Metalurgia y siderurgia

Industriales. Metales. Propiedades físicas. Aleaciones. Proceso siderúrgico. Arrabio: afino. Fundiciones

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METALURGIA Y SIDERURGIA

1-ESTADO NATURAL DE LOS METALES

MENA: Parte de un filón que contiene los minerales útiles en proporcion fisica, quimica o termica.

GANGA: Materia inutil que acompaña a los metales y que luego se separa de la mena.

2- PROPIEDADES FÍSICAS DE LOS METALES

- Son sólidos a temperatura ambiente, menos el mercurio que es líquido

- Tienen un punto de fusión alto, baja volativilidad y un punto de ebullición elevado.

- Buenos conductores del calor y la electricidad.

- Son ductiles, maleables y bastante duros excepto los alcalinos y el mercurio.

- Son opácos.

- Sus densidades son muy variadas

3-METALURGIA

Concepto: La metalurgia es la ciencia que trata de la extracción de los metales a partir de sus minerales para hacer aleacciones y objetos metálicos.

Etapas de un proceso metalurgico:

·Concentración del mineral: Consiste en separar de éste la mayor cantidad posible de ganga mediante distintos métodos.

* Levigación: Se utiliza la mena y la ganga tienen muy diferente densidad.El mineral es sometido a una corriente de agua que arrastra a las partes menos pesadas, y las mas pesadas ( mena ) va al fondo.

*Separación magnética: Se utiliza cuando la mena presenta propiedades magnéticas ( hierro ).El mineral se pasa por una cinta en la cual hay un electroiman, la ganga cae al suelo y la mena queda pegada a la cinta.

* Flotación: Procedimiento que se utiliza cuando la mena no es mojada por agua pero si por el aceite, el mineral finalmente triturado se mete en en un deposito con agua agitando la mezcla, la mena flota y la ganga se hunde.

·Tostación o calcinación: Tiene por objeto tranformar el mineral en oxido para despues proceder a su reducción.

Tostación: se realiza cuando el metal es un sulfuro.

Calcinación: se realiza cuando el metal es un carbono o un hidróxido.

·Reducción: Una vez esta el mineral en forma de óxido, la reducción tiene por objeto separar el metal, en estado libre, los oxidos correspondientes a los metales de pequeño potencial de oxidacion, se reduce mediante carbón, hidrógeno o otro metal.

Los oxidos de los alcalinos, de aluminio, tienen potencial de oxidación muy elevada, son dificílmente reducibles por lo que se emplea la via electronica partiendo sus sales.

·Afino: Proceso destinado a eliminar las impurezas de los metales y purificarlos del todo.

4- ALEACIONES

Definición: Producto homogeneo de propiedades metálicas compuesta de 2 o mas elementos uno de los cuales al menos debe ser metal.

Tipos: 1- Aleación para fundición resistente a los acidos

2- Aleación para calderas que contendran sodas lejia´.

3- Aleaciones para calderas de fundición de plomo.

4- Aleación de niresist

5- Aleaciones para distintas piezas de fundición de hierro.

6- Aleaciones resistentes al acido nítrico.

7- Aleaciones de cobre de fundición.

8- Aleaciones para lograr elevada sonoridad.

9- Aleaciones para bronce tipo francés.

10- Aleaciones zinc-cobre conteniendo silicio

11- Aleaciones que llegan a una buena fluidez

12- Aleaciones apropiadas para fundición inyectada.

Propiedades generales:

Sus propiedades dependen de la naturaleza de sus componentes y la técnica seguida a su producción.

En general las propiedades de las aleaciones no son intermedias entre la de sus componentes:

- La densidad es practicamente la unica propiedad intermedia.

- El color

- La resistencia eletrica de una aleacción de los metales que la constituyen incluso pequeñas de una impureza hacen que su resistencia aumente bastante.

5-SIDERURGIA

Concepto: Metalurgia del mineral del hierro para obtener su fundición y elaborar aceros.

6- MINERALES DE HIERRO

Los minerales del hierro son:

-Oligisto

-Limonita

7- PROCESO SIDERURGICO (Obtención del arrabio)

Los hornos en los se obtiene el arrabio son de tipo vertical.

