1.METALEZKO MATERIALAK (FERRIKOAK) - teknodbh.euteknodbh.eu/attachments/article/87/BURDIÑEZKO...

INDUSTRIA TEKNOLOGIA 1 2.BLOKEA: MATERIALAK

2011-09-22

METALAK. BURDINEZKO MATERIALAK 1

1.METALEZKO MATERIALAK (FERRIKOAK)

1. SARRERA

Metalak osagai nagusiena burdina duten materialak dira. Burdina, proportzio ezberdinetan azaltzen diren beste osagaiekin nahastuta agertzen da. Industrian, metalezko materialen kontsumoaren %90-a da eta burdinez egindako produktuak osatzen dute.

2. BURDIN MINERALAK

Burdina, elementu kimikoa, ez da inoiz puru azaltzen naturan, oxiko, hidroxido, karbonato edo sulfuro eran baizik.

Burdina-mineral nagusiak ondoko hauek dira: magnetita, hematite gorria, siderita, limonita eta pirita.

- Magnetita, burdin oxidoen nahasketa. Kolore ilunekoa, beltza ia. Oso burdin

mea ona, elementu hau % 60-72-an agertzen baita, baina naturan gutxi aurkitzen da.

- Hematite gorria, burdina (III) oxidoa. Masa trinko gorrietan agertzen da.

% 40-70 burdin dauka eta aurreko minerala baino oparoagoa.

- Siderita, burdina (II) karbonatoa. Kolore horiagoa eta zati batzuek beira antzekoaren distira du. Burdin mea nagusia, nahiz eta aberastasunaren

portzentaia % 30-50-koa izan.

- Limonita, burdina (III) hidroxidoa. Beste burdin mineralen aldaketatik dator. Batzuetan, masa trinko nabar edo beltzezketan ageri da. Besteetan, buztinak eta nekazaritza lurrak kutsatzen ditu kolore hori berezia emanez. Mea bezala aprobetxa daiteke baino errendimendu eskasez, metal honen edukia baxua baita (%50).

- Pirita, burdin sulfuroa kobrezko konposatuekin nahasia. Penintsulan oparoa, hori kolore berezikoa eta distira metalikoaz. Naturan oparoa izan arren oso gutxitan erabiltzen da mea modutan.


2011-09-22


3. BURDIN LORBIDEA. LABEGARAIA

Labe-garaia instalakuntza konplexua da. Honen helburu nagusia arrabioa (burdin galdatua karbono % 2,6-% 6,7 edukiarekin gehi silizio, manganeso, sufre eta fosforo % 0,05 totalean izanik) lortzea da.

Oinarri zabalenetatik elkartutako bi kono-enbor formakoa da labe-garaia.

Barruko horma adreilu erregogorrez (beroekiko erresistentea eta tenperatura altuetan “1.400ºC eta 1.600ºC artean, baita altuagoetan ere” egonkorra) dago egina

eta kanpokoa, altzairuzkoa. Bi pareten artean hozte-artekak daude.

4. SIDERURGIA-PRODUKTUAK

Oro har, burdin mineraletik atera daitezkeen produktuak dira. Beraien karbono edukiaren arabera hiru talde handietan bereiz ditzakegu: burdin gozoa, burdinurtuak eta altzairuak.

4.1 BURDIN GOZOA

Karbono edukia % 0,1 baino txikiagoa duen burdina, beraz, burdin purua kontsidera daiteke. Material zilar-kolorekoa, oso harikor eta xaflakorra. Forjaketa (kolpen bidezko konformazioa) onartzen du. Erresistentzi gutxikoa, horrexegatik eroapen elektrikoan erabiltzen da. Baina oso porotsua da eta aise oxidatzen da.


2011-09-22


4.2 BURDINURTUAK

Karbono edukia %1,76 eta %6,67-en artekoa duten burdin materialak.

4.2.1 Arrabioa

Arrabioa edo lehenengo urtzearen burdinurtua, labe-garaian zuzenean lortzen dena.

Solidotu egiten denean oso material gogorra da baina karbono eta beste ezpurutasun edukiak hauskor bihurtzen du eta ezin du forjaketa edo soldadura jasan. Ondorioz, esfortzupean egongo diren piezak fabrikatzeko ezin da erabili.

