1. TEMA 5: OS METAIS FERROSOS
1
Tema 5: Os metais ferrosos
1.- O FERRO
Os metais preséntanse na natureza de forma libre (prata, cobre, etc.) ou
combinados con outros elementos químicos. O ferro atópase baixo a forma de
minerais de ferro, combinado principalmente con osíxeno e xofre. As formas máis
comúns do mineral de ferro son:



Olixisto: contén entre un 60% e un 70% de ferro e é o máis empregado.
Magnetita: difícil de traballar transfórmase en olixisto mediante calcinación.
Sulfuros de ferro: non teñen moita aplicación debido a que o xofre produce
efectos non desexados no produto final.
Estes minerais mestúranse na natureza con outras impurezas e preséntanse en
forma rochosa. A parte útil da roca (o mineral) denomínase mena, mentres que as
impurezas reciben o nome de ganga. O proceso de extracción destes minerais é
rendible en función da súa situación xeográfica, forma de extracción requirida,
natureza e calidade da ganga e da mena e factores económicos.
Unha vez extraída esta mestura rochosa debe eliminarse a ganga, co que
obteremos mineral de ferro. Para isto lévase a cabo un proceso denominado
concentración que consta das seguintes fases:
1ª. Lavado con auga a presión.
2ª. Eliminación da auga e elementos volátiles por medio de torradura.
3ª. Trituración e moenda seguido dun cribado.
4ª. Separación do mineral de ferro por procesos magnéticos ou por flotación. Estes
procesos aproveitan propiedades físicas do ferro como a súa capacidade magnética e a
diferenza de peso específico respecto da ganga.
5ª. Denominada sinterización, consiste en que aglomerar o mineral de ferro
previamente moído, en masas compactas mediante a aplicación de calor e presión.
Unha vez obtido o mineral de ferro (aínda contén numerosas impurezas),
emprégase como materia prima para os altos fornos, que é onde se leva a cabo o
primeiro proceso para a produción dos distintos materiais férricos.
TECNOLOXÍA INDUSTRIAL I
IES AQUIS CELENIS

2. TEMA 5: OS METAIS FERROSOS
2
2.- OS MATERIAIS FÉRRICOS.
Os metais en xeral, son sólidos con estructura atómica interna cristalina. Este
tipo de estructura consiste na ordenación de átomos en celas elementais de formas
xeométrica sinxelas. Arredor destas deposítanse nas tres direccións do espazo outras
celas ata conformar o cristal.
O tipo de estructura cristalina proporciona as propiedades físicas que terá o
metal: densidade, dilatación térmica, calor de fusión, magnetismo, ... así como as
propiedades mecánicas. Pero estas estructuras cristalinas a miúdo son imperfectas
debido a defectos puntuais, lineais ou superficiais o que reduce as características e
propiedades mecánicas e físicas do metal.
Así, en xeral os metais puros non teñen utilidade tecnolóxica debido a que non
presentan as propiedades mecánicas, físicas, químicas,... desexadas para unha
determinada aplicación. Nestes casos unha das solucións máis adoptadas é modificar a
súa composición engadindo átomos doutros elementos químicos. Os metais así
obtidos reciben o nome de aliaxes. Esto ocorre co ferro, que en estado puro
unicamente presenta aplicacións debido o seu carácter magnético, e dende o punto de
vista industrial, alíase co carbono para obter as propiedades desexadas.
Os materiais siderúrxicos son aliaxes de ferro e carbono que terán distintas
propiedades físicas e mecánicas dependendo da súa estructura cristalina. Clasifícanse
segundo a proporción de carbono e a existencia de outros elementos químicos. A
clasificación xeral está baseada nos seguintes tres grupos: ferro, fundicións e aceiros.
3.- O ALTO FORNO.
O mineral de ferro unha vez concentrado é reducido nun alto forno para obter
arrabio. Este arrabio serve como materia prima para a obtención dos metais férricos
fundamentais: as fundicións e os aceiros.
O alto forno ( ver figura) cunha altura de 40 a 60 m ten unha estructura con
paredes refractarias de aprox. 250 cm de grosor. O bo funcionamento deste dispositivo
asegura a calidade necesaria no arrabio e polo tanto no produto siderúrxico que con
posterioridade obteremos.
TECNOLOXÍA INDUSTRIAL I
IES AQUIS CELENIS

