Proceso de Manufactura

• MANUFACTURA

La manufactura: como campo de estudio puede definirse de dos maneras: tecnológica y económica.

Tecnológicamente es la aplicación de procesos químicos y físicos que alteran la geometría, las propiedades, o el aspecto de un determinado material para elaborar partes o productos terminados.

• MANUFACTURA

Económicamente, la manufactura es la transformación de materiales en artículos de mayor valor, a través de una o más operaciones o procesos de ensamble.

Fundición

• Fundición: es el proceso por el cual un metal se extrae de su mena. En el caso del hierro, la mena se calienta con caliza y coque que es carbono en su mayor parte; merced a la acción de ambos se separan las impurezas de la mena y se obtiene hierro casi puro; aunque con algo de carbono. El acero se obtiene eliminando aún más carbono y añadiendo otros metales.

La “Industria de la fundición” según sea para materiales férricos o no férricos se puede dividir de la siguiente manera:

Metalurgia: ciencia y tecnología de los metales, que incluye su extracción a partir de los minerales metálicos, su preparación y el estudio de las relaciones entre sus estructuras y propiedades. Los procesos metalúrgicos constan de dos operaciones: la concentración, que consiste en separar el metal o compuesto metálico del material residual que lo acompaña en el mineral, y el refinado, en el que se trata de producir el metal en un estado puro o casi puro, adecuado para su empleo.

Siderurgia: tecnología relacionada con la producción del hierro y sus

aleaciones, en especial las que contienen un pequeño porcentaje de carbono, que constituyen los diferentes tipos de acero. El acero es una aleación de hierro y carbono a la que suelen añadirse otros elementos.

En conclusión la metalurgia es la industria que se ocupa de la elaboración de los metales. En el caso del hierro y del acero se llama siderurgia.

De acuerdo con la apariencia de su fractura, las fundiciones pueden ser grises, blancas, atruchadas, aunque también existen las fundiciones maleables, nodulares y especiales o aleadas.

• Blanca: todo el C está en forma de cementita• Maleable: la mayoría del C está sin combinar como C

revenido (esferas IRREGULARES)• Gris: la mayoría del C está sin combinar en forma de

escamas de grafito• Atruchada: presenta tres capas: Blanca, atruchada y gris• Nodulares: el C está sin combinar en forma de esferas

REGULARES

FUNDICIÓN BLANCA

• Se describe su enfriamiento por el diagrama Fe-Fe3C

• La microestructura consiste en perlita en una red de cementita interdendrítica continua.

• Dura, resistente al desgaste, difícil de maquinar

Aplicaciones: -bolas de trituración de acería, -boquillas de extrusión, camisas

de mezcladora de cemento.

FUNDICIÓN MALEABLE• NO se describe su enfriamiento por el diagrama Fe-

Fe3C• Bajo ciertas condiciones Fe3C®3Fe+C• Se obtiene a partir de la Blanca maleabilizándola• Se convierte el C de la cementita en esferas

irregulares de C• La matriz puede ser ferrítica o perlítica

Aplicaciones Ferrítica• Conexiones para tubería• Barandales de puentes• Equipos agrícolas y ferroviarios

Perlítica• Pequeñas herramientas• Piezas de armas de fuego• Levas y balancines

FUNDICIÓN GRIS

• El grafito está en forma de hojuelas en una matriz ferrítica, perlítica o mezcla de

ambas• Se puede describir su

enfriamiento mediante el diagrama ESTABLE hierrografito

Aplicaciones:• válvulas y recipientes a presión• contrapesos• marcos de seguridad• carcaza de bombas

FUNDICIÓN ATRUCHADA• Se obtiene vaciando el metal fundido

sobre un enfriador metálico• Se logra una superficie dura con núcleo

suave• Se parte de la Gris y se coloca dentro de

una camisa de metal• Con aleantes (Níquel, Cromo, Cobre) se

puede regular el espesor de la capa blanca

Aplicaciones:• Ruedas dentadas• Ruedas de carro de ferrocarril• Rodillos de trituración

FUNDICIÓN NODULAR

• Se llama también esferoidal o dúctil• El grafito está en forma de esferas

REGULARES• Interrumpen menos la matriz que las

hojuelas, da mayor resistencia y tenacidad• Se obtiene directamente de la colada,

agregando cerio o magnesio en el cucharón• La matriz es ferrítica, perlítica, templada o

austenítica

Aplicaciones:

• Piezas de tractores• Herramientas agrícolas• Cigüeñales• Troqueles

PROCESO PRODUCTIVO

Esquema

• SOLDADURA

Unión de dos metales por fusión de un desarrollo metálico. La unión se crea uniendo las partes metálicas que van a soldar con el elemento de soldadura y no fundiendo o difundiendo las partes metálicas.

