1 PAL - CURSO 2008/09 Eduardo García Marín Jorge Sanjuán García Héctor Siguero Jurado.
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PAL - CURSO 2008/09Eduardo García MarínJorge Sanjuán GarcíaHéctor Siguero Jurado
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• Son aquellos materiales cuyo componente principal es el hierro asociado con otras sustancias tanto metálicas como no metálicas.Se pueden clasificar dependiendo del contenido de Carbono en:
HierroAcerosFundicionesFerroaleaciones
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Producción de hierroProducción de hierro• El elemento químico hierro supone el 5% de la El elemento químico hierro supone el 5% de la
corteza terrestre. corteza terrestre. • Nunca se presenta en estado puro.Nunca se presenta en estado puro.• Para la producción de hierro y acero son
necesarias cuatro sustancias fundamentales:-Minerales de hierro -Coque -Piedra caliza -Aire
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Minerales de hierroMinerales de hierro
MAGNETITA
OXIDOS DE HIERRO
60-70%
HEMATITES ROJA
ÓXIDO DE HIERRO (III)
40-60%
•Los principales minerales de los que forma Los principales minerales de los que forma parte son:parte son:
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Minerales de hierroMinerales de hierro
LIMONITA
HIDRÓXIDO DE HIERRO (III)
30-60%
SIDERITA
CARBONATO DE HIERRO (II)
30-40%
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CARBÓN DE COK - COQUE
La misión del carbón de coque en el proceso siderúrgico es:
• Producir por combustión el calor necesario para la reacción de reducción (eliminar oxígeno) y fundir la mena dentro del horno.
• Producir el gas reductor (CO) que transforma los óxidos en arrabio.
Se obtiene el coque calentando las hullas grasas y semigrasas de llama corta, con contenido en materias volátiles entre 22% y 30%, azufre <1% y cenizas <9% a >1000 ºC .
Características de un buen coque:
• Alto poder calorífico (6500 – 8750 kcal/kg)
• Mínimo contenido en fósforo y azufre (hacen frágil la fundición)
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FUNDENTES
La misión de los fundentes en el proceso siderúrgico es:• Combinarse con la ganga y con las impurezas para bajar su punto de
fusión, y hacer que la escoria se encuentre fluida.• 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.
• Los fundentes más utilizados: sílice, caliza (carbonato cálcico) y la dolomía (carbonato magnésico).
– Si ganga ácida SiO2 → fundente básico Al2O3, MgO, CaO– Si ganga básica MgO, CaO → fundente ácido SiO2– Si ganga neutra → fundente neutro CrO
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OBTENCIÓN DEL HIERRO
El dispositivo habitual para obtener hierro a partir de sus minerales es el denominado
ALTO HORNO
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REACCIONES EN EL ALTO HORNO
Fe2O3 + CO → 2 Fe O + CO2
FeO + CO → Fe + CO2
CO3Ca → CaO + CO2
CaO + SiO2 →SiO2Ca
COK + HIERRO SÓLIDO
COK ESCORIAHIERRO LIQUIDO LIQUIDA
C+CO2 → 2CO
C + O2 → CO2
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AFINO
• El arrabio posee un exceso de impurezas carbono, azufre, fósforo, silicio, manganeso, etc.) que lo hace demasiado frágil y poco adecuado para la fabricación de piezas industriales.
• La solución consiste en eliminar la mayoría de esas impurezas en hornos adecuados, denominados hornos de afino.
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HORNOS DE AFINO
1855 – CONVERTIDOR BESSEMER (GB)
1. Recipiente 2. Cavidad interior3. Entrada de aire 4. Caja de cierre5. Toma de aire 6. Basculante 7. Boca
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HORNOS DE AFINO
1855 – CONVERTIDOR BESSEMER (GB)
1) Fase de llenado. El convertidor se inclina y se vierte el arrabio fundido.2) Fase de soplado. El convertidor se pone en posición vertical y se inyecta aire a presión desde el fondo, pasando a través de la masa fundida y oxidando el carbono, el silicio y el magnesio.3) Fase de vaciado. Se inclina el convertidor y se vierten primero las escorias y después el acero en las lingoteras.
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HORNOS DE AFINO1864 – HORNO SIEMENS-MARTIN (ALE)
PULSA PARA AMPLIAR
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•Fue el primer dispositivo capaz de obtener acero a partir de chatarra.
•La carga se realiza por al parte superior.
•El afino consiste en quemar el combustible a 1800 ºC. A esa temperatura las impurezas se oxidan y son arrastradas por la cal formando escorias.
•Puede cargar materiales de arrabio, mineral de hierro y chatarra hasta el 70%.
•Cuando el contenido en carbono es el adecuado, se añaden los aleantes y se extrae la colada.
•Se gasta mucho combustible.
