Evaluacin de Proyectos

Procesos de ManufacturaCapitulo IProduccin de Metales Ferrosos y No FerrososQu es un producto ferroso?Se denominan metales ferrosos o frricos a aquellos que contienen como elemento base el hierro; pueden llevar posteriormente pequeas proporciones de otros elementos.

MATERIALES SEMICONDUCTORES-COMPUESTOS ALEACIONES FERROSAS Y NO FERROSASMATERIALESALEACIONES SemiconductoresCompuestosFERROSAS YNO FERROSASPROPIEDADES Obtencin en altos hornos

Minerales de Hierro

HematitesPureza: 70%MagnetitaPureza: 75%

Minerales de HierroLimonitaPureza: 60%SideritaPureza: 50%

Localizacin del mineral

Este enlace muestra las diferentes tcnicas de minera empleadas

Horno Elctrico

Colada del producto liquidoMetal fundidoPor colada convencionalPor colada continuaPor colada sobre lingoterasHierroAceroFundicinGrafitoLos Productos Frricos

El hierro es un material maleable, ferromagntico, y blando.Debido a su poca resistencia su nica aplicacin es en la fabricacin de imanes.Despus del aluminio es el segundo metal mas abundante en la corteza de la tierraSus principales aleaciones son aquellas de la familia de los ferro-carbonos.

El Hierro

El acero es una aleacin Fe-C en la que el carbono esta por debajo de 1.76% en peso.Dependiendo de si el acero esta aleado con una determinada cantidad de otro elemento o no el acero se clasifica en dos grupos principales: los aceros puros y los aleados

El Acero

Aceros Puros

Aceros especiales o aleados

El acero es un material que conduce bien la electricidad, es dctil, maleable, y muy tenaz. Por el contrario al no ser que se le aada un determinado elemento extra a la aleacin el acero es propenso a oxidarse, acortando de manera considerable su vida til.continuacin (el acero)

La mayora de las utilidades de este material tienen que ver con la mecnica. A excepcin de los usos para las estructuras de edificios, el resto de aplicaciones del acero tienen que ver generalmente la construccin de el cuerpo y/o alguna pieza especifica de algn sistema mecnico por ejemplo, un coche. Los astilleros y sistemas ferroviarios son tambin grandes consumidores de este material.Aplicaciones de los aceros

El acero puede ser sometido a una serie de tratamientos superficiales y/o trmicos que pueden aportar al material nuevas cualidades.

Superficiales:CincadoCromadoGalvanizadoY niquelado

Trmicos:TempladoRevenidoRecocidoY normalizadoTratamientos (para acero)

El acero puede tambin combinarse con una gran variedad de elementos que mejoran cualidades especificas, previamente seleccionadas segn el trabajo que la nueva aleacin vaya a realizar.

Las aleaciones mas importantes son:Nquel: Aporta resistencia a la oxidacinCromo: aporta dureza y resistencia a la abrasin y oxidacinCobalto: Produce un aumento de la dureza del acero en caliente y a la abrasinVanadio: aumenta la resistencia a la fatigaAleaciones del acero

La fundicin es un compuesto Fe-C en el que el carbono supera en peso el 1.76%Por norma general son frgiles y duras pero adquieren diferentes propiedades segn el proceso de obtencinLa Fundicin

Debido a que no aceptan muchas de las formas de transformacin del acero la fundicin es usada para hacer mayormente piezas de moldeo, o piezas que deben de ser sometidas a grandes esfuerzos mecnicos.Aplicaciones de la Fundicin

El grafito como producto frrico puede ser confundido a menudo con el grafito como compuesto del carbono puro. Sin embargo si hablamos del grafito como producto frrico hablamos de una aleacin Fe-C que supera el 6.67% en peso de carbono.En la actualidad debido a su fragilidad el grafito no tiene ningn uso significativoEl Grafito

Reciclado de metales ferrosos

Durante todo el proceso de obtencin se producen contaminaciones en las tres etapas de la obtencin del material: a la hora de obtener la materia prima, durante la transformacin, y al reciclar o desechar.Impacto medioambiental

MATERIALES FERROSOS 1. INTRODUCCINMATERIALES FERROSOS, son aquellos cuyo constituyente principal es el hierro. Se pueden clasificar en:

HIERROACEROSFUNDICIONESFERROALEACIONES.

