ES2270124T3 - Procedimiento de fabricacion de acero hierros fundidos resitentes a la corrosion, por medio de aplicacion de nueva aleacion de hierro-carbon. - Google Patents

Abstract

Procedimiento para la producción de aleaciones Fe-C, aceros y y hierros fundidos que se caracteriza por los siguientes: proporcionamos el 30-90% del contenido del carbón aleador de los productos en forma del carbón polimerizado fulerénico por medio de aleación realizada fuera del equipamiento de fundición (fabricador de acero-hierro fundido), es decir en un así llamado caldero de vacío, bajo una presión máxima de 17 kPa, y en función de la composición del producto, manteniendo la fusión durante la aleación en temperatura que ligeramente supera la temperatura liquidus, y máximo en 30 minutos, contados desde el comienzo del tratamiento, refrigeramos el acero líquido pronto a una temperatura solidus, característica para la composición del producto.

Description

Procedimiento de fabricación de acero hierros fundidos resistentes a la corrosión, por medio de aplicación de nueva aleación de hierro-carbón.

El objetivo de la invención es un procedimiento de fabricación de acero, hierros fundidos resistentes a la corrosión, procedimiento en el curso del cual la aleación de hierro-carbón (Fe-C) producimos de tal manera, que garantimos el contenido de carbón del acero fundible y/o hierro fundido de propiedades mecánicas deseadas, y de maleabilidad correspondiente, por medio de aleación del carbón de carácter fulerénico parcialmente polimerizado. Tomando en consideración el contenido C de la aleación (acero hierro fundido) Fe-C de contenido reducido de carbón a medidas diferentes en comparación con la proporción necesaria y prescrita, aleamos el carbón polimerizado de carácter fulerénico en cantidad adecuada, en temperatura que ligeramente ultrapasa la temperatura liquidus en- comparación con el sobrecalentamiento habitual, fuera de la instalación fabricante (fundería), en caldero y dosificando al vacío, con la aleación líquida de Fe-C de contenido reducido de C. La formación del grafito en el hierro fundido está reseñada en la descripción número Offenbarung Acta metall.Vol. 43, N° 6,pp. 2435-2442, 1995.

El acero constituye uno, tal vez el más importante material estructural para la industria (la industria de transporte, construcción, otros tipos de maquinaría e instalaciones, etc.). Además lo utilizan en calidad del acero instrumental e igualmente para otras finalidades. El acero estructural no aleado o ligeramente aleado, que en general contienen menos de 0,6 % de carbón, constituye la mayor cantidad utilizada de acero.

La corrosión es la destrucción acaecida en el proceso electroquímico de los metales y aleaciones, y entre ellos especialmente de las aleaciones de Fe-C (aceros, hierros fundidos) y constituye uno de los factores más dañosos que producen efectos en estos importantes materiales estructurales. La corrosión, en el sentido justo de la palabra, constituye la reacción del metal producida con elemento no metálico, que en temperatura común o ligeramente alterada, en la presencia de agua, vapor, rocío o agua de precipitación, acontece bajo los efectos de la solución acuática de los elementos no metálicos. Este elemento no metálico es, en general, el oxigeno. La causa más importante de la corrosión de las aleaciones hierro-carbón es que a partir del potencial electroquímico normal de Fe gran cantidad de iones Fe pasan para la solución, que en forma de sus compuestos son más propensos a dilución de que el hidrógeno.

El Fe, debido a su afinidad, en función de otros factores, es muy propenso a la corrosión, la oxidación. La capa de herrumbre aparecida en el hierro no tiene ningun efecto protectivo, al contrario, favorece a la corrosión, porque es porosa y como tal almacena la humedad necesaria para el proceso de oxidación.

El acero, las aleaciones Fe-C son destruidas por la corrosión uniforme superficial a lo largo del límite intergranular, debajo de la tensión, mientras el hierro fundido es destruido principalmente por los dos tipos anteriores de la corrosión. Bajo los efectos mencionados y en función del tiempo, la sección, la consistencia, la distensión de los objetos de acero y hierro fundido se disminuye que puede acontecer hasta bien rápidamente.

