidad se logra superar la dificultad de las parrillas móviles rectas para lograr una buena distribución de calor en los lados del lecho de pelets y para eliminar las fugas e gases, lo que se evita aquí mediante sellos de agua. Los costos de operación en la parrilla circular son menores por menor consumo de energía combustible. En este sistema no se necesita el circuito de retorno de los carros-circular la descarga de los pelets endurecidos se efectúa con un descargador de canguilones o cuchara, cuya altura se regula para dejar un lecho basal de pelets quemándose en la parrilla descargada, la que continua girando para recibir la nueva carga de pelets verdes.

Canadá: hasta hace muy poco tiempo ligado casi exclusivamente al Japon, viene actualmente desarrollando esfuerzos tendientes a diversificar sus exportaciones de carbón. Los carbones canadienses, de bajo tenor en materia volátil, poseen características comparables a los carbones norteamericanos, encontrando solamente limitación en cuanto al flete marítimo en razón de la situación de los yacimientos y puestos de embarque en la costa de Pacifico.

Sudáfrica: la calidad de los carbones exportables de Sudáfrica es inferior a los carbones australianos. Esa característica negativa se debe al hecho de ser el carbón coquizable sudafricano un subproducto de la obtención del carbón vapor (de buena calidad) destinado a las usinas termoeléctricas europeas, de las que Sudáfrica es la principal fuente de abastecimiento.

 

 

 

 

 

La demanda de calor y energía que se requiere en la industria del hierro es atendida en mas del 80% por el carbón; parte del que se quema como combustible para producir vapor, para ayudar a la generación de electricidad. Sin embargo, cerca del 95% del carbón que consume la industria del hierro es en la forma de coque debido a que es el combustible básico que consume el alto horno para la producción de arrabio.

El coque es el residuo sólido que se obtiene a partir de la destilación destructiva, o pirolisis, de determinados carbones minerales, como la hulla (o carbones bituminosos) que poseen propiedades coquizantes. El proceso por el cual se obtiene coque se conoce como coquización.

 

 

Para obtener el coque que se utiliza en el alto horno de hoy es necesario disponer de ciertos tipos de carbón, como la hulla o cierto tipo de carbones bituminosos.

Al morir las plantas, quedaban sumergidas por el agua y se descomponían poco a poco. A medida que se producía esa descomposición, la materia vegetal perdía átomos de oxígeno e hidrógeno, con lo que quedaba un depósito con un elevado porcentaje de carbono. Así se formaron las turberas. Con el paso del tiempo, la arena y lodo del agua se fueron acumulando sobre algunas de estas turberas. La presión de las capas superiores, así como los movimientos de la corteza terrestre y, en ocasiones, el calor volcánico, comprimieron y endurecieron los depósitos hasta formar carbón.

El rango de un carbón mineral se determina en función de criterios tales como su contenido en materia volátil, contenido en carbono fijo, humedad, poder calorífico, etc. Así, a mayor rango, mayor es contenido en carbono fijo y mayor el poder calorífico, mientras que disminuyen su humedad natural y la cantidad de materia volátil. Esto depende de la edad del carbón, así como de la profundidad y condiciones de presión, temperatura, entorno, etc. en las cuales la materia vegetal evolucionó hasta formar el carbón mineral.

Todos los tipos de carbón tienen alguna utilidad. La turba se utiliza desde hace siglos como combustible para fuegos abiertos, y más recientemente se han fabricado briquetas de turba y lignito para quemarlas en hornos.

Ciertos productos de la combustión del carbón pueden tener efectos perjudiciales sobre el medio ambiente. Al quemar carbón se produce dióxido de carbono entre otros compuestos. Muchos científicos creen que debido al uso extendido del carbón y otros combustibles fósiles (como el petróleo) la cantidad de dióxido de carbono en la atmósfera terrestre podría aumentar hasta el punto de provocar cambios en el clima de la Tierra. Por otra parte, el azufre y el nitrógeno del carbón forman óxidos durante la combustión que pueden contribuir a la formación de lluvia ácida.

