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Ingeniera de Materiales Metlicos

Prctica N 5:

Alumnos:

Amado Santiago Leonardo

Blanco Chaires Guillermo

Cuellar Brcenas Sergio Alejandro

Fernndez del ngel Armando

Profesor:

Ing. Zavala Hernndez Rafael

Grupo: 2514C

Fecha realizada: 22 de abril de 2015 Ing. Mecnica

Fecha de entrega: 29 de abril de 2015 2do Semestre

Instituto Tecnolgico De Ciudad Madero

Metal Mecnica

Laboratorio de Ingeniera Mecnica

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INDICE

Objetivo ................................................................................................................ 3

Consideraciones tericas ..................................................................................... 2

Desarrollo ............................................................................................................. 7

Clculos y resultados ........................................................................................... 8

Observaciones ..................................................................................................... 11

Conclusiones ........................................................................................................ 11

Bibliografas .......................................................................................................... 12

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a) Objetivo.

Que el alumno conozca las materias primas que se usan en el alto horno y

los productos que se obtienen del mismo observando sus propiedades

fsicas ms relevantes, por inspeccin visual y palpacin.

b) Consideraciones tericas.

- Investigar sobre: Breve desarrollo histrico de la metalurgia, Qu es

metalurgia?, Qu es metalurgia extractiva? Y Qu es metalurgia

fsica?, Pre beneficios (preparacin de minerales) y beneficio de los

minerales de Fe, Propiedades de los minerales de Fe, fundentes y

combustibles (coque), Propiedades de los arrabios y escorias del alto

horno, as como el uso y aprovechamiento de los gases del alto horno.

Breve desarrollo histrico de la metalurgia

Los principios de la metalurgia son un misterio para la ciencia moderna, como

poco que queda del desarrollo temprano de las herramientas necesarias para la

fabricacin de objetos metlicos. En algn momento de la prehistoria, el hombre

logr determinar que al fundir ciertas rocas, podran amoldarlas en nuevos objetos

con funcionalidad y mayor durabilidad. Cun pronto esto ocurri tras la capacidad

del hombre de crear fuego se desconoce, pero los arquelogos especulan que

pudo haber sido tan pronto como una generacin. Se sabe que algunos de los

primeros artefactos conocidos son de carcter decorativo, como simples collares y

anillos.

Qu es metalurgia?

La metalurgia es la tcnica de la obtencin y tratamiento de los metales a partir de

minerales metlicos. Tambin estudia la produccin de aleaciones, el control de

calidad de los procesos. La metalrgica es la rama que aprovecha la ciencia, la

tecnologa y el arte de obtener metales y minerales industriales, partiendo de sus

menas, de una manera eficiente, econmica y con resguardo del ambiente, a fin

de adaptar dichos recursos en beneficio del desarrollo y bienestar de la

humanidad.

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Qu es metalurgia extractiva?

Metalurgia extractiva es el estudio de los procesos utilizados en la separacin y

concentracin de las materias primas. El campo es una ciencia aplicada, que

cubre todos los aspectos de los procesos fsicos y qumicos utilizados para

producir los materiales minerales que contienen y metlicos, a veces al uso directo

como un producto acabado, pero ms a menudo en una forma que requiere un

procesamiento ms fsica que es generalmente el tema de la metalurgia fsica,

cermica, y otras disciplinas dentro del amplio campo de la ciencia de los

materiales.

Qu es metalurgia fsica?

Es la ciencia que se ocupa de las caractersticas fsicas y mecnicas de los

metales y aleaciones y las causas que la originan como la composicin qumica y

la estructura interna (cristalina), as como el tratamiento mecnico y trmino.

Pre beneficios (preparacin de minerales) y beneficio de los minerales de Fe

Preparacin y enriquecimiento del mineral.

A las operaciones de preparacin y enriquecimiento del mineral pertenecen: la

tritu-racin, clasificacin, calcinacin, lavado, separacin electromag-ntica y

tostacin. El proceso de fusin en los altos hornos, el gasto de combustible y la

calidad del hierro colado que se obtiene, dependen de la calidad de preparacin

del mineral.

La trituracin se realiza en molinos de mandbulas o de cono; el mineral triturado

se clasifica en cribas o tamices de estructura especial; los pedazos grandes se

separan de los finos, los cuales se someten posteriormente a la tostacin.

Tostador de minerales

Los pedazos de gran tamao, de 30 a 100 mm, se clasifican en grupos y se

envan a la fusin. Para hacer mineral poroso de fcil reduccin y libre de

impurezas perjudiciales, se somete a calci-nacin en hornos especiales. Los

minerales que tienen mucha arcilla, arena, tierra arcillosa, etc. se lavan con agua.

