Materiales ferrosos

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Metales ferrosos

Introducción

De los materiales que se utilizan en la industria los metales ferrosos son los de mayor volumen, pues prácticamente el desarrollo industrial se ha fundamentado en éstos mucho tiempo antes del inicio de lo que se conoció como la “Revolución Industrial” en la segunda mitad del siglo XIX, pues el conocimiento del hierro por el hombre se remonta a cientos de añosantes.

La última de las tres edades en que se divide la evolución prehistórica de la humanidad es conocida como la “edad de hierro”, que se caracteriza por el conocimiento de los minerales, la obtención y metalurgia del hierro, pero debido a los rudimentarios procedimientos de esa época, fue remplazando muy lentamente al bronce en sus aplicaciones. Hay indicios de que la metalurgia del hierroprimeramente se desarrolló hacia el año 1400 A. C. en Asia, y de que en el año 1100 A. C. la cultura del hierro penetró en Grecia, logrando gran desarrollo en sus aplicaciones, hecho que se conoce como principio de la nueva edad. Desde los años 400 A. C. hasta el siglo V, la cultura técnica del hierro se propaga a Italia y de allí a toda Europa, consolidándose en esa forma la edad de hierro congrandes desarrollos en sus aplicaciones.

El hierro es el sexto elemento más abundante en el universo y cuarto elemento de mayor abundancia en la tierra, constituyendo aproximadamente el 5% de la corteza terrestre, y el 35% de la masa total terrestre. Teóricamente el núcleo de la tierra está constituido en 80% por hierro, existiendo en el centro también como cristal puro. Casi en todos los paísesdel mundo existen minerales de hierro, aunque su explotación es económica solo cuando su concentración excede ciertos límites, normalmente arriba del 25%. No se encuentra en estado nativo, sino en compuestos estables como la hematita Fe2O3, limonita Fe2O3-3H2O, magnetita Fe3O4, Siderita FeCO3, pirita FeS2, cromita FeCrO4, además de otros muchos minerales que se encuentran bajo aguas marinas. Elproceso para la obtención del hierro metálico consiste en la reducción (eliminación del oxígeno) con carbón a partir de sus minerales.

El hierro de primera fusión conocido como “arrabio” (pig iron), se produce en altos hornos a partir de los minerales de origen, principalmente hematita y magnetita por medio de una reacción química de reducción, a temperaturas del orden de 1800 a 1900 ºC. Se carganpor la parte superior del horno los minerales de hierro, carbón en forma de coke y piedra caliza como fundente, la cual generalmente está compuesta por una mezcla de carbonato de calcio y carbonato de magnesio. Al mismo tiempo se inyectan grandes volúmenes de aire (O2) por la parte inferior del horno. En el lecho del horno el carbón reacciona con el oxígeno del aire para formar monóxido decarbono (CO). El monóxido de carbono reduce el mineral a hierro metálico, desprendiendo bióxido de carbono.

6CO + 2Fe2O3 4Fe + 6CO2

La acción fundente de la piedra caliza arrastra las impurezas, principalmente dióxido de silicio y otros silicatos. También en el corazón del horno por el calor se descompone el carbonato de calcio a óxido de calcio, y este se combina con dióxido de silicio paraformar la escoria, la cual se funde en el interior del horno.

CaCO3 CaO + CO2 ; CaO + SiO2 CaSiO3

El metal fundido se deposita en el fondo del horno y la escoria flota encima de este, evitando que se recombine con el oxígeno. El metal fundido se descarga por un orificio lateral del horno y la escoria por otro orificio lateral ubicado a mayor nivel. Una vez que el metal hasolidificado se le conoce como arrabio (pig iron) o hierro de primera fusión. La escoria se puede usar como material en la construcción de carreteras o para mejorar suelos agrícolas pobres en minerales.

El arrabio no es un hierro puro, sino que contiene del orden del 4 al 5% de carbono y otras impurezas, lo cual es subsecuentemente disminuido para fabricar acero o para obtener hierro “comercialmente...
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