El mineral de hierro, una vez deprovisto de ganga y tostado se somete a un ofibado donde se seleccionan los trozos del tamaño adecuado. Los trozos muy grandes se trituran y los que son muy pequeños se aglomeran , formando pedezos de tamaño medio y asi se aprovecha mejor el mineral evitando perdida.

El carbón de coque utilizado como agente reductor y calefactor tiene que ser de buena calidad con poca humedad, reducido el contenido en cenizas y azufre, es suficiente resilstencia al aplastamiento, el tamaño de sus trozos tiene tiene que ser entre 4 y 8 cm.

El fundente tiene que ser de naturaleza acida, cuando es basica la ganga del mineral y si ésta es acida el fundente debe de ser básico.

Como fundente básico se utiliza caliza, y como fundente ácido el silicio.

Proceso químico. En el alto horno, a alta temperaturam se realiza la reducción de les minerales de hierro en forma de óxidos, se representa esquematicamente asi:

FeO + C --} CO + FE

El carbono reacciona con el oxígeno para formar monoxido de carbono, fase que recibe el nombre de rreducción directas. Esta reaccion tiene lugar a otra.

FeO + CO --} CO2 + Fe

En esta fase denominada reducción indirecta el nonóxido de carbono actua como reductor pasando a bióxido de carbono.

La última fase es que el hierro en estado líquido obtenido segun las reacciones

anteriores, dioxido de carbono en una proporción aproximada del 7 % formando el arrabio.

ESQUEMA DE UN ALTO HORNO (dibujo y partes de que consta)

FASES DEL PROCESO SIDERURGICO (breve descripcion de cada una)

1- Tratamiento del mineral por un disolvente de extracción.

2- Extracción: cuando se coge el cobre

3- Reestracción: se vuelve a coger el cobre

4- Cobre puro: cuando ya se obtiene el cobre

1- Tratamiento del mineral (agitación)

2- Filtración: cuando se pasa el oro por un filtro

3- Clasificación: cuando se aclara el oro.

4- Desaeración y filtracíon

5- Calcinacion: cuando se quema el oro.

6- Colada del lingote y del oro cuando se obtiene el lingote y el oro.

8- AFINO DEL ARRABIO

Concepto: El arrabio que se obtiene en el alto horno lleva disueltas muchas impurezas, es preciso quemar estas impurezas, al proceso de quemado se le llama afino.

Los elementos que sobran son: Carbono, Silicio, Magnesio, Azufre y Fosforo que forman el 7% del arrabio. El fosforo y el azufre hay que quemarlos lo mas posible porque son perjudiciales para el hierro, el silicio y el magnesio no tanto porque en pequeñas cantidades mejoran el hierro.

Aceros y fundiciones:

Las aleacciones de hierro y carbono se clasifican en aceros y fundiciones.

ACEROS - Aleacciones con proporcion de carbono inferior al 1%

FUNDIONES - Aleacciones con proporcion de carbono superior al 1.8% e inferior al 5%.

Las aleacciones con carbono inferior al 1.7% tienen caracteristicas que ambian si la proporcion es mayor.

Al afinar el arrabio se mantiene el contenido de carbono dentro de unos limites para conseguir el producto deshecho

9- METODOS DE AFINO

a) Afino del acero:

· Afino en convertidor: El arrabio recogido en las cucharas se lleva hasta la mezcladora donde se mantiene en estado liquido hasta meterlo en los convertidores.

El convertidor es un recipiente enorme con una cubierta exterior en chapa de acero y un revestimiento interior de material reflactario. El aire entra por el conducto lateral y entra x el fondo del convertidor. Alli esta la parrilla, que perforada por unos agujeros permite que el aire entre en contacto con la masa liquida del arrabio para poner atravesar esta masa e impedir que entre los agujeros de la parrilla el acero llega a gran presion.