MATERIALES FERROSOS2. EVOLUCIN HISTRICA DE LA SIDERURGIA6000 a. C. se funden objetos de cobre.3000 a. C. bronce fundido al alear cobre y estao.1500 a. C. Los hititas (Turqua) utilizan el hierro. Se encuentra en forma de mineral, y as no tiene utilidad. Hay que separar la mena y la ganga; descubierto este proceso su utilizacin aumenta: ms abundante que el cobre, se encuentra en la corteza terrestre, es ms duro y resistente.1200 a. C. empieza la Edad de Hierro y se propaga por Oriente Medio.600 a. C. comienza Edad Hierro en China y Europa.s. I los romanos dominan el mundo, organizan la produccin de acero y la fabricacin de armas: Damasco, Espaa, Italia, son centros productores de hierro.700 Aparece la forja catalana, un tipo de horno con cuba de mampostera provista de tobera lateral para mantener el carbn a mayor T.1300 Primer Horno Alto, horno de gran capacidad, recibe aire de un fuelle, hierro en contacto con el carbn y disminuye el punto de fusin, se obtiene el hierro colado.

MATERIALES FERROSOS2. EVOLUCIN HISTRICA DE LA SIDERURGIA1709-1735 horno de coque, Abraham Darby sustituye el carbn vegetal por coque, ms rico en C, ms limpio y menos contaminante.1740 acero al crisol. Benjamn Huntsman produce el primer acero al crisol. Acero de muy buena calidad.1784 Horno de pudelar de Cort, el hierro colado procedente al horno alto se refunda en un horno de reverbero, y se obtena un hierro forjado de gran calidad.1820-1828 Inyeccin de aire, Neilson mejora la eficacia del alto horno haciendo pasar aire a travs de una tubera al rojo vivo.1855 Bessemer, inventa el afinado por aire, preparacin de acero sin fuego.1860 Cowper, inventa el recuperador de calor.1864 Emile y Pierre Martin funden los primeros aceros con adicin de chatarra.

MATERIALES FERROSOS2. EVOLUCIN HISTRICA DE LA SIDERURGIA1878, Thomas, inventa el revestimiento del convertidor que permite la desfosforacin del hierro.1880 Siemens inventa la fabricacin de acero por va electrotrmica.1884 1er Horno alto en Espaa1902 Heroult, patenta el horno elctrico de arco. 1904 1er Horno elctrico en Espaa1930 Colada continua.1948, fabricacin de acero con convertidores soplados con oxgeno (procedimiento LD). 1960 instalacin es Espaa de la colada continua.1978, en Alemania se pone en marcha el horno elctrico por induccin.

MATERIALES FERROSOS3. PROCESO SIDERRGICOHIERROCARBN DE COQUEFUNDENTES3.1. MATERIAS PRIMAS

MATERIALES FERROSOSHIERROEl MINERAL DE HIERRO lleva mezclados:La MENA o parte til: xidos de hierroLa GANGA o parte no til: slices, cal, almina, etc.MINERALNOMBRE CIENTFICO% en Fe del mineralCARACTERSTICASXIDOSMAGNETITA(Fe3O4)72%Mineral ms puro y rico. Color gris-negruzco, magntico. HEMATITES(Fe2O3)70%Tiene poco fsforo. Color rojizo, grisLIMONITAS2Fe2O3 +3 H2O 60%Color ocre. Blandas y fciles de reducir. Contiene fsforo.CARBONATOSSIDERITAFe CO348%Debe calcinarse en horno de cuba para pasar a xido de hierro.SULFUROSPIRITAFe S2< 48%Mineral de hierro mezclado con cobre. Color amarillo.

