Aceros

Química técnica. Clasificación según estados de uso. Historia. Producción. fefinación de arrabio. Corrosión. Aceros aleados. Impatación ambiental. Recomendaciones. Glosario

  • Enviado por: Caos
  • Idioma: castellano
  • País: El Salvador El Salvador
  • 24 páginas

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UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR

FACULTAD DE INGENIERIA Y ARQUITECTURA

ESCUELA DE INGENIERIA QUIMICA

ASIGNATURA: QUIMICA TECNICA

NOMBRE DE LA INVESTIGACION: LOS ACEROS.

GRUPO DE DISCUSION: 01

INDICE:


INTRODUCCION

En la industria metalurgia es importante el manejo como la utilización de los materiales ferrosos de entre los cuales podemos mencionar los materiales aleados, es necesario tener conocimientos dentro de la manufactura sobre aspectos trascendentales para poder diferenciar dentro de una la gran variedad de aleaciones existentes en la actualidad.

Es substancial hacer mención sobre las diferentes instituciones normalizadoras de dichos materiales como lo es la American iron and steel institute AISI), la cual es la encargados a de manejar normas técnicas de aceros y su variedad de aleaciones.

Además es importante hacer mención de la diferentes características de los materiales aleados en cuanto a su durabilidad características fiscas, químicas, e inclusive las características eléctricas.

Por lo tanto en el presente informe se presenta una recopilación de dichos aspectos relevantes en cuanto al acero al cromo y manganeso, mas detalles a continuación.OBJETIVOS

Objetivo General

Que el estudiante investigue nuevos aspectos de la química y/o apliquen los conocimientos adquiridos en la asignatura de los diferentes aspectos de la ingenieria

Objetivos Específicos

Que el estudiante adquiera conocimientos adicionales sobre:

Los procesos de obtención y/o de producción de los materiales de interés en las distintas áreas de la ingenieria (compuestos, mezclas o elementos).

Las aplicaciones de mayor importancia en nuestro país de dichos materiales.

Aspectos fundamentales y complementarios de la química.

Aspectos económicos y ecológicos para conocer las implicaciones sobre nuestro medio ambiente por el uso de estas sustancias.


ACEROS

Los aceros son aleaciones de hierro carbono, aptas para ser deformadas en frío y en caliente.

Generalmente el porcentaje de carbono no excede e 1,76%.

El acero se obtiene sometiendo e arrabio a un proceso de descarburación y eliminación de impurezas llamado afino (oxidación del elemento carbono)

Atendiendo al porcentaje de carbono, los aceros se clasifican en:

  • Aceros hipoentectoides, si su porcentaje de carbono es inferior al punto S (entectoide), o sea al 0,89%.

  • Aceros hiperentectoides, si su porcentaje de carbono es superior al punto S.

Desde el punto de vista de su composición, los aceros se pueden clasificar en dos grandes grupos:

  • Aceros al carbono: formados principalmente por hierro y carbono

  • Aceros aleados: Contienen, además del carbono otros elementos en cantidades suficientes como para alterar sus propiedades (dureza, puntos críticos, tamaño del grano, templabilidad, resistencia a la corrosión)

  • Con respecto a su composición, puede ser de baja o alta aleación y los elementos que puede contener el acero pueden ser tanto deseables como indeseables, en forma de impurezas.

    Elementos que influyen en la resistencia a la corrosión.

    El cromo favorece la resistencia a la corrosión; integra la estructura del cristal metálico, atrae el oxigeno y hace que el acero no se oxide.

    El molibdeno y el volframio también favorecen la resistencia ala oxidación.

    Clasificación según la aplicación de los metales

    En la industria, cada fabricante designa los aceros que produce con una denominación arbitraria, lo cual origina una verdadera complicación a la hora de elegir un acero o de establecer las equivalencias entre aceros de distintos fabricantes. Para evitar este inconveniente, el instituto del hierro y el acero adopta una clasificación que se ha incluido en las normas UNE españolas. (También existen las normas AISI de Estados Unidos)

    El IHA clasifica los materiales metalúrgicos en 5 grandes grupos:

    F- Aleaciones férreas

    L- Aleaciones ligeras

    C- Aleaciones de cobre

    V- Aleaciones varias

    S- Productos sintetizados

     

    Estos productos metalúrgicos se clasifican en series, grupos y tipos.

    Las series que corresponden a los aceros van desde la F-100 hasta la F-900

    La serie F-300 corresponde a los aceros resistentes a la oxidación y a la corrosión, en particular la serie F-310 corresponde a los aceros inoxidables.

    Los aceros se suministran en estado bruto de forja o laminación

    Tratamientos

    Son los procesos a los que se somete los metales y aleaciones ya sea para modificar su estructura, cambiar la forma y tamaño de sus granos o bien por transformación de sus constituyentes.

    El objeto de los tratamientos es mejorar las propiedades mecánicas, o adaptarlas, dándole características especiales a las aplicaciones que se le van a dar la las piezas de esta manera se obtiene un aumento de dureza y resistencia mecánica, así como mayor plasticidad o maquinabilidad para facilitar su conformación.

    Los tratamientos pueden ser mecánicos, térmicos o consistir en la aportación de algún elemento a la superficie de la pieza.

    Tratamientos térmicos: recocido, temple, revenido, normalizado

    Tratamientos termoquímicos: cimentación, nitruración, cianurizacion, etc.

    Tratamientos mecánicos

    Se somete al metal a operaciones de deformación frío o caliente para mejorar sus propiedades mecánicas y además darle formas determinadas.

    Al deformar mecánicamente un metal mediante martillado, laminado, etc., sus granos son deformados alargándose en el sentido de la deformación. Lo mismo pasa con las impurezas y defectos, se modifican las estructuras y las propiedades del metal.

