PRODUCCION DE METALES FERROSOS

La producción de HIERRO y ACERO comprende el 95% de todo el tonelaje del metal producido anualmente en los Estados Unidos.

Son los metales mas económicos del mundo.

Se piensa que si fabricación empieza alrededor del 1200 a.C

El primer tonelaje alto de fabricación de acero se hizo alrededor de 1855 a través del procesos Bessemer.

Producción de arrabio

Se denomina arrabio al material fundido que se obtiene en el alto horno mediante reducción del mineral de hierro. Se utiliza como materia prima en la obtención del acero en los altos hornos.Se puede obtener mediante un Alto Horno o mediante el proceso de Reducción Directa

Los materiales básicos empleados para fabricar arrabio son mineral de hierro, coque y caliza. El coque se quema como combustible para calentar el horno, y al arder libera monóxido de carbono, que se combina con los óxidos de hierro del mineral y los reduce a hierro metálico.

Principales minerales de hierro:

Hematita Fe2O3 70% HierroMagnetita Fe3O4 72.4% HierroSiderita FeCO3 48.3% HierroLimonita Fe2O3X(H2O) 60-65% Hierro

Alto Horno

La ecuación de la reacción química fundamental de un alto horno es:

Fe2O3 + 3CO → 3CO2 + 2Fe

El alto horno es la instalación industrial dónde se transforma o trabaja el mineral de hierro. Un alto horno típico está formado por una cápsula cilíndrica de acero de unos 30 m de alto forrada con un material no metálico y resistente al calor, como asbesto o ladrillos refractarios. El diámetro de la cápsula disminuye hacia arriba y hacia abajo, y es máximo en un punto situado aproximadamente a una cuarta parte de su altura total. La parte inferior del horno está dotada de varias aberturas tubulares llamadas toberas, por donde se fuerza el paso del aire que enciende el coque. Cerca del fondo se encuentra un orificio por el que fluye el arrabio cuando se sangra (o vacía) el alto horno. Encima de ese orificio, pero debajo de las toberas, hay otro agujero para retirar la escoria. La parte superior del horno contiene respiraderos para los gases de escape, y un par de tolvas redondas, cerradas por válvulas en forma de campana, por las que se introduce el mineral de hierro, el coque y la caliza

Alto Horno

Alto Horno

Reducción DirectaEn la producción del acero también se puede utilizar el método de reducción directa, el que emplea agentes reactivos reductores como gas natural, coque, aceite combustible, monóxido de carbono, hidrógeno o grafito. El procedimiento consiste en triturar la mena de hierro y pasarla por un reactor con los agentes reductores, con lo que algunos elementos no convenientes para la fusión del hierro son eliminados. El producto del sistema de reducción directa es el hierro esponja que consiste en unos pellets de mineral de hierro los que pueden ser utilizados directamente para la producción de acero con características controladas.

Reducción DirectaSolo 2% de la producción mundial de arrabio se obtiene por este métodoEl costo de producción es menor que en un alto horno.

Reducción DirectaEl mineral de hierro es introducido en tolvas que se encuentra en la parte superior del horno, en donde desciende a través del horno por acción de

la gravedad, mientras se calienta y se le inyecta los gases en contracorriente con altos contenidos de H2 y CO2 para de esa manera

obtener el hierro reducido libre de oxigeno. Estos gases reaccionan con el Fe2O3 presente en el mineral de hierro y lo transforman en hierro

metálico, dejando el H2O y el CO2.

Fe2O3 + 3H2 ---> 2Fe + 3H2OFe2O3 + 3CO ---> 2Fe + 3CO

Hornos para Conversión de Arrabio

El arrabio puede ser refinado para producir:

•Hierro Dulce•Acero•Hierro Fundido•Hierro Maleable o Nodular

Hornos utilizados para convertir arrabio en metales ferrosos:•De aire o reverbero•Horno de Oxigeno básico•Convertidor Bessemer•Crisol•Horno de Cubilote•Horno eléctrico•Horno de inducción•Horno de hogar abierto

Reservado para exposición

METALES FERROSOSMETALES FERROSOS

Hierro dulceHierro dulce AceroAcero Hierro fundidoHierro fundido

Hierro de primera fusionHierro de primera fusion Fundición grisFundición gris Fundición blancaFundición blanca Hierro fundido moteadoHierro fundido moteado Hierro fundido maleableHierro fundido maleable Hierro nodularHierro nodular

Hierro DulceHierro Dulce

Contiene menos del 0.1% de CContiene menos del 0.1% de C

Comúnmente producido mediante el Comúnmente producido mediante el proceso de pudelado y el proceso proceso de pudelado y el proceso Aston.Aston.

