TEMA 6: MATERIALES FERROSOSPROFESOR: QBA MIGUEL ÁNGEL CASTRO RAMÍREZ
TEMA 6: MATERIALES FERROSOS                    1. INTRODUCCIÓN MATERIALES FERROSOS, son aquellos cuyo constituyente princ...
TEMA 6: MATERIALES FERROSOS 2. EVOLUCIÓN HISTÓRICA DE LA SIDERURGIA 6000 a. C. se funden objetos de cobre. 3000 a. C. br...
TEMA 6: MATERIALES FERROSOS  2. EVOLUCIÓN HISTÓRICA DE LA SIDERURGIA 1709-1735 horno de coque, Abraham Darby sustituye el...
TEMA 6: MATERIALES FERROSOS  2. EVOLUCIÓN HISTÓRICA DE LA SIDERURGIA 1878, Thomas, inventa el revestimiento del convertid...
TEMA 6: MATERIALES FERROSOS3. PROCESO SIDERÚRGICO 3.1. MATERIAS PRIMAS   HIERRO   CARBÓN DE COQUE   FUNDENTES
TEMA 6: MATERIALES FERROSOS                                     HIERRO   El MINERAL DE HIERRO lleva mezclados:           ...
TEMA 6: MATERIALES FERROSOS                        CARBÓN DE COQUEEl CARBÓN es la materia prima para obtener COQUE. Sólo s...
TEMA 6: MATERIALES FERROSOS                           FUNDENTESSu misión es:      Combinarse con la ganga y bajar su punt...
TEMA 6: MATERIALES FERROSOS                       La chatarra• La chatarra de acero es otra materia utilizada para la fabr...
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TEMA 6: MATERIALES FERROSOS  3.2.1. PROCESO DE OBTENCIÓN DEL ARRABIO En la parte superior de la cuba se produce el secado...
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TEMA 6: MATERIALES FERROSOS        3.2.2. PRODUCTOS DEL ALTO HORNO ARRABIO, producto principal del Alto Horno. 90-95% de ...
TEMA 6: MATERIALES FERROSOS4. PROCEDIMIENTOS DE OBTENCIÓN DEL ACERO  Para la obtención del acero se utilizan como materias...
TEMA 6: MATERIALES FERROSOS     4.1. PROCEDIMIENTO MARTIN - SIEMENS• Permite cargas de tipo sólido, líquido o mixto.• Perm...
TEMA 6: MATERIALES FERROSOS    4.2. CONVERTIDOR BESSEMER - THOMAS• Permite descarburar la fundición gracias a una corrient...
TEMA 6: MATERIALES FERROSOS               4.3. CONVERTIDOR LD• El oxígeno se inyecta a alta presión (10-14 at.)a través de...
TEMA 6: MATERIALES FERROSOS                  4.4. HORNO ELÉCTRICOFusión de chatarra por medio de una corriente eléctrica y...
TEMA 6: MATERIALES FERROSOS             4.5. COLADA DEL ACERO• El ACERO sale del horno en estado líquido, hay quesolidific...
TEMA 6: MATERIALES FERROSOS    4.6. OBTENCIÓN DE PRODUCTOS COMERCIALES  • Hay distintos caminos para obtener el acero sóli...
TEMA 6: MATERIALES FERROSOS5. ESQUEMA DE UNA SIDERÚRGIA INTEGRAL
TEMA 6: MATERIALES FERROSOS6. PRODUCTOS SIDERÚRGICOS HIERRO DULCE (cuando C entre 0.008 – 0.025 %) ACEROS (0.025 – 2.1 %...
TEMA 6: MATERIALES FERROSOS                  CLASIFICACIÓN DE LOS ACEROS                    ACEROS AL CARBONO   Presencia ...
TEMA 6: MATERIALES FERROSOS                               ALEACIONES•   Ni          > Resistencia      < Oxidación•   Cr  ...
TEMA 6: MATERIALES FERROSOS            PRESENTACIÓN COMERCIAL DEL ACERO Productos planos, planchas y chapas de 0.5 – 3 mm...