Durante el lavado, la ganga se separa por medio de un chorro fuerte de agua. Los

minerales que poseen propiedades magnticas se clasifican en instalaciones

especiales, en las cuales unos imanes elctricos separan las partculas del mineral

de hierro, rechazando la ganga no magntica. Los pedacitos de mineral y cisco de

coque se someten a tostacin con objeto de obtener pedazos ms grandes. El

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equipo para tostar consta de una transportadora, compuesta de carros que se

mueven por una va cerrada.

La mezcla humedecida del mineral y del combustible desmenuzado se carga

sobre las parrillas de los carros, formando una capa de 250 mm, el combustible se

inflama por medio de un quemador y se hace pasar aire de arriba hacia abajo. Al

quemarse el combusti-ble, la temperatura se eleva a 1 2001 300 C, con lo cual

los peque-os trozos del mineral se aglomeran en pedazos porosos (aglomerado),

adecuados para la fusin en los altos hornos.

Actualmente se ha empezado a emplear la tostacin de la mezcla e mineral,

combustible y fundente (bsico) con el objeto de obtener un aglomerado

enriquecido en fundente. Esta medida aumenta considerablemente la capacidad

de produccin de los altos hornos y disminuye el gasto de combustible en la

obtencin de hierro fundido.

Beneficio de los minerales de hierro

La extraccin de los minerales se realiza de maneras muy diversas segn las

circunstancias que concurren en cada caso. En general, como el mineral se suele

presentar formando grandes masas, siempre suele ser necesario emplear

importantes cantidades de explosivos para romperlas y facilitar su extraccin. Para

arrancar el mineral se emplean potentes mquinas excavadoras y luego se

machacan, trituran y criban los trozos de mineral hasta obtener tamaos

apropiados para su transporte o utilizacin. Las explotaciones se hacen a cielo

abierto o en galeras subterrneas.

Los minerales despus de ser extrados deben sufrir, segn sea su calidad,

tratamientos diversos. A veces es necesario lavarlos para eliminar las materias

terrosas o arcillas con las que suelen estar mezclados. Otras veces los carbonatos

son calcinados para transformarlos en xidos y tambin, a veces, se calcinan

ciertas magnetitas muy duras y compactas para transformarlas en xido frrico de

ms fcil reduccin y aumentar su porosidad o para eliminar algo del azufre que

contienen.

Los minerales despus de ser machacados, triturados y molidos, se clasifican por

cribado o por procedimientos magnticos. Posteriormente, los tamaos finos de

riqueza aceptable se suelen aglomerar o sinterizar antes de su carga en los

hornos altos. Cuando la humedad que contienen es muy elevada, se secan en

hornos rotatorios para reducir el porcentaje de agua que les acompaa.

Propiedades de los minerales de Fe, fundentes y combustibles (coque)

Propiedades del hierro

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El estado del hierro en su forma natural es slido (ferromagntico). El hierro es un

elemento qumico de aspecto metlico brillante con un tono grisceo y pertenece

al grupo de los metales de transicin. El smbolo qumico del hierro es Fe. El punto

de fusin del hierro es de 1808 grados Kelvin o de 1535,85 grados Celsius o

grados centgrados. El punto de ebullicin del hierro es de 3023 grados Kelvin o

de 2750,85 grados Celsius o grados centgrados.

El metal de hierro es fuerte, pero tambin es muy barato. Por lo tanto, es el metal

de uso ms comn hoy en da. La mayora de los automviles, mquinas,

herramientas, los cascos de los buques de gran tamao y la mayora de las piezas

de las mquinas estn hechas de hierro.

Fundente:

Puede ser piedra caliza o arcilla. El fundente se combina qumicamente con la

ganga para formar escoria, que queda flotando sobre el hierro lquido, por lo que

se puede separar. Adems ayuda a disminuir el punto de fusin de la mezcla.

Combustibles:

Combustible: que generalmente es carbn de coque. Recuerda. El carbn se

obtiene por destilacin del carbn de hulla y tiene alto poder calorfico. El carbn

de coque, adems de actuar como combustible provoca la reduccin del mineral

de hierro, es decir, provoca que el metal hierro se separe del oxgeno.

El carbono, en su forma industrial de coque, se mezcla con el mineral, con cuyo

oxgeno se combina, transformndose, primero en monxido de carbono (CO) y

luego en dixido carbnico (CO2).

Propiedades de los arrabios y escorias del alto horno, as como el uso y

aprovechamiento de los gases del alto horno.

