Alto-Horno--Alumno

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Alto Horno
Obtención de Arrabio 
o 
Hierro de primera fusión
Materiales Metálicos – Ing. Mecánica
Ing. Víctor Gómez
U. T. N
Facultad Regional Tucumán
Alto horno
Aplicaciones
Extracción del 
mineral de hierro
Obtención del 
combustible a 
partir de la hulla
Extracción del 
mineral (cal)
Tratamiento e 
enriquecimiento 
del mineral
Preparación del 
coke
Obtención del 
fundente CO3 Ca
ArrabioEscorias
AireALTO HORNO
ACEROS FUNDICIONES
Extracción del mineral de hierro .
El método de la extracción del mineral de hierro depende del yacimiento en que se 
encuentra. Si se encuentra en un yacimiento a cielo abierto la extracción es fácil.
Si se encuentra en un yacimiento profundo, la extracción se hace más compleja, pues 
se necesita construir túneles para llegar donde se encuentra el mineral.
Preparación del mineral de hierro .
El mineral de hierro extraído, trae consigo impurezas (tierra, restos fósiles), 
denominadas "ganga", además posee tamaños variables; y otros aspectos que hacen 
que el mineral no sea apto para ser introducido directamente al Alto Horno. Se 
realizan las siguientes operaciones.
• Concentración : La concentración se puede llevar a cabo mediante los siguientes 
métodos:
• Por lavado.
• Por separador rotativo magnético.
• Reducción de tamaño.
• Aglomeración o briquetado.
Separación por flotación
La ganga menos densa, 
flota y la Mena por ser mas 
pesada se deposita en el 
fondo.
Mena Ganga
Mena Ganga
Separación por Magnetismo
Tratamiento del mineral
De la mina al Alto Horno : Cuando 
sale de la mina el mineral debe pasar 
por una serie de procesos, mecánicos 
para conseguir una mayor pureza. 
Alto Horno
Cal Carbón Mineral enriquecido
Trituración Sinterización
Mineral 
sinterizado
Horno
MINERALES DE HIERRO
Hematita (Fe2O3), óxido férrico, contiene hasta 
un 70% de Fe. Se presenta en masas terrosas de 
color rojo 
Limonita (Fe2O3.3H2O), óxido férrico 
hidratado con un 60% de Fe, masa terrosa de 
color variable del pardo al amarillo.
Magnetita (Fe3O4), óxido magnético, 70% 
de Fe, se lo llama piedra imán.
Siderita (CO3Fe), carbonato ferroso, 
48% de Fe, de color blanco.
FABRICACION DE PELLETS
El mineral de hierro se calcina para eliminar el agua, descomponer los carbonatos y oxidar los 
sulfuros y la materia orgánica que pudiera contener. Luego se debe someter a un proceso de
reducción de tamaño para que la reacción química ocurra eficientemente. Para eso, se puede triturar 
el material o pelletizarlo. Es la forma más tradicional en que se comercializa el mineral proveniente de 
las minas de hierro generalmente, se le somete a un proceso de beneficio para separarlo de la 
ganga, con lo que aumenta su ley de hierro al 60 – 63 %. Sus dimensiones son de 10 a 30 mm. Un 
porcentaje cada vez más importante del mineral de hierro que se emplea para la obtención del acero 
viene en forma de pellets. Los pellets son preconcentrados de hierro aglomerado en forma de 
nódulos. Se manufacturan con un aditivo especial alcalino, como caliza o dolomita, en plantas de 
pelletización. Sus dimensiones son de 9 a 16 mm.
DESCRIPCION DE UNA INSTALACION DE UN ALTO HORNO
DETALLES DE UN ALTO HORNO
1.Tragante.
2.Cuba.
3.Vientre.
4.Etalaje.
5.Crisol.
6.Piquera.
7.Bigotera.
8.Manga de tobera.
9.Tobera.
10.Anillo de viento.
11.Escape de gases.
12.Vagoneta.
13.Soporte metálico de 
sostén.
Siderurgia - P. A. Pezzano
► Boca de carga o tragante: Es de forma cilíndrica y 
constituye la parte superior del A. H., por esta zona ingresa 
el mineral, el combustible y el fundente. El tragante se divide 
en dos tubos de salida por donde salen los gases. Un 
dispositivo de doble válvula permite efectuar las cargas sin 
que se dispersen los gases a la atmósfera ni se pierda calor, 
con el propósito de que el horno no pierda rendimiento. La 
carga, asciende hasta la boca del horno con la mezcla 
adecuada de mineral de hierro y combustible y fundente.