3. TEMA 5: OS METAIS FERROSOS
TECNOLOXÍA INDUSTRIAL I
3
IES AQUIS CELENIS

4. TEMA 5: OS METAIS FERROSOS
4
Emprégase como materia prima os seguintes elementos:



Mineral de ferro: despois de ser concentrado e sinterizado.
Carbón de coque: obtense a partir da coquización sobre determinados carbóns
de hulla. Ten a misión de actuar como combustible, é dicir, subministrar o calor
necesario para fundir o mineral de ferro, e así mesmo actúa como compoñente
reductor.
Fundente: pode ser arxila (“arcilla”), area ou cal. A súa misión é combinarse coa
ganga residual (non eliminada na concentración e sinterización inicial) e coa
cinza do carbón de coque para poder recoller unha mestura das impurezas
producidas no proceso. Esta mestura denominase escoura e a súa vantaxe é
que pode ser retirada independentemente do arrabio.
Nun alto forno podemos distinguir as seguintes zonas:






Zona superior: nesta parte atópase tanto o tragante, polo que introducimos as
materias primas, como un sistema de escape dos gases xerados no proceso.
Zona de redución dos óxidos: zona onde se eliminan os óxidos do mineral
introducido. Nesta zona obtense ferro puro.
Zona de absorción de calor, tamén chamada cuba. Cunha temperatura de
400C na parte superior a 1200C na inferior, conséguese fundir a escoura.
Zona de fusión: zona máis ancha do forno chamada ventre. Atópase a unha
temperatura de aprox. 1500C e é a zona onde se funde o ferro.
Zona de etalaxes: nesta zona introdúcese aire quente (700C) a través das
tobeiras. O osíxeno deste aire combinase co carbón de coque e reacciona
desprendendo calor e monóxido de carbono (CO), que sube e sirve para a
redución do mineral de ferro na zona superior do forno.
Zona de crisol: é a parte máis baixa onde se depositan o arrabio e a escoura.
Esta última flota sobre o arrabio e recollese pola piquera ou bigoteira de
escoura, situada nun plano superior á piquera de arrabio, que é por onde flúe
en estado líquido o arrabio cara unhas culleres de recollida. A cantidade de
arrabio que pode producir un alto forno é a correspondente ó volume
comprendido entre ambas piqueras.
Os gases desprendidos, principalmente monóxido de carbono, alcanzan
temperaturas moi elevadas e poden aproveitarse para quentar o aire insuflado na zona
de etalaxes (sistema Cowper) ou ben para xeración de electricidade (coxeneración). A
escoura tamén é reutilizable, principalmente para a fabricación de cementos e de
illantes térmicos e acústicos.
Case toda a totalidade do arrabio convértese en aceiro mediante o convertedor ou
procedemento LD. En casos de exceso de produción, o arrabio almacénase previo
proceso de solidificación en moldes denominados lingotes.
Na actualidade empréganse os fornos eléctricos (estúdanse a continuación) para a
obtención de arrabio a partir de chatarra e ferroaliaxes.
TECNOLOXÍA INDUSTRIAL I
IES AQUIS CELENIS

5. TEMA 5: OS METAIS FERROSOS
5
4.- OS ACEIROS.
Considéranse aceiros aqueles materiais siderúrxicos cun contido de carbono
menor do 1’7% e maior ó 0’1%. Ó longo da historia, para conseguir pezas metálicas
empregáronse distintos tipos de fundicións que se obtiñan mediante redución dos
minerais de ferro en fornos de similar funcionamento ó alto forno. Sen embargo, estes
materiais tiñan un alto contido de carbono o que daba como resultado pezas fráxiles.
O desenvolvemento do sector siderúrxico comezou a finais do século XVIII, cando
comezaron a estudarse métodos que reducían o contido de carbono o que permitía
obter pezas de mellores propiedades mecánicas.
Os aceiros ó carbono que non teñen outros elementos na aliaxe posúan
propiedades de plasticidade e maleabilidade, e son conformables en frío e en quente.
Pero a industria moderna require características moi específicas dependendo do
traballo que vai facer a peza. Estas propiedades conséguense por medio da adicción de
un ou máis elementos da aliaxe, así como mediante tratamentos térmicos e
termoquímicos.
4.1.- OBTENCIÓN DO ACEIRO.
Os aceiros obtéñense a partir do arrabio do alto forno mediante a eliminación
de impurezas e descarburación. Para isto empréganse principalmente o procedemento
LD, tamén denominado forno de osíxeno.
No forno de osíxeno ou procedemento LD, sobre o arrabio fundido faise incidir
un chorro de osíxeno puro (99%) insuflado en sentido vertical e a presión (ver figura). É
un proceso moi rápido que require un control automatizado das cargas de arrabio e
fundente a introducir e da presión e caudal de O2. Ó insuflar osíxeno sobre o arrabio
crease óxido ferroso que reacciona rapidamente coas impurezas formando óxidos, que
posteriormente son eliminados. Despois engádese fundente (cal) e séguese insuflando
osíxeno que forma CO e CO2 e rebaixa o contido de carbono ata chegar ó grado de
composición desexado. Este procedemento é bastante moderno e supón un avance
moi importante na tarefa de conseguir aceiros de calidade moi elevada a baixo custo e
de maneira sinxela. É o procedemento máis empregado na actualidade. A aceiro
producido segue a continuación o proceso para a súa conformación ou
almacenamento.
TECNOLOXÍA INDUSTRIAL I
IES AQUIS CELENIS

