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En este apartado se describirá brevemente las etapas que componen al proceso de fabricación de acero, con el fin de que el lector se familiarice con este proceso para que así pueda aplicar los conocimientos eléctricos necesarios para su mejora.

El proceso Siderúrgico, se le conoce al proceso de fabricación de acero, y consta de cinco etapas principales: Preparación, Reducción, Aceración, Solidificación y Laminación; de estas etapas principales se desprenden 5 procesos: el proceso de Minería, Peletización, Reducción del mineral de hierro, Aceración y Solidificación, y Laminación de productos largos o planos. A continuación se describirá brevemente cada etapa y sus procesos involucrados.

3.1.1 Minería

La minería es un proceso que forma parte de la etapa de Preparación de la materia prima en la fabricación de acero. Toda producción de acero inicia con la extracción del mineral de hierro de las minas, de éstas se puede extraer minerales metálicos y no metálicos. Ternium en México cuenta con 4 minas distribuidas por la república de las cuales extrae los minerales necesarios para satisfacer la demanda de su producción, tan solo una de estas minas tiene una capacidad de producción de 8621 MTon/año de mineral pre concentrado.

Una vez obtenido el mineral de hierro de las minas, dependiendo de su grado de impurezas (presencia de otros elementos como fósforo y azufre) y de su tamaño, es acondicionado para las etapas posteriores de reducción a través de los procesos de sinterización y/o peletización.

La sinterización consiste en aportar calor a los finos de mineral de hierro, generando una fusión parcial del material, formando así un producto poroso llamado sinter, el cual es utilizado en la reducción por altos hornos.

La peletización consiste en la mezcla del mineral finamente molido con aditivos aglomerantes, para darles forma esférica, los cuales son endurecidos por cocción en hornos rotatorios.

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3.1.2 Fabricación de Pellas (Peletización)

Es el segundo proceso dentro de la primera etapa de la fabricación de acero. Es necesario debido a que la calidad del mineral de hierro encontrado en las minas es de bajo contenido de hierro como para ser procesado en la reducción, es necesario beneficiarlo con el proceso de fabricación de Pellas.

La fabricación de Pellas o proceso de peletización es el proceso mediante el cual a partir de un mineral concentrado de hierro, aditivos y aglomerante orgánico, se produce un aglomerado en forma esférica con características físicas, químicas y metalúrgicas apropiadas para la etapa posterior en el proceso de reducción. Las esferas que se obtienen en el proceso de peletización se conocen como Pellas (Pellet), que son partículas producidas por aglomerados finos de mineral de hierro concentrado. Ternium en México cuenta con 2 plantas peletizadoras, una de ellas con capacidad de 4100 MTon de Pellas al año.

Antes de iniciar el proceso de peletizado el mineral recibe un tratamiento de beneficiado para lograr las características químicas y físicas requeridas, denominado molienda y concentración, posteriormente se procede a la elaboración de pellas, subproceso conocido como peletización. Las Pellas fabricadas en Ternium México tienen aproximadamente las siguientes características:

Contenido de Fierro Total (Fe)= 66.6% Contenido de Sílice (Si)= 2.50% Contenido de Azufre (S)= 0.006%

3.1.3 Reducción del mineral de hierro

La reducción de mineral de hierro, es un proceso que forma parte de la etapa de reducción en la fabricación del acero. El proceso de reducción es el proceso en el cual se extraen los óxidos del mineral. En la industria Siderúrgica existen dos métodos de reducción del mineral de hierro con los que se obtiene acero, estos son: Reducción Indirecta y Reducción Directa.

En el método de Reducción Indirecta se utiliza un alto horno mientras que la Reducción Directa utiliza un reactor y un horno eléctrico de arco. Ambos métodos parten del mineral de hierro, pero la diferencia básica entre ellos, es cómo llevan a cabo la reducción del mineral de hierro.

Reducción directa es el proceso que permite obtener el hierro metálico o hierro de reducción directa con las características físico- químicas requeridas, granulometría y composición química para la fabricación del acero a través de la extracción o eliminación de oxígeno de las pellas en el horno de reducción o reactor. En la ruta reducción directa, la reducción se lleva a cabo con un gas reductor generado a partir de la reformación de gas natural, el proceso se ejecuta sin fusión desde la hematina hasta el hierro metálico. El calor se proporciona calentando el gas reductor en un intercambiador de calor. El producto después de procesado conserva su forma original de pellet pero con notable mayor porosidad, a este producto se le conoce como hierro de reducción directa (HRD) o fierro esponja. En Ternium México se utiliza la reducción directa y hornos de arco eléctrico, el total de producción de las plantas de reducción directa es de 2284 MTon/año, tan solo en Monterrey es de 1525 MTon/año.

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3.1.4 Aceración y Solidificación

Aceración y solidificación son los procesos destinados a convertir productos de reducción del mineral y otros materiales en acero líquido con una composición química específica definida en función del tipo de acero a fabricar, a este proceso se le denomina aceración. Posteriormente en el proceso de solidificación, el acero líquido es transformado en placas solidas llamadas planchones, palanquillas o lingotes.

El hierro de reducción directa (HRD), fabricado en las plantas de reducción directa se obtiene en forma sólida, para elaborar productos laminados debe ser previamente transformado en acero, fundiéndolo y ajustando su composición química mediante un proceso de aceración en horno eléctrico de arco. Ternium en México cuenta con tres acerías con una producción total de 2284 MTon/año.

