Obtención del Acero

Obtención del Hierro Colado

El hierro colado se obtiene en altos hornos a partir de mineral de hierro. El proceso separa las escorias del hierro concentrado. Para obtener fundición, el hierro colado se procesa en hornos como el cubilote, donde se descarbura y se reducen las impurezas.

Convertidor de Oxígeno

Son recipientes con forma cilíndrica o troncocónica, revestidos interiormente de cerámica refractaria y abiertos por la parte superior para la carga. Se introduce el hierro colado junto con chatarra, y una lanza inyecta oxígeno puro a presión. Esto provoca reacciones que mantienen el líquido a altas temperaturas y reducen el nivel de impurezas.

Horno Eléctrico

Son recipientes de acero refrigerados externamente por un circuito de agua y recubiertos por cerámica refractaria. Se cierran con una cubierta que contiene tres electrodos de grafito. Se introduce el hierro colado, chatarra y cal, se aplican descargas eléctricas, y el hierro y la ferralla aumentan de temperatura. Luego se añaden los elementos para formar las aleaciones. Este método permite un control preciso de la temperatura y la composición del acero.

Procedimientos para Solidificar el Acero

• Colado en Molde: Se vierte el acero líquido en un molde y se deja enfriar.
• Colado Continuo: Se vierte el acero líquido en canales que le dan forma de barra de sección rectangular. El material llega a la sección de laminación caliente sin necesidad de recalentarlo.

Tratamientos Térmicos

Consisten en someter el acero a cambios controlados de temperatura para variar las proporciones de sus constituyentes.

Temple

Se busca obtener acero con gran composición de martensita. Se calienta el acero hasta volverlo austenita y se enfría rápidamente para que se transforme en martensita.

Revenido

Se calienta el acero a menos de 723 °C, evitando la formación de austenita, y se enfría al aire. Sirve para aumentar la tenacidad y reducir la resistencia mecánica.

Recocido

Se disminuye la dureza y se incrementa la plasticidad para poder deformar el acero y trabajarlo mejor. Se calienta a temperaturas elevadas y se enfría al aire, más rápido que el recocido pero menos que el temple.

Tipos de recocido:

• Regeneración (más del 0.6% de carbono)
• Globular supercrítica (aceros aliados, herramientas)
• Contra acritud
• Estovament

Normalizado

Se calienta hasta la temperatura de austenización y se enfría al aire (más lento que el temple, menos que el recocido). Sirve para afinar la estructura granular, reducir el tamaño de grano del acero y eliminar tensiones internas producidas por la deformación.

Proceso de Obtención de Metales

Minería: Extracción del mineral de un yacimiento adecuado.

Metalurgia: Separación del metal de los otros elementos.

Industrias Metálicas: Elaboración del metal obtenido para la obtención de artículos útiles.

Proceso para la Obtención del Metal

Se extrae un mineral y se separa de las impurezas, dejando la parte rica en metal (óxidos, sulfuros y carbonatos).

Mena y Ganga

Mena: Parte aprovechable y rica en el metal buscado en el mineral.

Ganga: Parte no aprovechable y pobre en metal. Un mineral es rentable para la obtención del metal cuando el contenido de este supera un porcentaje mínimo establecido.

Aleación

Es un producto obtenido a partir de la unión de dos o más elementos químicos, de los cuales al menos uno debe ser un metal. Una vez formada, presenta las características propias de un metal. Se distinguen por los componentes que las forman y se identifican por su composición.

Solidificación de Metales y Aleaciones

Los metales puros tienen un valor fijo de temperatura de fusión, que se mantiene constante durante la solidificación. Las aleaciones no tienen un valor fijo de fusión.

Fases de Solidificación de una Aleación

• Fase líquida: Por encima de la línea de líquido, la aleación siempre se encontrará en fase líquida.
• Fase líquida + sólida: Para cualquier punto situado en esta área, la aleación siempre contendrá una parte de la masa en fase sólida y otra parte en fase líquida.
• Fase sólida: Por debajo de la línea de sólido, la aleación siempre se encontrará en fase sólida.