    Tratamientos en frío

    Son los tratamientos realizados por debajo de la temperatura de recristalizacion, pueden ser profundos o superficiales.

    Aumento de la dureza y la resistencia a la tracción.

    Disminuye su plasticidad y tenacidad

    Cambio en la estructura: deformación de granos y tensiones originadas, se dice entonces que el metal tiene acritud (cuanta más deformación, más dureza)

    Se produce fragilidad en el sentido contrario a la deformación (falta de homogeneidad en la deformación iguales tensiones en las diferentes capas del metal)

    Cuando el metal tiene acritud, solo debe usarse cuando no importe su fragilidad o cuando los esfuerzos solo actúen en la dirección de la deformación

    Aceros resistentes a la oxidación y la corrosión

    En los aceros inoxidables, la acción de los elementos aleados es sustancial, además de estructural, y depende del porcentaje del o los elementos de la aleación

    El cromo es el elemento aleado que más influye en la resistencia ala oxidación y a la corrosión de los aceros. Un 12% de cromo ya impide la corrosión por el aire ambiente húmedo. Para la oxidación a latas temperaturas se puede necesitar hasta un 30 %.

    El Níquel mejora la resistencia a la corrosión de los aceros al cromo y el Molibdeno mejora la resistencia a la oxidación altas temperaturas.

    Aceros inoxidables son resistentes a la corrosión atmosférica, s los ácidos y álcalis y ala oxidación a temperaturas no muy elevadas.

    CLASIFICACIÓN SEGÚN ESTRUCTURA EN ESTADO DE UTILIZACIÓN:

  • Ferriticos

  • Martensiticos

  • Auténticos

  • Aceros Ferriticos:

  • Estructura ferritica a cualquier temperatura (o se convierte en estructura ausenitica en el calentamiento). El grano no se regenera

    Composición:

  • 15-18% de cromo y una máxima de 0,12% de carbono

  • Resistencia a la corrosión superior a la de los Martensiticos

  • 20-80% de cromo y una máxima de 0,35% de carbono

  • Aceros al cromo-aluminio hasta un 4% más resistentes a la oxidación

  • Son difíciles de soldar y se usan en embutición profunda por su gran ductilidad.

    Son magnéticos.

     

  • Aceros Martensiticos

  • Gran dureza cuando se los enfría rápidamente una vez austenizados.

  • 12 - 14 % de cromo, 0,20 - 0,50% de carbono

  • Principalmente en cuchillería.

  • 16-18% de cromo, 0,60-1; 20% de carbono

  • Por temple adquieren grandes durezas.

    Resistentes a la corrosión y al desgaste

    Tipo normalizado AISI -311: acero inoxidable extra dulce.

    Menos del 0,1% de carbono, 13% de cromo y 0,30 % de níquel.

    Resiste a la corrosión atmosférica, la del agua corriente y la de los ácidos y álcalis débiles.

    Fácilmente sondable

    Usos: utensilios domésticos, gritería, ornamentación, cubertería, etc.

  • Aceros auténticos:

  • Estructura auseniticos a cualquier temperatura

    Baja conductividad calorífica

    Es el tipo de aceros más utilizados

    Tipo normalizado AISI -314 Acero inoxidable ausenitico al cromo níquel conocido como18/8.Contiene 0,08% de carbono, 18% de cromo y 9% de níquel.

    Muy dúctil y resistente a la corrosión atmosférica, al agua de mar, al ataque de productos alimenticios, ciertos ácidos minerales y de la mayoría de los ácidos orgánicos.

    Usos:

    Construcción de equipos para la industria química y de la alimentación

    Utensilios de cocina y aparatos domésticos que no requieren soldaduras en las zonas sometidas a fuerte corrosión.

    Admite pulidos con acabados a espejo, por lo que también se usa para ornamentación.

     

    HISTORIA


    A principios de los años veinte, en la industria se inició la aplicación de temperaturas de proceso, presiones, reactivos y otras condiciones que estaban más allá de las características de los materiales existentes en esos días. Un ejemplo pertinente lo es el de la industria petrolera. En los veinte, los procesos para la refinación del petróleo se desarrollaron rápidamente. Se encontró que los tubos ordinarios de acero al carbono utilizados en los intercambiadores de calor se corroían aceleradamente, en forma particular cerca de los extremos; debido a esto, se consumían grandes cantidades de tubos. Una de las primeras aplicaciones del acero inoxidable fue la sustitución de estas secciones de tubos por una aleación al cromo, conocida actualmente como tipo 429.

    Sin embargo, los primeros trabajos realizados para la fabricación de los hierros y aceros inoxidables datan del siglo XIX. Ya en aquellos días se sabía que el hierro aleado con ciertos metales, como el cobre y el níquel resistía mejor a la oxidación que el hierro ordinario. En 1865 ya se hacían, aunque en cantidades muy limitadas, aceros con 25 y 35% de níquel que resistían muy bien la acción de la humedad del aire y, en general, del medio ambiente; pero se trataba de fabricaciones en muy pequeña escala que nunca se continuaron. En esa época no se llegó a estudiar ni a conocer bien esta clase de aceros. En 1872 Woods y Clark fabricaron aceros con 5% de cromo que tenían también mayor resistencia a la corrosión que los hierros ordinarios de esa época. Posteriormente en 1892 Hadfield, en Sheffield, estudió las propiedades de ciertos aceros aleados con cromo y dio a conocer en sus escritos que el cromo mejoraba sensiblemente la resistencia a la corrosión. En 1904-1910, Guillet y Portevin, en Francia, realizaron numerosos estudios sobre aceros aleados con cromo y níquel, determinando microestructuras y tratamientos de muchos de ellos. Llegaron a fabricar aceros muy similares a los típicos aceros inoxidables que se usan en la actualidad, pero hasta entonces nunca le dieron especial atención a la inoxidabilidad.