► Cuba : De forma troncocónica. Esta forma facilita el 
descenso de la carga y su permanencia en la zona para 
aprovechar mejor el calor. En la parte superior se enangosta, 
ya que los gases tienen un menor volumen específico al 
disminuir la temperatura en esa zona. La cuba se ensancha 
hacia su parte inferior. 
► Vientre : Zona donde se produce la unión con el etalaje. 
De forma cilíndrica, es de poca altura, en esta zona 
comienza la fusión de la carga.
► Etalaje: También de forma troncocónica. En esta parte 
del horno se produce una notable disminución del volumen 
de los materiales, como consecuencia de las 
transformaciones químicas que tienen lugar en él. La zona 
inferior es de menor diámetro, a causa de esta disminución 
de volumen y, también, por el hecho de que la fusión de la 
carga hace que ésta fluya sin dejar espacios libres. En la 
parte inferior del etalaje, se encuentran las toberas que 
introducen el aire necesario para la combustión.
► Crisol: Es un cilindro, que recoge la fundición líquida, así
como la escoria, que queda flotando en estado líquido. En la 
parte inferior, posee, dos orificios, uno para el colado del 
arrabio y el otro que está un poco mas elevado, para la 
eliminación de la escoria, formada por sílice, óxido de calcio, 
alúmina y algo de óxido ferroso.
COMPONENTES DE LA CARGA DE UN ALTO HORNO
Mineral de Fe en estado sólido (1 y 2): Fe₂ 0₃, 
puede ingresar en forma de Granza o Pellets, el 
primero es un producto tradicional en las minas 
al que se lo somete a un separado de ganga, 
Ley = 63% Fe, Dimensiones, entre 10 y 30 mm. 
El pellets que es material enriquecido, tiene una 
Ley = 64% Fe, Dimensiones, entre 10 y 16 mm. 
Ambos materiales, se cargan directamente en el 
A. H.
Combustible (5): La hulla (3) se trata 
en los hornos (4) para obtener el 
Coque (5), tiene la función de elevar la 
temperatura durante su combustión y 
también de actuar como agente 
reductor. Al arder, libera monóxido de 
carbono, que se combina con los 
óxidos de Fe y los reduce a hierro 
metálico.
Fundente (6): Carbonato de Calcio C0₃ Ca. Tiene por 
finalidad disminuir el punto de fusión de las cenizas y la 
ganga, este sistema fluido tiene menor peso específico y 
sobrenada al material líquido. De esta manera se elimina 
la escoria. La caliza de la carga del horno se emplea 
como fuente adicional de monóxido de carbono y como 
sustancia fundente. Este material se combina con la sílice 
presente en el mineral (que no se funde a las 
temperaturas del horno) para formar silicato de calcio, de 
menor punto de fusión. Sin la caliza se formaría silicato 
de hierro, con lo que se perdería hierro metálico. El 
silicato de calcio y otras impurezas forman una escoria 
que flota sobre el metal fundido en la parte inferior del 
horno. 
① ②
③
④
⑤
⑥
CUBA
VIENTRE
ETALAJE
2.000 ℃℃℃℃
Carga tipo
Mineral de Fe = 2 Ton.
Carbón de coque = 1 Ton.
Fundente = ½ Ton
ALTO HORNO – REACCIONES QUIMICAS Y ZONAS DE TEMPERAT URAS
Zona 1
Zona 6
Zona 5
Zona 4
Zona 3
Zona 2
REACCIONES
C + O ₂₂₂₂ ⇛⇛⇛⇛ CO ₂₂₂₂
CO ₂₂₂₂ + C ⇛⇛⇛⇛ 2 CO Gas activo para la reducción.
La carga (mineral, fundente y combustible) se seca, va descendiendo y en contra corriente 
ascienden los gases ricos en CO. En la parte superior de la cuba reaccionan reduciendo al 
mineral.
REDUCCION INDIRECTA
3Fe ₂₂₂₂ O ₃₃₃₃ (Hematita) + CO ⇛⇛⇛⇛ 2 Fe ₃₃₃₃ O ₄₄₄₄ (Magnetita)+ CO ₂₂₂₂
Fe ₃₃₃₃ O ₄₄₄₄ (Magnetita) + CO ⇛⇛⇛⇛ 3 FeO (Wustite) + CO ₂₂₂₂
FeO (Wustite) + CO ⇛⇛⇛⇛ Fe + CO ₂₂₂₂
Por debajo de 983 ℃ solo el CO reduce el FeO; a temperaturas superiores a 983 ℃, el C 
reduce al FeO. Esencialmente, el CO gaseoso a altas temperaturas tiene una mayor atracción 
por el oxígeno presente en el mineral de hierro (Fe ₂ O ₃) que el hierro mismo, de modo que 
reaccionará con él para liberarlo. Químicamente entonces, el hierro se ha reducido en el 
mineral. 