HORNOS DE AFINO
1864 – HORNO SIEMENS-MARTIN (ALE)
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HORNOS DE AFINO
1900 – HORNO ELÉCTRICO DE ARCO – Héroult (FR)
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HORNOS DE AFINO
1900 – HORNO ELÉCTRICO DE ARCO – Héroult (FR)
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HORNOS DE AFINO
1900 – HORNO ELÉCTRICO DE ARCO – Héroult (FR)
• Se carga con chatarra, cal y otros metales para hacer aleaciones especiales.
• Se utilizan voltajes de ≈ 900 V
• Se calienta rápidamente a 3.500 ºC; los procesos duran del orden de 60 minutos.
• Se obtienen aceros especiales.
• Elevado coste energético.
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HORNOS DE AFINO
1945 – Convertidor LD – Linz y Donowitz (AUS)
Paso 1
Se inclina el horno y se añade el
arrabio, el fundente y, a
veces, la chatarra
Paso 2
Se pone vertical y se baja la lanza para inyectar oxígeno en el metal fundido. Las impurezas se queman.
Paso 3
Se inclina el horno y se
saca la escoria que flota sobre el acero.
Paso 4
Se vierte el acero sobre la cuchara y se
añaden ferroaleaciones y carbono.
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HORNOS DE AFINO
1945 – Convertidor LD – Linz y Donowitz (AUS)
• Se pueden cargar de 300 a 500 Tn.
• La duración del afino es de unos 60 minutos.
• Se inyecta oxígeno a 12 atms.
• Oxida el carbono hasta niveles del 1%.
• Al quemar el carbón, aumenta la temperatura, mantiene el material liquido y elimina fósforo, azufre y silicio.
• Al final del proceso se añaden los aleantes.
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HORNOS DE AFINO
1978 – Horno eléctrico de inducción – Krupp (ALE)
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HORNOS DE AFINO
1978 – Horno eléctrico de inducción – Krupp (ALE)
• Trabajan a una frecuencia del orden de 9600 KHz.
• Voltajes de 380 V
• Las corrientes que inducen producen un aumento de temperatura.
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PRODUCTOS SIDERÚRGICOS
• Hierro dulce (C entre 0.008 – 0.025 %)
• Aceros (0.025 – 2.1 %)
• Fundiciones (2.1 – 6.67 %)
• Ferroaleaciones
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TIPOS DE ACEROS
ACEROS C Si Mn Cr Mo Ni V W
Al carbono 0,45 - 0,55 0,25 0,65 - 0,7
Aleados de temple y revenido 0,32 - 0,41 0,25 0,6 - 0,75 0,7 - 1,25 0 - 0,2 0 - 4,25
Rodamientos 1 0,25 0,3 1,5
Muelles 0,5 0,3 0,85 1 0,15
Cementación 0,1 -0,2 0,25 - 0,3 0,45 - 0,8 0 - 0,95 0 - 0,25 0 - 3,25
Mecanizado 0,15 0,05 1,25
Inoxidables 0,08 1 2 17,5 - 19 0 - 2,5 9,5 - 12
Herramientas 0,38 - 0,95 0,25 - 0,3 1,1 - 1,4 0,5 - 1,95 0 - 0,2 0 - 1 0 - 0,1 0 - 0,5
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PRODUCTOS SIDERÚRGICOS
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Reutilización del hierro – LA CHATARRA
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Reutilización del hierro – LA CHATARRA
• La chatarra de hierro, es el conjunto de trozos de metal de desecho.
• Es utilizada en la producción de acero, cubriendo un 40% de las necesidades mundiales. El porcentaje de uso varía según el proceso de fabricación utilizado, siendo un 20% en la producción de acero por convertidor LD y llegando al 100% en el proceso de fabricación por horno eléctrico.
• La chatarra se procesa en las zonas de desguace y después se envía a las acerías, donde se consiguen nuevos productos siderúrgicos.
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Aplicaciones del hierro, acero y aleaciones
• EN LA CONSTRUCCIÓN. Sirve para estructurar los edificios, los puentes, transportar el agua, el gas u otros fluidos.
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Aplicaciones del hierro, acero y aleaciones
• EN EL SECTOR DEL TRANSPORTE.
Este sector constituye el segundo mercado acero, después de la construcción y las obras publicas.
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Aplicaciones del hierro, acero y aleaciones
• ENVASES DE USO COTIDIANO: Depósitos, botes, latas, bidones, etc.Numerosos envases son fabricados a partir de hojas de acero, si requieren un medio hermético de conservación.
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Aplicaciones del hierro, acero y aleaciones• HOSTELERIA Y SERVICIOS
Cada vez más, los materiales de acero inoxidable se emplea por su presencia y limpieza en todo lo relacionado con la manipulación de alimentos.
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Aplicaciones del hierro, acero y aleaciones
• EN SANIDADEl instrumental de acero inoxidable, las prótesis aleadas principalmente con titanio, forman parte del material sanitario.