4.2.2 Arrabio grisa

Silizio edukia altua duen bigarren urtzearen burdinurtua da. Moldeatutako piezetarako bakarrik erabilgarria (motorearen karkasa eta pieza mekaniko gehienetan erabiltzen da).

4.2.3 Arrabio zuria

Manganeso edukia altua duen bigarren urtzearen burdinurtua da. Kasu honetan, karbonoa burdinarekin konbinatzen da burdin karburoa sortuz. Altzairua lortzeko lehengai gisa erabiltzen da.

Material gogor, erresistente eta zaila lortzeko karbono edukia murriztea eta arrabioan aurkitzen diren beste elementuen osaketa aldatzea behar-beharrezkoak suertatzen

dira. Prozesu honi finketa deritzo eta hartatik altzairuak sortzen dira.

4.3 ALTZAIRUAK

Altzairua burdin-karbono aleazioa da zeinean karbono edukia % 0,1 eta % 1,76 artekoa den eta bere konposizioan beste elementu metaliko edo ez metalikoak izan dezakeen.

Bere funtsezko ezaugarria, egoera solidoa galdu gabe egituran aldaketa handiak jasan dezakeela da. Hots, tratamendu termikoen bidez (beroketa eta hozketa abiadura kontrolpean eta tenperatura zehatzen artean) ezaugarri mekanikoak sakonki alda daitezkeela.


2011-09-22


Eraldatze gehienak burdin atomoek osatzen duten kristal-sarean karbono atomoen posizioak eragiten ditu. Hortaz, karbono edukiaren aldaketak, % 0,1 eta % 1,76 artekoak, sakonki aldatzen ditu propietateak.

Tenperatura baten gainetik, zeina nabarmenki aldatzen den karbono edukinaren arabera baina altzairuen kasuan beti fusio puntuaren behetik dagoena, kristalizazio

era ezaguna daukagu, austenita, alegia.

Austenita ezegonkorra da, ondorioz austenizaturiko altzairua hozten denean hozketaren abiaduraren arabera egitura desberdinak sortzen dira.

Oro har, hozketa geldoetan (suberaketetan) egitura bigun eta harikorrak (ferrita edo

perlita, adibidez) lortzen dira; berriz, abiadura azkarreko hozketetan (tenplaketetan) egitura gogor eta hauskorrak (martensita, adibidez) lortzen dira. Efektu hauek nabarmenagoak dira karbono proportzioa zenbat eta handiagoa izan edo bidea ematen dien aleatzaileek parte hartzen badute.


2011-09-22


Altzairu mota desberdinetan azaltzen diren elementuek altzairu bereizten dituzten propietateak ematen dizkiete. Karbonoz gain, silizio, manganeso, kromo, nikel, molibdeno, banadio eta wolframio aurki ditzakegu.

- Karbonoak, lehenengo aleatzaileak, gogortasun eta iraunkortasuna ematen dizkio.

- Silizioak, altzairu mota guztietan dagoen elementuak, elastikotasun eta konduktibitate magnetikoa ematen dizkie.

- Manganesoak, hau ere beti dagoen elementua, gogortasun eta higadurarekiko erresistentzia areagotzen ditu.

- Kromoak gogortasuna handitzen du eta bero eta marruskadurarekiko erresistentzia ematen dizkio. Ezinbestekoa da herdoilgaitz bihurtzeko.

- Nikelak, zailtasun, trakzio-esfortzu eta korrosiorekiko iraunkortasuna areagotzen ditu.

- Molibdeno eta banadioak gogortasuna eta beroan duen higidura mekanikoarekiko iraunkortasuna handiagotzen dituzte.

- Wolframioak zail bihurtzen du eta korrosio eta beroarekiko erresistentzia ematen dio altzairuari.

Altzairuak arruntak, aleazio baxuko altzairuak eta aleazio altuko altzairuak bereizten dira dauden substantzien proportzioaren arabera.

- Altzairu arruntak, aleaturik ez direnak, dauden elementuen proportzioa %1-ekoa gehienez denean, karbono-altzairuak ere deritze.

