Materiales

Procesos de obtención de hierros y aceros.
Obtención del hierro
El hierro es el metal más usado, con el 95% en peso de la producción mundial de metal. El hierro se extrae del mineral por medio de los altos hornos. En estos, se reducen los óxidos de los minerales en presencia de coque y carbonato de calcio, CaCO3, que actúa como escorificante. Finalmente se produce la combustión y desulfuraciónmediante la entrada de aire caliente. Por último se separan dos fracciones: la escoria y el arrabio.

La producción del hierro.
Para producir hierro, se alimenta por la parte superior de un alto horno una carga con capas alternadas de coque, piedra caliza y mineral de menas de hierro. Un alto horno es virtualmente una planta química que reduce continuamente el hierro del mineral. Químicamentedesprende el oxígeno del óxido de hierro existente en el mineral para liberar el hierro. Está formado por un recipiente cilíndrico de acero forrado con un material no metálico y resistente al calor, como ladrillos refractarios y placas refrigerantes. El diámetro del recipiente cilíndrico de 9 a 15 m (30 a 50 pies) disminuye hacia arriba y hacia abajo, y es máximo en un punto situadoaproximadamente a una cuarta parte de su altura total de 40 m (125 pies. La parte inferior del horno está dotada de varias aberturas tubulares llamadas toberas, por donde se fuerza el paso del aire. Cerca del fondo se encuentra un orificio por el que fluye el arrabio cuando se sangra (o vacía) el alto horno. Encima de ese orificio, pero debajo de las toberas, hay otro agujero para retirar la escoria. La partesuperior del horno, contiene respiraderos para los gases de escape, y un par de tolvas redondas, cerradas por válvulas en forma de campana, por las que se introduce la carga en el horno. Los materiales se llevan hasta las tolvas en pequeñas vagonetas o cucharas que se suben por un elevador inclinado situado en el exterior del horno. Desde la parte baja de la cámara se inyecta por toberas unacorriente de gases y aire precalentados a 900 °C a gran velocidad para realizar la combustión y la reducción del hierro efectuándose la combustión completa del coque que adquiere temperaturas máximas entre 1700 a 1800 °C. Los gases calientes (CO, H2, CO2, H2O, N2, O2 y los combustibles) realizan la combustión del coque conforme pasan hacia arriba, a través de la carga de materiales. El monóxido decarbono se suministra como un gas caliente, pero también se forma adicionalmente por la combustión del coque. El gas CO tiene un efecto reductor sobre las menas de hierro; la reacción simplificada se describe a continuación (usando la hematita como la mena original):
Fe 2 O 3 + CO 2FeO + CO2
El bióxido de carbono CO2 reacciona con el coque para formar más monóxido de carbono:
CO2 + C (coque) 2COel cual realiza la reducción final de FeO a hierro:
FeO +CO Fe+CO2

El hierro fundido escurre hacia abajo, acumulándose en la base del alto horno. El hierro fundido de primera fusión, o arrabio se vacía periódicamente en carros cuchara o carros torpedo con los cuales se llenan lingoteras o bien se conducen a mezcladoras calientes donde se almacenan y se mezclan con otras fundiciones paracurarse posteriormente en algún proceso de obtención del acero (refinación de arrabio). Los lingotes se someten a una operación de enfriamiento para convertirse mediante procesos metalúrgicos posteriores, en: hierro fundido de segunda fusión, hierro dulce, hierro maleable o bien acero.
Los altos hornos funcionan de forma continua. La materia prima que se va a introducir en el horno se divide enun determinado número de pequeñas cargas que se introducen a intervalos de entre 10 y 15 minutos. La escoria que flota sobre el metal fundido se retira una vez cada dos horas, y el arrabio se sangra cinco veces al día. El papel que juega la piedra caliza se resume en la siguiente ecuación.
Primero se reduce a cal (CaO) por calentamiento (∆):
Ca CO 3 + ∆ CaO + CO2
La piedra caliza se combina...