Fundicin, hierro colado o arrabio

Es el producto propiamente aprovechable del alto horno y est constituido por

hierro con un contenido en carbono que vara entre el 2% y el 5%. Se presenta en

estado lquido a 1800 C. En ocasiones, a este metal se le denomina hierro de

primera fusin.

Escoria

Es un residuo metalrgico que a veces adquiere la categora de subproducto, ya

que se puede utilizar como material de construccin, bloques o como aislante de

la humedad y en la fabricacin de cemento y vidrio. La escoria, como se coment

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anteriormente, se recoge por la parte inferior del alto horno por la piquera de

escoria.

Humos y gases residuales

Se producen como consecuencia de la combustin del coque y de los gases

producidos en la reduccin qumica del mineral de hierro que, en un elevado

porcentaje, se recogen en un colector situado en la parte superior del alto horno.

Estos gases son, principalmente, dixido de carbono, monxido de carbono y

xidos de azufre.

c) Desarrollo.

Material y/o equipo:

Minerales de Fe: Hematita,

Combustibles: coque, carbn vegetal.

Fundentes: piedra caliza, dolomita, magnecita, cuarzo, calcedonia,

cuarcitas, fluorita, etc.

Arrabio.

Ferroaleaciones: Fe Mn, Fe Si, Fe Si Mn.

Escoria.

Cuaderno de notas con lpiz o bolgrafo.

Cmara fotogrfica.

Imn.

Procedimiento:

1. Presentar las muestras de las materias primas y productos del alto horno a

los lados del dibujo del alto horno.

2. Observar sus propiedades fsicas y relevantes como; color, brillo,

transparencia, peso especfico, magnetismo, etc.

3. Hacer una tabla separando materias primas de productos del alto horno

describiendo cada una de las muestras en base al formato ya establecido.

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d) Clculos y resultados.

Materiales del alto horno

Productos del alto horno

Material Formula Color Brillo Transparencia

Peso Magnetismo

Hematita Fe2O3 Rojo No No Ligero No

Magnetita Fe2+(Fe3+)2O4 Gris oscuro Si No Pesado Si

Limonita FeO(OH)nH2O Amarillo No No Ligero No

Pirita FeS2 Verde Si No Pesado No

Cuarzo SiO2 Caf No No Medio No

Calcita CaCO3 Blanco Si No Pesado No

Fluorita CaF2 Transparente Si Si Ligero No

Coque C Negro No No Ligero No

Coque vegetal

C2H5 Negro No No Ligero No

Coque ref. de petrleo

Negro Si No Ligero No

Briquetas Negro No No Ligero No

Sinter Caf con negro No No Pesado No

Material Formula Color Brillo Transparencia

Peso Magnetismo

Arrabio Caf No No Pesado Si

Escoria Verde con gris

Si, poco No Pesado Un poco

Ferromanganeso FeMn Negro No No Pesado No

Ferrosilicio FeSi Gris Si No Ligero No

Ferrosiliciomanganeso

FeSiMn Gris oscuro Si No Pesado No

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Evidencia fotogrfica

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e) Observaciones

Las materias primas de un alto horno presentado en la prctica presentaban

algunas caractersticas que se mencionan a continuacin:

Un terrn de coque desprenda pequeas partculas que al tocarlo se te quedaba

impregnado en la mano, el cual al momento de aadirlos al alto horno este se va

desintegrando fcilmente en el transporte el cual no es favorable; mientras que el

otro terrn de coque mantena su consistencia el cual es el apropiado para el

fundicin del acero.

Tambin algunas materias presentaban magnetismo (como la magnetita) y su

textura era spera con un tono de color pardo oscuro, mientras que otros (la

mayora) no lo presentaban.

El brillo solo se presentaban en materiales con una textura lisa, por ejemplo el

carbn vegetal tiene una textura spera el cual no emite nada de brillo.

El peso tambin se pudo sentir al tocar los materiales por ejemplo el carbn

vegetal tena muy poco peso mientras que la magnetita tena un peso elevado en

relacin a su tamao.

f) Conclusiones

El objetivo de la prctica se cumpli ya que al poder tener relacin con las

materias primas y productos del alto horno, se pudo obtener una inspeccin y

anlisis de las propiedades fsicas ms relevantes por medio visual, y su peso

especfico por palpacin.

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g) Bibliografa

http://www.ehowenespanol.com/historia-metalurgia-sobre_260896/

http://es.wikipedia.org/wiki/Metalurgia

http://docsetools.com/articulos-utiles/article_103171.html

http://www.monografias.com/trabajos67/proceso-fabricacion-metales-

ferrosos/proceso-fabricacion-metales-ferrosos2.shtml

http://www.ecured.cu/index.php/Producci%C3%B3n_de_Hierro_fundido