- Aleazio baxuko altzairuak, %1 eta %5 tarteko proportzioan dagoen elementuren bat dutenean. Hauen artean, errodamenduetarako altzairuak nabarmentzen dira (%1,5 kromo dauka).

- Aleazio altuko altzairuak, %5 baino proportzio handiagoan dagoen elementuren bat dutenean. Adibiderik nabarmenena 18/10 altzairu herdoilgaitza, mahaiko tresnak (labainak, sardexkak,...) egiteko erabiltzen dena. %18 kromo eta %10 nikel du.


2011-09-22


5. ALTZAIRUAK FABRIKATZEKO PROZEDURAK

XIX. mendetik orain arte burdin finketa prozedura ezberdinak eratu dira altzairua lortzeko. Erabilitako gailuen artean Bessemer eta Thomas-ek eraturiko bihurgailua, LD bihurgailua, Siemens-Martin labea eta labe elektrikoak nabarmentzen dira.

3.1 BESSEMER BIHURGAILUA

Tamaina handikoa, eta barruko aldea material erregogorreko estaldurazko ontzi metaliko eta baskulagarria zen. Finketa prozesuak 15 eta 20 minutu arteko iraupena zuen, hiru fasetan bereiztuta:

- Betetze fasea: ontzia okertzen zen labe-garaitik zetorren arrabio urtuaz hobeto betetzeko.

- Puzte fasea: bihurgailua posizio bertikalean jartzen zen eta ontziaren hondoan zeuden zuloetatik presio altuko haizea injektatzen zen. Masa urtuaren zehar igarotzen zen haizea, karbono, silizio eta manganeso oxidatuz; oxidazio-erreakzio hauetan ateratzen zen bero energiak arrabioaren urtze-tenperatura mantentzea ahalbidetzen zuen.

- Eta, huste fasea: ezpurutasunak erre eta gero hasten zen fase hau. Berriro okertzen zen bihurgailua eta galda (altzairu urtua) lingotontzietara isurtzen zen.

Abantailarik handiena: haizearen sarrera ixtearekin nahikoa zela prozesua geldiarazteko. Ondorioz, karbono, silizio eta manganeso kantitate ezberdineko altzairuak lortzen ziren. Eragozpenik nagusiena: oso fosforo kantitate txikiko arrabioetarako zen erabilgarria, altzairua elementu honetaz ez baitzen gabetzen prozesu honetan.


2011-09-22


3.1.2 Thomas-en bihurgailua Aurreko bihurgailuaren aldaera da. Thomasek sartutako aldaketa urgarri basikoa (karea) eranstean zetzan. Kareak, zegoen gehiegizko fosforoaz gabetzea ahalbidetzen zuen. Prozesuaren amaieran, altzairua ateratzen zen lehenago eta gero sortutako zepa. Eragozpena: aparailu honetan ezin zen prozesua geldiarazi beste osagaien kantitatea erregulatzeko. Egun, prozesu biak zaharkituta gelditu dira eta LD bihurgailuak ordeztu ditu.

3.2 LD BIHURGAILUA Hau ere ontzi handi metaliko eta baskulagarria da, barrutik material erregogorrezko estalduraz. Finketa prozesuak ere hiru fase ditu:

- Betetze fasea: bihurgailua okertzen da eta labe-garaitik datorren arrabio galdatua aurreneko sartzen da; ondoren, altzairuzko txatarra eta azkenik, zepa osatu eta arrastatuko duen material urgarria. Behin kargatu eta gero posizio bertikalean jartzen da berriro.

- Finketa: presio handian (12 atmosferatan) dagoen oxigenoa, urak hoztutako lantza baten bidez, bihurgailuko goialdetik sartzen da masa urturaino. Karbonoa oxidatzen da %1-etik beherako portzentaje urritu arte. Karbono eta oxigenoaren arteko erreakzioa oso azkarra da eta, altzairua urtua mantentzen duten tenperatura altuak sortzen ditu. Aldi berean, gehiegizko fosforo, sufre eta silizioz gabetzen da.

