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PAL - CURSO 2008/09Eduardo García MarínJorge Sanjuán GarcíaHéctor Siguero Jurado

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• 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:

HierroAcerosFundicionesFerroaleaciones

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Producción de hierroProducción de hierro• El elemento químico hierro supone el 5% de la El elemento químico hierro supone el 5% de la

corteza terrestre. corteza terrestre. • Nunca se presenta en estado puro.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

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Minerales de hierroMinerales de hierro

MAGNETITA

OXIDOS DE HIERRO

60-70%

HEMATITES ROJA

ÓXIDO DE HIERRO (III)

40-60%

•Los principales minerales de los que forma Los principales minerales de los que forma parte son:parte son:

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Minerales de hierroMinerales de hierro

LIMONITA

HIDRÓXIDO DE HIERRO (III)

30-60%

SIDERITA

CARBONATO DE HIERRO (II)

30-40%

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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)

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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

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OBTENCIÓN DEL HIERRO

El dispositivo habitual para obtener hierro a partir de sus minerales es el denominado

ALTO HORNO

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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 ESCORIAHIERRO LIQUIDO LIQUIDA

C+CO2 → 2CO

C + O2 → CO2

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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.

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HORNOS DE AFINO

1855 – CONVERTIDOR BESSEMER (GB)

1. Recipiente 2. Cavidad interior3. Entrada de aire 4. Caja de cierre5. Toma de aire 6. Basculante 7. Boca

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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.

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HORNOS DE AFINO1864 – HORNO SIEMENS-MARTIN (ALE)

PULSA PARA AMPLIAR

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•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

1864 – HORNO SIEMENS-MARTIN (ALE)

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HORNOS DE AFINO

1900 – HORNO ELÉCTRICO DE ARCO – Héroult (FR)

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HORNOS DE AFINO

1900 – HORNO ELÉCTRICO DE ARCO – Héroult (FR)

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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.

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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.

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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.

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HORNOS DE AFINO

1978 – Horno eléctrico de inducción – Krupp (ALE)

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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.

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PRODUCTOS SIDERÚRGICOS

• Hierro dulce (C entre 0.008 – 0.025 %)

• Aceros (0.025 – 2.1 %)

• Fundiciones (2.1 – 6.67 %)

• Ferroaleaciones

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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 0,25 0,6 - 0,75 0,7 - 1,25 0 - 0,2 0 - 4,25    

Rodamientos 1 0,25 0,3 1,5        

Muelles 0,5 0,3 0,85 1     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 0,15 0,05 1,25          

Inoxidables 0,08 1 2 17,5 - 19 0 - 2,5 9,5 - 12    

Herramientas 0,38 - 0,95 0,25 - 0,3 1,1 - 1,4 0,5 - 1,95 0 - 0,2 0 - 1 0 - 0,1 0 - 0,5

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PRODUCTOS SIDERÚRGICOS

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Reutilización del hierro – LA CHATARRA

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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.

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Aplicaciones del hierro, acero y aleaciones

• EN LA CONSTRUCCIÓN. Sirve para estructurar los edificios, los puentes, transportar el agua, el gas u otros fluidos.

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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.

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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.

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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.

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Aplicaciones del hierro, acero y aleaciones

• EN SANIDADEl instrumental de acero inoxidable, las prótesis aleadas principalmente con titanio, forman parte del material sanitario.