    El desarrollo original de lo que son actualmente los aceros inoxidables aconteció en los albores de la primera guerra mundial. En forma independiente y casi simultánea, en Inglaterra y en Alemania se descubrieron los aceros inoxidables tal como los conocemos ahora. El metalurgista inglés Harry Brearly investigando cómo mejorar una aleación para proteger los cilindros de los cañones, encontró que agregando cromo a los aceros de bajo carbono, obtenía aceros resistentes a las manchas (stainless) o resistentes a la oxidación. Los doctores Strauss y Maurer, de Alemania, en 1912 patentaron dos grupos de aceros inoxidables al cromo-níquel de bajo contenido de carbono; uno de éstos, con la denominación 18-8, ha sido utilizado desde entonces en numerosas aplicaciones.

    Las propiedades y composiciones de los aceros inoxidables se mantuvieron en secreto por los países beligerantes mientras duró la primera guerra mundial. Posteriormente, a partir de las pocas aleaciones experimentadas en 1920. Y de un limitado número de grados comercialmente disponibles en 1930, la familia de los aceros inoxidables ha crecido en forma impresionante. En la actualidad se cuenta con un gran número de tipos y grados de acero inoxidable en diversas presentaciones, y con una gran variedad de acabados, dimensiones, tratamientos, etc.

    Dentro de la siderurgia, la historia de los aceros inoxidables es bastante corta, de hecho están en la etapa de introducción. En esta etapa, los nuevos materiales deben vencer la resistencia de los patrones de compra existentes. En teoría, sólo unos pocos, los innovadores, los compran y utilizan.

    En los próximos años seguramente ocurrirán dos fenómenos, por un lado se descubrirán nuevos tipos de aceros inoxidables y resistentes al calor y, por el otro, se encontrarán muchas nuevas aplicaciones de los mismos.

    Oxido de Hierro

    Fe2O3

    +

    Monóxido de Carbono

    3CO

    'Aceros'

    Hierro Fundido

    2Fe Hierro

    +

    Dióxido de Carbono Gaseoso

    3CO2

    Impurezas en el Mineral Derretido 

    +

    Piedra Caliza 

    'Aceros'

    ESCORIA

    Los altos hornos funcionan de forma continua. La materia prima que se va a introducir en el horno se divide en un determinado número de pequeñas cargas que se introducen a intervalos de entre 10 y 15 minutos. La escoria que flota sobre el metal fundido se retira una vez cada dos horas, y el arrabio se sangra cinco veces al día.

    El aire insuflado en el alto horno se precalienta a una temperatura aproximada de 1.030 ºC. El calentamiento se realiza en las llamadas estufas, cilindros con estructuras de ladrillo refractario. El ladrillo se calienta durante varias horas quemando gas de alto horno, que son los gases de escape que salen de la parte superior del horno. Después se apaga la llama y se hace pasar el aire a presión por la estufa. El peso del aire empleado en un alto horno supera el peso total de las demás materias primas.

    Esencialmente, el CO gaseoso a altas temperaturas tiene una mayor atracción por el oxígeno presente en el mineral de hierro (Fe2O3) que el hierro mismo, de modo que reaccionará con él para liberarlo. Químicamente entonces, el hierro se ha reducido en el mineral. Mientras tanto, a alta temperatura, la piedra caliza fundida se convierte en cal, la cual se combina con el azufre y otras impurezas. Esto forma una escoria que flota encima del hierro derretido. 

    Después de la II Guerra Mundial se introdujo un importante avance en la tecnología de altos hornos: la presurización de los hornos. Estrangulando el flujo de gas de los respiraderos del horno es posible aumentar la presión del interior del horno hasta 1,7 atmósferas o más. La técnica de presurización permite una mejor combustión del Coque y una mayor producción de hierro. En muchos altos hornos puede lograrse un aumento de la producción de un 25%. En instalaciones experimentales también se ha demostrado que la producción se incrementa enriqueciendo el aire con oxígeno.

    Cada cinco o seis horas, se cuelan desde la parte interior del horno hacia una olla de colada o a un carro de metal caliente, entre 150 a 375 toneladas de arrabio. Luego se transportan a un horno de fabricación de acero. La escoria flotante sobre el hierro fundido en el horno se drena separadamente. Cualquier escoria o sobrante que salga del horno junto con el metal se elimina antes de llegar al recipiente. A continuación, el contenedor lleno de arrabio se transporta a la fábrica siderúrgica (Acería).

    Los altos hornos modernos funcionan en combinación con hornos básicos de oxígeno o convertidores al oxígeno, y a veces con hornos de crisol abierto, más antiguos, como parte de una única planta siderúrgica. En esas plantas, los hornos siderúrgicos se cargan con arrabio. El metal fundido procedente de diversos altos hornos puede mezclarse en una gran cuchara antes de convertirlo en acero con el fin de minimizar el efecto de posibles irregularidades de alguno de los hornos.

    El arrabio recién producido contiene demasiado carbono y demasiadas impurezas para ser provechoso. Debe ser refinado, porque esencialmente, el acero es hierro altamente refinado que contiene menos de un 2% de carbono.

    El hierro recién colado se denomina "arrabio". El oxígeno ha sido removido, pero aún contiene demasiado carbono (aproximadamente un 4%) y demasiadas impurezas (silicio, azufre, manganeso y fósforo) como para ser útil, para eso debe ser refinado, porque esencialmente el acero es hierro altamente refinado que contiene menos de un 2% de carbono.