C < 0.03%C < 0.03%

Si ≈ 0.13%Si ≈ 0.13%

S < 0.02%S < 0.02%

P ≈ 0.18%P ≈ 0.18%

Aplicaciones:Producción de tubos, remaches, placas

Productos sometidos al deterioro por oxidación

Fabricar electroimanes

Ventajas:Facilidad para ser soldado

Alta ductilidad

Hierro de fibra natural, de elevada resistencia a la corrosión.

También llamado hierro forjado, hierro pudelado, hierro suave.

Hierro DulceHierro Dulce

El AceroEl Acero

Aleación cristalizada de hierro, carbono Aleación cristalizada de hierro, carbono y otros varios elementos.y otros varios elementos.

Se puede moldear, laminar o forjar.Se puede moldear, laminar o forjar.

Es posible variar sus propiedades de Es posible variar sus propiedades de dureza y resistencia variando el dureza y resistencia variando el contenido de carbóncontenido de carbón

Aplicación:Aplicación:

Tubos, barras, lámina, formas Tubos, barras, lámina, formas estructurales….estructurales….

REGION PARA ACEROS Y PARA HIERROS FUNDIDOSREGION PARA ACEROS Y PARA HIERROS FUNDIDOS

ACEROACEROSS

HIERROS FUNDIDOSHIERROS FUNDIDOS

Clasificación de los acerosClasificación de los aceros

ManufacturaManufacturaUsoUsoContenido de carbonoContenido de carbonoComposición químicaComposición química

Existen varios métodos de clasificación para los Existen varios métodos de clasificación para los aceros que se basan en:aceros que se basan en:

Según el método de Según el método de manufacturamanufactura los los aceros pueden ser:aceros pueden ser:

Acero de horno abiertoAcero de horno abiertoAcero de horno eléctricoAcero de horno eléctricoAcero BessemerAcero BessemerAcero de crisol, etc.Acero de crisol, etc.

Según el Según el usouso que se le dará, el acero que se le dará, el acero pueden ser:pueden ser:

Acero para máquinasAcero para máquinasAcero para resortesAcero para resortesAcero para calderasAcero para calderasAcero estructuralAcero estructuralAcero para herramientasAcero para herramientas

De acuerdo con el De acuerdo con el contenido de contenido de carbonocarbono pueden ser: pueden ser:

Acero de bajo carbono: Acero de bajo carbono: hasta 0.30% de Chasta 0.30% de C(alambres, perfiles estructurales, tornillos tuecas, etc)(alambres, perfiles estructurales, tornillos tuecas, etc)

Acero de medio carbono: Acero de medio carbono: de 0.30 a 0.70% de Cde 0.30 a 0.70% de C((carriles, ejes, engranes, partes con alta resistencia y dureza carriles, ejes, engranes, partes con alta resistencia y dureza moderada)moderada)

Acero de alto carbono: Acero de alto carbono: de 0.70% a 1.40% de Cde 0.70% a 1.40% de C(herramientas de corte, cuchillas, brocas, machuelos)(herramientas de corte, cuchillas, brocas, machuelos)

Aceros de Aleación

De baja aleación (los elementos especiales de aleación suman menos del 8%)

De alta aleación (arriba del 8%)

Comúnmente conocidos como aceros especiales, son aceros al carbono, aleados con otros metales o metaloides, resultantes de la búsqueda del mejoramiento de sus características. Los elementos añadidos corrientemente son: el níquel, el cromo, vanadio, molibdeno, magnesio, silicio, tungsteno, cobalto, aluminio, etc.

Aceros al níquel. Son aceros inoxidables y magnéticos. El níquel aumenta la carga de rotura, el límite de elasticidad, el alargamiento y la resistencia al choque o resiliencia, a la par que disminuye las dilataciones por efecto del calor. Cuando contienen del 10 al 15% de níquel se templan aun si se los enfría lentamente.