MATERIALES FERROSOSCARBN DE COQUEEl CARBN es la materia prima para obtener COQUE. Slo son aptas las hullas grasas y semigrasas de llama corta, con contenido en materias voltiles entre 22% y 30%, azufre Resistencia> DurezaCr-Ni>> Resistencia< Oxidacin > Dureza 18% Cr- 8% Ni Inox 2% Cr- 5% NiSi > 0,3%> ElasticidadResortesMgNeutraliza al azufre para templep/alto desgasteAl 1,5% > dureza superficialMo> Resistencia traccinpara templeV< FragilidadResortes y herramientasW> Dureza HerramientasCo -W>> DurezaHerramientasTi< Oxidacin

MATERIALES FERROSOSPRESENTACIN COMERCIAL DEL ACERO Productos planos, planchas y chapas de 0.5 3 mm Productos largos, seccin pequea y gran longitud, barras de distintas secciones: Cuadrada Rectangular (pletina) Redonda Exagonal Media caa Triangular Alambre Perfiles, formas variadas y longitud variable: angular de lados iguales (L), angular de lados desiguales (L), angular en I, H (o doble T), en U, en T, perfiles tubulares (redondo, cuadrado, perfilado)

MATERIALES FERROSOSFUNDICIONESFUNDICIN GRIS, presenta el C en forma de grafito laminar:Funde a 1200 CTenaz, pero poca durezaSoporta altas presiones y temperaturas sin dilatarseFUNDICIN BLANCA, presenta el carbono en forma de carburo de hierro Fe3C (cementita) de color blanco.Funde a 1150 CEs muy dura, pero frgilDifcil de mecanizar por su dureza.FUNDICIN ATRUCHADA, propiedades mezcla de las anteriores.FUNDICIN MALEABLE PERLTICA, mediante recocido a 900 C de la fundicin blanca se produce a su descarburacin (de 2-4% a 1-1.5%), eliminando la fragilidad, aumentando la resistencia a traccin.FUNDICIN MALEABLE BLANCA, el C de la cementita, ha desaparecido total o parcialmente.FUNDICIN MALEABLE NEGRA, C de la cementita precipita en copos de grafito.FUNDICIN DE GRAFITO ESFEROIDAL O NODULAR, por adicin de Cerio o Mg

MATERIALES FERROSOSFERROALEACIONESPRODUCTOS SIDERRGICOS QUE CONTIENEN ADEMS DEL HIERRO, UNO O VARIOS ELEMENTOS QUE LO CARACTERIZAN. Se emplean como materia prima para procesos metalrgicos: Ferromanganesos, Ferrocromos, Ferrosilicios, Ferrovanadios, Ferronquel, Ferrovolframio.

CONGLOMERADOS FRREOSFormados por la unin entre s de distintos tipos de polvos metlicos. Se pueden comprimir en un molde a altas presiones y temperaturas, obtenindose una masa compacta solidificada. El proceso se llama siterizado o metalrgia de polvos.

PRODUCCION DE METALES FERROSOSLa produccin de HIERRO y ACERO comprende el 95% de todo el tonelaje del metal producido anualmente en los Estados Unidos.

Son los metales mas econmicos del mundo.

Se piensa que si fabricacin empieza alrededor del 1200 a.C

El primer tonelaje alto de fabricacin de acero se hizo alrededor de 1855 a travs del procesos Bessemer.

Produccin de arrabioSe denomina arrabio al material fundido que se obtiene en el alto horno mediante reduccin del mineral de hierro. Se utiliza como materia prima en la obtencin del acero en los altos hornos.Se puede obtener mediante un Alto Horno o mediante el proceso de Reduccin Directa

Los materiales bsicos empleados para fabricar arrabio son mineral de hierro, coque y caliza. El coque se quema como combustible para calentar el horno, y al arder libera monxido de carbono, que se combina con los xidos de hierro del mineral y los reduce a hierro metlico.

