El Alto Horno y su Funcionamiento

El alto horno es una estructura cilíndrica de gran altura, que puede superar los 30 metros. Está compuesto por varias secciones, incluyendo un crisol con solera en la parte inferior, un etalaje en forma de cono invertido, una cuba en forma de cono abierto hacia abajo y un tragante doble que cierra la parte superior. Esta forma ha sido diseñada para adaptarse de manera óptima al proceso tecnológico de reducción, desplazamiento, sinterización y fusión del mineral que ocurre dentro del horno.

El revestimiento interno del alto horno está hecho de ladrillos refractarios, mientras que la zona más caliente, que incluye el crisol y la solera, está construida con ladrillos carburados. Estos revestimientos están rodeados por una capa de chapa de acero que se enfría para protegerlos.

El alto horno se carga a través del tragante con capas sucesivas de coque siderúrgico, mineral de hierro y fundente. Se introduce aire caliente (previamente calentado a temperaturas entre 500 °C y 900 °C) a través de conductos ubicados en la parte inferior del horno. Este aire quema una parte del coque, convirtiéndolo en monóxido de carbono. El calor generado durante este proceso enciende el coque y, al mismo tiempo, extrae bióxido de carbono del fundente (generalmente cal) y seca el mineral ubicado en las zonas superiores del alto horno.

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Justo encima de la entrada de aire, la temperatura de la carga alcanza aproximadamente los 1.600 °C, mientras que en el etalaje oscila entre 1.400 °C y 1.200 °C. En esta etapa, el gas resultante en el alto horno tiene una composición aproximada de 40% de CO, 2% de H₂ y 57% de N₂.

El monóxido de carbono generado asciende a través del horno, reduciendo el mineral de hierro y transformándolo en hierro y monóxido de hierro. Luego, el gas de altos hornos abandona el horno con una composición de 28% a 36% de monóxido de carbono, 12% de bióxido de carbono y 52% a 60% de nitrógeno.

El proceso de reducción en el alto horno

El proceso de reducción comienza con la llamada reducción indirecta en la cuba, donde se produce hierro y monóxido de hierro a temperaturas de 400 °C a 700 °C. En el etalaje, todo el mineral de hierro se transforma en hierro metálico a través de una reducción directa a temperaturas de 750 °C a 1.400 °C, utilizando el carbono del coque ardiente en la carga. Durante el proceso, el hierro metálico pierde entre un 3% y un 4% de carbono puro o en forma de carburo.

El hierro bruto acumulado en la solera del horno se extrae periódicamente a través de una piquera y se dirige a temperaturas de 1.250 °C a 1.450 °C hacia lingoteras o una cazuela móvil. Por otro lado, la escoria flota sobre el hierro bruto y se drena continuamente a través de una piquera de escoria. Luego, solidifica en moldes adecuados para su uso en construcción o se transforma en lana de escorias, material de pavimentación, cemento siderúrgico o abonos. La escoria está compuesta por una mezcla de silicatos de cal, tierras arcillosas y óxidos de metales pesados, y se forma a partir de los silicatos presentes en el mineral y las cenizas producidas por el coque.

El gas de altos hornos se utiliza en parte para calentar los calentadores de aire o se emplea como combustible en motores de gas de gran tamaño. El arrabio resultante contiene carbono, manganeso, azufre, fósforo y silicio. Posteriormente, el arrabio se transforma en hierro gris en hornos de cubilote, donde parte del carbono se precipita en forma de grafito. El arrabio blanco, en cambio, contiene carbono principalmente disuelto en forma de carburo férrico, lo que lo hace frágil y duro. Puede ser transformado en fundición dura o maleable.

¿Qué cantidades puede procesar un alto horno?

Un alto horno es una estructura impresionante que tiene la capacidad de procesar cantidades significativas de materias primas. Estas cantidades pueden variar según el tamaño y la eficiencia del alto horno en cuestión, así como la tecnología empleada. Por lo general, un alto horno puede procesar diariamente entre 500 y 1.200 toneladas de arrabio, entre 200 y 500 toneladas de escorias, y entre 2.000 y 5.000 toneladas de gas de altos hornos. Esto representa una escala de producción masiva, y es fundamental para abastecer la creciente demanda de productos de acero en una variedad de industrias.

La producción de estas cantidades considerables de arrabio y subproductos es posible gracias a la utilización de grandes cantidades de carbón y aire. Por cada tonelada de hierro bruto producida, se consumen alrededor de 600 kg de carbón, lo que pone de manifiesto la intensidad energética del proceso. Además, el consumo de aire oscila entre 2.000 y 5.000 toneladas, dependiendo de varios factores, como la calidad de los minerales de hierro y la eficiencia del proceso. La necesidad de estas cantidades de aire se debe a que es esencial para el proceso de combustión del coque y la reducción del mineral de hierro en el horno, lo que resulta en la obtención del arrabio líquido.

Importancia de los altos hornos en la industria

Los altos hornos son esenciales para la producción de acero, lo que los convierte en una pieza fundamental en la industria siderúrgica. La importancia de estos hornos en la industria y su influencia en la economía son notables:

1. Suministro de materia prima: Los altos hornos son la fuente principal de arrabio, el material base para la fabricación del acero. El acero es uno de los materiales más versátiles y utilizados en una amplia gama de aplicaciones industriales, desde la construcción hasta la fabricación de maquinaria y vehículos.
2. Diversidad de productos industriales: La producción de arrabio en los altos hornos permite la creación de una gran variedad de productos industriales. El acero es un componente esencial en la fabricación de infraestructuras, maquinaria pesada, automóviles, envases y bienes de consumo duraderos, lo que contribuye al desarrollo y la competitividad de diversas industrias.
3. Generación de empleo: La operación de los altos hornos y la industria siderúrgica en general generan empleo en diversas áreas, como la producción, la ingeniería, la logística y el mantenimiento. Esto contribuye al sustento de numerosas familias y a la estabilidad económica en las regiones donde se encuentran ubicados los altos hornos.
4. Estímulo económico: Los altos hornos estimulan la demanda de materias primas y servicios relacionados, como la extracción de minerales de hierro, la producción de coque y el transporte. Además, la producción de acero requiere una cantidad significativa de energía, lo que impulsa la demanda en el sector energético. Todo esto contribuye al crecimiento económico y a la creación de un ecosistema empresarial más amplio.
5. Contribución fiscal: La industria siderúrgica aporta impuestos significativos a los gobiernos locales, regionales y nacionales. Estos ingresos fiscales son fundamentales para financiar servicios públicos, infraestructura y programas gubernamentales, lo que beneficia a la sociedad en su conjunto.