Unidad 1 Procesos de fabricaciom

7/23/2019 Unidad 1 Procesos de fabricaciom

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Unidad 1

1.1.- Proceso tecnolgico del hierro de primera fusin.

PROCESO TECNOLGICO DE LA OBTENCIN DEL HIERRO DE 1FUSIN3.- Metalur!a e"tra#t!$a% Pr&'u##!() 'el *!err& + el a#er&Hace muchsimos aos, el hierro era un metal raro y precioso. En laactualidad, el acero, una forma purificada del mineral del hierro, se haconvertido en uno de los servidores ms !tiles de la humanidad. "anaturale#a proporcion las materias primas como son$ mineral dehierro, el car%n mineral y la piedra cali#a y el ingenio humano loconvirti en un inconta%le n!mero de productos.

El acero puede hacerse lo suficientemente duro como para cortar elvidrio, plega%le como el &ue se encuentra en el su'etapapeles, fle(i%lecomo el de los muelles, o lo %astante fuerte como para soportar unesfuer#o unitario de )**+ Pa. Puede estirarse para formar alam%resde . mm de espesor o usarse para fa%ricar vigas gigantescas paraconstruir edificios y puentes.

/am%i0n es posi%le hacer &ue el acero sea resistente al calor, al frio, ala o(idacin y a la accin de sustancias &umicas.

,.- Far!#a#!() 'el arra!& *!err& 'e /r!0era u)'!#!()2El primer paso en la fa%ricacin de cual&uier hierro o acero es laproduccin del arra%io o hierro de primera fundicin, en el alto horno.on apro(imadamente * m de altura, es un enorme cascarn deacero recu%ierto con ladrillo resistente al calor. Una ve# encendido, elalto horno es de produccin continua, hasta &ue necesite renovarse la

capa de ladrillo, o hasta &ue disminuya la demanda de arra%io.El mineral de hierro, el co&ue y la piedra cali#a se miden con todocuidado y se transportan hasta la parte superior del horno en unavagoneta de concha. ada ingrediente se descarga por separado en elhorno a trav0s del sistema de campana, formando capas de co&ue,piedra cali#a y mineral de hierro, en la parte superior del horno. Una


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corriente continua de aire caliente,, &ue proviene de las estufas cuyastemperaturas son de 2+3 pasa por el tu%o ati#ador y las to%eraspara hacer &ue el co&ue arda vigorosamente.

"a temperatura en el fondo del horno alcan#a los 12+3 o ms. El

car%ono del co&ue se com%ina con el o(geno del aire para formarmon(ido de car%ono, con lo &ue se elimina el o(igeno &ue contiene elmineral de hierro y se li%era el hierro metlico. 4ste fundido, escurrepor la carga y se recoge en el fondo del horno.

El intenso calor funde tam%i0n la piedra cali#a, la cual se com%ina conlas impure#as del mineral y del co&ue para formar una nata llamadaescoria. 4sta tam%i0n se cuela hasta el fondo de la carga y flota so%real arra%io fundido.

ada cuatro o cinco horas se sangra el horno y el hierro fundido, hasta)1+ toneladas fluye hacia una vagoneta para el metal fundido o de%otella y se lleva a los hornos de aceracin. 5 veces el arra%io semoldea directamente en lingotes cortos &ue se utili#an en lasfundiciones para hacer pie#as de hierro fundido.

"a escoria se e(trae a intervalos ms frecuentes y se vierte en unavagoneta para escoria o ca#o de colada y finalmente se utili#a parafa%ricar aislamiento de lana mineral, %lo&ues para construccin y otros

productos.


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6igura 1. 7ista es&uemtica de un 5lto horno

El diagrama general de la fusin primaria del hierro integra a lamayora de las actividades &ue se desarrollan en el procesoproductivo. 8o se de%e olvidar &ue los diagramas de flu'o son una delas herramientas ms utili#adas por los ingenieros industriales y &uede manera automtica los de%en utili#ar o ela%orar.


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6igura . Produccin del hierro y el acero.

