Metales Y Aleaciones Ferrosas

Universidad Tecnológica de Panamá
Facultad de Mecánica
Lic. Mecánica Industrial

Metales y aleaciones ferrosas: Producción, propiedades generales y aplicaciones.

Las aleaciones ferrosas se encuentran entre los más útiles de todos los metales. Contienen hierro como metal base y sus categorías generales son aceros al carbono y aleados, aceros inoxidables, aceros para matrices y herramientas,hierro y acero fundido.
Estas producen:
* Lámina de acero para automóviles, artículos domésticos y contenidos.
* Placas para calderas, embarcaciones y puentes
* Miembros estructurales como vigas I, varillas, ejes, cigüeñales y rieles para ferrocarril.
* Sujetadores como pernos, remaches y tuercas.

Los aceros al carbono son los menos costosos de todos los aceros estructurales.Las herramientas ferrosas primitivas aparecieron por primera vez entre los años 4000 y 3000 a.C. El uso de hierro y acero ha sido uno de los desarrollos mas importantes.

1. Producción de hierro y acero:
1.1 Materias Primas:
Los tres materiales básicos en la fabricación de hierro y acero son:
*Los minerales de hierro
*La piedra caliza
*El coque

*Los minerales de hierro:
Losprincipales minerales de hierro son:
-La Taconita: una roca negra similar al sílex
-La hematita: un mineral de óxido de hierro
-La limonita: un óxido de hierro que contiene agua.

Al triturar el mineral en finas partículas, se retiran impurezas y se le da forma a los pellets.
Pellets son aproximadamente 65% hierro puro y tiene un diamante de 25mm (1 pulgada).

*El coque:
Se obtiene de gradosespecializados del carbón bituminoso; carbón suave y lleno en hidrocarburos volátiles y materia alquitranada. Esta es calentada en hornos de hasta 1150°C.
Tiene funciones como:
-generar el nivel de calor requerido para que ocurran las reacciones químicas.
-producir monóxido de carbono que se usa para reducir el oxido del hierro.

Los productos derivados del coque se utilizan para laproducción de plástico y compuestos químicos.

*Piedra caliza:
Su función es retirar las impurezas del hierro fundido. La piedra caliza se combina con las impurezas y forman una escoria. La escoria se utiliza en la fabrica de cemento, fertilizante, vidrio, materiales deconstrucción, aislamiento de lana mineral y para relleno de caminos.

1.2 Fabricación del hierro:
Con los tres materiales descritosanterior mente se da un proceso llamado cargar el horno, y se transportan a la parte superior de el horno al cual se le llama alto horno. Aunque en este pueden ocurrir muchas reacciones, la reacción básica es la del oxigeno con el carbono para producir monóxido de carbono, una vez reaccionada con el oxigeno de hierro esta lo reduce a hierro. Este horno tiene que estar precalentado porque el coqueno produce temperaturas tan altas para que ocurra esta reacción.
El metal se acumula en el fondo de el alto horno y las impurezas flotan arriba de el. Al intervalo de 4 a 5 horas se produce sangra. El metal fundido en esta etapa se llama arrabio o hierro cochino, o simplemente metal caliente.
La característica del hierro cochino consiste en:
-4% de C.
-1.5% de Si
-1% de Mn.
-0.04% de S
-0.4%de P.
El metal solidificado (arrabio) se utiliza después para fabricar hierro y acero.

1.3 Proceso de aceración:
El proceso de fabricación consiste fundamentalmente en refinar el arrabio reduciendo el porcentaje de magnesio, silicio, carbono y otros elementos de la composición del producto con la adición de varios elementos.
El metal fundido en el alto horno pasa a uno de tres tipos dehorno:
-Hogar abierto: Se caracteriza porque abre directamente a las flamas que funden el metal
-electrónico: en este tipo de aparatos se genera temperaturas altas como 1925°C. Para cantidades menores, los hornos eléctricos pueden ser de tipo de inducción. Este horno también se utiliza para refundir el metal para fundición.
-básico de oxigeno: es el proceso de fabricación de acero mas rápido....