Principales minerales de hierro:

Hematita Fe2O3 70% HierroMagnetitaFe3O4 72.4% HierroSideritaFeCO3 48.3% HierroLimonitaFe2O3X(H2O) 60-65% Hierro

Alto HornoLa ecuacin de la reaccin qumica fundamental de un alto horno es:

Fe2O3 + 3CO 3CO2 + 2FeEl alto horno es la instalacin industrial dnde se transforma o trabaja el mineral de hierro. Un alto horno tpico est formado por una cpsula cilndrica de acero de unos 30 m de alto forrada con un material no metlico y resistente al calor, como asbesto o ladrillos refractarios. El dimetro de la cpsula disminuye hacia arriba y hacia abajo, y es mximo en un punto situado aproximadamente a una cuarta parte de su altura total. La parte inferior del horno est dotada de varias aberturas tubulares llamadas toberas, por donde se fuerza el paso del aire que enciende el coque. Cerca del fondo se encuentra un orificio por el que fluye el arrabio cuando se sangra (o vaca) el alto horno. Encima de ese orificio, pero debajo de las toberas, hay otro agujero para retirar la escoria. La parte superior del horno contiene respiraderos para los gases de escape, y un par de tolvas redondas, cerradas por vlvulas en forma de campana, por las que se introduce el mineral de hierro, el coque y la caliza

Alto Horno

Alto Horno

Reduccin DirectaEn la produccin del acero tambin se puede utilizar el mtodo de reduccin directa, el que emplea agentes reactivos reductores como gas natural, coque, aceite combustible, monxido de carbono, hidrgeno o grafito. El procedimiento consiste en triturar la mena de hierro y pasarla por un reactor con los agentes reductores, con lo que algunos elementos no convenientes para la fusin del hierro son eliminados. El producto del sistema de reduccin directa es el hierro esponja que consiste en unos pellets de mineral de hierro los que pueden ser utilizados directamente para la produccin de acero con caractersticas controladas.

Reduccin DirectaSolo 2% de la produccin mundial de arrabio se obtiene por este mtodoEl costo de produccin es menor que en un alto horno.

Reduccin DirectaEl mineral de hierro es introducido en tolvas que se encuentra en la parte superior del horno, en donde desciende a travs del horno por accin de la gravedad, mientras se calienta y se le inyecta los gases en contracorriente con altos contenidos de H2 y CO2 para de esa manera obtener el hierro reducido libre de oxigeno. Estos gases reaccionan con el Fe2O3 presente en el mineral de hierro y lo transforman en hierro metlico, dejando el H2O y el CO2.

Fe2O3 + 3H2 ---> 2Fe + 3H2OFe2O3 + 3CO ---> 2Fe + 3CO

Hornos para Conversin de Arrabio

El arrabio puede ser refinado para producir:

Hierro DulceAceroHierro FundidoHierro Maleable o Nodular

Hornos utilizados para convertir arrabio en metales ferrosos:De aire o reverberoHorno de Oxigeno bsicoConvertidor BessemerCrisolHorno de CubiloteHorno elctricoHorno de induccinHorno de hogar abierto

METALES FERROSOSHierro dulceAceroHierro fundidoHierro de primera fusionFundicin grisFundicin blancaHierro fundido moteadoHierro fundido maleableHierro nodular

Hierro DulceContiene menos del 0.1% de CComnmente producido mediante el proceso de pudelado y el proceso Aston.C < 0.03%Si 0.13%S < 0.02%P 0.18%

Aplicaciones:Produccin de tubos, remaches, placasProductos sometidos al deterioro por oxidacinFabricar electroimanes Ventajas:Facilidad para ser soldadoAlta ductilidad

Hierro de fibra natural, de elevada resistencia a la corrosin. Tambin llamado hierro forjado, hierro pudelado, hierro suave.

Hierro Dulce

El AceroAleacin cristalizada de hierro, carbono y otros varios elementos.Se puede moldear, laminar o forjar.Es posible variar sus propiedades de dureza y resistencia variando el contenido de carbnAplicacin:Tubos, barras, lmina, formas estructurales.

REGION PARA ACEROS Y PARA HIERROS FUNDIDOS

ACEROSHIERROS FUNDIDOS

Clasificacin de los acerosManufacturaUsoContenido de carbonoComposicin qumicaExisten varios mtodos de clasificacin para los aceros que se basan en:

Segn el mtodo de manufactura los aceros pueden ser:Acero de horno abiertoAcero de horno elctricoAcero BessemerAcero de crisol, etc.