    La fabricación del acero a partir del arrabio implica no sólo la remoción del carbono para llevarlo al nivel deseado, sino también la remoción o reducción de las impurezas que contiene.

    Se pueden emplear varios procesos de fabricación de acero para purificar o refinar el arrabio; es decir, para remover sus impurezas. Cada uno de ellos incluye el proceso básico de oxidación.

    REFINACION DEL ARRABIO:

    En el alto horno, el oxígeno fue removido del mineral por la acción del CO (monóxido de carbono) gaseoso, el cual se combinó con los átomos de oxígeno en el mineral para terminar como CO2 gaseoso (dióxido de carbono). Ahora, el oxígeno se empleará para remover el exceso de carbono del arrabio. A alta temperatura, los átomos de carbono (C) disueltos en el hierro fundido se combinan con el oxígeno para producir monóxido de carbono gaseoso y de este modo remover el carbono mediante el proceso de oxidación. En forma simplificada la reacción es :

    Carbono 

    +

    Oxígeno 

    'Aceros'

    MONOXIDO DE CARBONO GASEOSO

    2C 

    +

    O2 

    'Aceros'

    2CO

     

    PRODUCCION:

    'Aceros'

    PRODUCCION Y REFINACION DE ARRABIO

    El arrabio es el primer proceso que se realiza para obtener Acero, los materiales básicos empleados son Mineral de Hierro, Coque y Caliza. El Coque se quema como combustible para calentar el horno, y al arder libera monóxido de carbono, que se combina con los óxidos de hierro del mineral y los reduce a hierro metálico. La ecuación de la reacción química fundamental de un alto horno es:

    Fe2O3 + 3 CO => 3 CO2 + 2 Fe

    La caliza de la carga del horno se emplea como fuente adicional de monóxido de carbono y como sustancia fundente. Este material se combina con la sílice presente en el mineral (que no se funde a las temperaturas del horno) para formar silicato de calcio, de menor punto de fusión. Sin la caliza se formaría silicato de hierro, con lo que se perdería hierro metálico. El silicato de calcio y otras impurezas forman una escoria que flota sobre el metal fundido en la parte inferior del horno. El arrabio producido en los altos hornos tiene la siguiente composición: un 92% de hierro, un 3 o 4% de carbono, entre 0,5 y 3% de silicio, del 0,25% al 2,5% de manganeso, del 0,04 al 2% de fósforo y algunas partículas de azufre.

    El ALTO HORNO es virtualmente una planta química que reduce continuamente el hierro del mineral. Químicamente desprende el oxígeno del óxido de hierro existente en el mineral para liberar el hierro. Está formado por una cápsula cilíndrica de acero forrada con un material no metálico y resistente al calor, como ladrillos refractarios y placas refrigerantes. El diámetro de la cápsula disminuye hacia arriba y hacia abajo, y es máximo en un punto situado aproximadamente a una cuarta parte de su altura total. La parte inferior del horno está dotada de varias aberturas tubulares llamadas toberas, por donde se fuerza el paso del aire. Cerca del fondo se encuentra un orificio por el que fluye el arrabio cuando se sangra (o vacía) el alto horno. Encima de ese orificio, pero debajo de las toberas, hay otro agujero para retirar la escoria. La parte superior del horno, cuya altura es de unos 30 m, contiene respiraderos para los gases de escape, y un par de tolvas redondas, cerradas por válvulas en forma de campana, por las que se introduce la carga en el horno. Los materiales se llevan hasta las tolvas en pequeñas vagonetas o cucharas que se suben por un elevador inclinado situado en el exterior del horno.

    Carga típica en Alto Horno de CSH

    Composición química del Arrabio

    Componentes

    kg/t

    kg/carga

    Mineral de Hierro

    490

    9.600

    Pellets

    995

    19.600

    Chatarra 

    15

    300

    Mineral de Mn

    22

    450

    Caliza

    112

    2.300

    Cuarzo

    12

    250

    Coque

    451

    9.200

    Petróleo + Alquitrán

    44

    899

    Aire Insuflado

     

    1.530 m3/min

    Temperatura Aire Insuflado

     

    1.030ºC

    Elementos

    %

    Fierro (Fe)

    93,70

    Carbono (C)

    4,50

    Manganeso (Mn)

    0,40

    Silicio (Si)

    0,45

    Fósforo (P)

    0,110

    Azufre (S)

    0,025

    Vanadio (V)

    0,35

    Titanio (Ti)

    0,06

    Temperatura en Alto Horno : 1.460ºC

    Las materias primas se cargan (o se vacían) en la parte superior del horno. El aire, que ha sido precalentado hasta los 1.030ºC aproximadamente, es forzado dentro de la base del horno para quemar el Coque. El Coque en combustión genera el intenso calor requerido para fundir el mineral y produce los gases necesarios para separar el hierro del mineral. En forma muy simplificada las reacciones son:

    Carbono (Coque)

    2C

    +

    Oxígeno (aire)

    O2

    'Aceros'

    Calor

    +

    Monóxido de Carbono Gaseoso

    2CO

    CORROSIÓN.

    Todos los aceros inoxidables contienen el cromo suficiente para darles sus características de inoxidables, muchas aleaciones inoxidables contienen además níquel para reforzar aun más su resistencia a la corrosión.

    Estas aleaciones son añadidas al acero en estado de fusión para hacerlo inoxidable en toda su masa, por este motivo, los aceros inoxidables no necesitan ser ni chapeados, ni pintados, ni de ningún otro tratamiento superficial para mejorar su resistencia a la corrosión.

