MATERIALES FÉRRICOS PAL - CURSO 2008/09 Eduardo García Marín Jorge Sanjuán García Héctor Siguero Jurado

Son aquellos materiales cuyo componente principal es el hierro asociado con otras sustancias tanto metálicas como no metálicas. Se pueden clasificar dependiendo del contenido de Carbono en: Hierro Aceros Fundiciones Ferroaleaciones

Producción de hierro El elemento químico hierro supone el 5% de la corteza terrestre. Nunca se presenta en estado puro. Para la producción de hierro y acero son necesarias cuatro sustancias fundamentales: -Minerales de hierro -Coque -Piedra caliza -Aire

Minerales de hierro Los principales minerales de los que forma parte son: HEMATITES ROJA ÓXIDO DE HIERRO (III) 40-60% MAGNETITA OXIDOS DE HIERRO 60-70%

Minerales de hierro LIMONITA HIDRÓXIDO DE HIERRO (III) 30-60% SIDERITA CARBONATO DE HIERRO (II) 30-40%

CARBÓN DE COK - COQUE La misión del carbón de coque en el proceso siderúrgico es: Producir por combustión el calor necesario para la reacción de reducción (eliminar oxígeno) y fundir la mena dentro del horno. Producir el gas reductor (CO) que transforma los óxidos en arrabio. Se obtiene el coque calentando las hullas grasas y semigrasas de llama corta, con contenido en materias volátiles entre 22% y 30%, azufre <1% y cenizas <9% a >1000 ºC . Características de un buen coque: Alto poder calorífico (6500 – 8750 kcal/kg) Mínimo contenido en fósforo y azufre (hacen frágil la fundición)

FUNDENTES La misión de los fundentes en el proceso siderúrgico es: Combinarse con la ganga y con las impurezas para bajar su punto de fusión, y hacer que la escoria se encuentre fluida. La cantidad de fundente y su naturaleza debe establecerse con mucho cuidado, dependiendo de la naturaleza y composición de la ganga y la proporción de impurezas. Los fundentes más utilizados: sílice, caliza (carbonato cálcico) y la dolomía (carbonato magnésico). Si ganga ácida SiO2 → fundente básico Al2O3, MgO, CaO Si ganga básica MgO, CaO → fundente ácido SiO2 Si ganga neutra → fundente neutro CrO

OBTENCIÓN DEL HIERRO El dispositivo habitual para obtener hierro a partir de sus minerales es el denominado ALTO HORNO

REACCIONES EN EL ALTO HORNO Fe2O3 + CO → 2 Fe O + CO2 FeO + CO → Fe + CO2 CO3Ca → CaO + CO2 CaO + SiO2 →SiO2Ca COK + HIERRO SÓLIDO COK ESCORIA HIERRO LIQUIDO LIQUIDA C+CO2 → 2CO C + O2 → CO2

AFINO El arrabio posee un exceso de impurezas carbono, azufre, fósforo, silicio, manganeso, etc.) que lo hace demasiado frágil y poco adecuado para la fabricación de piezas industriales. La solución consiste en eliminar la mayoría de esas impurezas en hornos adecuados, denominados hornos de afino.

1855 – CONVERTIDOR BESSEMER (GB) HORNOS DE AFINO 1855 – CONVERTIDOR BESSEMER (GB) 1. Recipiente 2. Cavidad interior 3. Entrada de aire 4. Caja de cierre 5. Toma de aire 6. Basculante 7. Boca

1855 – CONVERTIDOR BESSEMER (GB) HORNOS DE AFINO 1855 – CONVERTIDOR BESSEMER (GB) 1) Fase de llenado. El convertidor se inclina y se vierte el arrabio fundido. 2) Fase de soplado. El convertidor se pone en posición vertical y se inyecta aire a presión desde el fondo, pasando a través de la masa fundida y oxidando el carbono, el silicio y el magnesio. 3) Fase de vaciado. Se inclina el convertidor y se vierten primero las escorias y después el acero en las lingoteras.

1864 – HORNO SIEMENS-MARTIN (ALE) HORNOS DE AFINO 1864 – HORNO SIEMENS-MARTIN (ALE) PULSA PARA AMPLIAR

1864 – HORNO SIEMENS-MARTIN (ALE) HORNOS DE AFINO 1864 – HORNO SIEMENS-MARTIN (ALE) Fue el primer dispositivo capaz de obtener acero a partir de chatarra. La carga se realiza por al parte superior. El afino consiste en quemar el combustible a 1800 ºC. A esa temperatura las impurezas se oxidan y son arrastradas por la cal formando escorias. Puede cargar materiales de arrabio, mineral de hierro y chatarra hasta el 70%. Cuando el contenido en carbono es el adecuado, se añaden los aleantes y se extrae la colada. Se gasta mucho combustible.