Las tecnologías limpias de carbón son una nueva generación de procesos avanzados para su utilización; algunas pueden ser, desde un punto de vista comercial, viables en los próximos años. En general, estas tecnologías son más limpias y eficientes y menos costosas que los procesos convencionales. La mayoría altera la estructura básica del carbón antes de la combustión, durante la misma o después de ella. Con ello reducen las emisiones de impurezas como azufre y óxido de nitrógeno y aumentan la eficiencia de la producción energética. .

Existen varias clasificaciones de los carbones según su rango. Una de las más utilizadas divide a los carbones de mayor a menor rango en: antracita, bituminoso bajo en volátiles, bituminoso medio en volátiles, bituminoso alto en volátiles, sub-bituminoso, lignito y turba. La hulla es un carbón mineral de tipo bituminoso medio y alto en volátiles.

 

 

 

Según los tipos de carbón de interés para la siderurgia mundial, un relevamiento indica estos países como principales exportadores de carbón:

Estados Unidos, principal exportador de carbón, no solo debido a la excelente distribución cualitativa (carbones de alto, medio y bajo tenor en materias volátiles), como también por las inmensas reservas que posee (cerca del 30% de la reserva mundial de carbones coquizables), como por la elevada capacidad de producción (mas del 30% del total mundial) y por la excelencia de los sistemas de transporte y portuarios.

Polonia, segundo lugar en la escala de importancia mundial como fuente de abastecimiento de carbón de alto y medio tenor de materias volátiles. Polonia ha procurado acompañar la demanda de carbones, ya sea con expansión de su producción, o con el mejoramiento de sus instalaciones portuarias.

Alemania, los carbones alemanes son conocidos hace tiempo por las excelentes características de coquización. Pero el precio de estos carbones es siempre superior a los equivalentes norteamericanos.

Los países latinoamericanos presentan situaciones muy diferentes unos de otros, pero el denominador común es la poca o ninguna posibilidad de obtener, en territorio nacional, los recursos carboníferos tan necesarios para el desarrollo de su propia industria siderurgica.

En Argentina existen dos cuencas carboníferas importantes, la de Santa Cruz (Rió Turbio) con carbones sub-bituminosos, hasta bituminosos, y la de Río Negro (Pico Quemado), con carbón bituminoso, coquizable.

 

 

La extracción de carbón data de épocas remotas, algunas formas de carbón mineral fueron utilizadas en las civilizaciones mediterráneas hace más de 2000 años.

Los yacimientos carboníferos se han formado por la descomposición parcial de materia vegetal, en acción de altas temperaturas y presiones, durante periodos de decenas y hasta centenas de miles de años.

Las operaciones para extraer carbón han llegado a ser tan complejas, que algunas minas se asemejan a ciudades. Para la extracción del mineral se utilizan dos tipos de minas: minas de cielo abierto y laboreo subterráneo. Aunque la explotación carbonera a cielo abierto esta teniendo creciente importancia, aun la mayor parte del carbón que se extrae en el mundo proviene de minas subterráneas.

Los yacimientos superficiales se explotan mediante excavaciones a cielo abierto, siempre y cuando el mineral aflore a la superficie o pueda obtenerse a poca profundidad y la capa de material que se halle sobre él permita una extracción rentable.

Previo a la explotación de la mina, se hace un reconocimiento preliminar del terreno para ver si el yacimiento tiene el grosor adecuado y si las capas justifican ese tipo de mina.

También se reconoce si hay carreteras, pozos petrolíferos, gas natural, etc.

Si el terreno es grueso se extrae parte del terreno con una pala excavadora y se hace un corte de 0,90 a 1,20 m. de anchura, hasta un punto determinado encima del carbón. Después una serie de palas extraen el carbón y lo depositan en los lugares correspondientes. Los pozos que quedan después del laboreo a cielo abierto, suelen ser nivelados de forma que el terreno se utilice para fines agrícolas.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Una vez extraído el carbón de la mina y antes de transformarlo en coque, este requiere un proceso de limpieza. En plantas de preparación se tritura el carbón y se reduce considerablemente su contenido de azufre.