Aceros al cromo. El cromo comunica dureza y una mayor penetración del temple, por lo que pueden ser templados al aceite. Los aceros con 1,15 a 1,30% de carbono y con 0,80 a 1% de cromo son utilizados para la fabricación de láminas debido a su gran dureza, y en pequeña escala los que tienen 0,3 a 0,4% de carbono y 1% de cromo.

Aceros al cromo-níquel. De uso más corriente que el primero, se usan en la proporción de carbono hasta 0,10%, cromo 0,70% y níquel 3%; o carbono hasta 15%, cromo 1% y níquel 4%, como aceros de cementación. Los aceros para temple en aceite se emplean con diversas proporciones; uno de uso corriente sería el que tiene carbono 0,30, cromo 0,7% y níquel 3%.

Aceros al cromo-molibdeno. Son aceros más fáciles de trabajar que los otros con las máquinas herramientas. El molibdeno comunica una gran penetración del temple en los aceros; se emplean cada vez más en construcción, tendiendo a la sustitución del acero al níquel. De los tipos más corrientes tenemos los de carbono 0,10% , cromo 1% y molibdeno 0,2% y el de carbono 0,3%, cromo 1% y molibdeno 0,2%; entre estos dos ejemplos hay muchos otros cuya composición varía según su empleo.

Aceros al cromo-níquel molibdeno. Son aceros de muy buena característica mecánica. Un ejemplo de mucha aplicación es el que tiene carbono 0,15% a 0,2%, cromo 1 a 1,25%, níquel 4% y molibdeno 0,5%.

Aceros inoxidables. Los aceros inoxidables son los resistentes a la acción de los agentes atmosféricos y químicos. Los primeros que se fabricaron fueron para la cuchillería, con la proporción de 13 a 14% de cromo. Otros aceros fueron destinados a la fabricación de aparatos de cirugía, con la proporción de 18 a 20% de cromo y 8 a 10% de níquel; son también resistentes a la acción del agua de mar. Un acero de gran resistencia a la oxidación en caliente es el que tiene 20 a 30% de cromo y 5% de aluminio.

Aceros anticorrosivos. Estos son aceros soldados de alta resistencia y bajo tenor de sus componentes de aleación: carbono, silicio, azufre, manganeso, fósforo, níquel o vanadio, cromo y cobre. A la intemperie se cubren de un óxido que impide la corrosión interior, lo que permite se los pueda utilizar sin otra protección. Como resultado de ensayos efectuados por algo más de diez años, se ha establecido que su resistencia a los agentes atmosféricos es de cuatro a ocho veces mayor que los del acero común al carbono

Aceros de Aleación

Aceros al cromo-molibdeno. Son aceros más fáciles de trabajar que los otros con las máquinas herramientas. El molibdeno comunica una gran penetración del temple en los aceros; se emplean cada vez más en construcción, tendiendo a la sustitución del acero al níquel. De los tipos más corrientes tenemos los de carbono 0,10% , cromo 1% y molibdeno 0,2% y el de carbono 0,3%, cromo 1% y molibdeno 0,2%; entre estos dos ejemplos hay muchos otros cuya composición varía según su empleo.

Aceros al cromo-níquel molibdeno. Son aceros de muy buena característica mecánica. Un ejemplo de mucha aplicación es el que tiene carbono 0,15% a 0,2%, cromo 1 a 1,25%, níquel 4% y molibdeno 0,5%.

Aceros inoxidables. Los aceros inoxidables son los resistentes a la acción de los agentes atmosféricos y químicos. Los primeros que se fabricaron fueron para la cuchillería, con la proporción de 13 a 14% de cromo. Otros aceros fueron destinados a la fabricación de aparatos de cirugía, con la proporción de 18 a 20% de cromo y 8 a 10% de níquel; son también resistentes a la acción del agua de mar. Un acero de gran resistencia a la oxidación en caliente es el que tiene 20 a 30% de cromo y 5% de aluminio.