HORNOS DE AFINO 1900 – HORNO ELÉCTRICO DE ARCO – Héroult (FR)

HORNOS DE AFINO 1900 – HORNO ELÉCTRICO DE ARCO – Héroult (FR)

HORNOS DE AFINO 1900 – HORNO ELÉCTRICO DE ARCO – Héroult (FR) Se carga con chatarra, cal y otros metales para hacer aleaciones especiales. Se utilizan voltajes de ≈ 900 V Se calienta rápidamente a 3.500 ºC; los procesos duran del orden de 60 minutos. Se obtienen aceros especiales. Elevado coste energético.

Se inclina el horno y se saca la escoria que flota sobre el acero. HORNOS DE AFINO 1945 – Convertidor LD – Linz y Donowitz (AUS) Paso 1 Se inclina el horno y se añade el arrabio, el fundente y, a veces, la chatarra Paso 2 Se pone vertical y se baja la lanza para inyectar oxígeno en el metal fundido. Las impurezas se queman. Paso 3 Se inclina el horno y se saca la escoria que flota sobre el acero. Paso 4 Se vierte el acero sobre la cuchara y se añaden ferroaleaciones y carbono.

1945 – Convertidor LD – Linz y Donowitz (AUS) HORNOS DE AFINO 1945 – Convertidor LD – Linz y Donowitz (AUS) Se pueden cargar de 300 a 500 Tn. La duración del afino es de unos 60 minutos. Se inyecta oxígeno a 12 atms. Oxida el carbono hasta niveles del 1%. Al quemar el carbón, aumenta la temperatura, mantiene el material liquido y elimina fósforo, azufre y silicio. Al final del proceso se añaden los aleantes.

HORNOS DE AFINO 1978 – Horno eléctrico de inducción – Krupp (ALE)

HORNOS DE AFINO 1978 – Horno eléctrico de inducción – Krupp (ALE) Trabajan a una frecuencia del orden de 9600 KHz. Voltajes de 380 V Las corrientes que inducen producen un aumento de temperatura.

PRODUCTOS SIDERÚRGICOS Hierro dulce (C entre 0.008 – 0.025 %) Aceros (0.025 – 2.1 %) Fundiciones (2.1 – 6.67 %) Ferroaleaciones

TIPOS DE ACEROS ACEROS C Si Mn Cr Mo Ni V W Al carbono 0,45 - 0,55 0,25 0,65 - 0,7   Aleados de temple y revenido 0,32 - 0,41 0,6 - 0,75 0,7 - 1,25 0 - 0,2 0 - 4,25 Rodamientos 1 0,3 1,5 Muelles 0,5 0,85 0,15 Cementación 0,1 -0,2 0,25 - 0,3 0,45 - 0,8 0 - 0,95 0 - 0,25 0 - 3,25 Mecanizado 0,05 1,25 Inoxidables 0,08 2 17,5 - 19 0 - 2,5 9,5 - 12 Herramientas 0,38 - 0,95 1,1 - 1,4 0,5 - 1,95 0 - 1 0 - 0,1 0 - 0,5

PRODUCTOS SIDERÚRGICOS

Reutilización del hierro – LA CHATARRA

Reutilización del hierro – LA CHATARRA La chatarra de hierro, es el conjunto de trozos de metal de desecho. Es utilizada en la producción de acero, cubriendo un 40% de las necesidades mundiales. El porcentaje de uso varía según el proceso de fabricación utilizado, siendo un 20% en la producción de acero por convertidor LD y llegando al 100% en el proceso de fabricación por horno eléctrico. La chatarra se procesa en las zonas de desguace y después se envía a las acerías, donde se consiguen nuevos productos siderúrgicos.

Aplicaciones del hierro, acero y aleaciones EN LA CONSTRUCCIÓN. Sirve para estructurar los edificios, los puentes, transportar el agua, el gas u otros fluidos.

Aplicaciones del hierro, acero y aleaciones EN EL SECTOR DEL TRANSPORTE. Este sector constituye el segundo mercado acero, después de la construcción y las obras publicas.

Aplicaciones del hierro, acero y aleaciones ENVASES DE USO COTIDIANO: Depósitos, botes, latas, bidones, etc. Numerosos envases son fabricados a partir de hojas de acero, si requieren un medio hermético de conservación.

Aplicaciones del hierro, acero y aleaciones HOSTELERIA Y SERVICIOS Cada vez más, los materiales de acero inoxidable se emplea por su presencia y limpieza en todo lo relacionado con la manipulación de alimentos.

Aplicaciones del hierro, acero y aleaciones EN SANIDAD El instrumental de acero inoxidable, las prótesis aleadas principalmente con titanio, forman parte del material sanitario.