Índex

Definició de ferro…………………….1 i 2

Tècniques metal·lúrgiques………2 i 3

Definició de l'acer…………………….4

Obtenció de l'acer……………………4 a 6

Procés d'obtenció de ferro i acer:

la indústria siderúrgica i metal·lúrgica

Ferro:

Definició

El ferro és un metall blanc grisós, resistent, elàstic, extensible i magnètic, molt important per la seva utilització industrial, sobre tot en forma d'aliatges, d'acers i de foses.

El ferro existeix sota dues formes cristal·lines: ferro ð (o ferrita), cúbic centrat, estable per sota de 910 ºC; ferro γ , cúbic amb cares centrades, estable de 910 a 1.390 ºC. El ferro és dúctil, mal·leable en fred i plàstic en calent.

El ferro pot unir-se directament a la major part dels no metalls. Crema al roig-blanc en oxigen i dóna l'òxid magnètic Fe3O4, i en clor; s'uneix en calent al sofre; en estat candent descompon el vapor d'aigua, i dóna hidrogen; i es dissol en els àcids diluïts. Se'l pot protegir per revestiment amb pintura, barnís, etc.

El ferro, abans, era extret directament del mineral per reducció amb el carboni, sobre tot mitjançant el carbó de fusta. A partir del segle XIII, la metal·lúrgia del ferro es confon amb la de la fosa i de l'acer, a causa del desenvolupament de les fargues accionades hidràulicament i de la construcció dels primers alts forns. El ferro és obtingut per afinació, en estat pastós, de blocs soldats en els forns de fogar baix o forns d'afinació. El mètode de podelatge, que permet obtenir ferros purs durant tot el segle XIX, serà pràcticament abandonat davant l'aparició dels mètodes moderns d'elaboració de l'acer.

Tècniques metal·lúrgiques

Després de l'elaboració, els metalls i els seus aliatges esdevenen productes acabats o semiacabats per diferents procediments: la foneria (emmotllament de metall fos); els tractaments de deformació (laminació, forja, estampació, etc,); la sinterització de pólvores metàl·liques, la soldadura i la unió estructural. Per donar certes característiques als metalls i als aliatges, se'ls sotmet a diferents tractaments tèrmics (tremp, revingut, recuit), sovint efectuats en una atmosfera controlada. Els tractaments termoquímics (cementació, nitruració, etc.) provoquen una modificació superficial del metall. Els tractaments superficials (descapatge, revestiment d'una capa protectora) es realitzen per via química (cromació) o per via electrolítica (cromatge, niquelatge, etc.).

Els assaigs mecànics s'apliquen per verificar la qualitat dels metalls i els aliatges. Els assaigs físics (anàlisi tèrmica, radiografia i gammagrafia) permeten seguir l'evolució d'alguns tractaments o controlar la puresa dels metalls. La metal·lografia microscòpica estudia l'estructura i la constitució de les mostres convenientment polides i atacades químicament tant si és per examen visual o amb lupa (macrografia), com si és per examen microscòpic (micrografia). Els assaigs químics es practiquen a vegades per a l'anàlisi química pròpiament dita de les substàncies, a vegades per reconstruir els assaigs de corrosió.

L'acer:

Definició

Aliatge de ferro i carboni (amb menys del 1,8 % de carboni) susceptible d'adquirir per tractament mecànic i tèrmic propietats molt variades.

L'acer és elaborat per afinació de la fosa, també per segona fusió de les ferralles recuperades. L'estructura i les propietats dels acers depenen de la quantitat de carboni, de la presència o no d'elements d'addició (acers aliats, acers ordinaris) i dels tractaments tèrmics o fisio-químics ràpids.

Obtenció de l'acer

El primer mètode d'obtenció de l'acer fou la reducció del mineral de ferro per mitjà del carbó vegetal per procediment de la farga catalana, en fargues de petites dimensions. Les dimensions de l'aparell han anat augmentant de mica en mica i s'ha acabat per obtenir només la fosa (alt forn), la qual s'ha de descarburar en un altre aparell (fogar baix, convertidor). El procediment actual és l'afinament líquid, que proporciona la quasi totalitat de l'acer usat.

• L'afinament per aire

Els procediments Bessemer i Thomas, actualment en via de desaparició, han tingut un considerable paper històric. La fosa líquida que arriba del mesclador s'aboca en el convertidor, al fons del qual bufa un corrent d'aire intens que crema les impureses del metall. Aquesta combustió allibera, alhora, la calor necessària per elevar la temperatura de la fosa líquida des de 1.200 ºC (fusió de la fosa) fins a 1.600 ºC (fusió de l'acer). En el procediment Thomas, destinat a les foses riques en fòsfor i pobres en silici, es carrega, al mateix temps que la fosa, la calç que serveix per eliminar el fòsfor. El silici, el carboni i després el fòsfor són successivament oxidats. El procediment àcid, o Bessemer, permet de tractar les foses no fosforoses riques en silici.

• Procediment amb l'oxigen

El bufament amb aire enriquit amb oxigen és avui universalment utilitzat. Permet el tractament de considerables quantitats de fosa i l'elaboració d'acer de gran puresa. El procediment austríac LD (Linz Donawitz) utilitza oxigen pur, bufat en una retorta a una pressió de 10 bars. La turbulència creada en la superfície del líquid de fosa en permet la descarbonització i la transformació en acer. El procediment LD Pompey utilitza, d'una banda, el bufament amb oxigen pur i, d'una altra, una escòria enriquida amb calç que facilita la desfosforació.

Concebut pel professor Kalling per tractar les foses fosforoses i acceptar les addicions de ferralla, el procediment Kaldo utilitza una retorta inclinada, oscil·lant i rotativa amb bufament d'oxigen pur a la superfície a una pressió de 4 bars. La progressió d'aquest procediment, igual que la del procediment Rotor, ha estat aturada a causa de l'important consum de recobriments refractaris.

En aquest últim procediment, la llança d'oxigen prové de dues toveres: l'una bufa oxigen pur dins de la fosa líquida; l'altra, amb un 75 % d'oxigen, oxida el carboni en la superfície. El procediment OLP (oxigen-llança-pols) consisteix a injectar les pólvores de calç dins d'un raig d'oxigen; s'adapta bé a les foses fosforoses.

• Afinament en el forn elèctric

L'augment de la temperatura és assegurat per una arc elèctric que salta enter dos elèctrodes de carboni i les matèries col·locades en el forn. L'afinament es realitza després de la fusió, mitjançant escòries oxidants (eliminació del silici i del carboni) i, tot seguit, ultrabàsiques (desfosforació).

Els grans tipus d'aplicació dels acers són: els acers de construcció (acers ordinaris o, més freqüentment, aliats amb crom, níquel, molibdè); els acers per a la fabricació d'eines; els acers inoxidables, classificats, segons la seva estructura, en acers martensítics (0,4 % de carboni i entre 12 i 16 % de crom), acers ferrítics (0,3 % de sofre, 16 % de carboni i 30 % de crom) i acers austenítics (18 % de crom 8 % de níquel i de sofre i un 0,10 % de carboni); els acers refractaris, que presenten una gran resistència a l'oxidació, a la corrosió i al rectificat, i finalment, per a aplicacions particulars els acers de rodament (2 % de crom) i els acers imantats permanents (fins a un 30 % de cobalt amb addicions de tungstè i de crom).

Bibliografia

Enciclopèdia Larousse Català

Enciclopèdia Temàtica Planeta