6. TEMA 5: OS METAIS FERROSOS
6
Os aceiros tamén se obteñen a partir da chatarra, sendo o forno eléctrico o máis
empregado. Nestes fornos o proceso é moito máis limpo e conséguense temperaturas máis
altas e máis facilmente regulables. Os compoñentes son arrabio e chatarra de aceiro. O
proceso comeza cargando o forno con chatarra e fundente (cal). Introdúcense un electrodos
de grafito conectados a un voltaxe moi elevado. Desta forma saltan potentes arcos voltaicos
entre os electrodos e a chatarra comezando a fundila. Cando a chatarra está fundida, inxéctase
osíxeno para eliminar os elementos non desexados como Si, Mg, P, ... Inclinase o forno e
retírase a escoura. Posteriormente engádese o carbono e as ferroaliaxes para conseguir o
aceiro coas propiedades desexadas. Posteriormente este aceiro segue o proceso para a súa
conformación ou almacenamento.
TECNOLOXÍA INDUSTRIAL I
IES AQUIS CELENIS

7. TEMA 5: OS METAIS FERROSOS
7
4.2.- COLADA DE ACEIRO.
O aceiro líquido obtido por procedemento LD ou do forno eléctrico solidifícase
empregando algún dos seguintes métodos de colada:
-
-
-
Colada convencional: consiste en verter o aceiro líquido sobre moldes coa
forma da peza que se desexa obter. Posteriormente, arrefríase o metal e
extraese a peza.
Colada sobre lingoteras: si nun momento dado a demanda de produtos
ferrosos é baixa e non ten saída comercial, solidifícase non interior de
lingoteiras (moldes prismáticos de fundición, con forma troncocónica e sección
cadrada) e deixase arrefriar. Posteriormente extraese da lingoteira e
almacenase.
Colada continua: é o procedemento de coada máis moderno e económico que
existe. Consiste en verter o aceiro líquido sobre un molde sen fondo que se vai
desprazando impulsado mecanicamente (similar a unha cinta transportadora) e
vaise arrefriando. Desta forma e a partir da forma do molde obtéñense
diferentes tipos de perfís, barras, chapas e arames.
4.3.- CLASIFICACIÓN DOS ACEIROS.
Pódense clasificar atendendo a diferentes criterios.
. Clasificación segundo a composición química: divídense en dous grupos:
-
-
Aceiros non aleados: a súa composición é estritamente ferro e carbono, sen ter
outros elementos máis que impurezas en moi pequenos porcentaxes. As
propiedades mecánicas varían de forma que a maior contido de carbono, o
material é máis resistente á tracción e ó mesmo tempo, máis duro, pero máis
fráxil e menos maleable. De menor a maior contido de carbono, os aceiros non
aleados divídense en: aceiros suaves (doces), aceiros medios e aceiros duros.
Aceiros aleados: ó entrar na aliaxe determinados elementos químicos neste
tipo de aceiros as propiedades do material varían notablemente.
. Clasificación segundo a norma UNE 36010: é a clasificación máis empregada no
ámbito industrial e tecnolóxico. Clasifica ós aceiros segundo a utilización que van ter. A
denominación consiste nunha F seguida de catro cifras. A primeira cifra é a serie e
indica propiedades e aplicacións xerais para esa serie de aceiros. A segunda cifra é o
grupo e distingue os aceiros da mesma serie a partir das súas características ou
aplicacións específicas, e a terceira e a cuarta cifra teñen un valor clasificatorio e vanse
colocando a medida que se descobren novos aceiros. Na seguinte táboa indícanse as
series principais extraídas da citada norma UNE.
TECNOLOXÍA INDUSTRIAL I
IES AQUIS CELENIS

