horno alto

horno alto , alto horno Hochofen

 

 


  1. El proceso
  2. Partes y componentes
  3. Materiales
  4. Bibliografía consultada
  5. Conceptos relacionados

La mena o mineral de hierro ('Eisenerz') que se extrae de las minas es un óxido de hierro —un compuesto formado por hierro y oxígeno (‘Eisen-Sauerstoff-Verbindung’)— mezclado con otras sustancias acompañantes ‘(Begleitelement’). Para separar el oxígeno del hierro, proceso que se denomina reducción (‘Reduktion’), se necesitan, además del propio mineral de hierro y otros componentes, agentes que propicien la reducción (reductores, ‘Reduktionsmittel’), como el coque (‘Koks’), el carbón (‘Kohle’), el gas (‘Gas’) o el aceite (‘Öl’), y una instalación adecuada para soportar las altas temperaturas a las que deben realizarse todas estas operaciones. El alto horno es el equipamiento industrial más grande que existe para realizar la reducción del mineral de hierro y obtener el arrabio (‘Roheisen’) que servirá de base para fabricar el hierro de fundición ('Eisengusswerkstoff') o el acero ('Stahl').


El proceso

Un alto horno es un horno de cuba de grandes dimensiones que opera en contracorriente: la carga férrica (‘Möller’), compuesta por el mineral de hierro (‘Eisenerz’), los escorificantes y fundentes (‘Zuschlag’) y el coque (‘Koks’), se introduce por la parte superior —el tragante (‘Gicht’)— y se precipita hacia su interior donde reacciona con el gas reductor ascendente que se inyecta por la parte inferior.

Para que la reducción sea efectiva es necesario que la carga férrica haya sido transformada previamente en forma de pellas (‘Pellet’), sínter (‘Sinter’), terrones de hierro (‘Stückerz’) o finos de hierro (‘Feinerz’).

Para generar el gas de reducción se inyecta aire caliente a 1200 °C procedente de la estufa (‘Winderhitzer’) por la parte inferior del horno. El carbono del coque se gasifica con el oxígeno del aire y se convierte en monóxido de carbono (‘Kohlenstoffmonoxid’) —el gas reductor— y provoca un aumento de la temperatura hasta 2200 °C. Este gas al ascender absorbe el oxígeno del hierro y produce, por consiguiente, su reducción. El arrabio ('Roheisen') que se obtiene tras el proceso de reducción contiene un 4,7% de carbono. Los componentes del mineral de hierro que no se utilizan, la ganga (‘Gangart’), van a parar a la escoria (‘Schlacke’). El arrabio y la escoria se acumulan en la parte inferior del horno alto. El horno se sangra (‘abstechen’) periódicamente practicando un orificio llamado piquera (‘Abstichsloch’) situado en la parte baja del mismo. 

Procesos alternativos

Existen otros procesos alternativos para reducir el mineral de hierro que trabajan en hornos diferentes al horno alto sin utilizar coque. Se trata de la reducción directa (‘Direktreduktion’) y de la fusión reductora (‘Schmelzreduktion’). El proceso de reducción directa puede hacerse con reductores en fase gaseosa (es decir, gas) o con reductores sólidos (carbón). Entre los procesos conocidos con reductor gaseoso se encuentran el Midrex®, el HYL o el FIOR; entre los que utilizan reductor sólido están el SL/RN, el COMET y el IMETCO. A diferencia del horno alto, que produce arrabio, con la reducción directa no se obtiene arrabio líquido ya que los procesos se realizan a temperaturas más bajas que las del horno alto. Al mineral de hierro se le extrae el oxígeno y los componentes de la ganga permanecen en el producto resultante: la esponja de hierro (‘Eisenschwamm’) (que recibe también el nombre de DRI = Direct Reduced Iron).

El método de fusión reductora, por su parte, se realiza en dos fases: en un primer lugar, el mineral de hierro se transforma en esponja de hierro en una cuba de reducción y luego esta se traslada a una unidad de fusión y gasificación donde se le añade carbón y oxígeno y se transforma en arrabio. Uno de los principales procesos que aplica esta técnica es el COREX.


Partes y componentes

El horno alto está compuesto por: 


partes de alto horno
Gicht 1 tragante
Ofenschacht 2 cuba
Kohlensack 3 vientre
Rast 4 etalaje
Gestell 5 crisol
Herdsohle 6 solera
Schlacke 7 escoria
Winderhitzer 8 estufa
 
  • el silo (‘Bunker’), donde se acumula la carga férrica (‘Möller’)
  • el montacargas (‘Schrägaufzug’, ‘Gichtaufzug’)
  • los pantalones, tubos que recogen los gases de combustión y que se derivan a las estufas
  • el tragante (‘Gicht’), la boca del horno por donde se introduce la carga
  • la cuba (‘Ofenschacht’), revestida de ladrillo refractario en su interior. Constituye la zona de reacción donde empieza la reducción del mineral de hierro.
  • el vientre (‘Kohlensack’)
  • el etalaje (‘Rast’), donde se encuentran las toberas que suministran aire caliente al horno alto
  • el crisol (‘Gestell’), la parte más baja donde se encuentra la piquera de escoria o bigotera y la piquera de arrabio. Algunos hornos altos disponen de una sola piquera. La escoria y el arrabio se extraen juntas y se separan en un sistema de canales denominado ‘Fuchs’ en alemán.
  • la solera (‘Gestell’), o el suelo del horno
  • la estufa (‘Winderhitzer’ o ‘Cowper’), la instalación que calienta el aire que debe inyectarse en el horno alto.

Materiales

Para producir arrabio se utilizan:

  • materias primas férreas: minerales de hierro (‘Eisenerz’), chatarra (‘Schrott’) y prerreducidos (‘DRI);
  • materias combustibles: carbón (Kohle), coque siderúrgico, gases; y
  • materias primas fundentes: caliza, dolomía, entre otros.

Para aglomerar los minerales, una vez separada la ganga, se emplean procesos de sinterización y peletización.

En el horno alto, en resumen, se efectúa  la reducción del mineral de hierro, es decir, se elimina oxígeno del mismo para enriquecerlo en hierro metálico y obtener un producto —el arrabio— compuesto en más del 95 % por hierro. Los residuos sólidos que genera el proceso siderúrgico son las escorias (‘Schlake’), los lodos (‘Schlamm’), los polvos (‘Staub’), la cascarilla de laminación (‘Zunder’) y los refractarios.

La transformación del arrabio en acero se produce en las acerías (‘Stahlwerk’). El arrabio que sale del horno alto se somete a desulfuración y se transporta a la acería mediante una cuchara (‘Pfanne’) o mediante un torpedo (‘Torpedopfanne’). La escoria se recoge en cucharas (‘Schlackenpfanne’) y se utiliza como componente de otras materias ( p. ej., el cemento).

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Bibliografía consultada

Versión: enero de 2015 —  Bibuch SL® - Todos los derechos reservados.

 

Conceptos relacionados

variantes:
horno alto de carbón, horno alto de coque, mini alto horno
elementos
etalaje, pantalón, pared refractaria acorazada, piquera de colada
componentes
anillo de viento, artesa, estufa, horno de cubilote, montacargas, silo, torpedo
partes
crisol, cuba del horno, solera, tragante, vientre
máquinas:
pirómetro
materiales_
coque, ganga, mineral de hierro
aditivos
carga férrica, chamota, chatarra, escorificantes y fundentes, fundente, gas de horno alto, hulla, pella, sínter
productos
arrabio, escoria, fundición de hierro, fundido, hierro puro
procesos:
peletización, reducción, sinterización