En caso de aceros estructurales los métodos de protección más usados contra la corrosión son la preparación de coberturas de protección artificiales (por ejemplo, cobertura metálica, pintura), o la aplicación de aleaciones multicomponentes Fe-C, resistentes a la corrosión por su aleación principalmente con Cr y Ni. Sin embargo estos métodos o solamente son capaces de prevenir este proceso dañoso, o son extremamente caros.

Por medio de la formación del presente procedimiento de invención yo seguía el siguiente objetivo: aprovechando las propiedades polimorfos del carbón y valiéndose de los novísimos respectivos resultados científicos referentes a los fulerénicos, crear tal sistema hierro-carbón de aleación, que debido a su estado esencialmente más pasivo en comparación con los sistemas de aleación anteriores, en caso de muchos géneros de acero o de hierro fundido disminuye vigorosamente, o entonces prácticamente elimina los efectos de los procesos corrosivos que en general prevalecen. Este objetivo está descrito en el procedimiento que figura el punto primero de las reivindicaciones de la
patente.

Todo lo dicho se fundamenta en el hecho de que la modalidad del carbón polimerizado de carácter felurénico (el carbón de aleación) origina enlaces complejos y estructura microcristal que garantiza distribución uniforme y maciza, un sistema de aleación Fe-C de carácter más pasivo.

La materia que deseamos obtener es un acero de contenido mínimo de carbón hasta un contenido máximo 2% en masa - es decir, aproximadamente hasta 8,75% en átomo - consecuentemente se trata de una aleación Fe-C forjable, laminable, o de un hierro fundido de contenido de carbón más de 2% en masa - en principio hasta el contenido de carbón de 6,7% en masa - consecuentemente se trata de una aleación Fe-C. De acuerdo con la invención yo resolví la tarea proyectada de manera que - diferentemente del proceso tradicional de producción de acero o de hierro fundido - la parte de 30 hasta 90 % en masa del contenido de carbón de la materia que deseamos obtener, aleo en caldero en vacío mínimo de 17 kPa (170 mbar) en el metal liquido. El carbón polimerizado de carácter fulerénico es microgranular, razón por la cual yo lo dosifico junto con gas neutro introducido por medio de insuflación por lanza sumergible y/o en forma briquetada, aglomerada al baño previamente desoxidado, desazufrado y aleado debidamente.

El movimiento de baño bajo el vacío garantiza la distribución adecuada del carbón aleador. Fuero de esto, el vacío contribuye a la prevención de la descomposición del carbón polimerizado de carácter fulerénico. Como garantía adicional de la prevención de la descomposición el sobrecalentamiento aplicado hasta la fecha tendrá que ser disminuido en un 30% en comparación con la temperatura liquidus y, en función de los tipos de acero, tendrá que ser aplicado un sobrecalentamiento de 20-40°C, 40-80°C.

Durante la operación rápidamente ejecutada (máximo 5-10 minutos) el sobrecalentamiento disminuido en comparación con la temperatura liquidus, el efecto refrigerante de la dosificación del carbón aleador, la perdida térmica producida durante el tratamiento, la aleación, serán contrabalanceados por la temperatura liquidus disminuyente originada por el aumento del contenido de carbón de la aleación. De tal manera se puede garantizar una temperatura adecuada de fundición. En intereses de garantir la estabilidad de la modalidad adecuada de carbón, en máximo 30 minutos contados desde el comienzo del tratamiento, tendrá que ser asegurada la fundición del acero o del hierro fundido, es decir su solidificación por bajo de la temperatura solidus. Los otros elementos tecnológicos de la producción de acero y hierro fundido quedan inalterados.

La ventaja del procedimiento de la invención descrita consiste en que esencialmente aumenta la resistencia a la corrosión de los aceros estructurales producidos masivamente e igualmente de algunos tipos importantes de los hierros fundidos (armadura de hormigón, aceros perfilados estructurales de construcción, aceros y láminas perfilados para industria de transporte, fundiciones para tubería de agua y canalización, etc.), y es capaz de multiplicar su vida útil por 3-6 veces. En algunos casos resulta innecesaria la protección anticorrosiva por coberturas superficiales o pinturas. El acero producido por este procedimiento es capaz de sustituir los aceros inoxidables de acabamiento simple, aleados con caros Cr, Ni.