Prozesuaren amaieran aleatzaileak, proportzio egokian, bihurgailuan

eransten dira nahi den altzairu mota lortzeko.

- Huste fasea: bihurgailu okertzen da gainean dagoen zepa ateratzeko eta azkenik, zeharo baskulatzen da galda irteteko.

LD bihurgailua, aleazio baxuko altzairu arruntak lortzeko gailurik erabilgarriena da gaur egun.


2011-09-22


3.3 MARTIN-SIEMENS LABEA Txatarratik altzairua lortzea ahalbidetu zuen lehenengo gailua izan zen.

Erreberberazio-labe handia da (zeinean ganbara independente batean sortzen den beroa eta labearen sabaiak, burdin urtuaren gainean islatzen duen) lau angeluar formako eta sabaia ganga formakoa.

Materialaren karga goialdetik egiten da operadore berezien bidez. Labe honen ezaugarriek material mota ezberdinez funtzionatzea ahalbidetzen dute: labe-garaitiko arrabioa edo arrabio txatarra eta burdin mineralekin nahasia. Txatarra kantitatea totalaren %70-artekoa izan daiteke. Kasu guztietan karea eransten da zepa arrastatzeko.

Finketa fasea aurretik berotutako erregaia labe barruan erretzean datza 1.800 ºC-ko tenperaturak lortu arte. Tenperatura hauetan material dituen ezpurutasunak oxidatu eta kanporatzen dira: karbono monoxidoak gas modutan egiten du ihes eta silizio eta fosforo oxidoak kareak arrastatzen ditu zepa osatuz. Ikusten denean karbono kantitatea egokia dela, aleatzaile egokiak eransten dira

eta altzairu-galda ateratzen da.


2011-09-22


Prozedura honetatik lortzen diren altzairuek forja lana, tenplaketa eta soldadura onartzen ditu. Eragozpenik nagusiena energia-kontsumo itzela eta, beste bihurgailu berriekin konparatuz, lortutako produktuaren kalitate urrian datza.

3.4 LABE ELEKTRIKOAK

Zentzu zorrotzean, ez dira altzairua sortzeko erabiltzen, finketa egiteko baizik. Abantaila nagusiak: ahalbidetzen duten beroketa azkarra, tenperaturaren kontrol fina eta ezpurutasunak sor litzakeen gas erregairik eza. Eragozpenik handiena beroa sortzeko erabiltzen den energia elektrikoaren kontsumo izugarrian datza. Horrexegatik, LD bihurgailutik edo Siemmens-Martin labetik datozen altzairuen azkeneko finketa egiteko erabiltzen dira honelako labeak. Gailu hauetatik altzairu bereziak lortzen dira, oso puruak, eta oro har deituriko altzairu finak, eta beste aldetik aleazio altuko altzairuak (altzairu herdoilgaitzak, besteak beste). Labe elektriko erabilienak arku-labeak eta indukzio-labeak dira.


2011-09-22


- Arkuko labea: altzairuzko labea da, zilindriko formakoa, barrutik adreilu erregogorrezko estalduraz eta hozte zirkuitu duena. Goiko estalkia aise aldentzen da karga-fasea errazteko eta bizpahiru ikatz-elektrodoek zeharkatuta dago.

Errefinatu nahi den altzairua behin sartu eta gero, ontzia ixten da eta material eta elektrodoen artean arku voltaiko itzelak sortarazten dira. Ondorioz, 3.800ºC arteko tenperaturak sortzen dira zeinek oso urtze-tenperatura handiko metalak (molibdeno, wolframio, nikel, kromo, banadio, manganeso eta titanio, besteak beste) urtzea ahalbidetzen duten.

- Indukzio-labea, aurrekoa bezalakoa, altzairuzko ontzi zilindrikoa da, zeinak goialdean haril elektrikoa daraman. Barrualdeak ere adreilu erregogorreko estaldura du.

Materiala kargatu eta gero, hariletik (bobinatik) korronte elektrikoa zirkularazten da. Korronte honek materialaren barne induzitzen ditu deituriko Foucault korronteak (korronte elektrikoak), zeinek oso tenperatura handiak sortzen dituzten.

