Resumen de El Proceso Bessemer para la Producción de Acero
El Proceso Bessemer: Producción de Acero para Estudiantes
Introducción
El Convertidor Bessemer es un proceso metalúrgico utilizado históricamente para transformar arrabio (hierro líquido con alto contenido de carbono e impurezas) en hierro más puro mediante la inyección de aire. Fue un avance importante en la producción masiva de acero porque permite oxidar rápidamente las impurezas del metal mediante la reacción con el oxígeno del aire.
Definición: El Convertidor Bessemer es un recipiente refractario donde se hace pasar aire a temperatura ambiente a través del arrabio líquido para oxidar impurezas como el silicio y el manganeso.
¿Cómo funciona? (pasos básicos)
- Carga: se vierte arrabio líquido en el convertidor, que tiene forma de volquete o vaso grande.
- Inyección de aire: por la parte inferior del convertidor hay toberas que insuflan una corriente de aire a temperatura ambiente.
- Oxidación: el oxígeno del aire oxida las impurezas del arrabio. Estas reacciones generan calor y una llamativa llama amarillenta en la parte superior.
- Control: se controla la velocidad de oxidación mediante la composición del arrabio (por ejemplo, el manganeso regula la velocidad).
- Finalización: cuando las impurezas alcanzan los valores deseados, se detiene la inyección de aire y se obtiene el metal tratado.
Reacciones y efecto térmico
Definición: La oxidación es la reacción química entre el oxígeno del aire y las impurezas del arrabio, que transforma elementos como Si y Mn en sus óxidos y libera calor.
- La oxidación es muy enérgica a temperaturas cerca de $1300\ ^\circ\mathrm{C}$, lo que mantiene el metal líquido.
- Se elimina monóxido de carbono ( ce{CO} ) producido en procesos previos.
Componentes y diseño del convertidor
- Volquete de gran capacidad con base provista de toberas por donde entra el aire.
- Revestimiento interior con materiales refractarios para soportar temperaturas elevadas y las reacciones químicas.
- No se añade cal en este proceso porque el recubrimiento es a base de silicio.
Definición: Refractario es un material resistente al calor que recubre el interior del convertidor para proteger su estructura y controlar reacciones indeseadas.
Composición típica del metal después del proceso
- Silicio: $1{,}5%$ a $2{,}5%$
- Azufre: por debajo de $0{,}05%$
- Fósforo: por debajo de $0{,}08%$
- Manganeso: $1%$ a $2%$
- Carbono: no más del $3%$
Tabla comparativa: impurezas antes y después (valores típicos después del proceso)
| Impureza | Valor típico después (%) |
|---|---|
| Silicio | $1{,}5$ - $2{,}5$ |
| Azufre | < $0{,}05$ |
| Fósforo | < $0{,}08$ |
| Manganeso | $1$ - $2$ |
| Carbono | ≤ $3$ |
Factores que afectan el proceso
- Composición del arrabio: se usan arrabios grises con bajo fósforo y bajo silicio para evitar que el hierro se "queme".
- Manganeso: actúa como regulador de la velocidad de oxidación.
- Ausencia de cal: el convertidor tiene recubrimiento a base de silicio, por lo que no se añade cal para su funcionamiento.
Ejemplo práctico (simplificado)
Imagina que tienes arrabio con alto contenido de silicio y manganeso. Al insuflar aire a través del metal líquido a $1300\ ^\circ\mathrm{C}$, el silicio se oxida rápidamente formando óxidos de silicio, liberando calor y disminuyendo la cantidad de silicio en el metal final. El manganeso, presente en menor proporción, también se oxida en forma más lenta, ayudando a controlar la velocidad total de oxidación.
¿Para qué se usa el metal obtenido?
- Producción de piezas de hierro y algunos aceros con composiciones controladas.
- En la historia industrial, permitió fabricar grandes cantidades de acero a menor costo.
¿Limitaciones?
- El control del fósforo y azufre depende de la calidad del arrabio, por lo que la materia prima debe ser adecuada.
- No permite agregar cal durante el proceso, lo que condiciona la eliminación de ciertas impurezas.
¿Dónde se aplica hoy en día?
- Aunque el proceso Bessemer fue revolucionario, muchas instalaciones modernas usan pr
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Convertidor Bessemer
Klíčové pojmy: El Convertidor Bessemer oxida impurezas del arrabio mediante aire insuflado desde toberas inferiores., El proceso opera alrededor de $1300\ ^\circ\mathrm{C}$ y produce una llama visible por la oxidación., Silicio y manganeso son las impurezas principales que se oxidan; el silicio se oxida más rápido., Valores típicos después del proceso: Si $1{,}5$–$2{,}5\%$, S < $0{,}05\%$, P < $0{,}08\%$, Mn $1$–$2\%$, C ≤ $3\%$., El recubrimiento interno es refractario y el revestimiento es a base de silicio; no se añade cal., Manganeso regula la velocidad de oxidación y ayuda a evitar que el hierro se queme., Se usan arrabios grises pobres en fósforo y silicio para buen rendimiento., Diseño: volquete con toberas inferiores para inyección de aire y revestimiento refractario.