¿Cómo funciona el alto horno?

Introducción

Los altos hornos desempeñan un papel importante en la producción de acero, ya que reducen el mineral de hierro a hierro mediante un proceso de fundición por reducción a alta temperatura. En este artículo, veremos más de cerca cómo funciona un alto horno, sus partes y funcionalidad, y su uso en otras áreas.

¿Qué es un alto horno?

Fundamentalmente, los altos hornos son altos pozos verticales que utilizan calor y reacciones químicas para transformar el mineral de hierro en hierro fundido. Esencialmente, se trata de una enorme caja de acero que funciona a alta presión y calor, convirtiendo el mineral de hierro en el metal que constituye el principal insumo de la siderurgia. La palabra "alto" se refiere en realidad al aire a alta presión que se introduce en el horno para mantener el proceso. El horno básico de oxígeno (BOF) se emplea principalmente en la fabricación de hierro y acero, y su uso ha evolucionado a lo largo de los siglos.

Principales ingredientes de un alto horno

Mineral de hierro

El mineral de hierro es la principal alimentación de hierro en el alto horno, que suele consistir en óxidos como la hematita (Fe2O3) o la magnetita (Fe3O4). Estos minerales tienen un alto contenido en hierro, pero el metal se combina químicamente con oxígeno y otros elementos. El mineral de hierro se convierte en hierro mediante reacciones químicas.

Coca-Cola

El coque es un material rico en carbono que se produce calentando carbón en ausencia de oxígeno.

Caliza

Para ayudar a eliminar las impurezas del mineral de hierro, como la sílice en el horno, se utiliza piedra caliza. estas impurezas se mezclan cuando se forma piedra caliza en un subproducto se llaman escoria del horno.

La formulación en alto horno para la producción de hierro significa que estos materiales se cargan en el horno en condiciones definidas.

¿Cómo funciona el alto horno?

El alto horno se carga con mineral de hierro, coque y piedra caliza y se pone en marcha. Los materiales de fragmentación y fibrosos se introducen en la parte superior del horno en capas alternas. Ahora el horno trabaja a una temperatura muy alta, de unos 2000°C. Se insufla aire caliente en el horno desde la parte inferior, lo que enciende el coque y pone en marcha las reacciones químicas que descompondrán el mineral.

Los materiales pasan por varios procesos desde la parte superior hasta el fondo del horno, lo que producirá hierro licuado en la parte inferior del horno. Es útil considerar cada etapa en detalle: el calentamiento, las reacciones químicas y la separación de las impurezas - se puede ver cómo funciona el alto horno.

El papel del aire en el horno

Una tobera especial situada en la parte inferior del horno inyecta aire en su interior. El aire soplado aporta oxígeno fresco para mantener el coque ardiendo, con dióxido de carbono y monóxido de carbono como productos de la reacción. Este CO es crucial, ya que es un agente reductor que reacciona con el mineral de hierro para obtener hierro.

El aire a muy alta presión es necesario para mantener la temperatura adecuada en el alto horno, lo que facilita la reacción química. Sin este chorro de aire, las reacciones químicas no se producirían de forma eficiente y el horno sería incapaz de producir hierro fundido.

Reacciones en el alto horno

Reducción del mineral de hierro

El coque genera monóxido de carbono (CO) y reacciona con óxido de hierro (III) (Fe2O3) según:

Fe2O3+3CO→ 2Fe+3CO2

Esta reacción expulsa el oxígeno del mineral de hierro, produciendo hierro puro (Fe) que se convierte en hierro líquido que se deposita en el fondo del horno.

Formación de escoria

La piedra caliza (CaCO3) se introduce para combinarse con las impurezas del mineral de hierro, como la sílice (SiO2), formando escoria:

CaCO3→ CaO+3CO2

A continuación, el óxido de calcio (CaO) se combina con las impurezas para formar silicato cálcico (escoria), que asciende a la parte superior del hierro fundido.

Estas reacciones son la piedra angular de reacciones en altos hornos que convierten las materias primas en hierro fundido utilizable.

El hierro fundido y las escorias

Una vez terminada la reacción, el hierro fundido se hunde en el fondo del horno y la escoria flota en la parte superior. El óxido de hierro, como se conoce a la materia prima, cae al fondo del horno, donde se funde, y el hierro fundido se extrae a través de una válvula especial. El material impuro, conocido como "escoria", se extrae del horno por separado.

Explotar el hierro fundido

Una vez que se ha formado suficiente hierro fundido en el fondo del horno, se "golpea" para extraerlo a través de una boquilla y depositarlo en un molde o recipiente. Este hierro, llamado arrabio, es la materia prima para la producción adicional de acero. Es en este horno siderúrgico donde se reducirá en carbono y se utilizará para fabricar acero. El hierro producido en los altos hornos desempeña un papel fundamental.

¿Qué pasa con la escoria?

Los residuos del alto horno no se desperdician. A menudo se reciclan para obras de construcción, aparecen en pavimentos o se procesan aún más para obtener cemento. En algunos casos, la escoria también puede tratarse para recuperar su contenido en hierro, por lo que constituye un subproducto valioso.

Temperatura y control

Para optimizar el funcionamiento del alto horno es necesario controlar cuidadosamente la temperatura. Si es demasiado fría, las reacciones no serán eficientes. Si es demasiado alta, el horno puede resultar dañado. Control de la temperatura Ajustes de la cantidad de coque o de flujo de aire. Estos factores se incorporaron más tarde a los sistemas avanzados de control de altos hornos para ajustarlos en consecuencia y controlar el buen funcionamiento del alto horno.

La función del alto horno en la producción de acero

El alto horno es un gran horno de fusión que constituye una pieza clave del proceso de producción del acero. Su función principal es convertir el mineral de hierro en metal caliente para siderurgia.
El proceso consiste en que el mineral de hierro y el coque se introducen por la parte superior del alto horno, y los gases reductores de la parte inferior ascienden. Finalmente, el óxido de hierro se convierte en metal caliente.
Así, el alto horno produce arrabio, que se convierte en acero en la segunda etapa.

Mejoras modernas

Las nuevas tecnologías se han desarrollado para que los altos hornos sean una opción más eficiente desde el punto de vista energético y más respetuosa con el medio ambiente. Los hornos más modernos disponen de sofisticados mecanismos de control para optimizar la temperatura, el flujo de aire y la entrada de materiales. Los altos hornos no sólo pueden funcionar con materiales alternativos -por ejemplo, biomasa- para reducir las emisiones de carbono. Pero también se diseñan cada vez más para que funcionen al menos con materiales alternativos para reducir carbono como ellos. Así se ayuda a la industria en su transición hacia prácticas sostenibles.

Conclusión

El alto horno es un componente esencial de la siderurgia y otras industrias. Por eso, entender el proceso del alto horno y lo que ocurre en él permite apreciar lo compleja que puede llegar a ser la fabricación industrial. Los principios de funcionamiento de los altos hornos han guiado a las industrias durante siglos y siguen desempeñando un papel vital en la fabricación moderna.