TEMA 6: MATERIALES FERROSOS                                    FUNDICIONES•   FUNDICIÓN GRIS, presenta el C en forma de gr...
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MATERIALES FERROSOS

  1. 1. TEMA 6: MATERIALES FERROSOSPROFESOR: QBA MIGUEL ÁNGEL CASTRO RAMÍREZ
  2. 2. TEMA 6: MATERIALES FERROSOS 1. INTRODUCCIÓN MATERIALES FERROSOS, son aquellos cuyo constituyente principal es el hierro. Se pueden clasificar en:  HIERRO  ACEROS  FUNDICIONES  FERROALEACIONES.
  3. 3. TEMA 6: MATERIALES FERROSOS 2. EVOLUCIÓN HISTÓRICA DE LA SIDERURGIA 6000 a. C. se funden objetos de cobre. 3000 a. C. bronce fundido al alear cobre y estaño. 1500 a. C. Los hititas (Turquía) utilizan el hierro. Se encuentra en forma de mineral, y así no tiene utilidad. Hay que separar la mena y la ganga; descubierto este proceso su utilización aumenta: más abundante que el cobre, se encuentra en la corteza terrestre, es más duro y resistente. 1200 a. C. empieza la Edad de Hierro y se propaga por Oriente Medio. 600 a. C. comienza Edad Hierro en China y Europa. s. I los romanos dominan el mundo, organizan la producción de acero y la fabricación de armas: Damasco, España, Italia, … son centros productores de hierro. 700 Aparece la forja catalana, un tipo de horno con cuba de mampostería provista de tobera lateral para mantener el carbón a mayor Tª. 1300 Primer Horno Alto, horno de gran capacidad, recibe aire de un fuelle, hierro en contacto con el carbón y disminuye el punto de fusión, se obtiene el hierro colado.
  4. 4. TEMA 6: MATERIALES FERROSOS 2. EVOLUCIÓN HISTÓRICA DE LA SIDERURGIA 1709-1735 horno de coque, Abraham Darby sustituye el carbón vegetal por coque, más rico en C, más limpio y menos contaminante. 1740 acero al crisol. Benjamín Huntsman produce el primer acero al crisol. Acero de muy buena calidad. 1784 Horno de pudelar de Cort, el hierro colado procedente al horno alto se refundía en un horno de reverbero, y se obtenía un hierro forjado de gran calidad. 1820-1828 Inyección de aire, Neilson mejora la eficacia del alto horno haciendo pasar aire a través de una tubería al rojo vivo. 1855 Bessemer, inventa el afinado por aire, preparación de acero sin fuego. 1860 Cowper, inventa el recuperador de calor. 1864 Emile y Pierre Martin funden los primeros aceros con adición de chatarra.
  5. 5. TEMA 6: MATERIALES FERROSOS 2. EVOLUCIÓN HISTÓRICA DE LA SIDERURGIA 1878, Thomas, inventa el revestimiento del convertidor que permite la desfosforación del hierro. 1880 Siemens inventa la fabricación de acero por vía electrotérmica. 1884 1er Horno alto en España 1902 Heroult, patenta el horno eléctrico de arco. 1904 1er Horno eléctrico en España 1930 Colada continua. 1948, fabricación de acero con convertidores soplados con oxígeno (procedimiento LD). 1960 instalación es España de la colada continua. 1978, en Alemania se pone en marcha el horno eléctrico por inducción.