8. TEMA 5: OS METAIS FERROSOS
Clasificación dos aceiros segundo a norma UNE-36010
Serie Grupo
Denominación
Serie 1 Grupo 1
Acero al carbono.
Grupos 2 y 3 Acero aleado de gran resistencia.
Grupo 4
Acero aleado de gran elasticidad.
Grupo 5 y 6
Aceros para cementación.
Grupo 7
Serie 2 Grupo 1
Grupo 2
Grupo 3
Grupo 4
Grupo 5
Serie 3 Grupo 1
Grupos 2 y 3
Aceros para nitruración.
Aceros de fácil mecanización .
Aceros para soldadura .
Aceros magnéticos .
Aceros de dilatación térmica.
Aceros resistentes a la fluencia.
Aceros inoxidables.
Aceros resistentes al calor.
TECNOLOXÍA INDUSTRIAL I
8
Descripción
Son aceros al carbono y
por tanto no aleados.
Cuanto más carbono
tienen sus respectivos
grupos son más duros y
menos soldables, pero
también son más
resistentes a los choques.
Son aceros aptos para
tratamientos térmicos que
aumentan su resistencia,
tenacidad y dureza. Son los
aceros que cubren las
necesidades generales de
la Ingeniería de
construcción tanto
industrial como civil y
comunicaciones.
Son aceros a los que se
incorporan elementos
aleantes que mejoran las
propiedades necesarias
que se exigen las piezas
que se van a fabricar con
ellos como, por ejemplo,
tornillería, tubos y perfiles
en los grupos 1 y 2.
Núcleos de
transformadores y
motores en los aceros del
grupo 3, piezas de unión
de materiales férricos con
no férricos sometidos a
temperatura en el grupo 4,
piezas instaladas en
instalaciones químicas y
refinerías sometidas a
altas temperaturas los del
grupo 5.
Estos aceros están basados
en la adición de cantidades
considerables de cromo y
níquel a los que se suman
otros elementos para otras
IES AQUIS CELENIS

9. TEMA 5: OS METAIS FERROSOS
9
propiedades más
específicas. Son resistentes
a ambientes húmedos, a
agentes químicos y a altas
temperaturas. Sus
aplicaciones más
importantes son para la
fabricación de depósitos
de agua, cámaras
frigoríficas industriales,
material clínico e
instrumentos quirúrgicos,
pequeños
electrodomésticos,
material doméstico como
cuberterías, cuchillería,
etc..
Serie 5 Grupo 1
Acero al carbono para herramientas. Son aceros aleados con
tratamientos térmicos que
Grupos 2, 3 y 4 Acero aleado para herramientas.
les dan características muy
particulares de dureza,
tenacidad y resistencia al
desgaste y a la
deformación por calor. Los
aceros del grupo 1 de esta
serie se utilizan para
construir maquinaria de
trabajos ligeros en general,
Grupo 5
Aceros rápidos.
desde la carpintería y la
agrícola (aperos). Los
grupos 2,3 y 4 se utilizan
para construir máquinas y
herramientas más
pesadas. El grupo 5 se
utiliza para construir
herramientas de corte.
Serie 8 Grupo 1
Aceros para moldeo.
Son aceros adecuados para
moldear piezas por vertido
Grupo 3
Aceros de baja radiación.
en moldes de arena, por lo
que requieren cierto
contenido mínimo de
carbono que les dé
estabilidad. Se utilizan
Grupo 4
Aceros para moldeo inoxidables.
para el moldeo de piezas
geométricas complicadas,
con características muy
variadas, que
TECNOLOXÍA INDUSTRIAL I
IES AQUIS CELENIS

10. TEMA 5: OS METAIS FERROSOS
10
posteriormente son
acabadas en procesos de
mecanizado.
5.- AS FUNDICIÓNS.
Denomínanse fundicións ós produtos siderúrxicos que posúen un contido en
carbono entre un 1’67 e o 6’67% en carbono. En xeral teñen aplicacións limitadas
debido as súas propiedades mecánicas. Segundo o proceso de obtención clasifícanse
en: fundición branca, gris, maleable e dúctil.

