METAL·LÚRGIA I SIDERÚRGIA

Laia MeleroRicard MontemayorJoan MuxiMiguel Angel RamirezKevin Tejedera

ÍNDEX

• El procés metal·lúrgic• Els minerals• Aliatges• Solidificació dels aliatges• Els productes metal·lúrgics• El ferro i els seus aliatges• Els productes siderúrgics: acers i foses• Siderúrgia• Obtenció del ferro colat: l’alt forn• Obtenció de l’acer• Formes comercials dels acers• Tractaments tèrmics

EL PROCÉS METAL·LÚRGIC

Mineria: extracció del mineral i enriquiment.

Metal·lúrgia: obtenció del metall en brut i afinament.

Indústries metàl·liques: elaboració del metall obtingut

La metal·lúrgia és el conjunt de processos que porten a l’obtenció dels metalls. El procés és el següent:

ELS MINERALS

Els minerals es troben a la natura combinats amb altres elements. Els compostos més comuns són: • Òxids• Sulfurs• Carbonats

Un mineral està format per:• Mena: part aprofitable i rica en metall• Ganga: part no aprofitable pobra en metall.L’ enriquiment consisteix en separar aquests dos components.

ALIATGES

Un aliatge una mescla homogènia de dos o més elements, dels quals com a mínim un ha de ser un metall. El compost resultant presenta les característiques pròpies d’un metall.

Llautó

Bronze

Invar

SOLIDIFICACIÓ DELS ALIATGES

Diferencia entre solidifiació de un metall pur i un aliatge:Metall pur: quan es refreda i passa de liquid a solid , la temperatura es manté mentre es solidifica.Aliatge: La temperatura de fusió no és fixa , depenent de la quantitat de cada element.

Corba de solidificació d’un metall pur Corba de solidificació d’un aliatge binari

• Àrea de fase líquida • Àrea de fase líquida + sòlida• Àrea de fase sòlida:Aliatges en què els components són totalment solubles en estat líquid:Presenta minim a la linia de liquids. Aquest sempre coincideix amb la linia de solids. La proporció s’anomena eutèctica i el punt s’anomena eutèctic i la temperatura es coneix amb temperatura eutectica.

DIAGRAMA D’EQUILIBRI D’ALIATGE

Diagrama d’equilibri de l’aliatge níquel + coure

Aliatges importants degut a :• Se solidifiquen a una temperatura constant.• La temperatura de solidificació es la mes baixa possible• Ideals per peces de emotllament.

ALIATGES IMPORTANTS DEGUT A:

ELS PRODUCTES METAL·LÚRGICS

Ferros

Acers No aliats al carboni/ Aliats

Foses

FÈRRICS

Purs Aliatges

Coure Llautons

Alumini Bronzes

Plom Aliatges lleugers

Estany Aliatges ultralleugers

Zinc Altres aliatges

Níquel

Crom

NO FÈRRICS

Ferro

EL FERRO I ELS SEUS ALIATGESCaracteristiques del ferro pur:• Punt de fusió: 1539ºC • Color: blanc grisós.• Densitat: 7.87 g/cm3. • Propietats mecaniques: dúctil i mal·leable.• Altres propietats: bon conductor elèctric i fàcilment magnetitzable.Solidificació:• Als 1539ºC pas a la fase solida( varietat delta)• Baixa temperatura fins als 1390ºC canviant la estructura (varietat beta)• Descens fins 900ºC (canvia a varietat beta)• Descens final fins 750ºC on es deixa refredad a temperatura ambient (varietat

gamma)

Diagrama de solidificació del ferro

PROPIETATS DE LES DIFERENTS VARIETATS AL·LOTRÒPIQUES DEL FERRO:

ALIATGES FERRO-CARBONI

Al diagrama es poden apreciar diferents zones:• Líquid• Líquid + austenita• Líquid + cementita• La resta de zones

DIAGRAMA D’EQUILIBRI FERRO-CARBONI

ELS PRODUCTES SIDERÚRGICS: ACERS I FOSES

Per donar forma als metalls es fa servir:• La forja (metall en estat sòlid).• L’emmotllament (metall en estat líquid).

SIDERÚRGIA

La siderúrgia és la part de la metal·lúrgia que estudia el ferro i els seus aliatges. El ferro es troba en els minerals formant diferents compostos químics:• Òxids (Hematites/Magnetita)• Carbonats (Siderita)• Sulfurs (Pirita)

OBTENCIÓ DEL FERRO COLAT: ALT FORN

L'alt forn és la instal·lació industrial on es transforma o treballa el mineral de ferro i s'obté el ferro colat. Les matèries primeres que intervenen són:• Mineral de ferro• Carbó de coc• Pedra calcària

Dints del forn es distingeixen quatre zones per on van passant les matèries primeres desde la boca superior fins la solera:• Zona de deshidratació• Zona de reducció• Zona de carburació• Zona de fusió

OBTENCIÓ DE L’ACER

Per obtenir acer cal descarburar (reduir el contingut de carboni) i reduir el contingut d’impureesses del ferro colat. Les instal·lacions més emprades en l’obtenció de l’acer són:• El convertidor d’oxigen• El forn elèctric

Convertidor d’oxigen Forn elèctric

FORMES COMERCIALS DELS ACERS

Els acers, al sortir dels convertidors o forns, es troben en fase líquida. Cal solidificar-los i donar-los una forma adequada. Hi ha dos procediments:• Colar-los en un motlle i deixar-los refredar.• Colar-los en uns canals per on es donen forma de barra de secció

rectangular mentre circulen a la secció de laminatge (en calent).

TRACTAMENTS TÈRMICS

Consisteixen a sotmetre l’acer a uns canvis controlats de temperatura per variar les proporcions dels seus constituents. Els més utilitzats són:• El tremp• El revingut• La recuita• El normalitzat