Convertidor Thomas Bessemer 2tcx

CONVERTIDOR THOMAS BESSEMER

El procedimiento Bessemer fue el primer proceso de fabricación químico que sirvió para lafabricación en serie de acero, fundido en lingotes, de buena calidad y con poco coste a partir del arrabio. Este procedimiento fue llamado así en honor de Henry Bessemer, quien obtuvo la patente en 1855 y la utilizó a través de la Henry Bessemer and Company, sociedad implantada en Sheffield, ciudad del Norte de Inglaterra. El procedimiento fue descubierto de forma independiente en 1851 por William Kelly.1 2 El mismo también había sido usado fuera de Europa durante cientos de años, pero no a una escala industrial.3 El principio clave es la retirada de impurezas del hierro mediante laoxidación producida por el insuflado de aire en el hierro fundido. La oxidación causa la elevación de la temperatura de la masa de hierro y lo mantiene fundido.

Elaboración de acero en convertidores . La elaboración de acero en convertidores es un método desarrollado en el año 1855 por el metalúrgico ingles H. Bessemer, y consiste fundamentalmente en soplar aire comprimido al arrabio vertido en un recipiente especial llamado convertidor

Generalidades Para la producción de aceros, se emplean como materias primas fundamentales, el arrabio y la chatarra de metales ferrosos. El acero, comparado con el hierro fundido obtenido en los altos hornos, contiene mucho menos cantidad de carbono e impurezas, debido a que estas últimas se eliminan por oxidación durante el proceso de elaboración del acero. Los métodos comúnmente utilizados para obtener aceros son: de convertidores; producción en hornos Martin y producción en hornos eléctricos.

Método de convertidores El convertidor es un recipiente en forma de pera, hecho con chapas de acero remachadas de 15 a 30 cm de espesor. Su cavidad interior se encuentra revestida de material refractario que forma una capa de alrededor de 300 mm de espesor. Su volumen útil promedio es de alrededor de 30 t. El aire comprimido entra por agujeros en el fondo del convertidor, que tienen un sistema para controlar y/o regular su entrada. Mediante mecanismos, el convertidor puede tomar una posición horizontal para cargar la materia prima y descargar el acero, llevándose a la posición vertical que será la de trabajo y coincidirá con el mayor suministro de aire.

Método Bessemer

El método Bessemer o de converción ácida, se obtiene en un convertidor que está revestido de ladrillos Dinas, lo que hace un revestimiento ácido. Este es un material refractario que contiene de un 90 a un 97% de SiO2. El revestimiento se corroe por las escorias, por lo que por este método solo se pueden tratar arrabios silíceos, y el hierro que se transforma debe tener contenidos mínimos de fósforo y azufre. El convertidor se coloca horizontal, se calienta y se carga con arrabio líquido; se suministra aire y se lleva a la posición vertical o de trabajo. En un primer periodo comienza la oxidación de las impurezas de hierro por la reacción entre el óxido de hierro formado y el silicio y manganeso que hay en el hierro. La oxidación del silicio desprende grandes cantidades de calor, aumentando la temperatura de la fundición. El segundo periodo se caracteriza por un aumento de temperatura de hasta 1500°C, creándose una combustión intensa delcarbono, hasta formarse CO2. En el tercero y último periodo, se produce un humo pardo que indica la oxidación del hierro. Aquí termina el proceso; se lleva el horno a la posición horizontal, reduciéndose el suministro de aire.

Bessemer y Thomas El primer paso para lograr la transformación masiva del arrabio en acero lo dio el inglés Henry Bessemer en 1856. La idea de Bessemer era simple: eliminar las impurezas del arrabio líquido y reducir su contenido de carbono mediante la inyección de aire en un "convertidor" de arrabio en acero. Se trata de una especie de crisol, como el que muestra en la figura 19, donde se inyecta aire soplado desde la parte inferior, que a su paso a través del arrabio líquido logra la oxidación de carbono. Así, el contenido de carbono se reduce al 4 o 5% a alrededor de un 0.5 % . Además el oxígeno reacciona con las impurezas del arrabio produciendo escoria que sube y flota en la superficie del acero líquido. Como la combinación del oxígeno con el carbono del arrabio es una combustión que genera calor; Bessemer acertadamente sostenía que su proceso estaba exento de costos por energía. Como se muestra en la figura del diseño original Convertidor de arrabio en acero inventado por Henry Bessemer. Un flujo de aire se inyecta por la parte inferior del horno para que elimine gran parte del carbono y otras impurezas del arrabio por oxidación. Este diseño fracasó inicialmente porque el refractario que cubría las paredes del horno era de tipo "ácido". Bessemer logró convencer a los grandes señores del hierro de la época victoriana para que aplicaran industrialmente los procedimientos que él había desarrollado a escala de laboratorio. Se invirtieron enormes recursos en el proyecto, cuyo resultado fue un escandaloso fracaso. Bessemer fue obligado a reponer el dinero a los industriales y se hundió en el mayor descrédito. Pero Bessemer no se dio por vencido. Le costó mucho darse cuenta de que el arrabio que él había empleado en sus experimentos de laboratorio era distinto al que explotaban industrialmente los fundidores ingleses. Por alguna razón, Bessemer había empleado un arrabio de bajo contenido de fósforo que contrastaba con el arrabio obtenido de muchos minerales nativos de Inglaterra y Europa que eran muy ricos en este elemento.