    En el acero inoxidable no hay nada que se pueda pelar, ni desgastar, ni saltar o desprenderse. El acero ordinario, cuando queda expuesto a los elementos, se oxida y forma óxido de hierro pulverulento en su superficie; si esta no se combate, la oxidación sigue adelante hasta que el acero esté completamente corroído.

    También los aceros inoxidables se oxidan, pero en vez de óxido común, lo que se forma en la superficie es una tenue película con un espesor típico de 8 a 10 Ángstrom (1 Ángstrom = 10-8 cm) de óxido de cromo -que también contiene hierro y níquel- muy densa que constituye una coraza contra los ataques de la corrosión. Si por cualquier razón esta película de óxido de cromo que recubre los aceros inoxidables es eliminada, se vuelve a formar inmediatamente otra es su reemplazo al combinarse el cromo con el oxígeno de la atmósfera ambiente.

    Cuando dicha capa está limpia y adecuadamente formada, es bastante inerte bajo la mayoría de las condiciones ambientales o de proceso; se dice entonces que el acero inoxidable está en estado "pasivo". El empleo de acero inoxidable siempre estará bajo la dependencia de las características oxidantes del ambiente; si en un determinado proceso imperan condiciones fuertemente oxidantes, los aceros inoxidables resultan superiores a los metales y aleaciones más nobles.

    Sin embargo, en la misma familia de los aceros inoxidables la resistencia a la corrosión varía considerablemente de un tipo al otro.

    ACEROS ALEADOS

    Especificación (American iron and steel institute AISI)

    Serie 2xxx   Acero al níquel.

    Serie 3xxx   Acero níquel-cromo.

    Serie 31xx   Acero al manganeso.

    Serie 4xxx   Acero al molibdeno.

    Serie 5xxx   Acero al cromo.

    Serie 92xx   Acero al silicio.

    ALEACIONES

    COMPOSICIÓN

    Acero

    Fierro descarburado con una proporción inferior a 1.8% de C.

    Acero al carbono

    Con 0.9% C, templado con agua.

    Acero al carbono con molibdeno

    Contiene 0.18% y 0.5% Molibdeno.

    Acero al cromo

    Con 4% cromo y 6% W, templado al aceite.

    Acero al cromo

    Con 36% Cobalto, 5% Cromo, 4% Wolframio, 0.9% Carbono y el resto de Hierro.

    Definición Y Característica.

    Una aleación es una mezcla sólida con propiedades metálicas, compuesta de dos o más elementos, de los cuales, por lo menos, uno es metal. Los elementos químicos que entran en la composición de aleaciones se denominan elementos de aleación
    Los metales rara vez se utilizan de forma pura. Sólo el cobre y el plomo se emplean sin combinarse, en la industria eléctrica y la mano factura de aparatos de laboratorio, respectivamente. El resto de los metales, denominados comunes, como el Fierro, aluminio, zinc, magnesio, cadmio, mercurio, plata, oro, molibdeno, níquel, cromo, paladio, se usan en la industria en gran proporción, como aleaciones.
    Cabe destacar que, a pesar de que un buen número de elementos metálicos se obtienen de forma pura, éstos vuelven a refundirse para formar aleaciones y tener así una aplicación específica.
    Es importante hacer notar que existen miles de diferentes aleaciones en el comercio, de las cuales gran número están patentadas o registradas. Cada aleación ha sido concedida o planeada para satisfacer una demanda particular.
    Las aleaciones son sistemas de composición variable, que se ajustan a ciertos principios y leyes, lo cual significa que no son fortuitas o constituidas al azar.

    Propiedades Mecánicas Fundamentales De Los Materiales

    Para conocer el comportamiento de un material se tiene que estudiar sus propiedades mecánicas.

    Las propiedades mecánicas son aquellas que están relacionadas con el comportamiento de un material, estas pueden ser: Rigidez, Elasticidad, Plasticidad, Capacidad energética y térmica.

    Aceros De Baja Aleación

    Casi todas las aleaciones de ferrosas caen en la categoría .estos aceros, son de precio moderado debido a la ausencia de grandes cantidades de elementos aleadles, y son lo suficiente dúctiles para moldearse con facilidad. El producto final es resistente y durable .Estos materiales evidentemente prácticos tienen aplicaciones desde los cojinetes de bolsas, hasta las laminas de metal que forman la carrocería de los automóviles.

    Aplicaciones

    AWS ER430

    Alambre de acero inoxidable al cromo para fabricar electrodos para soldadura. Se usa para soldar acero similar y revestir aceros no aleados y baja aleación.

    AISI 430F

    Alambre y barras de acero inoxidable al cromo libre maquinado por alto contenido de azufre para cortes más pesados. Usado para fabricar tornillería, para partes de electrodomésticos y flechas de bomba.

    AISI 430

    Alambre y barras de acero al cromo, no templadle, autoendurecible. Usado para piezas de alta resistencia a la corrosión y temperatura como canastillas de recocido y tanques para ácido nítrico.

    Aceros al Manganeso


    Piezas de molinos de cemento, de maquinaria obras públicas, de minería y resistentes al choque


    Acero martensítico:


    Piezas de molinos de cemento, de maquinaria obras públicas, de minería, resistentes a abrasión y choque


    Acero refractario:


    Enfriadores, bandejas de tratamiento térmico, piezas sometidas a alta temperatura

    Hierro blanco:


    Piezas de molinos de cemento, de maquinaria de obras públicas, de minería

    Usos: Acero (para desoxidado y desulfurizado). Baterías, cerámicas.