  6. 6. TEMA 6: MATERIALES FERROSOS3. PROCESO SIDERÚRGICO 3.1. MATERIAS PRIMAS  HIERRO  CARBÓN DE COQUE  FUNDENTES
  7. 7. TEMA 6: MATERIALES FERROSOS HIERRO El MINERAL DE HIERRO lleva mezclados:  La MENA o parte útil: óxidos de hierro  La GANGA o parte no útil: sílices, cal, alúmina, etc. MINERAL NOMBRE CIENTÍFICO % en Fe del mineral CARACTERÍSTICAS MAGNETITA Mineral más puro y rico. Color gris- 72% (Fe3O4) negruzco, magnético. HEMATITES ÓXIDOS 70% Tiene poco fósforo. Color rojizo, gris (Fe2O3) LIMONITAS Color ocre. Blandas y fáciles de 60% 2Fe2O3 +3 H2O reducir. Contiene fósforo. SIDERITA Debe calcinarse en horno de cubaCARBONATOS 48% Fe CO3 para pasar a óxido de hierro. PIRITA Mineral de hierro mezclado con SULFUROS < 48% Fe S2 cobre. Color amarillo.
  8. 8. TEMA 6: MATERIALES FERROSOS CARBÓN DE COQUEEl CARBÓN es la materia prima para obtener COQUE. Sólo son aptas las hullas grasas y semigrasas de llama corta, con contenido en materias volátiles entre 22% y 30%, azufre <1% y cenizas <9%Misión del coque en el proceso siderúrgico:  Producir por combustión el calor necesario para la reacción de reducción (eliminar oxígeno) y fundir la mena dentro del horno.  Soportar las cargas en el alto horno  Producir el gas reductor (CO) que transforma los óxidos en arrabio.¿Cómo se obtiene el coque?  Calentando a >1000 ºC las hullas.Características de un buen coque:  Buena resistencia al aplastamiento  Baja humedad (<3%)  Bajo contenido en azufre (<1%)  Bajo contenido en cenizas (<9%)  Alto poder calorífico (6500 – 8750 kcal/kg)  Mínimo contenido en fósforo y azufre (hacen frágil la fundición)
  9. 9. TEMA 6: MATERIALES FERROSOS FUNDENTESSu misión es:  Combinarse con la ganga y bajar su punto de fusión, para hacer que la escoria se encuentre fluida.  Combinarse con las impurezas, pasándolas a ganga.Los fundentes más utilizados: sílice, caliza (carbonato cálcico) y la dolomía (carbonato magnésico).La cantidad de fundente y su naturaleza debe establecerse con mucho cuidado, dependiendo de la naturaleza y composición de la ganga y la proporción de impurezas. Si ganga ácida SiO2 → fundente básico Al2O3, MgO, CaO Si ganga básica MgO, CaO → fundente ácido SiO2 Si ganga neutra → fundente neutro CrO
  10. 10. TEMA 6: MATERIALES FERROSOS La chatarra• La chatarra de acero es otra materia utilizada para la fabricaciónde acero.• Conjunto de piezas, partes metálicas, etc., de acero, inserviblesy sin ninguna utilidad industrial.• Puede ser: reciclada, de trasformación, de recuperación.
  11. 11. TEMA 6: MATERIALES FERROSOS 3.2. EL ALTO HORNO Es un horno de cuba formado por dos troncos de cono desiguales unidos por sus bases mayores. Parte interior de mampostería de ladrillos refractarios de 60-100 cm de espesor Parte exterior revestida de plancha de acero reforzada con zunchos.Partes del alto horno: (de arriba abajo) a) Tragante b) Cuba c) Vientre d) Etalajes e) Crisol
  12. 12. TEMA 6: MATERIALES FERROSOS
  13. 13. TEMA 6: MATERIALES FERROSOS