Labe honi UHP labea ere deritzo 105 tona altzairu 111 minututan sor baitezake. Egun, altzairutegi berrienek horrelako labeak izaten dituzte beraien instalakuntzetan.


2011-09-22


6. SIDERURGI-INSTALAKUNTZA MOTA

Egiten diren prozesuen arabera, integralak eta ez integralak ditugu.

- Siderurgia integralak: labe-garaian egiten den burdin mineralaren erredukziotik abiatzen dira eta horrez gain badituzte altzairu sortzeko eta altzairu-galda tratatzeko instalazioak.

Instalakuntza hauetan energiaren kontsumoa produktuaren kostuaren %25 artekoa izan daiteke.

- Siderurgia ez integralak: Instalakuntza hauek labe-garraiarik ez daukate. Labe-garaietan sortzen den produktutik (arrabiotik), erdi-landutako materialetik (totxo eta xafla handiak) edo txatarratik abiatzen dira altzairua eta honen deribatuak lortzeko. Energia-kontsumoa nabarmenki urritzen da kostuaren %10 baita.


2011-09-22


7. GIZAKIENGAN INPAKTUA

Siderurgiatik deribatzen diren gaixotasun profesionalen artean burdin mineralen

hautsek eragiten duten neumoconiosis nabarmentzen da. Gaixotasun honek bronkio eta biriketan aldaketak sortzen ditu, ondoriozko sintomarik arruntenak eztula eta espektorazikoak direlarik. Heriotza goiztiar ere ekar dezake.

Siderurgiako lanak eragin dezakeen beste arazo bat labe-garai eta bihurgailuen ondoan izaten diren tenperatura altuetarako esposizioa da.

6. ALTZAIRU KOMERTZIAL MOTA

Araututa dago altzairuen izendapena.

UNE 36001 arauak F (ferrum) hizkiaren bidez identifikatzen ditu altzairuak. F –aren jarraian serieko zenbaki bat dator: lehenengo zifrak erabileragatik bereizten ditu eta bigarren zifra serie berdineko altzairu desberdinei ezartzen zaie. Azkeneko bi zifrek ez daukate sailkatzeko baliorik eta bere helburua da altzairu bat beste batetik bereiztea.

- Eraikuntzako altzairuak, F1... serikoa. Haien artean:

Altzairu arruntak, karbono-altzairuak edo ez aleatuak, (F11.. seriea), iraunkortasun ertainekoa, zailak eta soldadura onartzen dute. Nekazal makineria, kate, biela eta torlojogintzan erabiltzen dira.

Tenplatzea eta iraoketako altzairu aleatuta, (F12..seriea), nikel eta kromoa daukate. Gogorrak eta zailak dira eta esfortzu handiak jasan behar dituzten makineriaren piezak egiteko erabiltzen dira: buloi, birabarki, biela, ardatz eta ardatz eragile, besteak beste.

Malgukietarako altzairuak, (F14..seriea), nikel eta banadio daukate. Oso altzairu gogorrak eta elastikotasun handikoak dira.

Altzairu bereziak, (F2...seriea), aise mekanizatzekoak, soldagarriak, propietate magnetiko eta dilatazio kontrolagarria dute.

Altzairu herdoilgaitzak, F3 serietakoak, kromo eta nikelaren proportzio handietan daude. Korrosioarekiko iraunkorrak eta industria-makineria erabiltzen dira.

Erremintarako altzairuak, (F5...seriea), kromo, nikel, banadio eta wolframio kantitate txikiekin. Higadurarekiko iraunkortasun eta zailtasun handikoak. Makina-erreminta eta plastiko edota aluminio injektatzeko moldeak egiteko erabiltzen dira.

* Burdinurtuak edo galdaketak edo fundizioak, (F8… seriea), %1,76 baino karbono gehiago duten burdin aleazioak.

1.METALEZKO MATERIALAK (FERRIKOAK) - teknodbh.euteknodbh.eu/attachments/article/87/BURDIÑEZKO...

Documents

Transcript of 1.METALEZKO MATERIALAK (FERRIKOAK) - teknodbh.euteknodbh.eu/attachments/article/87/BURDIÑEZKO...