Las impurezas minerales en el carbón se eliminan por uno de dos diferentes métodos:

Flotación por espuma, en el cual el carbón en partículas finas se adiciona a una celda, en que se tiene un liquido de composición química cuidadosamente controlada y a través del cual se insufla aire que forma burbujas; las partículas de carbón son atraídas por la espuma que se forma y se concentran en la superficie del baño, desde donde son extraídas por enrase y rebalse; las impurezas precipitan al fondo del baño y son extraídas como lodos

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

La química de los fundentes es compleja e importante, ya que ella envuelve la remoción de las impurezas durante el proceso de la fabricación del hierro y el acero; principales fundentes básicos naturales son la caliza y la dolomita, cualquiera de los dos puede usarse como fundente en el alto horno con eficacia y economía, siendo éstos los dos factores más importantes para la elección entre ellas.

La dolomita, es un mineral común de fórmula CaMg (CO₃)₂, que se suele encontrar en masas rocosas, como calizas dolomíticas, y a veces en vetas. Tiene una dureza entre 3,5 y 4, y una densidad relativa de 2,85. En general es incolora, blanca o rosa, pero puede ser de color castaño, negra o verde en función de las impurezas presentes.

El espatofluor o fluorita es el fundente neutro más frecuente; se usa para hacer que las escorias sean más fluidas y efectivas. La fluorita, es un mineral compuesto de fluoruro de calcio (CaF₂), principal mineral con flúor. Se encuentra en forma de cristales cúbicos y masas exfoliables con una dureza de 4 y un peso específico que oscila entre 3 y 3,3. En estado puro es incolora y transparente o translúcida con lustre vítreo. Tiene impurezas que la hacen amarilla, azul, morada, verde, rosa o castaño. Muchas variedades muestran fluorescencia. El mineral suele encontrarse en vetas puras o asociado con menas de plomo, plata o cinc. Es común en caliza y en dolomitas y, en algunas ocasiones, es un mineral accesorio en pegmatitas y en otras rocas ígneas.

La sílice es la única sustancia que puede ser, en justicia, clasificada como fundente ácido.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

El alto horno es una construcción de 30 a 60 metros de altura, de ladrillos refractarios revestido de chapas de hierro con refuerzos circulares. El conjunto asienta sobre una base firme, estando la parte superior sostenida por columnas. En la figura se indica la forma y el nombre de cada una de las partes. El horno tiene la forma de dos troncos de cono unidos por su base mayor, el superior se llama cuba constituido por doble pared y el inferior etalaje; a esta sigue una parte cilíndrica, la obra, provista de orificios con toberas para la entrada de aire. En la parte inferior se encuentra el crisol donde se reúnen las materias fundidas; este lleva un agujero llamado piquera, tapado con un tapón de arilla para la colada del arrabio y más arriba otra abertura para dar salida a las escorias que se reúnen sobre el baño. En la parte superior del horno, el tragante o cargadero se cierra por una disposición de tolva y doble cono. Además lleva aberturas para descargar los gases. El horno aumenta de diámetro desde el tragante hacia abajo hasta un diámetro máximo (vientre) en su unión con el etalaje, luego se reduce conservando casi la forma cilíndrica hasta el piso del crisol.

El etalaje y la obra se construyen independientemente del resto, así no quedan sometidas al peso de la mampostería de la cuba y pueden dilatarse libremente permitiendo efectuar reparaciones sin desmontar la cuba pues la parte inferior es la que más se desgaste debido a las altas temperaturas, por lo cual se enfrían las paredes con camisas de agua, lo mismo que las toberas de aire.

Para la evacuación de los gases hay cuatro tubos de gran diámetro dispuestos simétricamente para la uniforme distribución de los gases ascendentes.