Ventajas de las Aleaciones

• Se solidifican a una temperatura constante en lugar de hacerlo en un intervalo.
• La temperatura de solidificación o fusión es la más baja de todas las posibles con los componentes que forman la mezcla.
• Es más baja que la más baja de los elementos puros que forman la aleación.
• Son mezclas finísimas e íntimas de cristales puros de los elementos de la aleación, ideales para llenar mejor los moldes y dar piezas más homogéneas.

Hierro Puro

Es un elemento químico con pocas aplicaciones industriales debido a su baja resistencia mecánica y su mayor tendencia a la corrosión. La aleación hierro-carbono, cuando el contenido de carbono es inferior al 0,03%, se aprovecha por sus propiedades magnéticas, como en la fabricación de chapas para núcleos de transformadores eléctricos.

Variedades Alotrópicas del Hierro

• Variedad delta: Se forma entre 1539 °C y 1396 °C.
• Variedad gamma: Se forma entre 1390 °C y 900 °C.
• Variedad beta: Se forma entre 900 °C y 750 °C.
• Variedad alfa: Se forma entre 750 °C y 0 °C.

Para obtener hierro en la variedad deseada, se debe enfriar rápidamente cuando se encuentre a la temperatura correspondiente a dicha variedad.

Constituyentes del Hierro-Carbono

• Ferrita: Hierro alfa.
• Cementita: Carburo de hierro.
• Perlita: 86,4% ferrita y 13,5% cementita.
• Austenita: Hierro gamma.
• Martensita: Hierro alfa.

Productos de la Aleación Hierro-Carbono

• Aceros: Contenido de carbono entre 0,1% y 1,76%.
• Fundiciones: Contenido de carbono entre 1,76% y 6,67%. En la práctica, el contenido de carbono de las fundiciones oscila entre 3% y 4,5%.

Forja

Consiste en situar una masa sólida de metal caliente entre las dos mitades de un molde o matriz y aplicar esfuerzos de compresión hasta que adopta su forma.

Moldeado

Consiste en introducir el metal en fase líquida en el interior de un molde cerrado y desmoldarlo una vez se ha solidificado.

Tipos de Fundiciones

Las fundiciones contienen el carbono en forma de carburo de hierro (fundición blanca) o en forma de grafito (fundición gris).

• Fundición gris:
  • Laminar: En forma de láminas.
  • Nodular: En forma de ramo o racimo.
  • Esferoidal: En forma de esfera.

Reducción

Nombre que recibe la separación del oxígeno que está combinado con el metal.

Fases para la Obtención del Acero y las Fundiciones

1. Obtención del hierro fundido en un alto horno.
2. El hierro colado en estado líquido se lleva a los convertidores, donde se elimina parte del carbono y las impurezas hasta obtener el acero o la fundición deseada.

Alto Horno

Estructura de acero recubierta interiormente por material cerámico refractario. Tiene forma de dos troncos de cono unidos por la parte más ancha, con unos 30 m de altura y unos 6 m de diámetro máximo. Por la parte superior se introducen las materias primas y se extraen los gases. Por la parte inferior se introduce aire caliente a presión, y se recogen el hierro fundido y las escorias.

• Mineral de hierro: Aporta el hierro oxidado que, una vez reducido, se obtiene en forma de hierro fundido.
• Carbón de coque: Actúa como combustible para obtener elevadas temperaturas y aporta el carbono necesario para la reducción del hierro.

Proceso del Alto Horno

1. Introducción de las materias primas en capas sucesivas por la boca superior del horno.
2. Combustión del carbón de coque gracias a la inyección de aire caliente en la base del horno, lo que provoca altas temperaturas.
3. Extracción periódica del hierro fundido por un orificio.

Hierro Colado Obtenido del Alto Horno

Aleación de hierro y carbono con un contenido aproximado del 4% de carbono, 2% de silicio y menores cantidades de fósforo, azufre y oxígeno.