    Curiosidades sobre el elemento: El nombre procede de dióxido de manganeso (manganesa o pirolusita) que antiguamente se denominaba magnes por confundirse con la magnetita.
    Fue reconocido por Scheele, Bergman y otros como elemento. Aislado por Gahn en 1774 mediante reducción del dióxido con carbono.
    No se encuentra aislado. Es abundante (0,095% en peso de la corteza). Entre sus combinaciones naturales destacan óxidos, silicatos y carbonatos: pirolusita o manganesa, rodocrosita o dialogita son las más importantes; otras menos importantes son hausmannita, psilomelana (manganomelana), manganita, rodonita, braunita [3Mn2O3.MnSiO3], hübnerita (MnWO4). Se han descubierto grandes cantidades de nódulos de manganeso en el fondo oceánico que en el futuro serán importantes para la obtención del metal. Estos nódulos contienen más de un 24% de manganeso junto con cantidades menores de otros elementos, en forma de óxidos hidratados.
    El metal se obtiene por reducción del óxido con sodio, magnesio o aluminio o por electrólisis de disoluciones de sales. La obtención del metal puro no interesa, ya que no tiene propiedades adecuadas y sus aplicaciones son escasas. Habitualmente (90% de la producción) se obtiene aleado con hierro a partir de mezclas de minerales de ambos metales y coque.
    Es un metal gris plateado, que se parece al hierro, pero es más duro y quebradizo.
    La conductividad eléctrica es un 4% de la del cobre.
    Es reactivo y descompone el agua fría lentamente, desprendiendo hidrógeno. Se oxida lentamente en el aire y al calentarlo arde formando el tetraóxido. Pulverizado puede inflamarse a temperatura ambiente. Se disuelve en los ácidos (con desprendimiento de hidrógeno) y reduce a los ácidos oxidantes. A temperatura ambiente reacciona lentamente con los no metales; a elevada lo hace más rápidamente.
    Los colores que presenta según el estado de oxidación:

    +2: rosa
    +3: rojo
    +4: marrón
    +5: azul
    +6: verde
    +7: violeta.

    · En el acero, el manganeso mejora las cualidades de laminación y forjado, resistencia, tenacidad, rigidez, resistencia al desgaste, dureza y robustez.

    · Las aleaciones con aluminio y antimonio, especialmente con pequeñas cantidades de cobre, son ferromagnéticas. El manganeso es ferromagnético sólo después de tratamientos especiales.

    · La manganina es una aleación con calcio (83%) y níquel (4%) utiliza en la fabricación de resistencias invariables con la temperatura.
    Otros usos incluyen dar color amatista al vidrio (es el responsable del color de la piedra preciosa amatista: cuarzo violeta).
    Entre sus compuestos:
    El dióxido (pirolusita) se utiliza como despolarizador de pilas secas (Leclanché). Entre sus usos se encuentran:

    · Decoloración del vidrio que tiene color verde por presencia de impurezas de hierro.

    · Producción de oxígeno y cloro

    · Obtención de pinturas negras secas.

    · Obtención de aleaciones de ferromanganeso y manganeso metálico.

    · Obtención de MnO, MnSO4, KMnO4.

    · Oxidante en la obtención de uranio y otros procesos químicos.
    El permanganato es un potente oxidante en medio ácido y se utiliza en análisis cuantitativo (permanganimetrías), blanqueante, decolorante de madera y aceites, y en medicina: desinfectante.
    Es un oligoelemento importante en el reino animal. Juega un importante papel en la síntesis de vitamina B1. Es un oligoelemento importante en el suelo.
    La exposición a polvo, vapor y compuestos de manganeso produce trastornos nerviosos y digestivos graves por lo que no debe exceder de 5 mg/m3 durante cortos periodos de tiempo, ya que es muy tóxico. El permanganato corroe las mucosas.

    Aplicación:

    La composición química del mineral de manganeso determina sus diferentes usos industriales.

    El manganeso se consume principalmente en la industria siderúrgica, en la fabricación de baterías secas, y en usos químicos, en la producción de acero, aleaciones ferro- manganeso y como agente purificador, pues como ya se dijo, su gran avidez por el oxígeno y por el azufre, se aprovecha para librar al mineral de hierro de esas impurezas, decolorante del vidrio, obtención de sales de manganeso, entre otras.

    Asociaciones:

    Pirolusita (MnO), Braunita (Mns12O3) hausmannita, y en algunas localidades dialogita y rodonita.

    NOMENCLATURA DE LOS ACEROS SISTEMA S.A.E - A.I.S.I

    Como la microestructura del acero determina la mayoría de sus propiedades y aquella está determinada por el tratamiento y la composición química; uno de los sistemas más generalizados en la nomenclatura de los aceros es el que está basado en su composición química.

    En el sistema S.A.E. - A.I.S.I, los aceros se clasifican con cuatro dígitos XXXX. Los primeros dos números se refieren a los dos elementos de aleación más importantes y los dos o tres últimos dígitos dan la cantidad de carbono presente en la aleación. Un acero 1040 AISI es un acero con 0.4 % C; un acero 4340 AISI, es un acero aleado que contiene o.4 % C, el 43 indica la presencia de otros elementos aleantes.

    Cromo

    Es uno de los elementos especiales más empleados para la fabricación de aceros aleados, usándose indistintamente en los aceros de construcción, en los de herramientas, en los inoxidables y los de resistencia en caliente. Se emplea en cantidades diversas desde 0.30 a 30, según los casos y sirve para aumentar la dureza y la resistencia a la tracción de los aceros, mejora la templabilidad, impide las deformaciones en el temple, aumenta la resistencia al desgaste, la inoxidabilidad, etc.