Las sustancias empleadas para revestir interiormente los hornos son ladrillos refractarios que deben resistir las altas temperaturas, la acción corrosiva y el desgaste producido por los materiales que van bajando. El material más usado es la arcilla refractaria (silicato de alúmina hidratado), también ladrillos refractarios de sílice.

 

 

 

 

 

El mineral de hierro que se usa en la mayoría de los altos hornos es, comúnmente, extraído de minas situadas lejos de las plantas y se lleva a ella ya sea por ferrocarril, por barco, o por combinación de ambos medios.

Las condiciones climáticas en las minas y a lo largo de las rutas de transporte o algunos problemas difíciles de pronosticar en los muelles o en los ferrocarriles pueden determinar que no haya un flujo estable de mineral de hierro hasta los hornos; por ello, la mayor parte de las plantas almacenan una cantidad aproximadamente equivalente a 6 meses de suministro en patio de almacenaje cercanos a los hornos. La caliza y/o sílice se almacena al menudo en los patios adjuntos a los de mineral de hierro, pero la cantidad en este caso es menor.

El coque es otro de los ingredientes esenciales en la producción de hierro, en los países donde no existe carbón coquizable y/o la planta no dispone de su coquería propia, se toman las mismas perecuaciones de almacenamiento indicadas para el mineral de hierro.

En cambio, cuando se dispone domésticamente de carbón coquizable, y por ende de coquería propia, no es común alienarlo en cantidades apreciables, más bien es consumido a medida que se recibe de la coquería. Por esto es muy importante que la producción de coque se a coordinada muy eficazmente con la operación de alto horno, lo que requiere cuidosa planificación para ambas instalaciones.

Los elementos principales que permiten manejar materiales en los patios de almacenaje del alto horno son los “puentes-grúas”; estas son máquinas gigantescas construidas de perfiles estructurales.

Corrientemente están montados sobre ruedas que corren por vías elevadas, las que se extienden a lo largo de todo el patio. Los puentes se elevan a la altura suficiente para moverse libremente sobre la altura máxima planeada para las pilas de materiales. A lo largo de todo el tramo del puente se mueve un carro, del que cuelga un cucharón de almeja; a menudo este se mueve más allá, sobre un aguilón de la grúa que se extiende por sobre las dársenas o atracaderos de los barcos.

Para llevar el mineral de hierro y la caliza hasta los patios, se usan varias clases de equipos; carros-tolvas de ferrocarril con materias primas llegan por líneas construidas con espacios entre los rieles para dejar pasar los materiales, de tal modo que ellos caen desde el fondo del carro hasta una zanja situada entre y debajo de los rieles. En otros casos operan carros-tolvas volquetes que giran en 180°; también se da el caso de que la descarga de un barco se haga trasladando directamente el mineral de hierro desde las bodegas hasta el patio mediante el cucharón mencionado. Además, algunos barcos graneleros tienen su propio sistema de descarga.

El operador del puente de mineral es responsable se recibir las materias primas y hacer las pilas, desde las cuales se alimenta a los hornos; este no es un procedimiento dejado al azar, ya que la composición química de los minerales varía de un cargamento a otro y, para ayudar el análisis del hierro, el aperador de alto horno no debe tener en consideración la composición de cada una de las cargas que ingresan al horno. Se han desarrollado varios sistemas para que las distintas cargas de mineral que comprenden una pila sean identificables y pueda seleccionarse una mezcla de mineral a medida que se requiere para su uso.

La fabricación del arrabio requiere un pesaje cuidadoso de todos los ingredientes, operación que se hace en la planta de tolvas para lo cual el cucharón de almeja toma mineral y caliza, tanto como se requiere, para cargar los carros de transporte que corren sobre un viaducto sostenido por armaduras transversales reticuladas, por sobre uno o más pabellones de almacenamiento. Los carros de transporte son de tipo vagonetas y dejan caer las materias primas requeridas en las tolvas de los silos.