Aceros de Aleación

Aceros anticorrosivos. Estos son aceros soldados de alta resistencia y bajo tenor de sus componentes de aleación: carbono, silicio, azufre, manganeso, fósforo, níquel o vanadio, cromo y cobre. A la intemperie se cubren de un óxido que impide la corrosión interior, lo que permite se los pueda utilizar sin otra protección. Como resultado de ensayos efectuados por algo más de diez años, se ha establecido que su resistencia a los agentes atmosféricos es de cuatro a ocho veces mayor que los del acero común al carbono

Aceros de Aleación

De acuerdo con la composición química.

Este método establece un sistema numérico para Este método establece un sistema numérico para indicar el contenido aproximado de los elementos indicar el contenido aproximado de los elementos importantes en el acero. Existen dos tipos de importantes en el acero. Existen dos tipos de normas:normas:

AISIAISI American Iron and Steel InstituteAmerican Iron and Steel InstituteSAESAE Society of Automotive EngineersSociety of Automotive Engineers

En En ambosambos se emplean se emplean 4 o 5 dígitos4 o 5 dígitos que indican el que indican el tipo de acero y su contenido de carbono. tipo de acero y su contenido de carbono.

En las especificaciones En las especificaciones AISIAISI se puede incluir un se puede incluir un prefijo literal para indicar el proceso de manufactura prefijo literal para indicar el proceso de manufactura empleado en la producción de acero.empleado en la producción de acero.

BB acero al carbono Bessemer de hogar abiertoacero al carbono Bessemer de hogar abiertoCC acero al carbono básico de hogar abiertoacero al carbono básico de hogar abiertoEE proceso básico de horno eléctrico.proceso básico de horno eléctrico.

Las especificaciones Las especificaciones SAESAE no emplean estos no emplean estos prefijos literales.prefijos literales.

El primero de los El primero de los 44 o o 5 dígitos5 dígitos de la designación numérica de la designación numérica indica el tipo al que pertenece el acero, indica el tipo al que pertenece el acero,

11 acero al carbonoacero al carbono22 acero al níquelacero al níquel33 acero al níquel-cromo,…acero al níquel-cromo,…

Los dos o tres últimos dígitos, generalmente indican el Los dos o tres últimos dígitos, generalmente indican el contenido promedio de carbono (multiplicado por 100).contenido promedio de carbono (multiplicado por 100).

ejemplo:ejemplo:

Acero Acero 25252020

ejemplo:ejemplo:

acero aleado con aproximadamente acero aleado con aproximadamente 5% de Ni 5% de Ni

y con un contenido promedio de y con un contenido promedio de 0.2% de C0.2% de C

Número Número AISI-AISI-SAESAE

% C% C % Mn% Mn % Si% Si % Ni% Ni % Cr% Cr OtrosOtros

10201020 0.18-0.230.18-0.23 0.30-0.600.30-0.60

10401040 0.37-0.440.37-0.44 0.60-0.900.60-0.90

10601060 0.55-0.650.55-0.65 0.60-0.900.60-0.90

10801080 0.75-0.880.75-0.88 0.60-0.900.60-0.90

10951095 0.90-1.030.90-1.03 0.30-0.500.30-0.50

11401140 0.37-0.440.37-0.44 0.70-1.000.70-1.00 0.08-0.13%S0.08-0.13%S

41404140 0.38-0.430.38-0.43 0.75-1.000.75-1.00 0.15-0.300.15-0.30 0.80-1.100.80-1.10 0.15-0.25%Mo0.15-0.25%Mo

43404340 0.38-0.430.38-0.43 0.60-0.800.60-0.80 0.15-0.300.15-0.30 1.65-2.001.65-2.00 0.70-0.900.70-0.90 0.20-0.30%Mo0.20-0.30%Mo

46204620 0.17-0.220.17-0.22 0.45-0.650.45-0.65 0.15-0.300.15-0.30 1.65-2.001.65-2.00 0.20-0.30%Mo0.20-0.30%Mo

5210052100 0.98-1.100.98-1.10 0.25-0.450.25-0.45 0.15-0.300.15-0.30 1.30-1.601.30-1.60

86208620 0.18-0.230.18-0.23 0.70-0.900.70-0.90 0.15-0.300.15-0.30 0.40-0.700.40-0.70 0.40-0.600.40-0.60 0.15-0.25%V0.15-0.25%V

92609260 0.56-0.640.56-0.64 0.75-1.000.75-1.00 1.80-2.201.80-2.20