Unidad. Metales ferrosos

Unidad

M t l f

9

Unidad

Metales ferrosos

9

9 1 Metales ferrosos o férricos 9.1. Metales ferrosos o férricos

A Principales yacimientos de mineral de hierro

1

Países productores de mineral de hierro.

Principales yacimientos de mineral de hierro en España.

B Tipos de minerales de hierro

B Tipos de minerales de hierro

B Tipos de minerales de hierro

B Tipos de minerales de hierro

MAGNETITA Æ Fe O (óxido ferroso férrico) MAGNETITA Æ Fe

₂

O

₄

(óxido ferroso-férrico)

HEMATITES u OLIGISTO Æ Fe

₂

O

₃

(óxido férrico) LIMONITA Æ Fe O (OH) (oxihidróxido de hierro III) SIDERITA Æ Fe CO

₃₃

(carbonato de hierro) ( )

PIRITA Æ Fe S

₂

(bisulfuro de hierro)

ILMENITA Æ Fe TiO

₃

(titaniato de hierro)

3

9.2. Procesos de obtención del acero y otros productos ferrosos

otros productos ferrosos

A Materia prima del horno alto

‰ MINERAL DE HIERRO. Antes de introducirlo en el horno, se tritura y se muele. Luego se separa la MENA o parte útil de la GANGA o material no aprovechable.

‰ CARBÓN DE COQUE. Se crea artificialmente a partir de la hulla. Tiene una doble misión:

- Producir por combustión el CALOR necesario para fundir la mena y generar lasProducir, por combustión, el CALOR necesario para fundir la mena y generar las REACCIONES QUÍMICAS para que el mineral (óxido de hierro) se convierta en arrabio.

- Soportar el peso de la materia prima, permitiendo que no se aplaste y pueda d

arder.

‰ FUNDENTE. Compuesto por PIEDRA CALIZA. También tiene dos misiones:

- REACCIONAR QUÍMICAMENTE CON LA GANGA residual, arrastrándola hacia la parte superior de la masa líquida, formando la ESCORIA.

- BAJAR EL PUNTO DE FUSIÓN DE LA GANGA para que la escoria sea líquida.

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Partes del alto horno

Partes del alto horno

Funcionamiento del alto horno

Funcionamiento del alto horno

Reacciones químicas que se producen en el horno alto

el horno alto

1. El coque reacciona con el O q

₂₂

, generando CO , g

₂₂

: C + O

₂

Æ CO

₂

2. El coque reacciona con el CO q

₂₂

, reduciéndolo a CO: , CO

₂

+ C Æ 2 CO

3. El mineral de hierro se va reduciendo a Fe puro: p Fe

₃

O

₄

+ CO Æ 3 FeO + CO

₂

CO

₂₂

+ C Æ 2 CO

FeO + CO Æ Fe + CO

₂

4. Más abajo tienen lugar los procesos de carburación: j g p

3 Fe + 2 CO Æ Fe

₃

C + CO

₂

C Transformación del arrabio en acero:

convertidor

‰El arrabio posee una serie de impurezas (S, P, Si…) que lo hace demasiado frágil y poco adecuado para la fabricación de piezas industriales.

‰Para eliminar las impurezas se usan los HORNOS DE AFINO o

‰Para eliminar las impurezas se usan los HORNOS DE AFINO o convertidores.

‰El arrabio se transporta desde el alto horno hasta el convertidor en

d ó it i l ll d t d

unos depósitos especiales llamados torpedos.

9

Transformación del arrabio en acero:

convertidor Bessemer.

CONVERTIDOR BESSEMER:

Proceso:

• Se inyecta aire soplado desde la parte inferior del convertidor.

• El aire produce la oxidación del carbono, y por tanto la disminución de su contenido en el arrabio (pasa del 4-5% al 0,5%).

• El oxígeno del aire también reacciona con las impurezas del

bi d i d i fl t

arrabio, produciendo escoria que flota y luego será retirada.

• Si además se añade piedra caliza,

é t i l fó f l

ésta reacciona con el fósforo y el

silicio, haciéndolos flotar también en

la escoria.

Transformación del arrabio en acero:

convertidor LD.

En este tipo de convertidor no se inyecta aire sino oxígeno puro a gran presión (10 a 14 atm)

atm).

La inyección se realiza por la parte superior a través de un tubo refrigerado o lanza.

El oxígeno quema las impurezas y las hace flotar en la escoria, que posteriormente será retirada.

11 Funcionamiento del convertidor o procedimiento LD.

D Obtención de acero a través de la chatarra

‰ Materia prima que utiliza el horno eléctrico

-CHATARRA seleccionada (prácticamente sin

t l f )

metales no ferrosos).

FUNDENTE (cal) -FUNDENTE (cal).

-FERROALEACIONES (Ni Cr Mo ) para fabricar -FERROALEACIONES (Ni, Cr, Mo…), para fabricar aceros especiales.

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‰ Características del horno eléctrico

9El interior está recubierto de 9El interior está recubierto de material refractario. Se pueden llegar a alcanzar temperaturas de hasta 3500ºC

hasta 3500ºC.

9La carga del horno es de unas 100Tm.

9Cada hornada dura unos 50 minutos.

Exterior de un horno eléctrico en funcionamiento.

Funcionamiento del horno eléctrico

1. Se quita la tapadera y se introducen la chatarra y el fundente.

2. Se cierra el horno y se acercan los electrodos a la chatarra. Salta un arco y eléctrico que comienza a fundir la chatarra.

3. Cuando la chatarra está fundida se inyecta oxígeno para eliminar elementos indeseables (Si, Mg, P…).

4. Se inclina el horno y se extrae la escoria. Luego se añade carbono y ferroaleaciones, y se sigue calentando hasta disolver.

