FUNDICIÓN DE METALES

Introducción Materiales sólidos: -metales -polímeros -cerámicos Metales: - sólidos cristalinos - con electrones deslocalizados - variedad de propiedades - gran variedad de usos - se clasifican en férreos y no férreos

Definiciones: Siderurgia: tecnología relacionada con la producción del hierro y sus aleaciones Metalurgia: ciencia y tecnología que se ocupa de la elaboración de los metales a partir de los minerales metálicos, su preparación y el estudio de las relaciones entre sus estructuras y propiedades

Fundición de metales férreos

Hierro Naturaleza: óxidos carbonatos sulfuros silicatos Difícil en estado nativo meteoritos

Propiedades del hierro: Duro Blando (de acuerdo al % de carbono) Maleable Se magnetizan fácilmente a temperatura ordinaria (desaparecen propiedades a los 790 °C) Punto de fusión 1535 °C

El Fe tiene tres formas alotrópicas:

Diagrama Fe-C

Fundiciones Aleaciones de hierro y carbono 2 al 5% de C 2 al 4% de Si Hasta 1% Mn No son dúctiles ni maleables Poco soldables Duros y resistentes al desgaste y a la corrosión

Aceros Aleación de hierro y hasta un 1.7% de carbono Aceros especiales  contienen además, cromo, níquel, etc. Es mas resistente que el hierro sólo

Aceros Se clasifican en: - hipoeutectoides - hipereutectoides Hay 4 tipos ppales: - aceros al carbono - aceros inoxidables - aleados - de baja aleación ultrarresistentes

Proceso Productivo

Materias primas Mineral de Hierro Coque: 80% C, sólido poroso proveniente del carbón Caliza: roca de calcita. Purificante Aire Oxígeno: serie de reacciones

PROCESO PRODUCTIVO GENERAL

REFINACIÓN

De las materias primas al arrabio Primera etapa De las materias primas al arrabio

Altos hornos

Proceso productivo en altos hornos Mineral de hierro Coque Piedra caliza Altos hornos Aire caliente Escoria Arrabio

Funciones de los materiales básicos empleados Mineral de hierro: se reduce y obtengo hierro metálica Coque: reacciona con el oxigeno del aire, forma CO, éste capta el oxígeno del óxido de hierro y se produce CO2 y hierro metálico Piedra caliza: fuente adicional de monóxido de carbono y sustancia fundente Aire caliente: desencadena reacciones, disminuye la cantidad de coque necesaria

Piedra caliza

Productos del proceso Arrabio: - 92% Fe - 3 o 4% C - 0,5 - 3% Si - 0,25% - 2,5% Mn - 0,04 - 2% de fósforo - partículas de azufre. Escoria: - cal - sílice - alúmina

Escoria

Arrabio

Para mayor rendimiento: Presurización del interior del horno : mejora la combustión Enriquecimiento del aire con oxigeno Precalentamiento del aire: reduce el consumo de coque

Métodos de reducción directa Hornos rotativos Crisoles Hornos de cuba Reactores Lechos fluidizados HIERRO ESPONJA

Hierro esponja Es hierro metálico obtenido directamente del mineral en una sola operación, Sustituye en parte a la chatarra Se tiende a evitar el empleo del coque.

Segunda etapa Del arrabio al acero

Obtención de acero El acero se obtiene a partir del arrabio, en los convertidores o en otros hornos El arrabio se transforma en acero mediante un proceso de descarburación y regulación de impurezas

Clasificación química-metalúrgica del proceso Ácido  refractarios de sílice, sirve para eliminar el C, Si y Mn, pero no para el P y S Básicos  refractarios de magnesita y dolomía, elimina también el P y S además del C, Si y Mn

Proceso por solera abierta Horno Básico de Oxígeno (BOF) Arrabio líquido o hierro esponja Proceso por soplado Proceso por solera abierta Proceso eléctrico Bessemer ácido Thomas básico Horno Básico de Oxígeno (BOF) Siemens- Martin Arco eléctrico

Clasificación tecnológica Por soplado: todo el calor procede del calor inicial de los materiales de carga, principalmente en estado de fusión. Con horno de solera abierta: la mayor parte del calor proviene de la combustión del gas o aceite utilizado como combustible Eléctrico: la fuente de calor más importante procede de la energía eléctrica (arco, resistencia o ambos)

Proceso por soplado Bessemer ácido Thomas básico Horno Básico de Oxígeno (BOF)

Bessemer ácido

Horno Thomas Básico Recubrimiento de magnesita y alquitrán Cal y carga se funden por soplado cal y fósforo oxidado escoria Thomas Poco uso actualmente

Horno BOF Similar al Bessemer El aire se sustituye por un chorro de oxígeno casi puro a alta presión. Oxigeno reacciones de agitación quema de impurezas producción de acero

Proceso sobre solera abierta Hornos Siemens-Martin : ácidos y básicos Ventajas posibilidad de utilizar chatarra para poder fundirla, flexibilidad en el uso de otras materias primas , una gama más amplia de aceros de muy buena calidad.