Segn el uso que se le dar, el acero pueden ser:Acero para mquinasAcero para resortesAcero para calderasAcero estructuralAcero para herramientas

De acuerdo con el contenido de carbono pueden ser:Acero de bajo carbono: hasta 0.30% de C(alambres, perfiles estructurales, tornillos tuecas, etc)

Acero de medio carbono: de 0.30 a 0.70% de C(carriles, ejes, engranes, partes con alta resistencia y dureza moderada)

Acero de alto carbono: de 0.70% a 1.40% de C(herramientas de corte, cuchillas, brocas, machuelos)

Aceros de AleacinDe baja aleacin (los elementos especiales de aleacin suman menos del 8%)

De alta aleacin (arriba del 8%)Comnmente conocidos como aceros especiales, son aceros al carbono, aleados con otros metales o metaloides, resultantes de la bsqueda del mejoramiento de sus caractersticas. Los elementos aadidos corrientemente son: el nquel, el cromo, vanadio, molibdeno, magnesio, silicio, tungsteno, cobalto, aluminio, etc.

Aceros al nquel. Son aceros inoxidables y magnticos. El nquel aumenta la carga de rotura, el lmite de elasticidad, el alargamiento y la resistencia al choque o resiliencia, a la par que disminuye las dilataciones por efecto del calor. Cuando contienen del 10 al 15% de nquel se templan aun si se los enfra lentamente.

Aceros al cromo. El cromo comunica dureza y una mayor penetracin del temple, por lo que pueden ser templados al aceite. Los aceros con 1,15 a 1,30% de carbono y con 0,80 a 1% de cromo son utilizados para la fabricacin de lminas debido a su gran dureza, y en pequea escala los que tienen 0,3 a 0,4% de carbono y 1% de cromo.

Aceros al cromo-nquel. De uso ms corriente que el primero, se usan en la proporcin de carbono hasta 0,10%, cromo 0,70% y nquel 3%; o carbono hasta 15%, cromo 1% y nquel 4%, como aceros de cementacin. Los aceros para temple en aceite se emplean con diversas proporciones; uno de uso corriente sera el que tiene carbono 0,30, cromo 0,7% y nquel 3%.

Aceros al cromo-molibdeno. Son aceros ms fciles de trabajar que los otros con las mquinas herramientas. El molibdeno comunica una gran penetracin del temple en los aceros; se emplean cada vez ms en construccin, tendiendo a la sustitucin del acero al nquel. De los tipos ms corrientes tenemos los de carbono 0,10% , cromo 1% y molibdeno 0,2% y el de carbono 0,3%, cromo 1% y molibdeno 0,2%; entre estos dos ejemplos hay muchos otros cuya composicin vara segn su empleo.

Aceros al cromo-nquel molibdeno. Son aceros de muy buena caracterstica mecnica. Un ejemplo de mucha aplicacin es el que tiene carbono 0,15% a 0,2%, cromo 1 a 1,25%, nquel 4% y molibdeno 0,5%.

Aceros inoxidables. Los aceros inoxidables son los resistentes a la accin de los agentes atmosfricos y qumicos. Los primeros que se fabricaron fueron para la cuchillera, con la proporcin de 13 a 14% de cromo. Otros aceros fueron destinados a la fabricacin de aparatos de ciruga, con la proporcin de 18 a 20% de cromo y 8 a 10% de nquel; son tambin resistentes a la accin del agua de mar. Un acero de gran resistencia a la oxidacin en caliente es el que tiene 20 a 30% de cromo y 5% de aluminio.