5. Se inclina el horno y se vierte el acero en la cuchara.

15 Esquema de funcionamiento de un horno eléctrico.

9 3 Colada de acero 9.3. Colada de acero

‰ Colada convencional

Consiste en verter el acero sobre moldes con la

‰ Colada convencional .

Consiste en verter el acero sobre moldes con la forma de la pieza que se desea obtener.

‰ Colada sobre lingoteras.

Cuando la demanda de productos ferrosos es baja.

‰ Colada continua.

El acero se vierte sobre un molde sin tapadera cuya sección transversal coincide con la forma geométrica cel producto a obtener.

9 4 Trenes de laminación 9.4. Trenes de laminación

‰ Laminación en caliente

‰ Laminación en caliente.

‰ Laminación en frío.

Funcionamiento de la laminación.

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9 5 Productos ferrosos 9.5. Productos ferrosos

A Clasificación de los productos ferrosos

‰ HIERROS.

Productos ferrosos cuyo porcentaje de carbono está entre el 0,01% y el 0,03%. Son muy BLANDOS y DIFÍCILES DE OBTENER.

Tienen ESCASAS APLICACIONES.

‰ ACEROS.

Son aleaciones Fe-C, pudiendo contener otros elementos químicos. El porcentaje de C está entre el 0,03% y el 1,76%. Poseen alta DUCTILIDAD buena MAQUINABILIDAD y buen COMPORTAMIENTO DUCTILIDAD, buena MAQUINABILIDAD, y buen COMPORTAMIENTO MECÁNICO.

‰ FUNDICIONES.

Son aleaciones Fe-C, pudiendo contener otros elementos químicos. El porcentaje de C está entre 1,76% y el 6,67%. Son más DURAS pero también más FRÁGILES y QUEBRADIZAS que los aceros. Además, NO SON FORJABLES, por lo que es NECESARIO CONFORMARLAS POR MOLDEO

CONFORMARLAS POR MOLDEO.

‰ GRAFITOS.

Son aleaciones Fe-C con porcentaje de carbono superior al 6,67%. Tienen pocas aplicaciones, ya que son muy frágiles.

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9 5 Productos ferrosos 9.5. Productos ferrosos B Diagrama de hierro-carbono

Línea de líquidus (por Línea de líquidus (por encima de ella todo está en estado líquido)

Línea de sólidus (por debajo de ella todo está en estado de ella todo está en estado sólido)

9 6 Tipos de acero 9.6. Tipos de acero

A Aceros no aleados (Aceros al carbono).

Estos aceros contienen diversas cantidades de carbono y menos del 1,65% de manganeso, el 0,60% de silicio y el 0,60% de cobre. Entre los productos fabricados con aceros al carbono figuran máquinas, carrocerías de automóvil, la mayor parte de las estructuras de construcción de acero, cascos de buques, somieres y horquillas.

Clasificación de los aceros según el porcentaje de carbono.

21

Aplicaciones de aceros duros y extraduros.

Aplicaciones de aceros semisuaves y semiduros.

Aplicaciones de aceros suaves y extrasuaves.

B Aceros aleados o especiales

Estos aceros contienen un proporción determinada de vanadio, molibdeno y otros elementos, además de cantidades mayores de manganeso, silicio y cobre quey g y q los aceros al carbono normales.

• Estructurales Son aquellos aceros que se emplean para diversas partes de máquinas tales como engranajes ejes y palancas Además se utilizan en las máquinas, tales como engranajes, ejes y palancas. Además se utilizan en las estructuras de edificios, construcción de chasis de automóviles, puentes, barcos y semejantes.

• Para Herramientas Aceros de alta calidad que se emplean en herramientas para cortar y modelar metales y no-metales, tales como taladros, fresas, terrajas y machos de roscar.

• Especiales Los Aceros de Aleación especiales son los ACEROS INOXIDABLES y aquellos con un contenido de cromo generalmente superior al 12%. Estos aceros de gran dureza y alta resistencia a las altas temperaturas y a la corrosión, se emplean en turbinas de vapor, engranajes, ejes y rodamientos. Los aceros inoxidables contienen cromo, níquel y otros elementos de aleación, que los mantienen brillantes y resistentes a la herrumbre y oxidación a pesar de la acción de la humedad o de ácidos y herrumbre y oxidación a pesar de la acción de la humedad o de ácidos y

9.7. Presentaciones comerciales del acero

acero

‰ PALASTROS. Son chapas laminadas de entre 1x2 y 3x3 m.

‰ BARRAS Son piezas más largas que anchas macizas y de

‰ BARRAS. Son piezas más largas que anchas, macizas y de secciones variables. Si la barra es redonda y de diámetro menor de 5mm, se denomina ALAMBRE. Si se trata de una pletina y de poco espesor y gran longitud, se llama FLEJE.

‰ Perfiles

‰ Perfiles.

P fil á l

Perfiles más usuales.

23

Barras más empleadas. Flejes. Perfiles especiales.

9 8 Fundiciones 9.8. Fundiciones

A Clasificación de las fundiciones

9.9. Impacto medioambiental de los productos ferrosos

los productos ferrosos

‰ A la hora de obtener la materia prima. p

-La minería a cielo abierto provoca IMPACTO ACÚSTICO Y PAISAJÍSTICO, así como DESTRUCCIÓN DE HÁBITATS.

-Con la fabricación de carbón de coque SE EMITE A LA ATMÓSFERA: CO, CO

₂

, amoníaco, alquitrán, cenizas y humos.

‰ Durante la transformación del mineral en producto comercial.

Emisiones que se liberan a la atmósfera en el horno alto, hornos de afino, laminación, etc.: , ,

-Metales pesados.

-Gases y polvo Gases y polvo.

‰ Al desechar o reciclar un producto ferroso usado

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