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Arrabio

Producción de arrabio
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Concepto:Arrabio es una fundición con alto contenido de impurezas elevado y de carbono entre 3,5 y 4,5 %, y constituye el semiproducto para la producción y la fundición del acero; aunque en ocasiones se utiliza en la producción de piezas poco importante.

Producción del arrabio. Se lleva a cabo en el alto horno mediante reducción del mineral de hierro. La operación de ellos es ya clásica dentro de la metalurgia del hierro y resulta de interés pues permite conocer las bases de los procesos de transformación de las materias primas en la aleación deseada.

Materias primas utilizadas para la obtención del arrabio

Las materias primas que intervienen en la producción del arrabio en los altos hornos son:

  • El mineral
  • El combustible
  • Los fundentes

Cada uno de ellos debe presentar determinadas características para ser usados.

Mineral

Aunque se llama mineral en realidad lo que se carga en el alto horno es un concentrado, es decir, la mena. Los minerales de hierro de mayor importancia son la hematita, la limonita, la siderita y la magnetita. La importancia industrial de un mineral viene dada por su contenido de hierro y la facilidad de recuperación de este.

Hematita

Este mineral de hierro, es uno de los minerales de hierro de más fácil recuperación, de coloración rojiza y su contenido de hierro está entre 45 y 65 %. Contiene poco fósforo y azufre.

Magnetita

Presenta propiedades magnéticas elevadas. Su coloración es oscura, casi negra su contenido teórico de hierro es alto, entre el 40 y 70 %.

Combustible

A pesar de que algunas reacciones de las que se producen en el alto horno son exotérmicas, el balance total del calor producido y consumido en el horno muestra que es necesario suministrar energía al mismo para su operación. Por lo tanto es necesario cargar de combustible en el horno.

Comúnmente el combustible usado es el coque, aunque puede ser usado carbón vegetal. Ambos son obtenidos por destilación seca; en el caso del coque, a partir del carbón bituminoso, y en el carbón vegetal, a partir de la leña. Con este proceso se obtiene una materia libre de humedad y materias volátiles, con un elevado porcentaje de carbono fijo.

Característica de os combustibles

  • Resistencia
  • Porosidad
  • Poca producción de cenizas
  • Pequeño contenido de impurezas
  • Alto poder calórico
  • Bajo costo

Fundentes

La fusión como proceso metalúrgico, persigue dividir la masa metálica en dos fases, en una de las cuales se concentra el metal y en la otra las materias no aprovechables. Esta última fase es la escoria.

La escoria es una fase líquida, formada por las cenizas del coque, la ganga del mineral y otras materias y compuestos.

El papel fundamental del fundente consiste en disminuir el punto de fusión de la escoria, con el objetivo de garantizar que se conserve siempre fluida. Además algunas escorias también ayudarán a eliminar las impurezas nocivas del metal.

La piedra caliza es el fundente de usado más común en los altos hornos. Su componente básico es el carbonato de calcio (CaCO3). La escoria es un elemento importante en los procesos metalúrgicos

Existen otros materiales que se emplean en la producción del arrabio como son el mineral de hierro, coque y caliza. El coque se quema como combustible para calentar el horno, y al arder libera monóxido de carbono, que se combina con los óxidos de hierro del mineral y los reduce a hierro metálico. La ecuación de la reacción química fundamental de un alto horno es: Fe2O3 + 3CO → 3CO2 + 2Fe La caliza de la carga del horno se emplea como fuente adicional de monóxido de carbono y como sustancia fundente. Este material se combina con la sílice presente en el mineral (que no se funde a las temperaturas del horno) para formar silicato de calcio, de menor punto de fusión. Sin la caliza se formaría silicato de hierro, con lo que se perdería hierro metálico. El silicato de calcio y otras impurezas forman una escoria que flota sobre el metal fundido en la parte inferior del horno. El arrabio producido en los altos hornos tiene la siguiente composición: un 92% de hierro, un 3 o 4% de carbono, entre 0,5 y 3% de silicio, del 0,25% al 2,5% de manganeso, del 0,04 al 2% de fósforo y algunas partículas de azufre.

Otros procesos para la obtención del arrabio

El proceso de alto horno no es el único conocido hasta el presente para la producción de arrabio, por el contrario, existen muchos otros procesos que persiguen el mismo objetivo; pero hasta el momento el más extendido por su sencillez y economía es el visto anteriormente.

Horno eléctrico

Son similares a los altos hornos en su construcción, con la diferencia de que la energía usada es eléctrica. Lo cual esta característica requiere abundante energía y barata

Proceso Krupp

Este método usa un horno rotatorio, para la producción de hierro en forma esponjosa. En su parte inferior se quema el combustible, que puede ser coque, gas o fuel oil. Los gases producto de la combustión actúan sobre el mineral que se mueve en contra de ellos, con lo que se produce la reducción.Con el mineral se añade algo de coque desmenuzado para favorecer la reducción. este método no es tan usado como los del tipo horno eléctrico visto anteriormente.

Fuentes

  • Ordóñez Hernández, Urbano. Tecnología de los metales I. Editorial Pueblo y Educación.
  • Ordóñez Hernández, Urbano. Tecnología de los metales II. Editorial Pueblo y Educación.