La planta de tolvas es el primer lugar donde se encuentran y juntan todas las materias primas que se usan en un alto horno, en la elaboración del arrabio. De sus respectivas tolvas, mediante compuertas, canales de descarga y transportadores, las materias primas pueden caer en un carro-balanza para ser pesadas y de allí van a una vagoneta elevadora que las lleva hasta la parte superior o tragante del horno.

Por varios años la carga de coque ha sido una operación automática en varios hornos; hasta fecha muy reciente, sin embargo, el pesaje y reunión de materiales ferríferos y los materiales fundentes y su entrega al foso de los elevadores eran funciones desarrolladas por la vagoneta de pesada, la que era controlada manual e independientemente.

Andando el tiempo, se diseñaron más y más sistemas controlados automáticamente para desarrollas las funciones mencionadas, los que se aplican a los hornos de construcción reciente. Sistemas similares se han adaptado ha pabellones ya existentes, eliminando la necesidad de usar una vagoneta de pesaje excepto para operaciones de emergencia.

Los sistemas nuevos emplean transportadores de alimentación equipados con mecanismos de pesada bajo cada uno de los silos; estos transportadores entregan cantidades de material, cuidadosamente pesados a las correas de alimentación que lo llevan al foso de carga de las vagonetas elevadoras.

 

Uno de los elementos más característicos de un alto horno es la rampa inclinada del altísima pendiente que va desde la planta de tolvas hasta la zona superior del horno; se denomina “sistema elevador” y su misión es llevar la vagoneta cargada con las materias primas ya pesadas hasta la zona superior del horno y vaciarlas en el interior de estas a través de una serie de campanas; corrientemente se levan en forma alternativa dos vagonetas desde el silo de carga hasta el tragante del alto horno.

Las materias primas de la vagoneta penetran en la tolva de recepción del horno y caen contra una obstrucción en forma de campana en el fondo de dicha tolva; los pasos siguientes permiten cargar el horno con las materias primas sin que escapen los gases del horno. Al abrirse esta pequeña campana cae el material en una segunda tolva, cuyo fondo está cerrado por otra campana grande; la campana superior se cierra y luego el material se hace entrar al horno abriéndose el fondo del buzón; el sistema asemeja a las compuertas de un canal o a una cámara de descompresión.

En el momento de vaciarse la vagoneta en el tragante un distribuidor del material gira parte de una vuelta, ayudando a distribuir uniformemente el material de hierro, y eventualmente, el coque y la caliza. En el lenguaje de los operadores de alto horno, una “carga” es la combinación mínima de vagonetas con los materiales, que juntos procuran el complemento equilibrado necesario para producir el metal fundido de la especificación química deseada.

 

 

 

 

 

Aparentemente la provisión de 4 tons. de aire parece una cantidad enorme sin embargo son necesarias para la combustión de 1ton. De carbón en forma de CO pues cada 12 partes de C exigen 16 de O. Como el aire contiene 19% de peso de O y el coque contiene 87% de C, se necesitan: 1 ton. (87% / 23 %). (16/12) = 5 ton aprox. de aire, es decir que no todo el carbón se quema.

 

Los gases del alto horno, que se mueven a alta velocidad a través de los tubos que salen de la zona superior del horno, están cargados, y arrastran pequeñas partículas de materias primas que recogen en su paso por el horno; dichos gases, son colectados en un tubo descendiente que los lleva hasta un colector de polvo. Como su nombre lo indica, el objetivo de este colector de polvo es remover tanto como sea posible las partículas que arrastra este gas de escape. Su operación es relativamente simple; este colector de polvo tiene una eficacia del orden del 75%, dependiendo de los tipos de minerales que se usan y del volumen de aire del chorro. El dispositivo es cilíndrico en la parte principal del cuerpo con dos conos, uno apuntando hacia arriba, al tubo descendiente del horno, y el otro apuntando hacia abajo, a un sistema de descarga en el fondo. Cuando el gas cargado de polvo entra a través del tubo descendiente, debe cambiar repentinamente de dirección y elevarse hasta la parte superior del colector. Este cambio repentino de dirección del flujo hace que el polvo caiga desde el chorro de gas al fondo cónico. A medida que el polvo se acumula, es continuamente removido del colector de polvo y llevado a un molino de homogeneizado, donde se le agrega agua para humedecerlo ligeramente, luego se lleva a la planta de peletizado. El gas remanente, que aun es portador de una cantidad inaceptable de polvo pasa por un tubo situado en la zona superior del colector y entra en una unidad primaria de limpieza.

