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TEMA 2 : MATERIALES FERROSOS
- Materiales ferrosos o férricos a. Principales yacimientos de mineral de hierro b. Tipos de minerales de hierro
- Procesos de obtención del acero y otros productos ferrosos a. Materia prima del horno alto b. Funcionamiento del horno alto c. Transformación de arrabio en acero: convertidor d. Obtención de acero a través de la chatarra
- Colada de acero a. Colada convencional b. Colada sobre lingoteras c. Colada continua
- Productos ferrosos a. Clasificación de los productos ferrosos
- Tipos de acero a. Aceros no aleados b. Aceros aleados o especiales
- Presentaciones comerciales del acero
- Fundiciones a. Clasificación de las fundiciones
- Impacto medioambiental de los productos ferrosos
- Ejercicios
1. MATERIALES FERROSOS O
FÉRRICOS
Se denominan metales ferrosos o férricos a aquellos que contienen hierro como elemento base; pueden llevar además pequeñas proporciones de otros elementos.
a) Principales yacimientos de mineral de
hierro
En España ya hace más de 20 años que no se extrae mineral de hierro, porque es más rentable importar los minerales que sacarlos de las minas. Aún así estos son los principales yacimientos de mineral de hierro en España.
En Marzo de 2020 se autorizó la reapertura de las minas de Alquife en Granada, las causas hay que buscarlas en la evolución de los precios del hierro y en las nuevas tecnologías que hacen que se pueda extraer hierro de deshechos antes considerados inservibles. https://www.elconfidencial.com/empresas/2020-04-09/mina-hierro-acero-china-granada-alemania_2541944/
a) Materia prima del horno alto
Se introducen en el horno alto por la parte superior mineral de hierro (60%), carbón de coque (30%) y fundente (10%).
Mineral de hierro : Antes de introducir el mineral de hierro hay que molerlo para separar la parte útil ( mena ), de la parte no aprovechable ( ganga ). Carbón de coque : Es una transformación de la hulla, para obtener un carbón más rico en carbono y con menos impurezas. Su función es hacer de combustible. Fundente : Compuesto por piedra caliza (cal). Su función es doble, por una parte reaccionar con la poca ganga que le queda al mineral de hierro, formando la escoria; y por otro lado bajar el punto de fusión de la escoria para que sea líquida y se pueda retirar.
b) Funcionamiento del horno alto
El horno alto una vez que se enciende funciona ininterrumpidamente (hasta que sea necesario hacerle una reparación)
Se van introduciendo por la parte superior llamada tragante el mineral de hierro, el coque y la caliza alternativamente. Según van bajando poco a poco por la cuba va aumentando la temperatura de la mezcla, cuando llega al etalaje la temperatura es suficiente para fundir el mineral de hierro. Aquí el monóxido de carbono procedente de la combustión de los gases, reduce el óxido de hierro presente en el mineral de hierro y lo convierte en hierro puro.
En el crisol , la cal reacciona con la ganga del mineral de hierro, formando la escoria, que flota sobre el hierro fundido. Esta escoria se elimina por un agujero llamado bigotera , cada dos horas. Esta escoria se emplea luego en fabricación de cemento, aislante térmico, etc.
El hierro fundido queda en la parte baja del crisol, y se extrae por la piquera. Este hierro tiene todavía impurezas y un exceso de carbono disuelto, por lo que hay que tratarlo de nuevo para la obtención de acero. A este material con exceso de carbono se le llama arrabio.
El arrabio se puede llevar en estado líquido hacia el centro de transformación para obtener acero (en los llamados torpedos), o bien en lingotes solidificado.
https://www.youtube.com/watch?v=-tYQ_qd4Lt
La materia prima que utiliza el horno eléctrico son:
Chatarra seleccionada que prácticamente lleve metales ferrosos, fundente (cal) y ferroaleaciones para fabricar aceros especiales.