La soldadura ofrece muchas ventajas, entre ellas se encuentran:

ESTANQUEIDAD ( Sellado de equipos que manejan fluidos a presión con altas temperaturas o agentes corrosivos.

RESISTENCIA MECANICA : (Resistencia ala flexión, cortadura, fatiga, al impacto, torsión.

RESISTENCIA ALA CORROCION.

ESCASO VOLUMEN QUE OCUPA : Además en las uniones a tope permite disposición firme de los metales a determinadas condiciones y máxima economía.

• SOLDADURA

Existen barios tipos de soldadura:

• SOLDADURA

Soldadura por forja Consiste en el calentamiento de

las piezas a unir en una fragua hasta su estado plástico y posteriormente por medio de presión o martilleo. (forjando) se logra la unión de dos piezas.

AC DC y soldadores de arco básicos (AC es más barato) Usos de acero recubierto de flujo (u otros) barras de diversos tipos de trabajos diferentes. Hace algunos de los mejores soldaduras de aceros de gran calibre y hierro fundido.

MIG (Metal Inert Gas): A DC gas (CO2, Argón) Un proceso de soldadura por arco DC, que utiliza metal de aporte alimentados en forma de una bobina de alambre delgado, Muy rápido, mucho más fácil que la soldadura por arco, con la acumulación de calor menos

• SOLDADURA

TIG (gas inerte tungsteno): Un arco de alta frecuencia de CA proceso que utiliza un electrodo de tungsteno en atmósfera protectora de gas inerte para crear una multa, la antorcha controlable. Usa una varilla de relleno por separado, como en la soldadura de oxiacetileno

• SOLDADURA

La función de un soplete es mezclar y controlar el flujo de gases necesarios para producir una llama Oxigas. Un soplete consiste de un cuerpo con dos válvulas de entrada, un mezclador, y una boquilla de salida. También el soplete tiene la función de dosificar los gases, mezclarlos y dar a la llama una forma adecuada para soldar.

Transformación VolumétricaForja

• ARRANQUE DE VIRUTA

Es el proceso de fabricación mediante mecanizado que consiste en arrancar en forma de virutas o partículas, el exceso de material de un semiproducto previamente concebido, utilizando máquinas-herramientas cortantes adecuadas, para conseguir la geometría de la pieza deseada y las especificaciones planteadas. La obtención de las dimensiones y geometría definitiva de una pieza mediante el arranque de viruta, se realiza partiendo de semiproductos fabricados por fundición, forja, laminación o por pulvimetalurgía, a los que, en algunos casos, se les han efectuado operaciones previas de doblado, soldadura y otras.

Movimientos fundamentales:

Movimiento de corte: Es el que permite que la herramienta penetre en el material, produciendo viruta, y se identifica a través del parámetro de velocidad de corte.

Movimiento de avance: Es el desplazamiento del punto de aplicación de corte, identificado a través del parámetro velocidad de avance.

Movimiento de alimentación: Es con el que se consigue cortar un espesor de material, identificado a través del parámetro Profundidad de pasada.

• ARRANQUE DE VIRUTA

Otros factores como el tipo de material y el tipo de herramienta tienen bastante importancia, pero los tres primeros son los que el operador puede ajustar independientemente de los demás.

• ARRANQUE DE VIRUTA

Existen tres factores primarios que deben ser definidos en cualquier operación básica de mecanizado con arranque de viruta, éstos son: velocidad, avance y profundidad de corte.

• ARRANQUE DE VIRUTA

Se consideran tres tipos de operaciones básicas:

Torneado: -Genera formas cilíndricas-Lapiza tiene un movimiento rotativo.-La herramienta se desplaza radial o longitudinalmente.

Fresado:-Gran versatilidad-La pieza normalmente se mantiene fija.- La herramienta gira y se desplaza en una o dos direcciones.

