UNIVERSIDAD DE LAS FUERZAS ARMADAS (TECNOLOGIA DE MATERIALES) INGENIERIA MECÁNICA TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES

  UNIVERSIDAD DE LAS FUERZAS ARMADAS (TECNOLOGIA DE MATERIALES) 1 INGENIERIA MECÁNICA TECNOLOGÍA DE LOS MATERIALES INTEGRANTES: Evelin Pinargote. Andi Cruz. Alejandro Grijalva. Daniel Reyes. Docente: Ing. Eduardo Orozco Fecha: 31/Octubre/2017 NRC:  1357  UNIVERSIDAD DE LAS FUERZAS ARMADAS (TECNOLOGIA DE MATERIALES) 2 EXTRACCIÓN DEL HIERRO El hierro es uno de los metales más abundantes en la corteza terrestre, segundo después del aluminio. Sin embargo, a nivel planetario, es el metal más abundante, ya que se encuentra en grandes concentraciones en el núcleo terrestre. El hierro representa el 95% de la producción mundial de metal. Es utilizado por el ser humano desde hace al menos seis mil años. Habitualmente no se lo utiliza en estado  puro, con excepción de su uso magnético, sino como elemento matriz de aleaciones con otros metales y con no metales.    Uno de los principales usos del hierro es para formar acero, que es hierro con un  porcentaje máximo de 2,1% de carbono.    El hierro con carbono y 12% de cromo forma acero inoxidable.    El hierro fundido, o hierro gris, es una aleación de hierro con más de 2% de carbono (por lo tanto, no es acero) y más de 1 % de silicio. En su composición también se encuentra manganeso, fósforo y azufre.    El hierro forjado o hierro dulce es el tipo de hierro que permite ser forjado y martillado para tomar diferentes formas cuando está sometido a altas temperatura, lo que suele llamarse “al rojo”. Si se enfría rápidamente, el hierro forjado se endurece. Este tipo de hierro tiene mucho menos carbono que el acero (entre 0,05 % y 0,25 %)  UNIVERSIDAD DE LAS FUERZAS ARMADAS (TECNOLOGIA DE MATERIALES) 3 El hierro que se utiliza en la industria suele proceder fundamentalmente de dos sitios: a)   De las minas. Las piedras de las cuales se extrae hierro son:    Hermatita . _ 70% de hierro, mena roja.    Magnetita . _ 72.4% de hierro, mena negra.    Siderita.  _ 48.3% de hierro, mena café.    Limonita.  _ 60  –   60% de hierro, mena café. En este apartado vamos a estudiar cuales son los pasos que hay que seguir para obtener el hierro en la minería, tanto si se trata de una mena subterránea o una mena a cielo abierto. i)   El primer paso será hacer explotar la roca, por ejemplo, con dinamita. ii)   El material que se ha soltado gracias a la explosión se carga en camiones. Todos los pasos que siguen tienen como objetivo separar la parte del mineral que tiene hierro (mena), de la tierra, rocas y otras impurezas (ganga). Para ello debemos realizar las siguientes operaciones: iii)   Los camiones se hacen pasar por arcos detectores de metal, de esa forma descartamos aquellos que no tienen metal, los cuales directamente son eliminados. Los camiones que si tienen metal son llevados a la planta de tratamiento en la que se realizan los siguientes pasos: iv) Primero se trituran las rocas, para facilitar la separación de la mena y la ganga. v)   Finalmente se pueden eliminar parte de las impurezas mediante imanes o mediante flotación (se aprovecha que el hierro pesa más que las rocas, o  pueden emplearse detergentes que se pegan al hierro y lo hacen flotar). Son todos estos pasos se puede conseguir hierro con una pureza aproximadamente del 70%, es decir, aún nos queda un 30% de impurezas, lo cual es un porcentaje todavía muy importante que debemos seguir eliminando.  b) De la chatarra, es decir, a través del reciclado de automóviles, electrodomésticos,..... Los pasos para su extracción son: El material triturado se separa entre aquellos que contienen metal y los que no, a través de uno de dos métodos:      Flotación: Se utilizan detergentes que se adhieren al hierro y lo hacen flotar.    