 

Para limpiar el gas que sale del colector de polvo, puede usarse uno de los dos métodos usuales: por vía húmeda o por vía seca.

a)      Por vía húmeda, la limpieza se hace por lavado del gas con agua; en este proceso, el gas se enfría hasta la temperatura del agua de lavado y cualquier partícula, cuya humedad sobrepasa el punto de saturación a esa temperatura se precipita.

b)      Por vía seca, proceso en el cual se conserva el calor del gas, y su limpieza se puede efectuar pasando el gas por mangas filtrantes o precipitando eléctricamente las partículas. Como este método genera otros problemas no es muy usado

 

Hay muchos tipos de unidades de limpieza por vía húmeda, entre los cuales son mas comunícelos del tipo “lavado ventura” y el de “torre de lavado por pulverizado” ambos métodos usan rociadores de agua para retirar el polvo de los gases.

Otros dispositivos pueden usar se en conexiones con los lavadores, incluyendo separadores centrifugo, en los cuales el polvo es literalmente disparado fuera de la solución recibiéndose en tanques para sedimentar donde se precipita el polvo en forma de lodo o cieno que se lleva luego a un estanque de decantación.

Cualquiera que sea el método de limpieza, no se permite que el gas limpio, que contiene algunas partículas de polvo, escape a la atmósfera. El agua que se usa en los elementos de limpieza primarios secundarios es a su vez sometida a limpieza cuidadosa antes de ser devuelta a las fuentes de origen.

Es interesante considerar el hecho de que los colectores de polvo y las unidades de limpieza de los diversos tipos mencionados tuvieron su origen hace muchas décadas, antes de iniciarse la actual tendencia al cuidado del medio ambiente; por otra parte, es verdad que muchas de estas partículas de material separado en las instalaciones de empresa pueden volver al circuito; también es un hecho cierto que muchas de las técnicas desarrolladas en la limpieza del alto horno tiene aplicaciones en otras industrias, en lo que concierne en el cuidado del medio ambiente.

Se producen cerca de 6 toneladas de gases compuestos de N, CO2, H2O, algo de H y cerca de un 25% de CO, por lo cual son muy combustibles. Una parte de estos gases, una vez separado el polvo y depurado el CO2, se aprovecha para la combustión en calderas generando vapor para accionar las maquinas soplantes, montacargas, dinamos y demás aparatos de la planta. También, parte del gas es enviado al gasómetro, donde se combina con el gas de la planta de coque. El resto de dichos gases se utiliza para calentar las estufas.

 

El alto horno es llamado en ingles “horno de soplado”, en razón del soplo continuo de aire que se requiere para llegar a la temperatura necesaria para que se produzcan las reacciones químicas entre las materias primas situadas en el horno. Esto lleva, también, la presión interna del horno hasta 1,7 atmósferas o más, lo cual favorece las reacciones. Para obtener una tonelada de arrabio se requiere una cantidad cercana a 4 toneladas de aire

La mayor parte de los altos hornos y todas las mas modernas instalaciones están equipadas con turbo-soplantes (sopladores); están enormemente potentes maquinas esta diseñadas para trabajar con vapor a 49 kgf/cm² y a una temperatura de 400°C, producto de la quema de los gases que salen del alto horno. Este vapor a presión es utilizado para mover una turbina que es la que impulsa el aire.

Los soplantes toman el aire de la atmósfera y lo insuflan a las estufas para su precalentamiento, las que son auxiliares muy importantes para el servicio del alto horno; cada horno tiene dos estufas y muchos de ellos tres (en algunos casos alguna adicional a modo de repuesto).