Las instalaciones y equipos básicos necesarios para el procedimiento descrito en la patente están en disposición en la industria siderurgica, como son, por ejemplo, los equipamientos de vacío, instalaciones insufladores de polvo. Las transformaciones mínimas de los equipamientos mencionados, necesarias para la ejecución perfecta del procedimiento se podrán realizarse rápidamente y por gastos bajos.

Voy a ilustrar el procedimiento descrito en la invención por medio del ejemplo siguiente, sin que limite el círculo de la protección:

Ejemplo 1

La composición química del acero de tipo C60:

C 0,57-0,65% en masa, Mn 0,6-0,9% en masa, Si 0,2-0,4% en masa, P máximo 0,03% en masa, S máximo 0,03% en masa.

El acero, por ejemplo, es producido en horno de fusión de acero de arco eléctrico, de manera tradicional. El grado de su resistencia a la corrosión es de "poco resistente". (Capacidad de resistencia 3-10 años/mm).

De acuerdo con el procedimiento de invención en cuestión el contenido de C del acero liquido hay que ajustar al valor entre 0,1-0,2% en masa. La desoxidación y la aleación hay que realizarlas de manera tradicional. La temperatura de fusión (liquidus) del acero de 0,1-0,2% en masa de contenido C es de 1525-1510°C. El sobrecalentamiento del procedimiento tradicional para la temperatura de colada, fundición acontece en + 50-60°C encima de la temperatura liquidus. Es decir, la fundación se realiza en la temperatura 1585-1550°C.

De acuerdo con el procedimiento descrito en la invención el sobrecalentamiento que supera la temperatura liquidus acaece en la temperatura de 35-40°C. Por consecuencia, es en la temperatura de 1565-1545°C que colamos el acero al caldero de vacío. La cantidad del acero colado es de 60 toneladas. El contenido de carbón del acero tiene que ser aumentado en 0,4-0,45% con el carbón polimerizado aleador de carácter fulerénico. Lo que quiere decir que teoréticamente hay que dosificar en vacío 320-360 Kg. carbón aleador y, tomando en cuenta las perdidas reales de quemadura de 5-8% y otras perdidas, determinamos la cantidad del carbón-aleador a ser dosificado determinamos en 365 Kg. Las dimensiones de granos del carbón aleador son de 0,2-0,7 mm.

Introducimos la aleación en el acero liquido durante 5 minutos, en un vacío de 17 kPa (170 mbar) junto con gas portador argón, por medio de equipamiento de insuflador de polvo de lanza sumergible. La temperatura liquidus del tipo de acero de contenido de C cerca de 0,6 en masa es de 1490-1475°C, consecuentemente la temperatura excedente de 70-75°C medida entre la temperatura de colada y la temperatura liquidus de la aleación pronta resulta suficiente para suplementar las perdidas caloríficas relacionadas con el tratamiento y para garantizar la buena fundibili-
dad.

Retiramos el caldero del equipamiento de vacío y en máquina de colada continua colamos el acero pronto durante 18-22 minutos en forma de lingotes de 180 x 180 mm.

El acero obtenido de esta manera desde el punto de los aspectos de capacidad de resistencia a la corrosión se calificará de "resistente" (La capacidad de resistencia es de 10-30 años/mm).

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Ejemplo 2

El así llamado "acero al cromo" dispone de capacidades aumentadas frente a la corrosión

/Sirve de materia prima para la fabricación de cuchillos, tijeras/.

Su composición básica es:

C 0,3-0,5% en masa, Si\sim 0,5% en masa, Cr \sim 44% en masa, Ni\sim 0,3% en masa, Mn<2,5 % en masa,

El acero es producido en horno de fusión de acero de arco eléctrico.

El grado de su resistencia a la corrosión es de "resistente". (Cerca de 30 años.)

De acuerdo con la descripción de la patente aumentamos la capacidad de resistencia de este acero por medio de la disminución del contenido de Cr al 2,5-3% en masa, garantizamos el contenido de carbón en un rango más estrecho de 0,4-0,5 de tal manera que aleamos su 80 % con la dosificación del carbón polimerizado del carácter fulerénico.

El acero, convenientemente, es producido en horno de fusión de acero de arco eléctrico.