La pared del convertidor de Bessemer estaba recubierta con ladrillos refractarios ricos en óxido de silicio: sílice. En la jerga de los refractarios a éstos se les llama "ácidos" para distinguirlos de los óxidos metálicos, que se denominan "básicos". La triste experiencia del primer intento de Bessemer sirvió para demostrar que los refractarios ácidos entorpecen la eliminación del fósforo del arrabio. Más tarde Thomas y Gilchrist, también ingleses, probaron que el convertidor de Bessemer transformaba exitosamente el arrabio en acero si la pared del horno se recubría con refractarios "básicos", de óxido de magnesio por ejemplo. Para quitar el fósforo y el sílice del arrabio, añadieron trozos de piedra caliza que reacciona con ambos para producir compuestos que flotan en la escoria. Esto no se podía hacer en el convertidor "ácido" de Bessemer porque la piedra caliza podría reaccionar con los ladrillos de sílica de sus paredes. Bessemer instaló su propia acería en Sheffield, pagó sus deudas, pronto logró una producción de un millón de toneladas por año y amasó una gran fortuna. Lo que nunca pudo recuperar fue la confianza de los industriales ingleses. De muy mala manera fue rechazado su proyecto para sustituir los rieles de ferrocarril de "hierro" forjado de esa época por los de acero que ahora todo el mundo utiliza. La tecnología para producir, arrabio siempre estuvo inmersa en un proceso evolutivo. Un paso de una gran trascendencia se dio en el siglo XVIII, cuando el carbón mineral sustituyó al carbón de leña en los hornos. El uso del carbón de leña en las acerías dejó secuelas dramáticas en muchos países. En Inglaterra la devastación fue tan brutal que para mediados del siglo XVIII los bosques ya se habían agotado. Por más de un siglo Inglaterra tuvo que importar hierro o arrabio de Suecia, Rusia y de sus colonias americanas, debido a su insuficiencia de carbón de leña. Para bien de los bosques, en el siglo XVIII se inició el uso del carbón mineral para producir arrabio. El carbón mineral usualmente contiene sustancias volátiles indeseables para la fabricación del arrabio. Se desarrollo entonces un método que consiste en triturar y calentar el carbón mineral en hornos para que las sustancias volátiles sean expelidas, dando lugar a un carbón más refinado llamado coque. Cuando los convertidores "básicos" de arrabio en acero entraron en operación, ya se producía carbón mineral coquizado en plantas avanzadas donde además de purificar al carbón se, aprovechaban los gases expelidos. Se obtenían como subproductos amoniaco, benceno, tolueno, nafta aromática y brea de alquitrán.

Método Thomas

Fue creado en 1878 por el inglés Thomas y se usa para hierros ricos en fósforo. El revestimiento de este convertidor se hace de dolomita, que es un material refractario compuesto de MgCO3.CaCO3. La capacidad de estos convertidores es mayor que la de los Bessemer, pues a la materia prima empleada hay que agregarle cal. En este caso, el convertidor se calienta y se carga con la cal, después se vierte el arrabio y se suministra el aire.

Ventajas del acero logrado en convertidores   

Alta capacidad de producción No es necesario combustible, pues la temperatura se logra a partir del desprendimiento de calor del proceso de oxidación. Bajo costo del acero obtenido.

Desventajas 

No se pueden transformar grandes cantidades de chatarra.

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Las fundiciones deben ser de una determinada composición.

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Hay grandes pérdidas de metal al quemarse.

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Se hace difícil regular el proceso, obteniéndose aceros con elevados contenidos de óxido de hierro y nitrógeno.