Imanes: Atraen sólo al hierro y no a las rocas. Los fragmentos seleccionados aún tienen menos del 70 % de hierro.  UNIVERSIDAD DE LAS FUERZAS ARMADAS (TECNOLOGIA DE MATERIALES) 4 OBTENCIÓN DEL ARRABIO En el apartado anterior conseguimos un concentrado de hierro del 70%, pero aún no es suficiente, necesitamos eliminar aún más impurezas. Para ello utilizamos el alto horno que recibe este nombre por sus dimensiones, ya que  puede llegar a tener una altura de 80 metros. ¿Qué introducimos en el alto horno?:    Hierro:  Procedente de la mina o también de la chatarra (coches, electrodomésticos,...).    Carbón de coque:  Sirve para: -   Convertir el óxido de hierro en hierro puro. -   Al quemarse proporciona calor al horno. -   Va a ser el elemento que va a acompañar al hierro para formar la aleación de acero o fundición.    Fundente:  Sobre todo es carbonato cálcico que se mezcla con las impurezas y las hace menos pesadas. Podemos decir que es el detergente que utilizamos para limpiar el hierro. ¿Que obtenemos en el alto horno?    Escoria:  Es la mezcla de fundente e impurezas, dicha mezcla al pesar menos se queda en la parte superior del horno.    Arrabio:  Es la mezcla de hierro, el carbón que no se ha quemado y algunas impurezas que aún no se han podido eliminar. Esta mezcla pesa más que la escoria por lo que se queda en la parte baja del horno. En la parte inferior hay un orificio que se llama piquera de arrabio por donde sale esta mezcla. El arrabio obtenido ya es suficientemente concentrado en hierro como para ser utilizado  para obtener bien un acero  o una fundición . OBTENCIÓN DEL ACERO A la fabricación del acero se destina aproximadamente el 75% del arrabio que se  produce en los altos hornos. El acero es una aleación de hierro con una pequeña cantidad de carbono (siempre menor al 1,76%).  UNIVERSIDAD DE LAS FUERZAS ARMADAS (TECNOLOGIA DE MATERIALES) 5 El acero se obtiene en el horno convertidor a través de una operación que se denomina afino, uno de los métodos más empleados para realizar el afino es el sistema de inyección de oxígeno (LD). Este sistema consiste en lo siguiente: ¿Qué metemos en el convertidor?    Arrabio:  Nada más sacarlo del alto horno (antes de que se enfríe) ya se mete en el convertidor. Recordamos que el arrabio tiene hierro, carbón e impurezas.    Chatarra de hierro:  Procedente de coches, electrodomésticos,...    Fundente:  Recordamos que es carbonato cálcico y que lo empleamos como detergente para eliminar las impurezas.    Oxigeno:  Se inyecta a presión en el centro del convertidor a través de tubo con forma de lanza, y con ello conseguimos quemar parte del carbón que no se había quemado en el alto horno. ¿Que obtenemos del convertidor?    Escorias:  El fundente se pega a las impurezas y las hace flotar formando la escoria.    Acero:  En la parte inferior del convertidor quedará el hierro y el carbón que no se ha quemado. Finalmente iniciamos el proceso de colada, para ello inclinamos parcialmente el convertidor para que caiga solo la escoria (como cuando tratamos de eliminar solo la nata que queda encima de un vaso de leche). Una vez eliminada la escoria se vuelca totalmente el convertidor para que caiga el acero dentro de los moldes que tendrán la forma de las piezas que queremos obtener. Los aceros se pueden mezclar con otros elementos químicos (silicio, cromo, níquel, manganeso,....) para obtener aceros aleados, pudiendo obtener en función del elemento con el que juntemos y su cantidad podemos obtener acero con múltiples propiedades y para múltiples aplicaciones. Esto no ocurre así para las fundiciones.