· Afino en horno Martin_Siemens: Se utiliza como materia prima el arrabio olidificado en lingotes y mezclado con chatarra de piezas y maquinas que ya no se usan:

Funcionamiento: Se funde la mezcla cargada a traves de las puertas de carga debido al calor que se produce al quemarse el combustible que mezclado con el aire llega a los quemadores pasados por las bocas de entrada, estas bocas se comunican con los recuperadores unas valvulas permiten distribuir los gases y el aire, los gases sobrantes calientan los recuperadores mientras el gas y el aire absorben el calor de los recuperadores.Cuando los recuperadores se enfrian con lo que unos recuperadores se calientan y otros les dan el calor adquirido.

· Afino en horno electrico: Para transformar la energia electrica en calor hay dos tipos electricos:

Hornos electricos de arco: La carga se funde debido al calor que desprende el arco electrico que salta entre los electrodos

Hornos electricos de induccion: El crisol refractorio lleva un tubo de cobre rectangular, por este circula una corriente electrica que induce otra corriente en la carga.

b) Afino de la fundición:

·Afino en cubilote

10- TRATAMIENTOS DE LOS ACEROS

Los tratamientros térmicos son ciclos de calentamiento y enfriamiento que, aplicados a ciertas aleaciones permiten modificar sus constituyentes y, en consecuencia, sus características mecánicas.

CLASIFICACION DEL ACERO

Los diferentes tipos de acero se agrupan en cinco clases principales: a

-acero al carbono: mas del 90% de todos los aceros son aceros al carbono, estos aceros contienen diversas cantidades de carbono y menos del 1.65% de manganeso, fabricados con aceros al carbono figuran máquinas, carrocerías de automovil, la mayor parte de las estructruras de construcción de acero, cascos de buques, somieres y horquillas o pasadores para el pelo

-aceros aleados: Estos aceros contienen una proporción determinada del vanadio, molibdeno y otros elementos de cantidades mayores de magnesio , silicio y cobre que los aceros al carbono normales. Estos aceros se emplean por ejemlo para fabricas engranajes y ejes de motores, patiens o cuchillos de corte.

-aceros de baja aleación ultraresistentes: Esta familia es la mas reciente de las cinco grandes clases de acero. Los aceros aleados convencionales ya que cntienen cantidades menores delos costosos elementos de aleación. Sin embargo, reciben un tratamiento especial que les da una resistencia mucho mayor que lo del acero al carbon.

-aceros inoxidables: Son aleaciones de hierro/cromo. Algunos solo contienes sólo hierro, carbono y cromo, mientras que otros contiene níquel y otros elmentos aleantes.El acero inoxidable es un metal brillante atractivo que combinado cn las otras propiedades que tiene, lo convierte en un material muy versátil.

-aceros de herramientas: Estos aceros se utilizan para fabricar muxhos tipos de hierro, y cabezales de corte y modelado de máquinas empleados en diversas operaciones de fabricación.

1- PROPIEDADES Y USOS DE LOS

TIPOS DE ACEROS AL CARBONO Y DE

LAS FUNDICIONES

ACERO BAJO EN CARBONO

Propidades: (0.1% - 0.3% de carbono)

Usos: Vigas, tuberias, tornillos, bisagras, carrocerias, andamios ,etc...

ACERO CON CONTENIDO MEDIO DE CARBONO

Propiedades: )0.3 - 0.7% de carbono)

Usos: Destornilladores, llaves. alicates, ruedas de engranaje, etc...

ACEROS CON GRAN CONTENIDO EN CARBONO

Propiedades: (0.7 al 1.8 % de carbono)

Usos: Alicates, llaves, ruedas de engranajes, detornilladores, etc...

ACERO INOXIDABLE

Propiedades: Son aleaciones de hierro/cromo (entre 13 y 27% de cromo). La oxidacioen es un efecto destructor del oxigeno en la superficie de los metales y estos aceros la resisten muy bien.

Usos: Cuberterias, cazos, instrumentos quirurgicos, etc...

FUNDICIONES:

Fundición gris: es una aleación de hierro (94%) silicio (2%) y pequeñas cantidades de magnesio, azufre y fosforo.

Es una aleacción frágil y dura.

Usos: Soporte de taladro de columna, tapa de registro, etc...