Fundición branca ou de primeira fusión.
Na fundición branca o carbono está combinado co ferro en forma de cementita
(Fe3C), dándolle un característico cor branco na rotura. O contido de carbono está
entre o 2’5 e o 3% e procede directamente do alto forno.
As súas propiedades débense ó alto contido en carbono: son materiais duros,
fráxiles e dificilmente mecanizables. Estas características fan que sexan de utilidade
como materia prima para a obtención de aceiros e fundicións maleables, así como para
a construción de pezas de formas complicadas con fortes desgastes sobre as que non
actúan esforzos mecánicos (tensión, flexión, cortadura, ...), como por ex. zapatas de
freo de maquinaria pesada, rolos de laminación, etc.

Fundición gris ou de segunda fusión.
Na fundición gris case todo o carbono está baixo a forma de grafito, o que lle
confire unha cor gris. Contén entre un 3 e un 3’5% de carbono. Obtense tras fundir o
arrabio xunto con chatarra nun cubilote. O cubilote consiste nun forno de redución cun
proceso análogo a un alto forno pero a menor escala, no que a materia prima é
arrabio, chatarra, carbón de coque e fundentes.
O grafito presentase en forma de láminas, polo que é fráxil, non pode soldarse nin
forxarse, pero si é mecanizable e moi maleable. É un material barato moi empregado
para conseguir pezas con formas complicadas. Destaca por absorber ben as vibracións,
polo que é moi empregado nas bancadas das máquinas.

Fundición maleable.
Procede da fundición de primeira fusión, á que tras un tratamento térmico
proporciónanselle características de certa ductilidade e maleabilidade, é dicir,
posibilidade de deformación e menor fraxilidade.
TECNOLOXÍA INDUSTRIAL I
IES AQUIS CELENIS

11. TEMA 5: OS METAIS FERROSOS
11
Non é tan fráxil como a fundición branca e conserva a súa tenacidade. Emprégase
para pezas de formas complicadas que non están sometidas a fortes esforzos
mecánicos: soportes de elementos de máquinas, elementos de conexións hidráulicas,
...

Fundición dúctil ou nodular.
A fundición nodular consiste na adicción de magnesio, níquel ou cerio á fundición
gris. Estes elementos fan que o grafito adquira forma nodular que lle proporciona
características similares ás da fundición maleables pero con maior resistencia
mecánica.
Pode chegar a alcanzar propiedades achegadas ás dos aceiros cun custo de
produción moito menor. Presenta boas características de resistencia mecánica así
como elevada ductilidade. Pode adoptar formas complicadas, é facilmente maquinable
e ademais pode ser moldeada. Emprégase para elementos sometidos a altas presións:
carcasas de bombas e turbinas, condución oleohidraúlicas, ...
5.1.- PRESENTACIÓN COMERCIAL.
O arrabio empregado para alimentar os cubilotes e os fornos de aceiro
subministrase do alto forno en forma de lingotes de aprox. 40 kg.
As fundicións son empregadas principalmente para ser conformadas mediante
moldeo. Este proceso de conformación de pezas consiste en verter a fundición en
caldo en moldes de area que reproducen a forma da peza que desexamos obter.
Os aceiros preséntanse no mercado en forma de perfiles laminados. Este é un
proceso de conformación que consiste en facer pasar un lingote de aceiro entre dous
rolos comprimindo o material e dándolle a súa forma definitiva. A laminación pode
facerse en quente e en frío. Os perfiles máis habituais son:
-
Chapa: superficies planas de grosores comprendidos entre 3 e 20 mm.
Perfiles diversos: redondos, medio redondos, cuadradiños, pasamáns, platinas
e flexes.
Tubos: segundo o proceso de obtención, divídense en:
o Sen costuras: extraendo material da parte central do redondo.
Empregados en aplicacións onde van estar sometidos a presión.
o Con cordón de soldadura: proceso automatizado que curva unha platina
e une os extremos mediante un cordón de soldadura.
TECNOLOXÍA INDUSTRIAL I
IES AQUIS CELENIS

12. TEMA 5: OS METAIS FERROSOS
-
12
Perfiles normalizados: empregados fundamentalmente na construción. A
normalización determina as dimensións exactas que deben ter os perfiles.
TECNOLOXÍA INDUSTRIAL I
IES AQUIS CELENIS