De acuerdo con la descripción de la patente en la primera fase de la producción el contenido de C del acero tendrá que ser ajustado al 0,05-1% en masa, su contenido de Mn, Si se garantizará con aleación de Fe-Si-Mn, su contenido de Cr con aleación afinada de Fe Cr. El acero en la temperatura liquidus en esta su composición antes de aleación tiene 1500-1485°C. Aplicando el procedimiento descrito en la patente colamos el acero en la temperatura 1535-1525°C al caldero de vacío. La cantidad del acero colado es de 50 toneladas.

El carbón aleador polimerizado de carácter fulerénico será dosificado en forma briquetada. Las dimensiones volumétricas de las briquetas son de 30 x 20 x 15 mm, con lados redondeados y son producidas con 1-3% en masa de sustancia aglutinante.

Realizamos la aleación en un vacío de 17 kPa (170 mbar) de tal manera que dosificamos las briquetas colocadas en la tapa de vacío, en la llamada cámara de esclusa, al acero liquido. Las cantidades de la briqueta y del carbón aleador son calculadas. La aleación se puede realizarla en 3-5 minutos. La distribución uniforme se garantiza por el movimiento de mezcla del baño liquido de acero ejecutado al vacío.

La composición de las briquetas es: C 97,5% en masa, sustancia aglutinante 2% en masa, y otros 0,5% en masa.

La cantidad calculada de la briqueta de carbón polimerizado aleador del tipo fulerénico es de 250 Kg.

En el proceso de la aleación la temperatura liquidas disminuye en cerca de 70°C, lo que es suficiente para complementar las perdidas caloríficas y garantizar la buena fundibilidad.

En la máquina de colada continua, durante 18-22 minutos, fundimos el acero aleado preparado - que antes había estado en el caldero de aleación - en forma de lingotes de 180 x 180 mm y, de esta manera, recibimos un acero completamente resistente a la corrosión.

A partir del ejemplo anteriormente citado, la alteración (el mejoramiento) de la capacidad de resistencia a la corrosión del acero producido según el procedimiento de la invención, es ilustrada a continuación.

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Tipo de acero:	Acero tradicional	Acero según la invención
	capacidad de resistencia	capacidad de resistencia
	(año/mm)	(año/mm)
Ej. 1. C 60	10	25
Ej. 2. acero al cromo	<30	>30

Claims (7)

1. Procedimiento para la producción de aleaciones Fe-C, aceros y hierros fundidos que se caracteriza por los siguientes: proporcionamos el 30-90% del contenido del carbón aleador de los productos en forma del carbón polimerizado fulerénico por medio de aleación realizada fuera del equipamiento de fundición (fabricador de acero-hierro fundido), es decir en un así llamado caldero de vacío, bajo una presión máxima de 17 kPa, y en función de la composición del producto, manteniendo la fusión durante la aleación en temperatura que ligeramente supera la temperatura liquidus, y máximo en 30 minutos, contados desde el comienzo del tratamiento, refrigeramos el acero liquido pronto a una temperatura solidus, característica para la composición del producto.

2. El procedimiento de acuerdo con el 1. punto de reivindicación, con tal característica que introducimos en la fusión el carbón aleador de dimensiones de granos menos de 1 mm, en forma de polvo por medio de un equipamiento insuflador de polvo de lanza sumergible, aplicando un gas neutro portador.

3. El procedimiento de acuerdo con el 1. punto de reivindicación con la característica de que introducimos en la fusión el carbón aleador en forma briquetada.

4. El procedimiento de acuerdo con cualquiera de los puntos de reivindicación 1-3, con la característica de que solidificando, endureciendo el acero liquido pronto en una máquina de colada continua, producimos lingotes de acero.

5. El procedimiento de acuerdo con cualquiera de los puntos de reivindicación 1-3, con la característica de que solidificando, endureciendo el acero liquido pronto en forma de coquilla, producimos lingote de acero.

6. El procedimiento de acuerdo con cualquiera de los puntos de reivindicación 1-3, con la característica de que fundimos la aleación liquida pronta del acero en molde adecuado, produciendo de esta manera fundición de acero.

7. El procedimiento de acuerdo con cualquiera de los puntos de reivindicación 1-3, con la característica de que fundiendo el hierro fundido liquido pronto de contenido de carbón de 2 a 6,7% en masa en molde adecuado, producimos una fundición de hierro.