Una estufa consta esencialmente de dos partes:

a)      Una cámara de combustión, que es un conducto vertical, dentro del cual se quema gas del alto horno que ha sido sometido a limpieza.

b)      Una estructura enrejada de ladrillos (emparrillado), que se calienta por la combustión de gas; contiene muchos pequeños pasajes por donde pasa el aire para precalentarse en su camino al alto horno.

 

El diseño de estas estufas puede variar en complejidad, pero es importante recordar que cada una de ellas sirve en dos funciones alternadas. En un primer momento, una de ellas recibe aire frió de los ventiladores y lo entrega al alto horno después de haberlo calentado en su estructura de ladrillos; cuando este aire frió ha extraído todo el calor de la estufa, la otra ejerce su función de precalentamiento; en la cámara de combustión del primero se quema parte de los gases calientes que abandonan el alto horno, con lo cual vuelve a calentarse la estructura de ladrillos y se reinicia el ciclo.

Las estufas de diseño moderno en los grandes altos hornos actuales semejan a silos agrícolas (de forma cilíndrica con domo superior). Pueden tener hasta 8,5 metros de diámetro y 37 metro de altura hasta la parte superior del domo. Dependiendo del tipo de estufa o panal de ladrillos que se use, las estufas pueden tener una superficie de calentamiento superior a 23000 m³.

Las estufas de ladrillos están soportadas por rejillas de acero, soportadas a su vez por columnas de acero; para prevenir distorsiones de la estufa, se procura obtener aislamiento adecuada entre los ladrillos y el acero.

Cuando el aire frió fluye desde el soplante hacia la estufa caliente se controla por medio de válvulas especiales de control de flujo, se dice que el elemento esta en “régimen de viento”; cuando la estufa tiene su estructura interna (emparrillado) en proceso de calentamiento, se dice que esta en “régimen de gas”.En una secuencia de tres estufas para un alto horno, cada una de las estufas permanece en régimen de gas un tiempo doble al tiempo de régimen de viento.

El aire que penetra al alto horno a gran presión desde la estufa en régimen de viento tiene una temperatura que puede variar desde 770°C a 1000°C; este aire ingresa previamente en un tubo anular hecho de planchas gruesas que rodean todo el contorno del horno por fuera, y allí pasa al horno a través de pequeños tubos llamados “toberas”.

 

El mineral, el carbón y el fundente bajan en el horno a medida que las capas inferiores se consumen por la combustión del carbón y por la extracción de la fundición bruta. El objeto del fundente es formar con la ganga un compuesto fácilmente fusible y más liviano que la misma fundición, para que sobrenadando se desborde y corra al exterior por un plano inclinado. Este fundente es el carbonato cálcico (piedra calcárea) cuando la ganga es silícica, y son arenas silíceas, cuando la ganga es calcárea. Para producir y activar la combustión se inyecta aire a 15 atmósferas de presión y a una temperatura de 900º. El funcionamiento del alto horno perdura hasta que resista la capa interna refractaria (5 años aproximadamente tras lo cual hay que apagarlo y someterlo a mantenimiento).

En el alto horno la finalidad es reducir el óxido de Fe. Estas operaciones, las podemos resumir de la siguiente forma:

 

El proceso se inicia con la combustión del carbón con el aire precalentado.

C + O₂ à CO₂ + calorías

Este Anhídrido es muy inestable a esa temperatura, que al ascender a través de las capas de carbón se transforma en CO (monóxido de carbón)

CO₂ + C à 2CO – calorías

Este es el gas activo que produce la reducción del mineral

2C + O₂ à 2CO + calorías

Este gas comienza a subir por el horno

 

Los materiales cargados en el tragante demoran un cierto tiempo en llegar al crisol (de 20 hs. a 3 días) según la marcha del horno. Dicha carga pasa por cuatro zonas, donde se producen distintas reacciones químicas:

Etapas: deshidratación, reducción, carburación y fusión.

 

En la parte superior de la cuba esa carga comienza a descender perdiendo agua.