  14. 14. TEMA 6: MATERIALES FERROSOS 3.2.1. PROCESO DE OBTENCIÓN DEL ARRABIO En la parte superior de la cuba se produce el secado, precalentamiento y deshidratación a Tª 200 – 450ºC En la parte inferior de la cuba, es la zona de reducción 400 – 1200ºC En los etalajes zonas de carburación y fusión 1800ºC La ganga se ha combinado con el fundente formando la escoria que sale por la bigotera. Por la piquera sale el arrabio
  15. 15. TEMA 6: MATERIALES FERROSOS
  16. 16. TEMA 6: MATERIALES FERROSOS 3.2.2. PRODUCTOS DEL ALTO HORNO ARRABIO, producto principal del Alto Horno. 90-95% de hierro. Puede ser de dos tipos: a) Hematites, para piezas fundidas en molde b) Básico, para fabricación de acero en convertidor soplado por oxígeno. ESCORIA, material de desecho que sobrenada el arrabio en el crisol, por su menor densidad. Sus aplicaciones son: a) Áridos para hormigón b) Aislantes térmicos c) cementos
  17. 17. TEMA 6: MATERIALES FERROSOS4. PROCEDIMIENTOS DE OBTENCIÓN DEL ACERO Para la obtención del acero se utilizan como materias primas el arrabio liquido del alto horno y la chatarra de acero. Se diferencian en la forma y tipo de energía aportada:  MARTIN - SIEMENS  BESSEMER - THOMAS  CONVERTIDOR LD  HORNOS ELÉCTRICOS
  18. 18. TEMA 6: MATERIALES FERROSOS 4.1. PROCEDIMIENTO MARTIN - SIEMENS• Permite cargas de tipo sólido, líquido o mixto.• Permite distintos tipos de mezclas, luego se obtienenproductos definidos.• La solera puede ser ácida, básica o neutra.• Según la proporción de gas-aire podemos tener unaatmósfera oxidante (para quemar o descarburar), reductora(para eliminar el oxígeno) o neutra (para mantener la Tª).• Los gases del horno se les hace pasar por cámarascalentándolas; luego se invierte el sentido, hacía otras cámarasfrías. La corriente gaseosa atraviesa el horno en un sentido yotro alternativamente.
  19. 19. TEMA 6: MATERIALES FERROSOS 4.2. CONVERTIDOR BESSEMER - THOMAS• Permite descarburar la fundición gracias a una corriente deaire comprimido que atraviesa la masa de fundición líquidacontenida en el convertidor.• Tres fases: llenado, soplado y vaciado.•El proceso se puede detener cerrando la entrada de aire.• Bessemer revestimiento ácido, Thomas básico.
  20. 20. TEMA 6: MATERIALES FERROSOS 4.3. CONVERTIDOR LD• El oxígeno se inyecta a alta presión (10-14 at.)a través de untubo refrigerado (lanza).• Fases del proceso:  Carga  soplado y afino  Colada o vaciado
  21. 21. TEMA 6: MATERIALES FERROSOS 4.4. HORNO ELÉCTRICOFusión de chatarra por medio de una corriente eléctrica y posterior afino del baño fundido. Hay dos tipos de hornos: a) DE ARCO ELÉCTRICO b) DE INDUCCIÓNVentajas: Fácilmente regulable. Calentamiento rápido. Se mantiene la Tª a voluntad, y muy elevadas. No hay gases en la combustión (menos impurezas). El revestimiento interior puede ser ácido o básico (distintos tipos de fundiciones).
  22. 22. TEMA 6: MATERIALES FERROSOS 4.5. COLADA DEL ACERO• El ACERO sale del horno en estado líquido, hay quesolidificarlo, varios métodos:  Vertiendo el acero sobre moldes de forma establecida (acero moldeado)  Colar el acero líquido sobre moldes prismáticos (lingoteras), para transformarlo luego por laminación o forja.  Colada continua del acero obteniendo directamente el semiproducto deseado.