El horno eléctrico funciona de la siguiente forma:
Primero se echan la chatarra y el fundente ; luego se cierra el horno y se introducen los electrodos para que a través de un arco eléctrico empiecen a fundir la chatarra; cuando la chatarra está fundida se inyecta oxígeno para eliminar las impurezas; se inclina el horno y se extrae la escoria ; se añaden las ferroaleaciones y por último se inclina el horno y se vierte el acero en la cuchara, que lo llevará hacia la zona de moldeo.
https://youtu.be/0bKbBJUR7hk
3. COLADA DE ACERO
El acero líquido obtenido del convertidor o del horno eléctrico, se solidifica empleando alguno de los siguientes métodos:
a) Colada convencional
Consiste en verter el acero líquido sobre moldes con la forma de la pieza que se desea obtener. Luego se deja enfriar y posteriormente se extrae la pieza.
b) Colada sobre lingoteras
Si en un momento determinado la demanda de productos ferrosos es baja y no tienen salida comercial, lo que se hace es colarlo en el interior de lingoteras y dejarlo enfriar.
c) Colada continua
Es el procedimiento de colada más moderno y económico que existe. Consiste en verter el acero líquido sobre un molde con forma curva con la forma del producto a obtener, el acero se va enfriando a medida que se va desplazando.
5. TIPOS DE ACERO
Atendiendo a su composición química los aceros se pueden clasificar en:
a) Aceros no aleados o aceros al carbono
Son aquellos en los que, aparte del carbono, la cantidad de otros elementos químicos (Mn, Cr, Ni, V, Ti, etc.) están por debajo de unos valores máximos fijados en la siguiente tabla:
Reciben los siguientes nombres según su porcentaje de carbono, en la siguiente tabla aparecen junto con su resistencia mecánica y sus usos:
NOMBRE DEL ACERO % DE CARBONO RESISTENCIA APROXIMADA (Kg/mm2)
APLICACIONES
Acero extrasuave 0,1 a 0,2 35
Fácilmente soldable y deformable. Elementos de maquinaria de gran tenacidad, deformación en frío, embutición, plegado, herrajes, etc.
Acero suave 0,2 a 0,3 45
Se puede soldar con una técnica adecuada. Piezas de resistencia media de buena tenacidad, deformación en frío, embutición, plegado, herrajes, etc.
Acero semisuave 0,3 a 0,4 55
Ejes, elementos de maquinaria, piezas resistentes y tenaces, pernos, tornillos, herrajes.
Acero semiduro 0,4 a 0,5 65
Ejes y elementos de máquinas, piezas bastante resistentes, cilindros de motores de explosión, transmisiones, etc.
Acero duro 0,5 a 0,6 75
Ejes, transmisiones, tensores y piezas regularmente cargadas y de espesores no muy elevados.
Acero extraduro 0,6 a 0,7 85
Su principal utilidad en la confección de herramientas, carriles pequeños, resorte de gran resistencia, cuchillos finos y sierras.
6. PRESENTACIONES
COMERCIALES DEL ACERO
Las formas más comunes de los aceros que se emplean en la industria mecánica y metálica se pueden clasificar en tres grandes grupos: palastros , barras y perfiles.
Palastros : Son láminas que oscilan entre 1x2 metros y 3x3 metros
Barras : Son piezas mucho más largas que anchas, macizas y de secciones variables. Si la sección es redonda y de diámetro menor a 5 mm se le denomina alambre. Cuando el espesor es muy pequeño y gran longitud, se denominan flejes.
FLEJES BARRAS ALAMBRE
Perfiles : Son piezas huecas de secciones variables, cuya longitud oscila entre 5 y 12 metros. Los perfiles más usuales son: angular , IPN (doble T) , en T , tubular , cuadrado y rectangular. Existen otros perfiles denominados especiales , que se emplean para otros usos como son ventanas, puertas de coches, estructuras de aviones, etc.