REDUCCION DIRECTA : Parte baja de la cuba.
Fe ₂₂₂₂ O ₃₃₃₃ + 3 C0 ⇛⇛⇛⇛ 2 Fe + 3 CO ₂₂₂₂ o 2 Fe ₂₂₂₂ O ₃₃₃₃ + 3 C ⇛⇛⇛⇛ 4 Fe + 3 CO ₂₂₂₂
Fe O + CO ⇛⇛⇛⇛ Fe + CO ₂₂₂₂ o 2 Fe O + C o2 Fe O + C o 2 Fe O + C o 2 Fe O + C ⇛⇛⇛⇛ 2 Fe + CO 2 Fe + CO 2 Fe + CO 2 Fe + CO ₂₂₂₂
La piedra caliza se disocia por el calor:
CO ₃₃₃₃ Ca ⇛⇛⇛⇛ Ca O + CO ₂₂₂₂ los óxidos de calcio y manganeso reaccionan con la sílice para 
formar la escoria. SiO ₂₂₂₂ + CaO ⇛⇛⇛⇛ SiO ₃₃₃₃ Ca SiO ₂₂₂₂ + MnO ⇛⇛⇛⇛ SiO ₃₃₃₃ Mn
En la zona del vientre, el hierro se encuentra en estado pastoso, en el etalaje, se produce la 
fusión final y el hierro absorbe carbono.
⃟ El Alto Horno es virtualmente una planta química que reduce continuamente el hierro del 
mineral. Químicamente desprende el oxígeno del óxido de hierro existente en el mineral para 
liberar el hierro ⃟. 
ZONAS DE TEMPERATURAS
► Procesos entre 150 a 400 ℃℃℃℃ (zona 1). . 
► Procesos entre 400 y 700 ℃℃℃℃ (zona 2).
► Procesos entre 700 y 1350 ℃℃℃℃ (zona 3).
► Procesos entre los 1350 y 1550º c (zona 4).
► Procesos entre 1550 a 1800º c. Zona de combustión (z ona 5). 
► Procesos entre 1300 a 1550º c. Separación metal-esco ria (zona 6).
Composición química del ArrabioCarga típica en Alto Horno
1.030 ℃Temperatura Aire Insuflado
1.530m3/min.Aire Insuflado
89944Petróleo + Alquitrán
9.200451Coque
25012Cuarzo
2.300112Caliza
45022Mineral de Mn
30015Chatarra
19.600995Pellets
9.600490Mineral de Hierro
kg/cargaKg/tComponentes
1460 ℃Temperatura en crisol Alto Horno : 
0,06Titanio (Ti)
0,35Vanadio (V)
0,025Azufre (S)
0,110Fósforo (P)
0,45Silicio (Si)
0,40Manganeso (Mn)
4,50Carbono (C)
93,70Hierro (Fe)
%Elementos
Los altos hornos funcionan de forma continua. La materia prima que se va a introducir en el horno se divide en 
un 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. La producción de arrabio de un horno es de unas 1.500 a 3.000 Tn/día. Su trabajo es ininterrumpido ya 
que de pararse, el refractario sufre graves daños y se tendría que cambiar. Normalmente funciona durante 10 
años.
INSTALACIONES AUXILIARES
Recuperadores de calor ①①①①: Es la principal instalación auxiliar, se los emplea para calentar el aire a insuflar en 
el A .H, a una temperatura que oscila entre los 800 y 1.000 ℃, con el propósito de mejorar la eficiencia de la 
combustión. Se utilizan como mínimo 3 torres o estufas. Son aparatos construidos con ladrillos refractarios 
huecos ④. (TORRES COWPER)
Máquinas soplantes o Compresores : Se las emplea para alimentar de aire al A . H, son accionados por 
motores a gas producidos por el A . H. En instalaciones experimentales también se ha demostrado que la 
producción se incrementa enriqueciendo el aire con oxígeno.⃟
 
①①①①
②②②②
③③③③
④
PRODUCCION
•Cada cinco o seis horas, se cuelan desde la parte interior del horno hacia una olla de colada entre 150 a 375 
ton. de arrabio. Luego se transportan a un horno de fabricación de acero. La escoria flotante sobre el hierro 
fundido en el horno se drena separadamente. Cualquier escoria o sobrante que salga del horno junto con el metal 
se elimina antes de llegar al recipiente. A continuación, el contenedor lleno de arrabio se transporta a la Acería.