3.1.4.1 Metalurgia Secundaria

La metalurgia secundaria en horno cuchara también conocido como horno olla, tiene como objetivos el ajuste final de la composición química del acero a los valores especificados, profundizar la desulfuración del acero, asegurar el tratamiento adecuado para cumplir con las condiciones de calidad exigidas y despachar el acero a la temperatura adecuada para su posterior colado. Una vez teniendo el acero líquido con las propiedades físicas, químicas y metalúrgicas deseadas, el horno cuchara se transporta a la zona de colada continua, donde se procesa el acero para comenzar la solidificación del mismo.

3.1.4.2 Solidificación

La solidificación es un fenómeno de nucleación y crecimiento a una temperatura adecuada, que al alcanzar dicha temperatura, un conjunto de átomos contiguos toma una posición fija denominada núcleo. El fenómeno de nucleación y crecimiento se da en distintos puntos de la masa líquida. De cada núcleo, surgen cristales que forman una red cristalina que aumenta de tamaño. Estas porciones de cristal crecen hasta ser circundadas por otras del mismo origen. Estas partes de la masa de acero se denominan granos de material. Las propiedades mecánicas del acero dependerán de la forma de los granos y de su estructura cristalográfica.

3.1.4.3 Colada Continua

El proceso de colada contínua consiste en solidificar el acero líquido de manera contínua, desde la superficie al centro, obteniendo un planchón en el caso de productos planos o una palanquilla en el caso de productos largos. En México se cuenta con una capacidad de 2481 MTon/año de productos planos y 1338 MTon/año de productos largos.

La capacidad instalada de la acería de la planta Guerrero es de 1900 MTon al año, para lo cual cuenta con dos hornos eléctricos para fundir la carga metálica, uno de 200 Ton y otro de 170 Ton de capacidad, dos hornos olla de 135 Ton para el afino del acero y dos máquinas de colada continua de planchón delgado de 54 mm de espesor.

La capacidad instalada de la acería en planta norte es de 550 mil toneladas al año de acero líquido, para lo cual cuenta con un horno eléctrico de arco con 93 Ton de capacidad, mas 10 Ton de remanente donde se

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funde la carga metálica, un horno olla de 93 Ton de capacidad y un transformador de 15 MVA, y una máquina de colada continua con 5 líneas para billet 127 x 127 mm.

La capacidad instalada de la acería en Puebla es de 750 mil toneladas al año. Para ello cuenta con un horno eléctrico con 200 Ton de capacidad en donde se funde la carga metálica, un horno olla con 135 Ton para el afino final del acero y una máquina de colada continua con 5 líneas para billet 140 x 140mm y un largo de 8 mts.

3.1.4.4 Fusión en Horno Eléctrico de Arco

Ternium en Planta Guerrero utiliza hornos Eléctricos de arco del tipo de corriente directa. En los mismos, la corriente eléctrica pasa desde los electrodos a través de un arco a la carga metálica, la corriente eléctrica regresa al circuito eléctrico a través de ánodos conductores en el fondo del horno. Las etapas del proceso de fusión en hornos eléctricos de arco son: Fusión, Refinación y Vaciado.

En la etapa de fusión, la chatarra y el HRD pasan del estado sólido al líquido. Se realizan cargas de chatarra mediante cestas dentro de los hornos eléctricos; el horno contiene un remanente de acero líquido de la colada previa que ayuda a fundir la carga actual. Una vez que la chatarra ha sido cargada, se colocan los electrodos y la bóveda sobre el horno, se conecta la energía eléctrica, generándose un arco eléctrico entre los electrodos y la carga metálica, lo cual produce suficiente energía calorífica para fundir la chatarra. Al iniciar la aparición del arco eléctrico los electrodos comienzan a penetrar dentro de la chatarra, hasta lograr que el arco eléctrico se estabilice quedando cubierto por la chatarra, en ese momento se incrementa la potencia del horno y se inicia la alimentación de HRD y cal que se mantiene de forma continua hasta completar la carga, a esta etapa se le conoce como profundización. Finalmente el arco eléctrico funde la carga metálica de abajo hacia arriba formando un charco de metal fundido.

La fusión ocurre debido al calor generado por la radiación del arco, la resistencia al flujo de corriente ofrecida por la carga y la energía química aportada por la reacción de oxidación de las lanzas de oxígeno. Durante la fusión se inyecta oxígeno y carbón para incrementar la energía química del baño mediante lanzas coherentes.

En la etapa de refinación se ajusta la temperatura y composición química del baño de acero a los valores de especificación requeridos por el proceso. La temperatura que tiene el acero en el horno eléctrico es de aproximadamente 1600 °C. Los principales propósitos del proceso del horno olla es lograr que el acero tenga características químicas acordes con las especificaciones, alcanzar la temperatura del tratamiento final para su envío a la colada continua y limpiar el acero de inclusiones.

3.1.5 Laminación

Este es el quinto y último proceso en el flujo de fabricación de acero. La laminación plana consiste en hacer pasar un material metálico entre dos cilindros que giran a la misma velocidad y en sentido contrario, para reducir su espesor mediante la presión ejercida por los mismos. El metal es comprimido, reducido en su sección y cambiado de forma. La deformación por laminación es plástica, es decir que las dimensiones del material obtenido se mantienen luego de cesar la fuerza de los cilindros.

Existen dos procesos básicos de laminación, laminación en caliente y en frio. La laminación en caliente se realiza a altas temperaturas (mayores a los 850 °C) y está orientado a bandas de espesores de 1.2 mm o más; mientras que la laminación en frio se realiza a temperaturas cercanas a las del ambiente y están

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orientados a obtener productos de espesor menor a 2.5 mm, mayor calidad superficial y tolerancias dimensionales más estrechas.

Las plantas de ternium México tienen una capacidad total de producción de 5000 M de bobinas de laminación en caliente (LAC) al año. Las instalaciones en México producen 2200 M de bobinas de laminación en frio (LAF) al año.