    Los aceros con cromo de mayor utilidad son:


    a) Aceros de construcción, de gran resistencia mecánica de 0.50 a 1.50% de cromo y 0.30 a 0.45% de carbono, aleados según los casos, con níquel y molibdeno para piezas de gran espesor, con resistencias variables de 70 a 150 Kg/mm2.
    b) Aceros de cementación con 0.50 a 1.50% de cromo y 0.10 a 0.25% de carbono, aleados con níquel y molibdeno.
    c) Aceros de nitruración cromo-aluminio-molibdeno.
    d) Aceros para muelles cromo-vanadio y cromo-silicio.
    e) Aceros de herramientas con 0.30 a 1.50% de cromo y 0.070 a 1.50% de carbono. En ellos el cromo mejora la penetración de temple, la resistencia al desgaste, permite el temple en aceite y evita deformaciones y grietas.
    f) Aceros indeformables con 5 a 12% de cromo.
    g) Aceros rápidos y de trabajos en caliente.
    h) Aceros inoxidables martensiticos con 12 y 17% de cromo, aceros auténticos con 14 a 25% de cromo en cantidades de níquel variables de 8 a 25% y aceros inoxidables con 27% de cromo.

    El cromo se disuelve en la ferrita y muestra una fuerte tendencia a formar carburos de cromo y carburos complejos.

    Manganeso:

    Aparece prácticamente en todos los aceros, debido, principalmente, a que se añade como elemento de adición para neutralizar la perniciosa influencia del azufre y del oxigeno, que siempre suelen contener los aceros cuando se encuentran en estado liquido en los hornos durante los procesos de fabricación. El manganeso actúa también como desoxidante y evita, en parte, que en la solidificación del acero que se desprendan gases que den lugar a porosidades perjudiciales en el material.

    Si los aceros no tuvieran manganeso, no se podrían laminar ni forjar, porque el azufre que suele encontrarse en mayor o menor cantidad en los aceros, formarían sulfuros de hierro, que son cuerpos de muy bajo punto de fusión (981º aprox.) que a las temperaturas de trabajo en caliente (forja o laminación) funden, y al encontrarse contorneando los granos de acero crean zonas de debilidad y las piezas y barras se abren en esas operaciones de transformación.

    Los aceros ordinarios y los aceros aleados en los que el manganeso no es elemento fundamental, suelen contener generalmente porcentajes de manganeso variables de 0.30 a 0.80%.

    Los aceros al manganeso de uso más frecuente son:

    Acero al manganeso (serie 31xx)

    El manganeso es un elemento menos costoso; reduce la tendencia a la fragilidad en caliente (fragilidad al rojo), resulta de la presencia del azufre. Cuando el manganeso excede a un 0.8% se puede calificar como aleación, el cual constituye a aumentar la resistencia y dureza, se utiliza para fabricar engranes, flechas ranuradas, ejes y cilindros para fusil.


    a) Aceros al manganeso de gran resistencia, que generalmente pertenecen al grupo de aceros de media aleación, en los que al emplearse el manganeso en cantidades variables de 0.80 a 1.60%, con contenidos en carbono de 0.30 a 0.050%, se consigue mejorar la templabilidad y obtener excelentes combinaciones de características mecánicas aun en piezas de cierto espesor.
    b) Aceros indeformables al manganeso con 1 a 3% de Mn y 1% de carbono, aproximadamente, en los que la presencia de un alto porcentaje de manganeso, hace posible el temple con simple enfriamiento en aceite, o el aire, con lo que las deformaciones de las herramientas son muy pequeñas.
    c) Aceros auténticos al manganeso con 12% de Mn y 1% de carbono, aproximadamente, que a la temperatura ambiente son auténticos y tienen gran resistencia al desgaste, empleándose principalmente, para cruzamientos de vías,

    Mordazas de maquinas trituradoras, excavadoras, etc.

    El manganeso: aunque es un desoxidante relativamente débil, habitualmente se emplea debido a que su presencia hace que el silicio y el aluminio sean mejores desoxidantes de lo que lo son aisladamente, como puede verse en la figura 2

    IMPACTO AMBIENTAL DE LOS ACEROS:

    . CIANUROS.

    Su presencia en el agua indica siempre una contaminación de tipo industrial, procede usualmente de galvanoplastias, altos hornos y coquerías. Su toxicidad es muy elevada.

    . METALES PESADOS.

    Los metales de transición (Fe, Mn, Mo, Co …) se denominan también metales pesados debido a su densidad. El hierro, cobre cinc y molibdeno son metales necesarios para el organismo humano. El resto de metales no esenciales tienen efectos tóxicos sobre los organismos. Incluso los metales esenciales, cuando sobrepasan determinadas concentraciones resultan tóxicos.

    HIERRO Y MANGANESO.

    Suelen aparecer en el agua en distintos estados de oxidación. No se consideran tóxicos, aunque pueden dar lugar a problemas de olor o sabor, incluso a bajas concentraciones.

    ZINC.

    El zinc se utiliza principalmente en industria de galvanizado, y, en menor medida en la industria textil y de colorantes. No se considera tóxico, aunque confiere al agua un sabor desagradable.

    . CROMO.

    Su empleo más importante en la industria es en el cromado de metales. En menor medida se emplea en aleaciones para la fabricación de aceros inoxidables. En las aguas está presente fundamentalmente como Cr+6, cuya toxicidad es 100 veces superior a la del cromo trivalente (Cr+3). Su consumo en exceso puede producir trastornos digestivos graves y, por acumulación puede ser cancerígeno.

    . TOXICIDAD DE LOS METALES.

    Desde el punto de vista de la contaminación ambiental, existen diversos factores que influyen en la toxicidad de los metales pesados, de forma que los podemos clasificar:

    No tóxicos (Fe, Mn, Al).

