1.1. Alto horno

Icono IDevice Actividad
Un alto horno es una instalación industrial en la que la mena contenida en el mineral de hierro es transformada en arrabio, también llamado hierro bruto.

Imagen 6. Kalipedia. Creative Commons
Estas instalaciones reciben este nombre por su gran altura que suele estar en torno a los 30 metros. Un alto horno es un horno de cuba, formado por dos troncos de cono unidos por sus bases mayores. El tronco suerior recibe el nombre de cuba, y el inferior se llama etalajes, la zona intermedia se llama vientre. La parte interior del horno está recubierta por material refractario y la exterior es de chapa de acero, entre ambas capas se dispone un circuito de refrigeración.

El horno es alimentado con una mezcla de mineral de hierro, carbón de coque y fundente, generalmente piedra caliza. La proporción entre estas tres sustancias ha de ser 2Tm de mineral - 0,5Tm de coque - 1Tm de fundente. Mediante una cinta transportadora esta mezcla se lleva hasta una tolva situada en la parte superior del horno.

La mezcla se va alimentando al horno a través de la parte superior, llamada tragante. En ella un mecansimo de trampillas permite la entrada de la materia prima evitando que escapen al exterior gases, humos y sustancias contaminantes.
 
Los altos hornos operan en continuo. Esto quiere decir que la forma de trabajo no consiste en introducir la mezcla con los reactivos dejar que el horno funcione durante un determindado tiempo y que haya que detenerlo para extraer los productos. En un alto horno se introducen las materias primas solidas por la parte superior y los productos, más densos, se extraen por la parte inferior de forma continua. Esto hace que la mezcla de entrada vaya cayendo hacia zonas más bajas del horno y que sucesivamente vaya pasando por la cuba, el vientre y el atalajes.
Por la parte inferior del horno se inyecta por unas toberas aire caliente. Este aire reacciona en la zona de etalajes con el coque, el coque se transforma en CO generando una temperatura de 1800ºC. Con esta temperatura la carga llega en la zona inferior del horno a la temperatura de fusión del hierro y debido a la diferencia de densidades entre el hierro y la escoria estos quedan separados en el fondo del horno, en una zona llamada crisol. El hierro fundido queda en la capa inferior del crisol y la escoria en la superior. Posteriormente se rompe (pincha) el tapón cerámico que obtura la piquera de arrabio y es sangrado el horno, extrayéndose el hierro de primera fusión, hierro colado o arrabio y a continuación la escoria.

Imagen 7. blogspot. Creative Commons
El arrabio se vierte en grandes recipientes llamados cucharas, éstas pueden ser abiertas o cerradas (torpedo), que es un vagón semicerrado recubierto en su interior por ladrillos refractarios que mantienen el arrabio fundido, mientras es transportado hasta el horno de afino LD, donde le quitarán al arrabio las impurezas que todavía contiene y que lo hacen poco adecuado para el uso industrial.

Las escorias obtenidas son empleadas en la fabricación de abonos agrícolas, como materia prima en la producción de cemento y en la fabricación de aislantes térmicos y acústicos.
 
Hasta ahora hemos comentado como se separa el arrabio por la parte inferior del horno una vez que ya se ha formado. Pero recuerda que lo que hemos alimentado al horno no es el arrabio acompañado de escoria, por la parte superior del horno se ha alimentado un mineral de hierro. Lo que ocurre en las zonas superiores del horno (vientre y cuba) son procesos químicos complejos por los que el CO producido en la zona de etalajes reacciona con el mineral reduciéndolo y transformándolo a medida que la carga baja a través del horno en hierro metálico.
 
Por la parte superior de la cuba salen unos gases provenientes de la combustión que tras ser filtrados, para quitarle impurezas, son empleados como combustibles en unos cambiadores de calor llamados recuperadores Cowper.
  • El coque cumple tres papeles durante el proceso.
  • a) Combustible, aportando el calor necesario para la fusión de la escoria y del metal.
  • b) Soporte de la carga y responsable de la permeabilidad de la misma, dada su gran porosidad.
  • c) Reductor de los óxidos de hierro.
  • El fundente cumple una doble función.
  • a) Reduce la temperatura de fusión del hierro.
  • b) Reaccionan con los elementos que acompañan al mineral para formar la escoria.
Icono IDevice Pre-conocimiento

Visita los siguientes videos de youtube.

  • El primero contiene una animación que explica de forma muy simple el funcionamiento de un alto horno, está en portugués pero se entiende muy bien.
  • El segundo es una animación de peor calidad gráfica pero está explicado el proceso con más detalle.

Icono de IDevice de pregunta AV - Pregunta de Elección Múltiple
La mezcla sólida que se alimenta a un alto horno por su parte superior está compuesta por:
  
Arrabio, coque y fundente
Mineral de hierro, coque y escoria.
Mineral de hierro, coque y fundente
Mineral de hierro, coque, fundente y aire caliente.

En un alto horno las reacciones en las que el mineral de hierro se transforma en hierro metálico tienen lugar en:
  
En la parte inferior del horno, llamada etalajes.
En la cuba y en el vientre.
En el crisol
En la tragante