Proceso del horno eléctrico. Hornos eléctricos de arco: sobre todo útiles para producir acero inoxidable y aceros aleados que deben ser fabricados según especificaciones muy exigentes . Actualmente son usados también en todas las fundiciones

Horno Eléctrico

Elementos químicos en la fundición del hierro Carbono: dureza - baja calidad Silicio: ablandador de hierro (≤3.25%) Manganeso: dureza, resistencia, fluidez Azufre: produce grietas por bajo pto de fusión Fósforo: fragilidad a Tº ambiente Oxígeno: porosidad Hidrógeno: porosidad Nitrógeno: fragilidad y ductibilidad

Procesos para la mejora del acero Desgasificación: mediante vacío Desoxidación y desulfuración: con vacío o gases inertes (Argón) Homogeneización: con gases inertes Tratamientos Térmicos: temple, normalizado y revenido

Tercera etapa Del acero al producto

Acero liquido Cuchara de colada Colada continua Moldeo Fabricación de lingotes

Lingotes Se vierte el acero líquido en lingoteras Precaución con rechupes e imperfecciones

Transporte con rodillos de arrastre Colada Continua Agitación Transporte con rodillos de arrastre

Colada continua – Laminado en caliente

Moldes - Vaciado Tres etapas: Fabricación de molde (madera-plástico-metal) Molde hueco de arena rodeando al objeto y luego retirándolo Vertido del metal fundido

Transformación en caliente del acero Laminación Calentamiento Corte y enfriamiento Forja modifica la forma de los metales por deformación plástica producida por presión o impacto

TRATAMIENTOS TÉRMICOS

Análisis de Mercado

Panoramas Análisis General Mundial Análisis en Latinoamérica Análisis en Argentina

Análisis General Mundial Últimos 100 años : producción Conlleva a un país a la independencia económica Después de la crisis las empresas: - se reorganizaron - buscaron otras estrategias - se incorporaron en nichos

Análisis Latinoamericano Producción de Hierro 1º Producción de acero en Bruto

Producción de Hierro 1º 2004 Principales productores: Brasil México Venezuela Argentina Producción total: 29.9 millones de toneladas en aumento

Producción de acero en bruto 2004 Principales productores: Brasil México Venezuela Argentina Producción total: 31.2 millones de toneladas en aumento

Acero Argentino - grandes fluctuaciones en últimos años - disminución del consumo período 1998-2002. Actualmente somos el 5º consumidor en LA. - disminución de producción en período 2003-2004 - necesidad de importar, no se abastece el consumo interno

Desequilibrio entre las 3 etapas de producción Producción record de hierro en 2000 Desequilibrio entre las 3 etapas de producción arrabio insuficiente falta de acero laminados

Exportación / Importación Aumento en volumen de exportaciones Variación de productos terminados

Ppales productos exportados

Destino de exportaciones

Fundición de no férricos Los más utilizados son el cobre y sus aleaciones y el aluminio y sus aleaciones

Ventajas: Sustituyen favorablemente al Fe Buenas aplicaciones tecnológicas Posibilidad de combinar propiedades

Desventajas: Caros La baja concentración en sus menas. Alta energía consumida en los procedimientos de obtención, y afino, ya que, gralmente se trata de procesos electrolíticos. La demanda reducida, que obliga a producirlos en pequeñas cantidades.

El cobre y sus aleaciones Muy utilizado por sus propiedades: - conductividad de calor y E. - resistente a corrosión - ductibilidad y maleabilidad - belleza Mejoras de propiedades con aleaciones - Latón: Cu-Zn - Bronce: Cu, Sn, Si, Ni, Al

Integrantes: Carrera, Cecilia Cortiñas, Eloisa Huetagoyena, M. del Valle Menegazzo, Leticia Rodriguez, Germán