Taladrado: - Solo para mecanizar agujeros, aún así es la operación más realizada.- La herramienta gira y se desplaza longitudinal mente.

¿Qué es la METALÚRGIA?

La pulvimetalurgia o metalurgia de polvos es un proceso de fabricación que, partiendo de polvos finos y tras su compactación para darles una forma determinada (compactado), se calientan en atmósfera controlada (sinterizado) para la obtención de la pieza.

Este proceso es adecuado para la fabricación de grandes series de piezas pequeñas de gran precisión, para materiales o mezclas poco comunes y para controlar el grado de porosidad o permeabilidad.

• METALURGIA DE POLVOS

Ventajas e inconvenientes

A FAVOR EN CONTRA

No se desperdicia material.

Precisión dimensional y buen acabado.Tiempo de fabricación corto y costos reducidos.

Piezas imposibles por otros medios: porosidad controlada, mezcla de metales y no metales (cerámicos).

Elevado costo de las matrices de compactación.

Características mecánicas inferiores debido a la porosidad del material.

Limitaciones de diseño: sección uniforme en la dirección de compactado, esbeltez limitada, etc.

• METALURGIA DE POLVOS

LOCALIZACIÓN DE MINERALES

EXTRACCIÓN

CONCENTRACIÓN

TOSTACIÓN

REDUCCIÓN

REFINACIÓN

TRATAMIENTO, ALEACIÓN

PIROMETALURGIA HIDROMETALURGIA ELECTROMETALURGIA

PROCESO GENERAL DE OBTENCIÓN DE METALES

LOS METALES QUE SE ENCUENTRAN EN ESTADO NATIVO SON LOS QUE SE LOCALIZAN ABAJO DEL HIDRÓGENO EN LA SERIE DE ACTIVIDAD DE LOS METALES.

LOS METALES QUE ESTAN ARRIBA DEL HIDRÓGENO, DADA SU POSICIÓN EN LA SERIE ELECTROMOTRÍZ, FORMARAN ÓXIDOS O HIDRÓXIDOS.

EN LA CORTEZA TERRESTRE (PARTE SÓLIDA), SÓLO SE ENCUENTRAN COMPUESTOS DE METALES NO SOLUBLES EN AGUA.LOS COMPUESTOS SOLUBLES SE ENCUENTRAN EN EL MAR Y EN DEPÓSITOS SUBTERRÁNEOS.

LOS METALES IMPORTANTES SE ENCUENTRAN COMO ÓXIDOS, HIDRÓXIDOS, SULFUROS Y SILICATOS INSOLUBLES.

METALURGIA EXTRACTIVA

PROCESOS FÍSICOS PROCESOS QUÍMICOS

Tipos de Procesos Metalúrgicos

CONCENTRACIÓN DEL MINERAL CONCENTRACIÓN DEL MINERAL

ES UN PROCESO FÍSICO, ES LA PARTE INICIAL DE LA OBTENCIÓN DEL METAL Y CONSISTE EN LA SEPARACIÓN DEL MINERAL DE OTROS MATERIALES QUE LO ACOMPAÑAN Y QUE DEBEN DE SER DESECHADOS.

EN LENGUAJE TÉCNICO:MINERAL = MENADESECHO = GANGA (ARENA, ROCAS, ARCILLAS, ETC).

LA CONCENTRACIÓN DEL MINERAL SE PUEDE HACER DE LAS FORMAS SIGUIENTES:Separación a manoSeparación magnética (Fe3O4)Separación por medio de diferencias de densidadFlotación con aceite (concentración del mineral mayor a 90 %).

PRINCIPALES PROCESOS FÍSICOS DE PRINCIPALES PROCESOS FÍSICOS DE CONCENTRACIÓN DE MINERALESCONCENTRACIÓN DE MINERALES

LOS MÉTODOS DE CONCENTRACIÓN DE MINERALES MÁS EMPLEADOS EN LA INDUSTRIA MINERO METALÚRGICA SON:

1. SEPARACIÓN MAGNÉTICA

2. FLOTACIÓN

Aire comprimido

Mineral concentrado

En la espuma

Ganga

MÉTODO DE SEPARACIÓN DE

MINERALES POR FLOTACIÓN

PRINCIPIOS DEL MÉTODO DE FLOTACIÓN

1. PARA QUE EL MÉTODO DE FLOTACIÓN FUNCIONE LAS PARTÍCULAS

DEL MINERAL, DEBEN DE SER HIDROFÓBICAS.

