TECNOLOGIA INDUSTRIAL UNITAT 7 METAL·LÚRGIA I SIDERÚRGIA TECNOLOGIA INDUSTRIAL 1 BATXILLERAT 1

El procés metal·lúrgic La metal·lúrgia és el conjunt de processos que porten a l’obtenció dels metalls. La siderúrgia és la branca de la metal·lúrgia que es dedica a l’obtenció del ferro. També es poden obtenir metalls a partir del reciclatge de productes usats com, per exemple, l’acer obtingut a partir de les carrosseries dels automòbils, el coure obtingut dels cables elèctrics vells, etc. 2

Els minerals Els metalls es troben als minerals combinats amb altres elements: Per separar el metall dels altres elements s’utilitzen processos químics. L’enriquiment és el primer procés que s’aplica al metall després de l’extracció. Un mineral està format per: Mena: part aprofitable i rica en el metall buscat. Ganga: part no aprofitable i pobra en metall. La riquesa d’un mineral s’expressa en %. Per exemple: níquel amb 8% de riquesa. 3

Els aliatges Un aliatge és un producte obtingut a partir de la unió de dos elements químics o més (com a mínim un dels dos ha de ser un metall) i que, un cop format, presenta les característiques pròpies d’un metall. Exemples: 4

Solidificació dels aliatges (I) La temperatura de fusió dels metalls purs és un valor fix. La temperatura de fusió dels aliatges no és fixa. Corba de solidificació d’un metall pur Corba de solidificació d’un aliatge binari Diagrama d’equilibri: s’utilitza per il·lustrar el procés de fusió i solidificació dels aliatges binaris. Diagrama d’equilibri de l’aliatge níquel + coure 5

Solidificació dels aliatges (II) Aliatge de proporcions eutèctiques: els components de l’aliatge són totalment solubles en estat líquid i insolubles en estat sòlid. Diagrama d’equilibri de l’aliatge amb proporció eutèctica cadmi + bismut Característiques dels aliatges de proporcions eutèctiques: Se solidifiquen a una temperatura constant. La temperatura de solidificació (o de fusió) és la més baixa de totes les possibles. Són mescles finíssimes i íntimes de cristalls purs dels elements d’aliatge. 6

Els productes metal·lúrgics 7

Diagrama de solidificació del ferro El ferro pur és l’aliatge ferro-carboni quan el contingut d’aquest últim és inferior al 0,03%. Diagrama de solidificació del ferro alfa (α). beta (β). gama (γ). delta (δ). Varietats al·lotròpiques del ferro Propietats de les varietats al·lotròpiques del ferro 8

Els aliatges ferro-carboni Diagrama d’equilibri ferro-carboni 9

Els productes siderúrgics: acers i foses (I) Els acers són els aliatges de Fe amb un contingut de C comprès entre el 0,1% i l’1,76%. Les foses són els aliatges de Fe amb el contingut de C comprès entre l’1,76% i el 6,67% i, a més, contenen silici. Forja: l’acer és forjable. Emmotllament: la fosa s’emmotlla bé. Procediments per donar forma als metalls Altres elements que pot contenir el ferro: Afegits voluntàriament Afegits involuntàriament Elements d’aliatge: milloren les seves propietats. Impureses: empitjoren les seves propietats. 10

Els productes siderúrgics: acers i foses (II) Propietats i aplicacions dels acers segons el seu contingut de carboni Propietats i aplicacions dels diferents tipus de foses 11

Procés d’obtenció de l’acer i les seves formes comercials Siderúrgia El ferro es troba en els minerals formant diferents compostos químics: Procés d’obtenció de l’acer i les seves formes comercials 12

Obtenció del ferro colat: l’alt forn (I) Matèries primeres en l’alt forn Mineral de ferro. Carbó de coc. Pedra calcària. Alt forn 13

Obtenció del ferro colat: l’alt forn (II) Alt forn amb recuperadors, col·lectors de pols i xemeneia El ferro colat obtingut a l’alt forn és un aliatge de ferro i carboni amb un contingut aproximat del 4% de carboni, el 2% de silici i quantitats menors de fòsfor, sofre i oxigen. 14

Vista en secció d’un convertidor d’oxigen Obtenció de l’acer (I) Instal·lacions per obtenir acer a partir del ferro colat: El convertidor d’oxigen Vista en secció d’un convertidor d’oxigen Cicle de treball del convertidor d’oxigen 15

Obtenció de l’acer (II) El forn elèctric Forn elèctric 16

Formes comercials de l’acer (I) Les característiques dels productes siderúrgics estan normalitzades. Per exemple: la fabricació de perfils estructurals Ι. Indicacions per interpretar la informació subministrada pel fabricant: G (kg/m): densitat lineal. A (mm2): secció del perfil. AL (m2/m): superfície lineal. AG (m2/t): superfície màssica. 17

Tractaments tèrmics (I) Els tractaments tèrmics consisteixen a sotmetre l’acer a uns canvis controlats de temperatura (escalfaments i refredaments successius) per tal de variar-ne les proporcions dels constituents. El tremp: consisteix a obtenir un acer format per una gran proporció de martensita. El revingut: consisteix en un escalfament a temperatura inferior als 723°C i en un refredament posterior a l’aire. AC1: temperatura a la qual comença a aparèixer el constituent austenita (723°C). AC3: temperatura a la qual tota la massa d’acer s’ha transformat en austenita. 18

Tractaments tèrmics (II) La recuita: consisteix en un escalfament a temperatura elevada i en un refredament lent. El normalitzat: consisteix en un escalfament fins a la temperatura d’austenització i en un refredament a l’aire. Tipus de recuites De regeneració. Globular supercrítica. D’estovament. Contra acritud. 19