Aceros anticorrosivos. Estos son aceros soldados de alta resistencia y bajo tenor de sus componentes de aleacin: carbono, silicio, azufre, manganeso, fsforo, nquel o vanadio, cromo y cobre. A la intemperie se cubren de un xido que impide la corrosin interior, lo que permite se los pueda utilizar sin otra proteccin. Como resultado de ensayos efectuados por algo ms de diez aos, se ha establecido que su resistencia a los agentes atmosfricos es de cuatro a ocho veces mayor que los del acero comn al carbono Aceros de AleacinAceros al cromo-molibdeno. Son aceros ms fciles de trabajar que los otros con las mquinas herramientas. El molibdeno comunica una gran penetracin del temple en los aceros; se emplean cada vez ms en construccin, tendiendo a la sustitucin del acero al nquel. De los tipos ms corrientes tenemos los de carbono 0,10% , cromo 1% y molibdeno 0,2% y el de carbono 0,3%, cromo 1% y molibdeno 0,2%; entre estos dos ejemplos hay muchos otros cuya composicin vara segn su empleo.

Aceros al cromo-nquel molibdeno. Son aceros de muy buena caracterstica mecnica. Un ejemplo de mucha aplicacin es el que tiene carbono 0,15% a 0,2%, cromo 1 a 1,25%, nquel 4% y molibdeno 0,5%.

Aceros inoxidables. Los aceros inoxidables son los resistentes a la accin de los agentes atmosfricos y qumicos. Los primeros que se fabricaron fueron para la cuchillera, con la proporcin de 13 a 14% de cromo. Otros aceros fueron destinados a la fabricacin de aparatos de ciruga, con la proporcin de 18 a 20% de cromo y 8 a 10% de nquel; son tambin resistentes a la accin del agua de mar. Un acero de gran resistencia a la oxidacin en caliente es el que tiene 20 a 30% de cromo y 5% de aluminio.

Aceros de Aleacin

Aceros anticorrosivos. Estos son aceros soldados de alta resistencia y bajo tenor de sus componentes de aleacin: carbono, silicio, azufre, manganeso, fsforo, nquel o vanadio, cromo y cobre. A la intemperie se cubren de un xido que impide la corrosin interior, lo que permite se los pueda utilizar sin otra proteccin. Como resultado de ensayos efectuados por algo ms de diez aos, se ha establecido que su resistencia a los agentes atmosfricos es de cuatro a ocho veces mayor que los del acero comn al carbono Aceros de Aleacin

De acuerdo con la composicin qumica.Este mtodo establece un sistema numrico para indicar el contenido aproximado de los elementos importantes en el acero. Existen dos tipos de normas:AISIAmerican Iron and Steel InstituteSAESociety of Automotive Engineers

En ambos se emplean 4 o 5 dgitos que indican el tipo de acero y su contenido de carbono. En las especificaciones AISI se puede incluir un prefijo literal para indicar el proceso de manufactura empleado en la produccin de acero.Bacero al carbono Bessemer de hogar abiertoCacero al carbono bsico de hogar abiertoEproceso bsico de horno elctrico.Las especificaciones SAE no emplean estos prefijos literales.

El primero de los 4 o 5 dgitos de la designacin numrica indica el tipo al que pertenece el acero, 1acero al carbono2acero al nquel3acero al nquel-cromo,Los dos o tres ltimos dgitos, generalmente indican el contenido promedio de carbono (multiplicado por 100).ejemplo:

Acero 2520ejemplo:acero aleado con aproximadamente 5% de Ni y con un contenido promedio de 0.2% de C

Nmero AISI-SAE% C% Mn% Si% Ni% CrOtros10200.18-0.230.30-0.6010400.37-0.440.60-0.9010600.55-0.650.60-0.9010800.75-0.880.60-0.9010950.90-1.030.30-0.5011400.37-0.440.70-1.000.08-0.13%S41400.38-0.430.75-1.000.15-0.300.80-1.100.15-0.25%Mo43400.38-0.430.60-0.800.15-0.301.65-2.000.70-0.900.20-0.30%Mo46200.17-0.220.45-0.650.15-0.301.65-2.000.20-0.30%Mo521000.98-1.100.25-0.450.15-0.301.30-1.6086200.18-0.230.70-0.900.15-0.300.40-0.700.40-0.600.15-0.25%V92600.56-0.640.75-1.001.80-2.20