Mineral + calor à Mineral seco + vapor de agua

El mineral seco sigue descendiendo, mientras que el agua sale por la parte superior del horno. Este es el proceso de deshidratación.

 

En la parte media de la cuba el mineral de hierro (óxido de hierro), se encuentra con gases cada vez mas calientes, en particular con el CO producto de la combustión del carbono.

Se producen las siguientes reacciones químicas:

 

3Fe₂O₃ + CO à 2 Fe₃O₄ + CO₂        (desde 260 a 450°C)

 

Fe₃O₄ + CO à 3FeO + CO₂                         (desde 260 a 600°C)

 

FeO + CO à Fe + CO₂

FeO + C à CO

 

A esta temperatura (800°C) el Fe se transforma en una masa esponjosa de Fe metálico en la que esta contenida la escoria.

 

El Fe reducido esponjoso y puro en estado incandescente absorbe el C que se combina con el Fe dando CFe3. Proceso conocido como carburación. El punto de fusión de esta aleación es menor que el de el Fe puro; es así que comienza a gotea desde el vientre hasta el crisol, recorriendo la zona donde se encuentran las toberas. Allí se reduce el fundente a cal viva

 

CO₃Ca à OCa + CO₂

 

Mas abajo, en la zona de fusión, se producen las escorias; los óxidos de Ca y Mg se combinan con oxido de Si, produciendo silicato de cal y de magnesio. Estos flotan sobre el arrabio por ser menos densos.

 

SiO₂ + Oca à SiO₃Ca

SiO₂ + OMg à SiO₃Mg

 

Por la alta temperatura también se produce la reducción de los óxidos de Mn, Si y P:

MnO₂ + 2C à Mn + 2CO

SiO₂ + 2C à Si + 2CO

P2O₅ + 5C à 2P + 5 CO

El Si, Mn y P cuando se quedan en libertad pasan en parte a la escoria y otra al arrabio.

 

 

El proceso de sangrado consiste en retirar a golpes un tapón de arcilla del orificio del arrabio cercano al fondo del horno (crisol) y dejar que el metal fundido fluya por un canal cubierto de arcilla y caiga a un depósito metálico forrado de ladrillo, que puede ser una cuchara o una vagoneta capaz de contener hasta 100 toneladas de metal. Cualquier escoria o sobrante que salga del horno junto con el metal se elimina antes de llegar al recipiente. A continuación, el contenedor lleno de arrabio se transporta a la fábrica siderúrgica o la lingotera. La escoria flotante sobre el hierro fundido en el horno se drena separadamente, por otra piquera que se encuentra mas arriba.

La escoria se utiliza para la fabricación de ladrillos, fertilizantes, rutas, etc.; dependiendo de su composición química. También se la utiliza como materia prima del alto horno de tener mucho hierro.

El arrabio una vez en la vagoneta térmica, si la aceria esta en cercanías del horno, es llevado directamente en esta hasta allí. En el caso de que la aceria se encuentre a una gran distancia, el arravio liquido es llevado a las maquinas lingoteadoras. El arravio líquido es vaciado desde la termo-vagoneta a un canal corto que se divide para alimentar los moldes que están montados sobre una par de líneas transportadoras, que se mueven a una velocidad tal que se produzca muy poco o ningún derrame. El hierro moldeado es enfriado con agua proveniente de dos rociadores de tal manera que en el momento que el molde se vuelca en el otro extremo, el lingote ya este solidificado. Los lingotes de arravio simplemente se desprenden y caen en carro de ferrocarril donde vuelve a ser enfriado con agua. DE esta forma luego son transportados.

 

En este punto del proceso se extraen muestras para su análisis químico. Estos lingotes son almacenados teniendo en cuenta su composición química. Luego cuando el cliente los requiere, estos son seleccionados de acuerdo a su composición química y la requerida. De esta forma se mezclan lingotes de distintas propiedades tal que el cargamento resultante cumpla con las especificaciones.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Esta suele ser como la que se muestra en la tabla o similar dependiendo principalmente de la carga del alto horno.