ANGULAR IPN EN T TUBULAR
CUADRADO RECTANGULAR ESPECIAL ESPECIAL
7. FUNDICIONES
Las fundiciones son aleaciones de hierro-carbono, que además pueden contener otros elementos. El tanto por ciento de carbono puede oscilar entre el 1’76% y el 6’67%
a) Clasificación de las fundiciones
Fundición ordinaria : Solamente lleva hierro y carbono. Existen a su vez tres subgrupos. o Fundición blanca : Es muy dura y frágil, se emplea como materia prima para aleaciones especiales maleables. Al fracturarse presenta un color blanco brillante debido a que el carbono está en forma de cementita. o Fundición gris : Tiene bajo costo, buena maquinabilidad y alta resistencia al desgaste, y al fracturarse presenta un color gris porque el carbono está en forma de grafito (lápices) o Fundición atruchada : Tiene propiedades intermedias entre la blanca y la gris.
Fundición aleada : Además de hierro y carbono posee otros elementos químicos que mejoran sus propiedades.
9. EJERCICIOS
- ¿De qué dos maneras se puede obtener acero para fabricar piezas industriales?
- ¿Qué diferencias hay entre un horno eléctrico y un horno alto?
- ¿Para qué sirven las ferroaleaciones y los fundentes?
- Explica el funcionamiento del horno alto
- Explica en qué consiste la colada sobre lingoteras y la colada convencional
- Busca al menos una aplicación usual de los palastros
- ¿En qué se diferencian las fundiciones ordinarias de las fundiciones especiales?
- Explica en qué consiste una fundición aleada así como las diferencias más significativas en relación con las fundiciones ordinarias
- Una aleación de hierro que contiene entre un 0’03% y un 1’76% de carbono se conoce con el nombre de :
a) Acero b) Fundición c) Grafito d) Hierro
- Indica cuál de los siguientes elementos no corresponde a un mineral de hierro:
a) Magnetita b) Hematites c) Casiterita d) Limonita
- Cuando el espesor de las pletinas es muy pequeño y tienen gran longitud se denominan:
a) Varillas b) Tubos c) Flejes d) Tochos
- Una aleación de hierro-carbono con un porcentaje de 1’76% a 6’67% de carbono se conoce como:
a) Fundición b) Acero c) Hierro d) Grafito
- Señala qué elementos de los indicados a continuación no pertenecen a productos comerciales
a) Barras b) Lingotes c) Perfiles d) Palastros
- Indica el elemento que no es utilizado como materia prima en un horno alto:
a) Carbón de coque b) Escoria c) Cal d) Mineral de hierro
- El hierro obtenido del horno alto se denomina:
a) Fundición b) Acero c) Escoria d) Arrabio
- ¿Se puede utilizar el convertidor LD para obtener acero exclusivamente de chatarra?¿Por qué?
- ¿Cuáles son las partes de un horno alto?
- ¿Qué diferencia existe entre la ganga y la mena?
- ¿Qué tipos de minerales de hierro se emplean mayoritariamente en la actualidad para obtener productos férricos?
- Explica paso a paso, el funcionamiento del procedimiento LD
- Indica en qué se diferencian el acero, el hierro, la fundición y el grafito
- ¿En qué se diferencia un acero que es aleado de otro que no lo es?
- Explica cómo se denominan los aceros no aleados en función del % de carbono que tienen
- Señala cuáles son las presentaciones comerciales del acero
- Realiza un listado de al menos veinte objetos fabricados con metales férreos que se encuentren en tu instituto
- Explica en qué consiste la designación convencional numérica. ¿A qué productos ferrosos se aplica?
- ¿A qué se denomina acero inoxidable?¿Qué elementos químicos debe tener?¿Cómo se puede diferenciar un acero inoxidable de un acero que no lo es?
- ¿En qué casos se emplea el procedimiento o convertidor LD para el afino de aceros y en cuáles el horno eléctrico?
