Fundamentos de Materiales: Procesos Siderúrgicos y Metales Férricos y No Férricos

Clasificación Inicial de Materiales

La materia prima es aquello obtenido de la naturaleza y aprovechado directamente.

El material elaborado es el que se obtiene después de someter la materia prima a un proceso de transformación.

Materiales Férricos y sus Menas

Los materiales férricos son aquellos cuyo componente principal es el hierro.

Menas Fundamentales del Hierro

• La magnetita es una mezcla de óxidos de hierro. Es una excelente mena de hierro (60-70% de contenido).
• La hematites roja es óxido de hierro (III). Contiene un 40-60%.
• La siderita es carbonato de hierro. Es la mena fundamental del hierro (30-40%).
• La limonita es hidróxido de hierro (III). Procede de la alteración de minerales de hierro. Puede aprovecharse como mena de hierro, pero tiene poco rendimiento.
• La pirita es sulfuro de hierro mezclado con cobre. Es muy abundante en España, pero apenas se utiliza como mena.

El Alto Horno: Obtención de Arrabio

El Alto Horno es una instalación compleja cuyo objetivo es obtener arrabio (hierro con un contenido de carbono entre 2,6% y 6,7%) y otras sustancias.

Partes y Proceso

• En la cuba se elimina la humedad y se calcina la caliza. El CO reduce los óxidos de hierro.
• La parte más ancha es el vientre, donde se fusionan el hierro y la escoria.
• En las toberas se insufla el aire necesario para la combustión.
• En el etalaje se deposita el hierro y la escoria fundidos.
• La extracción se realiza en la bigotera (para la escoria, utilizada para abonos y cementos) y la piquera (para el arrabio).

Productos Siderúrgicos

Hierro Dulce y Fundiciones

El hierro dulce es el hierro con un contenido de carbono menor de 0,1%.

Las fundiciones son arrabio solidificado y pueden ser: fundición gris (alto contenido de silicio) o fundición blanca (alto contenido de manganeso).

El Acero y sus Aleaciones

El acero es una aleación de hierro y carbono (0,1% - 1,76%). Se añaden otras sustancias para aportar propiedades específicas:

• Carbono: Aporta dureza y resistencia.
• Silicio: Aporta elasticidad y conductividad magnética.
• Manganeso: Aporta dureza y resistencia al desgaste.
• Cromo: Aporta propiedades inoxidables.
• Níquel: Aporta tenacidad y resistencia a la tracción y corrosión.
• Molibdeno y Vanadio: Aportan dureza y resistencia mecánica.
• Volframio: Es tenaz y resistente al calor y la corrosión.

Los aceros pueden ser: no aleados (inferior al 1% de aleantes), de baja aleación (1-5%) y de alta aleación (más del 5%).

Procesos de Afino del Acero

El Convertidor LD

El Convertidor LD es un dispositivo que obtiene acero mediante soplado de oxígeno.

• Llenado: Se introduce el arrabio líquido, chatarra de acero y el fundente.
• Afino: Se inyecta oxígeno por la lanza refrigerada. Se eliminan P, S y Si.
• Al final se vacía la escoria y el acero.

Los Hornos Eléctricos

Los Hornos Eléctricos son procedimientos de afino.

Ventajas e Inconvenientes

• Ventajas: Rápido calentamiento, buen control de temperatura e inexistencia de gases combustibles.
• Inconvenientes: Elevado coste.

Tipos comunes son el horno eléctrico de arco y el horno de inducción. La diferencia se basa en la manera de suministrar las cargas.

Materiales No Férricos

Cobre

El cobre es un metal rojizo de elevada conductividad eléctrica y térmica, dúctil y maleable. Es poco resistente a los agentes atmosféricos. Se alea con el aluminio, el cinc, el estaño y otros materiales.

Aluminio

El aluminio es un metal plateado muy blando, de baja densidad, elevada conductividad eléctrica y muy dúctil y maleable. Puede ser laminado y presenta una elevada afinidad por el oxígeno. Se emplea en cables muy largos y es útil en la fabricación de utensilios de cocina.

Plomo

La mena de plomo es la galena, compuesta por otros metales como cobre, plata u oro. Es un mineral blando, pesado y frágil. Su elevada densidad lo hace opaco a las radiaciones electromagnéticas, por lo que se usa como escudo en instalaciones nucleares. También se utiliza para fabricar tuberías.

Estaño

El estaño se obtiene a partir de la casiterita, aunque su riqueza es baja. Es un metal blando, cristalino, muy maleable y dúctil. Constituye un elemento importante en muchas aleaciones.