3- Pr!)#!/ale 0!)erale e"tra4'& 'el *!err&

He0at!ta 9mena ro'a: ;< de hierro Ma)et!ta 9mena negra: ;.*< de hierro S!'er!ta 9mena caf0 po%re: *=.)< de hierro L!0&)!ta 9mena caf0: 2-2+< de hierroPara la produccin de hierro y acero son necesarios cuatro elementosfundamentales$

1. ineral de hierro

. o&ue

). Piedra cali#a

*. 5ire

"os tres primeros se e(traen de minas y son transportados ypreparados antes de &ue se introdu#can al sistema en el &ue seproducir el arra%io.

El arra%io es un hierro de poca calidad, su contenido de car%n noest controlado y la cantidad de a#ufre re%asa los mnimos permitidos

en los hierros comerciales.>in em%argo es el producto de un proceso conocido como la fusinprimaria del hierro y del cual todos los hierros y aceros comercialesproceden.


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5 la cali#a, el co&ue y el mineral de hierro se les prepara antes deintroducirse al alto horno para &ue tengan la calidad, el tamao y latemperatura adecuada, esto se logra por medio del lavado, triturado ycri%ado de los tres materiales.

1. FUNCIONAMIENTO DEL PROCESO TECNOLGICO 5 OTROSPRODUCTOS OBTENIDOS.

L!)&te + #&la'a #&)t!)6a%Para fa%ricar los diferentes o%'etos !tiles en la industria metalmetlica, es necesario &ue el hierro se presente en %arras, lminas,alam%res, placas, tu%os o perfiles estructurales, los &ue se o%tienen delos procesos de rolado.

El proceso de rolado consiste en pasar a un material por unos rodilloscon una forma determinada, para &ue al aplicar presin el materialmetlico ad&uiera la forma &ue se necesita. El material metlico &uese alimenta a los rodillos de%e tener una forma determinada, estaforma se o%tiene al colar en moldes el metal fundido &ue serprocesado, a estos productos se les llama lingotes o lupias y pueden

ser secciones rectangulares, cuadradas o redondas. "os lingotes9cilindros con un e(tremo menor &ue el otro: o lupias 9lingotes de grantamao con secciones rectangulares: pueden tener desde + ?g.hasta varias toneladas, todo depender de para &u0 se van a utili#ar ycon &u0 tipo de rodillos se van a procesar.

C&la'a #&)t!)uauando se re&uiere un material de seccin constante y en grandescantidades se puede utili#ar el m0todo de la colada continua, el cual

consiste en colocar un molde con la forma &ue se re&uiere de%a'o deun crisol, el &ue con una vlvula puede ir dosificando material fundidoal molde. Por gravedad el material fundido pasa por el molde, el &ueest enfriado por un sistema de agua, al pasar el material fundido porel molde fro se convierte en pastoso y ad&uiere la forma del molde.Posteriormente el material es conformado con una serie de rodillos&ue al mismo tiempo lo arrastran hacia la parte e(terior del sistema.


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Una ve# conformado el material con la forma necesaria y con lalongitud adecuada el material se corta y almacena. Por este medio sepueden fa%ricar perfiles, varillas y %arras de diferentes secciones ylminas o placas de varios cali%res y longitudes. "a colada continua es

un proceso muy efica# y efectivo para la fa%ricacin de varios tipos demateriales de uso comercial.

6igura ). Proceso de fundicin contin!a.Metalur!a 'e /&l$&%>e define como el arte de ela%orar productos comerciales a partir depolvos metlicos.

En este proceso no siempre se utili#a el calor, pero cuando se utili#aeste de%e mantenerse de%a'o de la temperatura de fusin de los


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metales a tra%a'ar. uando se aplica calor en el proceso su%secuentede la metalurgia de los polvos se le conoce como sinteri#ado, esteproceso genera la unin de partculas finas con lo &ue se me'ora laresistencia de los productos y otras de sus propiedades. "as pie#as

metlicas producto de los procesos de la metalurgia de los polvos sonproducto de la me#cla de diversos polvos de metales &ue secomplementan en sus caractersticas. 5s se pueden o%tener metalescon co%alto, tungsteno o grafito seg!n para &u0 va a ser utili#ado elmaterial &ue se fa%rica.