2. LOS AGENTES DE FLOTACIÓN SE ADSORBEN EN LA SUPERFICIE DEL MINERAL, EVITANDO QUE SE HUMEDEZCA

3. LAS MOLÉCULAS DEL AGENTE DE FLOTACIÓN TIENEN UN EXTREMO

NO POLAR QUE SE UNE A LA SUPERFICIE DEL MINERAL Y EL

EXTREMO POLAR ES EL QUE INTERACTÚA CON EL AGUA.

S = C

O CH2 CH3

S - K+

Etil Xantato de potasio

METALURGIA

PIROMETALURGIA

HIDROMETALURGIA

ELECTROMETALURGIA

TOSTACIÓN

REDUCCIÓN

DEFINICIÓN DE PROCESOS METALÚRGICOS

PROCESOS METALÚRGICOSPROCESOS METALÚRGICOS

PIROMETALURGIA:UTILIZACIÓN DEL CALOR PARA CONVERTIR EL MINERAL PRIMERAMENTE A UN ÓXIDO (TOSTACIÓN) Y POSTERIORMENTE AL METAL DESEADO (REDUCCIÓN

TOSTACIÓN: CALENTAMIENTO DEL MINERAL EN PRESENCIA DE AIRE, PARA PRODUCIR EL ÓXIDO DEL METAL CORRESPONDIENTE.

REDUCCIÓN: REACCIÓN QUÍMICA ENTRE EL ÓXIDO DEL METAL CON UN AGENTE REDUCTOR COMO CO o H2, PARA OBTENER EL METAL

PROCESOS METALÚRGICOS(2)PROCESOS METALÚRGICOS(2)

HIDROMETALURGIA:

SEPARACIÓN SELECTIVA DE UN MINERAL O GRUPO DE MINERALES MEDIANTE UN PROCESO QUÍMICO ACUOSO.

ELECTROMETALURGIA:ELECTROMETALURGIA:

EMPLEO DE LOS MÉTODOS DE ELECTRÓLISIS PARA OBTENER EMPLEO DE LOS MÉTODOS DE ELECTRÓLISIS PARA OBTENER EL METAL PURO A PARTIR DE CUALQUIERA DE SUS EL METAL PURO A PARTIR DE CUALQUIERA DE SUS COMPUESTOS O BIEN LA PURIFICACIÓN DE UNA FORMA IMPURACOMPUESTOS O BIEN LA PURIFICACIÓN DE UNA FORMA IMPURADEL METALDEL METAL

PROCESO DE TOSTACIÓNPROCESO DE TOSTACIÓN

Proceso que consiste en calentar el mineral finamente dividido en una corriente de aire o en gases de horno enriquecidos con aire.

Por ejemplo:2CuS(s) + 3O2(g) 2 CuO(s) + 2 SO2(g) pirita

2NiS (s) + 3O2(g) 2NiO(s) + 2SO2(g)millerita

ZnCO3(s) ZnO(s) + CO2(g) smithsonita

FeCO3 (s) FeO(s) + CO2(g)siderita

PROCESO DE REDUCCIÓN

Proceso que consiste en hacer reaccionar el óxido metálico con un agente reductor como CO, H2 o un metal activo:

Fe2O3(s) + 3CO (g) 2Fe(s) + 3CO2(g)

CuO(s) + H2(g) Cu(s) + H2O(g)

TiCl4(s) + 2Mg(s) Ti(s) + 2 MgCl2(g)

PIROMETALURGIA DEL FeDiagrama de Flujo del proceso

ConcentraciónMineral

Ganga

Óxido de Fe

Impurezas Reducción en

Alto horno

CO,

CO2

NO2

Coque (C)

CaCO3

Aire

O2 y N2Fe

Impuro

Recortes de Fe

CaO

Fe, C

Ni, P

Si, etc

Refinación en

Convertidor

O2 o O2 y Ar

CO2

SO2

Ni2SiO4

Mn2SiO4

Ca3(PO4)2

Fe y CACERO

Al carbón

Escoria

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