En este objeto de aprendizaje se expone el sistema de alto horno, su intervención en el proceso de fundición y la reacción química necesaria para la obtención del arrabio.
Obtención y producción del hierro y acero
Alto horno
El acero es una aleación de hierro y carbono que contiene desde 0.05 a 2% de este último, además de contener algunos otros elementos como níquel, cromo, manganeso, silicio o vanadio, que le dan ciertas características específicas. El acero se obtiene eliminando las impurezas del arrabio, producto de fundición en los altos hornos, y añadiendo después las cantidades adecuadas de carbono y otros elementos.
Para la producción de hierro, se utiliza un alto horno, el cual es una instalación industrial donde se funde el mineral de hierro junto con otros minerales como el coque y la caliza, para obtener el arrabio, que es el hierro fundido junto con algunas impurezas menores. Un alto horno está hecho de materiales no metálicos resistentes a la temperatura, como ladrillos refractarios y asbesto. Su altura puede llegar a los 40 metros y tiene un diámetro de entre 10 y 15 metros en su parte más ancha. Por la parte superior se le alimenta de los minerales de hierro, el coque como material de combustión y la caliza para la separación de impurezas, donde alcanzan una temperatura de más de 1500 °C. Por la parte inferior más ancha se inyecta aire procedente de la recirculación filtrada de los gases emitidos, que acelera la fusión y permite que el oxígeno entrante reaccione junto a la caliza para formar escoria, que es un material fundido formado de las impurezas del mineral y que es separado por densidad (permanece en la parte superior del material fundido), mientras que en la parte inferior se obtiene el arrabio, la materia prima que después de purificada y aleada con otros elementos forma el acero. Existen diferentes ecuaciones que describen la reacción dentro del alto horno, en función de la temperatura y del mineral utilizado, Fe2O3(hematita) o Fe3O4 (magnetita). Para la hematita tenemos las siguientes reacciones y la temperatura a la cual se llevan a cabo:
Estas reacciones las podemos describir, en conjunto, por la ecuación más simple:
A continuación se presenta un esquema animado de un alto horno.