    Tóxicos pero insolubles o muy raros (Ti, Os, W)

    Muy tóxicos y accesibles (Co,Cr,Pb, Hg, Cd)

    En general se considera que la toxicidad de un metal pesado es mayor si se encuentra en forma iónica o formado complejos inorgánicos que si forma complejos orgánicos.

     


    Sector de acerías

     

    Descripción general del proceso

    Los denominados "polvos de acería " son las partículas sólidas recogidas en las instalaciones de filtración de humos que se producen durante las operaciones de fusión de chatarra y soplado del caldo en el proceso de obtención de acero.

    El acero se define según la norma UNE 36-004, como un material en el que el hierro es predominante y cuyo contenido en carbón es generalmente, inferior al 2%, y contiene además otros elementos de aleación (Mn, Cr, Si, Cd, Pb, Al, etc.) que pueden añadirse para mejorar sus características.

    El proceso de fabricación del acero puede dividirse en dos fases: fusión y afino.

    - La fase de fusión consiste en fundir completamente los materiales que previamente se han cargado en el horno (chatarra y fundentes).

    - La fase de afino consiste en ajustar la composición del baño añadiendo las ferroaleaciones que contienen los elementos químicos que se desean incorporar al acero para darle propiedades especiales. Una vez uniforme la composición del baño, se cuela el acero en la cuchara.

    Características de los polvos de acería

    Aunque la composición del polvo de acería es muy variable, ya que depende principalmente del tipo de chatarra utilizada y del proceso de fabricación seguido, en global se pueden distinguir dos tipos de polvo; los generados en la fabricación de aceros especiales (PE), donde la chatarra sufre una clasificación previa y la adición de diferentes aleaciones en función del tipo de acero a fabricar, y polvos procedentes de la fabricación de acero común (PC) de más alto contenido en carbono, que utiliza chatarra con más impurezas procedente generalmente de galvanizados, de menor coste y mayor contenido en zinc y plomo.

    Las propiedades físicas como granulometría y la composición química de estos polvos, le confieren unas características que pueden hacer de ellos graves agentes de contaminación ambiental mediante alguno de los siguientes mecanismos:

    1. Arrastre y dispersión de partículas por el viento

    2. Arrastre y dispersión física de partículas por la lluvia

    3. Lixiviación de los componentes por agua de lluvia con la consiguiente

    Contaminación de cauces de agua superficial y subterránea.

    4. Lixiviación generalizada en los ríos cuando se produzca un episodio

    De contaminación ácida en los mismos.

    5. Corrimientos y desplomes de vertederos sobre cauces de agua.

    Los compuestos de los polvos de acería presentan así mismo grandes niveles de toxicidad para las personas. Este potencial de contaminación condujo a que en EE.UU. y en gran número de países Europeos, los polvos de acería fuesen considerados en la pasada década como residuos tóxicos y peligrosos, en base a sus respectivas normativas vigentes, haciendo necesario el control de su deposición en vertederos especiales o el envío a plantas de tratamiento.

    RECOMENDACIONES:

    Es importante que dentro de los temas de investigación sobre los aceros aleados se incorpore temas relacionados con la distribución de materiales férreos en el país con el fin de que el estudiante conozca sobre catálogos de los diferentes materiales de aceros.

    Es importante que la cátedra asigne trabajos de investigación basados en materiales novedosos o aleaciones novedosas en nuestro país, y además realizar pruebas, para determinar la s característica química de los materiales y compararlos con los datos técnicos especificados en normas.

    REFERENCIAS

    BALESTRINI, C. (1959) Economía Minera y Petrolera, Caracas. Universidad Central de Venezuela. 366 p.

    GOLD, G. G. y J, JUBANY CASANOVAS. Atlas de mineralogía. S.l., Colección de ATLAS DE CIENCIAS, EDIBOOK, SA, 94 p.

    KLOCKMANN, F. & RAMDOHR, P. (1955). Tratado de Mineralogía, Barcelona. Edit. Gustavo Gili S.A. 716 p.

    & O. V. KÓNONOV. (1982). Mineralogía, Moscú. MIR. 319 p.

    MINISTERIO DE MINAS E HIDROCARBUROS DIRECCIÓN GENERAL (1963). La industria minera de Venezuela, Caracas. 79 p.

    RODRIGUEZ, S. (1986). Recursos Minerales de Venezuela. Boletín del Ministerio de Energía y Minas, Caracas. 15(27). 215 p.

    GLOSARIO

    Aleaciones: Combinaciones de metales que mejoran las características generales de los mismos.

    Compuestos: Grupo de materiales formados a partir de mezclas de metales, cerámicos o polímeros, de manera que obtengan combinaciones de propiedades poco comunes.

    Densidad: Masa por unidad de volumen de un material por lo general expresado en unidades g/cm³.

    Estructura cristalina: Arreglo de los átomos en un material con un patrón regular repetible.

    Metales: Grupo de materiales que tienen características generales de buena

    Ductilidad, resistencia, y conductibilidad eléctrica.

    Rigidez: Relación entre la magnitud de la deformación que ocurre y las cargas aplicadas, dentro del rango de comportamiento elástico

    Elasticidad: Deformación que ocurre al aplicar un esfuerzo y desaparece al removerse este.

    Plasticidad: Capacidad de un material para deformarse en el rango elástico-plástico, sin que se de ruptura.

    Capacidad magnética: Esta depende de la resilencia y rigidez; la resilencia es la capacidad de un material para absorber la energía en la zona elástica.

    Resistencia: Capacidad de una estructura o maquina para absorber energía en la zona elástica.