  23. 23. TEMA 6: MATERIALES FERROSOS 4.6. OBTENCIÓN DE PRODUCTOS COMERCIALES • Hay distintos caminos para obtener el acero sólido, pero es necesario transformarlo en productos comerciales. Se realiza por los siguientes procedimientos:  Laminación  Forja  Estampación  MoldeoLa laminación consiste en hacer pasar un material entre dos rodilloso cilindros que giran a la misma velocidad y en sentidos opuestos, yreducen la sección transversal mediante la presión ejercida por éstos.Puede realizarse en frío o en caliente (800 – 1250º C)
  24. 24. TEMA 6: MATERIALES FERROSOS5. ESQUEMA DE UNA SIDERÚRGIA INTEGRAL
  25. 25. TEMA 6: MATERIALES FERROSOS6. PRODUCTOS SIDERÚRGICOS HIERRO DULCE (cuando C entre 0.008 – 0.025 %) ACEROS (0.025 – 2.1 %) FUNDICIONES (2.1 – 6.67 %) GRAFITO (>6.67 %) FERROALEACIONES
  26. 26. TEMA 6: MATERIALES FERROSOS CLASIFICACIÓN DE LOS ACEROS ACEROS AL CARBONO Presencia de otros O NO ALEADOS elementos < 0.7%• COMPOSICIÓN ACEROS ESPECIALES De baja aleación: 1 – 5 % O ALEADOS De alta aleación: > 5% F significa producto ferroso• DESIGNACIÓN NUMÉRICA 1ª cifra indica la serie UNE 36000 2ª cifra indica el grupo 3º cifra indica el individuo 4º cifra numeración cronológica
  27. 27. TEMA 6: MATERIALES FERROSOS ALEACIONES• Ni > Resistencia < Oxidación• Cr > Resistencia > Dureza• Cr-Ni >> Resistencia< Oxidación > Dureza 18% Cr- 8% Ni – Inox 2% Cr- 5% Ni• Si > 0,3% > Elasticidad Resortes• Mg Neutraliza al azufre para temple p/alto desgaste• Al 1,5% > dureza superficial• Mo > Resistencia tracción para temple• V < Fragilidad Resortes y herramientas• W > Dureza Herramientas• Co -W >> Dureza Herramientas• Ti < Oxidación
  28. 28. TEMA 6: MATERIALES FERROSOS PRESENTACIÓN COMERCIAL DEL ACERO Productos planos, planchas y chapas de 0.5 – 3 mm Productos largos, sección pequeña y gran longitud, barras dedistintas secciones:  Cuadrada  Rectangular (pletina)  Redonda  Exagonal  Media caña  Triangular  Alambre Perfiles, formas variadas y longitud variable: angular de lados iguales (L),angular de lados desiguales (L), angular en I, H (o doble T), en U, en T, perfiles tubulares(redondo, cuadrado, perfilado)
  29. 29. TEMA 6: MATERIALES FERROSOS FUNDICIONES• FUNDICIÓN GRIS, presenta el C en forma de grafito laminar:  Funde a 1200º C  Tenaz, pero poca dureza  Soporta altas presiones y temperaturas sin dilatarse FUNDICIÓN BLANCA, presenta el carbono en forma de carburo de hierro Fe3C (cementita) de color blanco.  Funde a 1150º C  Es muy dura, pero frágil  Difícil de mecanizar por su dureza. FUNDICIÓN ATRUCHADA, propiedades mezcla de las anteriores. FUNDICIÓN MALEABLE PERLÍTICA, mediante recocido a 900º C de la fundición blanca se produce a su descarburación (de 2-4% a 1-1.5%), eliminando la fragilidad, aumentando la resistencia a tracción. FUNDICIÓN MALEABLE BLANCA, el C de la cementita, ha desaparecido total o parcialmente. FUNDICIÓN MALEABLE NEGRA, C de la cementita precipita en copos de grafito. FUNDICIÓN DE GRAFITO ESFEROIDAL O NODULAR, por adición de Cerio o Mg
  30. 30. TEMA 6: MATERIALES FERROSOS FERROALEACIONESPRODUCTOS SIDERÚRGICOS QUE CONTIENEN ADEMÁS DEL HIERRO, UNO O VARIOS ELEMENTOS QUE LO CARACTERIZAN. Se emplean como materia prima para procesos metalúrgicos: Ferromanganesos, Ferrocromos, Ferrosilicios, Ferrovanadios, Ferroníquel, Ferrovolframio. CONGLOMERADOS FÉRREOS Formados por la unión entre sí de distintos tipos de polvos metálicos. Se pueden comprimir en un molde a altas presiones y temperaturas, obteniéndose una masa compacta solidificada. El proceso se llama siterizado o metalúrgia de polvos.

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