El metal en forma de polvo es ms caro &ue en forma slida y elproceso es slo recomenda%le para la produccin en masa de losproductos, en general el costo de produccin de pie#as producto depolvo metlico es ms alto &ue el de la fundicin, sin em%argo es

'ustifica%le y renta%le por las propiedades e(cepcionales &ue seo%tienen con este procedimiento. E(isten productos &ue no puedenser fa%ricados y otros no compiten por las tolerancias &ue se lograncon este m0todo de fa%ricacin

.

El proceso de manera general consiste en$

1. Produccin de polvo de los metales &ue sern utili#ados en la pie#a

. e#clado de los metales participantes

). onformado de las pie#as por medio de prensas

*. >interi#ado de las pie#as

+. /ratamientos t0rmicos

Pr&'u##!() + #ara#ter!7a#!() 'e /&l$&El tamao, forma y distri%ucin de los polvos afectan las

caractersticas de las pie#as a producir, por lo &ue se de%e tenerespecial cuidado en la forma en la &ue se producen los polvos. "asprincipales caractersticas de los polvos a considerar son$

1. 6orma

. 6inura


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). @istri%ucin

*. apacidad para fluir

+. Propiedades &umicas

2. ompresi%ilidad

;. @ensidad

=. Propiedades de sinteri#acin.

F&r0a"a forma del polvo depende de la manera en la &ue se produ'o elpolvo, esta puede ser esf0rica, &ue%rada, dendrtica. Plana o angular.

F!)ura"a finura se refiere al tamao de la partcula, se mide por medio demallas normali#adas, las &ue consisten en ri%as normali#adas, las&ue se encuentran entre las )2 y =+ micras.

D!tr!u#!() 'e l& ta0a8& 'e /art4#ula>e refiere a las cantidades de los tamaos de las partculas &ueparticipan en la composicin de una pie#a de polvo, esta distri%ucinde tamaos tiene gran influencia en la fluide# y densidad de laspartculas y en la porosidad final del producto.

Flu!'e7Es la propiedad &ue le permite fluir fcilmente de una parte a otra o ala cavidad del molde. >e mide por una tasa de flu'o a trav0s de unorificio normali#ado.

Pr&/!e'a'e 9u40!#a>on caractersticas de reaccin ante diferentes elementos. /am%i0n serelacionan con la pure#a del polvo utili#ado.

C&0/re!!l!'a'Es la relacin &ue e(iste entre el volumen inicial del polvo utili#ado y elvolumen final de la pie#a comprimida. Esta propiedad varaconsidera%lemente en funcin del tamao de las partculas de polvo yafecta directamente a resistencia de las pie#as.

De)!'a' a/are)te


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>e e(presa en Ailogramos por metro c!%ico. Esta de%e ser constantesiempre, para &ue la pie#a tenga en todas sus partes la mismacantidad de polvo.

:e)ta;a + l!0!ta#!&)e 'e la !)ter!7a#!()"a sinteri#acin es la unin de las partculas por medio del calor.@epender del tipo de polvo &ue se est0 utili#ando, por lo &ue e(istentantas temperaturas de sinteri#acin como materiales utili#ados.

:e)ta;aB "a produccin de car%uros sinteri#ados, co'inetes porosos y%imetlicos de capas moldeadas, slo se puede producir por medio deeste proceso.

B Porosidad controlada.

B /olerancias reducidas y aca%ado superficial de alta calidad.

B Por la calidad y pure#a de los polvos producidos, se pueden o%tenertam%i0n pie#as de alta pure#a.

B 8o hay p0rdidas de material

B 8o se re&uieren operarios con alta capacitacin.

L!0!ta#!&)e1. "os polvos son caros y difciles de almacenar.

. El costo del e&uipo para la produccin de los polvos es alto.

). 5lgunos productos pueden fa%ricarse por otros procedimientos mseconmicos.

*. Es difcil hacer productos con diseos complicados.

+. E(isten algunas dificultades t0rmicas en el proceso de sinteri#ado,

especialmente con los materiales de %a'o punto de fusin.

2. 5lgunos polvos de granos finos presentan riesgo de e(plosin,como aluminio, magnesio, #irconio y titanio.