•Los altos hornos modernos funcionan en combinación con hornos básicos de oxígeno o convertidores al 
oxígeno, y a veces con hornos de crisol abierto, más antiguos, como parte de una única planta siderúrgica. En 
esas plantas, los hornos siderúrgicos se cargan con arrabio. El metal fundido procedente de diversos altos 
hornos puede mezclarse en una gran cuchara antes de convertirlo en acero con el fin de minimizar el efecto de 
posibles irregularidades de alguno de los hornos.
•El arrabio recién producido contiene demasiado carbono y demasiadas impurezas para ser provechoso. Debe 
ser refinado, porque esencialmente, el acero es hierro altamente refinado que contiene menos de un 2% de 
carbono. El hierro recién colado se denomina "arrabio". El oxígeno ha sido removido, pero aún contiene 
demasiado carbono (aproximadamente un 4%) y demasiadas impurezas (silicio, azufre, manganeso y fósforo) 
como para ser útil, para eso debe ser refinado.
ALTOS HORNOS ZAPLA
Ubicado en Jujuy, tiene una altura total de 60 m y un diámetro de 8 m, con una producción diaria de 
1.500 a 2.000 ton. En combustible utilizado es el carbón de leña por lo que hay 15.000 hectáreas de 
bosque de eucaliptos. Para producir una tonelada de arrabio, se utilizan 4.000 ton de oxigeno. Las 
escorias se sacan cada 2 hs y se realizan 5 o 6 coladas de arrabio por día. La temperatura del aire es 
de 980 ℃.
El descubrimiento de la zona minera de Zapla ocurrió de la manera fortuita en 1939, el baquiano 
Wenceslao Gallardo junto al italiano Angel Canderle, partieron a cazar sobre los bosques de Zapla, 
Canderle conocedor de los minerales, se interesó por el color rojizo del suelo que recorrían, por eso 
tomó unas muestras y las envió a Buenos Aires el informe destacó la importancia del descubrimiento, 
el mineral era hematita. Hematita" por su color rojo, que recuerda al de la sangre ("hematos"=sangre en 
griego). Este mineral argentino contenía un porcentaje de hierro del orden del 40%, siendo esa su 
principal debilidad en el balance económico de su explotación y elaboración, ya que los yacimientos 
ferríferos a mediados del siglo veinte eran económicamente explotables con porcentajes de hierro (o 
"ley" de hierro) superiores al mencionado. No obstante, el esfuerzo industrial realizado era altamente 
positivo si se tiene en cuenta que la totalidad de las materias primas utilizadas eran nacionales e 
incluso regionales, siendo además escuela de la siderurgia argentina. Manuel Savio y el general 
Enrique Mosconi, pretendían transformar una economía nacional agro-pastoril exportadora en otra que 
tuviera a las industrias de base como motor del crecimiento. Savio fuerte impulsor de la industria de 
base en 1938 eleva un proyecto de ley para crear la Dirección General de Fabricaciones Militares 
(DGFM), en dicha ley promulga a realizar exploraciones y explotaciones tendientes a la obtención de 
cobre, hierro, plomo, estaño, manganeso, wolframio, aluminio y berilio.
Febrero de 1942 se declara zona de reserva al Yacimiento, mediante decretos del PEN y del Gobierno 
de Jujuy.
23 de enero de 1943 por decreto N°141.462 se crea el Establecimiento "Altos Hornos Zapla", con la
planta piloto, merced a la visión del propulsor de la Siderurgia, General Savio. La empresa pasa a 
depender de la Dirección Gral. de Fabricaciones Militares
1943 y 1944, se construye el primer Alto Horno, instalándose el Cable Carril, que se reemplazó luego 
por una línea férrea para el transporte del mineral desde Mina 9 de octubre al Centro Siderúrgico.
11 de octubre de 1945, marca el nacimiento de la siderurgia Argentina, se produce la primera colada de 
arrabio argentino.
El 20 de febrero de 1951, se procedió a dar funcionamiento al segundo alto horno, el que fue construido 
íntegramente en el pais. A fines de 1962 se completa el ciclo siderúrgico con la construcción de: cuatro 
Altos Hornos (con una capacidad diaria de 150 toneladas de producción por cada uno); dos hornos 
eléctricos (de 10 toneladas de colada cada año); una Planta de laminación (con producción de 120.000 
toneladas anuales de hierro).
1957 a 1962: siderurgia integrada e integral: durante este lapso se integra la planta con las 
ampliaciones realizadas, acontecimiento que posibilita el proceso siderúrgico en forma "integral", desde 
la extracción del mineral hasta los semiterminados y terminados (barras, redondos y perfiles). Se 
destaca que tanto el mineral, carbón y fundentes, como las instalaciones y el personal, son argentinos. 
De esto se desprende que A. H. Z. produce el único acero 100% Argentino.