Pr&'u#t& ar!#a'& /&r !)ter!7a#!()B 6iltros metlicos


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B ar%uros cementados

B Engranes y rotores para %om%as

B Esco%illas para motores

B o'inetes porosos

B agnetos

B ontactos el0ctricos

1.)5fino del acero

En los procesos de fa%ricacin del acero, Cse o%tiene en la colada lacalidad, pure#a y composiciones deseadasD "a respuesta a estapregunta, en general, es no.

ual&uiera &ue sea el proceso de o%tencin del acero, siempre traeconsigo la presencia de impure#as, gases, incrustaciones ysegregaciones &ue hacen necesario la implementacin de procesos derefinacin posterior, com!nmente conocidos como afinoF del acero.

5un&ue casi todo el hierro y acero &ue se fa%rica en todo el mundo seo%tienen a partir de arra%io producido en altos hornos, hay otrosm0todos de refinado del hierro &ue se han practicado de formalimitada. Uno de ellos es el denominado m0todo directo para fa%ricarhierro y acero a partir del mineral, sin producir arra%io. En este procesose me#clan mineral de hierro y co&ue en un horno de calcinacin


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rotatorio y se calientan a una temperatura de unos G+ . El co&uecaliente desprende mon(ido de car%ono, igual &ue en un alto horno, yreduce los (idos del mineral a hierro metlico. >in em%argo, no tienenlugar las reacciones secundarias &ue ocurren un alto horno, y el horno

de calcinacin produce la llamada espon'a de hierro, de mucha mayorpure#a &ue el arra%io. /am%i0n puede producirse hierro prcticamentepuro mediante electrlisis, haciendo pasar una corriente el0ctrica atrav0s de una disolucin de cloruro de hierro. 8i el proceso directo ni elelectroltico tienen importancia comercial significativa.

6inalmente, las t0cnicas y procedimientos de refinacin del acero, nose encuentran fcilmente en la literatura t0cnica, por cuantoconstituyen secretos industriales, &ue son la %ase de la competitividad.

"os modernos m0todos de produccin del acero utili#an el arra%iocomo materia prima. El afino se efect!a por los siguientes m0todos$convertidor 9hogar a%ierto:, proceso de inyeccin por o(geno9soplado: y con horno el0ctrico.

En el primer m0todo el afino del arra%io se efect!a dentro de un granrecipiente revestido de una materia refractaria y con el fondoperforado. "a colada a una temperatura de 1) se agrega alconvertidor &ue se mantiene en posicin hori#ontal &ue evita &ue ell&uido alcance los orificios. El convertidor se endere#a y comien#a elsoplado de aire una ve# terminada la carga. on esto se logra unatemperatura de 12. El proceso con el convertidor es muy rpido ydura alrededor de minutos.

Una desventa'a de este m0todo es &ue no permite un control muye(acto del producto. 5&u se emplean tres tipos de procesos$ hierrofundido-chatarra, hierro fundido-mineral y slo con hierro fundido.

El m0todo de soplado consiste en introducir un tu%o al recipiente 'ustoen la superficie del arra%io, insuflando o(geno a gran presin, &uepermite una reduccin rpida de los componentes logrndose as unafino en un corto tiempo y con %uenos resultados de calidad del acero.

Iecientemente ha alcan#ado gran difusin el proceso de hornoel0ctrico, ya sea de arco o de induccin. on este proceso se o%tienenproductos de alta calidad.


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El horno el0ctrico est constituido por un horno recu%ierto de una%veda, es con frecuencia %asculante para facilitar el vaciado y lacolada. >e emplean hornos de, arco independientes, hornos de arcodirecto con solera conductora o sin ella, hornos de resistencia, hornos

de induccin. "os hornos el0ctricos alcan#an fcilmente las =toneladas de arra%io y algunos las toneladas, y permiten lautili#acin de acero homog0neo y %ien deso(idado. Jtra venta'a &uepresentan es la de fcil control de temperaturaK as mismo alcan#anrpidamente temperaturas elevadas.

/am%i0n e(iste otro proceso para el afino &ue es el @!ple(,consistente en un primer afinado en el convertidor y luego se completaen el horno el0ctrico

1.*.- Procesos tecnolgicos para la o%tencin del acero, hornos Lof, el0ctricos,convertidores Lessemer y /homas


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PROCESOS TECNOLGICOS PARA LA OBTENCIN DEL ACERO

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