Metalurgia del Hierro y Acero: Procesos, Materiales y Aplicaciones

Producción y Transformación del Acero

Se insufla oxígeno para eliminar el exceso de carbono y se añaden las ferroaleaciones. Las coladas duran aproximadamente 30 minutos, obteniéndose 300 toneladas de acero, 120 toneladas de escoria y 75 toneladas de gases.

Laminación del Acero

La laminación es un proceso en el que el acero se hace pasar entre dos rodillos que giran a la misma velocidad y en sentidos opuestos, reduciendo su sección transversal y provocando un alargamiento. Este proceso es más sencillo a temperaturas elevadas. Se distingue entre:

• Laminación en Caliente: Realizada a temperaturas entre 800°C y 1250°C.
• Laminación en Frío: Realizada a temperatura ambiente.

Fabricación de Tubos

• Tubos con Soldadura: Se unen por un extremo mediante soldadura.
• Tubos sin Soldadura: El tocho pasa por dos cilindros cónicos que lo arrastran contra un punzón, abriendo el hueco interior.

Clasificación de los Aceros

Según la Composición Química

• Aceros No Aleados: Se designan con "St" o "C" seguido de una cifra que indica el porcentaje de carbono multiplicado por 100 (ej., C45 indica 0.45% de carbono).
• Aceros Aleados:
  • Débilmente Aleados: El porcentaje de los demás componentes es inferior al 5% (ej., 145 Cr 6, que indica 0.145% de Carbono y 1.5% de Cromo).
  • Especiales: Contienen elementos de aleación en proporciones significativas (ej., X2 CrNi18-9, que indica 0.02% de Carbono, 18% de Cromo y 9% de Níquel).

Según la Aplicación

Se designan con la letra 'F' seguida de cuatro cifras, donde la primera indica la serie, la segunda el grupo y las dos últimas las especificaciones.

• F1000: Aceros finos de construcción general.
• F2xxx: Aceros especiales.
• F3xxx: Aceros inoxidables.
• F5xxx: Aceros para herramientas.
• F8xxx: Aceros para moldeos y fundiciones.

Tipos de Fundiciones de Hierro

Las fundiciones son aleaciones de hierro y carbono con un contenido de carbono que oscila entre el 1.76% y el 6.67%, además de otros componentes.

Clasificación por Tipo

• Fundición Blanca (de Primera Fusión): Se obtiene directamente en el horno alto, con un contenido de carbono del 2.5% al 3%. Son muy duras, frágiles y difíciles de mecanizar.
• Fundición Gris (de Segunda Fusión): Contiene entre 3% y 3.5% de carbono en forma de grafito laminar. Se obtiene al refundir el arrabio en cubiletes. Es más tenaz y se utiliza para piezas complejas que requieren buena absorción de vibraciones.
• Fundición Maleable: Se obtiene a partir de fundición blanca mediante un proceso de recocido. Es maleable y dúctil, ideal para piezas complejas no sometidas a grandes esfuerzos mecánicos.
• Fundición Dúctil (Nodular): Se produce a partir de fundición gris con la adición de elementos como Níquel (Ni), Magnesio (Mg) o Cerio (Ce), lo que hace que el grafito se presente en forma esferoidal. Posee mayor resistencia mecánica y características similares al acero, siendo apta para piezas sometidas a altas presiones.

Metales No Ferrosos Destacados

Níquel (Ni)

Propiedades Físicas:

• Densidad (D): 8.85 g/cm³
• Punto de Fusión (Pf): 1450 °C
• Resistividad (R): 0.11 µΩ·m

Características y Aplicaciones:

• Color plateado brillante y fácilmente pulible.
• Magnético.
• Alta resistencia a la oxidación y corrosión.
• Utilizado en la fabricación de aceros inoxidables, aparatos para la industria química y recubrimientos metálicos.

Wolframio (W) / Tungsteno

Propiedades Físicas:

• Densidad (D): 19 g/cm³
• Punto de Fusión (Pf): 3370 °C
• Resistividad (R): 0.06 µΩ·m

Características y Aplicaciones:

• Punto de fusión extremadamente alto.
• Principalmente utilizado en filamentos de bombillas incandescentes y herramientas de corte de alta resistencia.

Cobalto (Co)

Propiedades Físicas:

• Densidad (D): 8.6 g/cm³
• Punto de Fusión (Pf): 1490 °C
• Resistividad (R): 0.063 µΩ·m

Características y Aplicaciones:

• Propiedades análogas a las del Níquel, pero no es magnético.
• Se emplea para endurecer aceros de herramientas y como componente en la fabricación de metales duros para herramientas de corte.

Materiales Ferrosos: Minerales y Procesos

Minerales de Hierro (Fe)

• Magnetita: FeO·Fe₂O₃. Contiene aproximadamente un 75% de hierro, aunque es menos abundante.
• Oligisto (Hematita): Fe₂O₃. Contiene alrededor de un 70% de hierro y es muy abundante.
• Limonita: Fe(OH)₃. Contiene aproximadamente un 60% de hierro.
• Siderita: FeCO₃. Contiene alrededor de un 50% de hierro.
• Pirita: FeS₂. No se explota comercialmente para la obtención de hierro debido a su alto contenido de azufre.

Obtención del Hierro: Procesos de Concentración

La obtención del hierro a partir de sus minerales implica varias etapas de concentración:

• Lavado: Eliminación de impurezas mediante agua a presión.
• Tostación: Proceso térmico para eliminar humedad y azufre.
• Trituración y Cribado: Reducción del tamaño del mineral a finos y posterior clasificación por tamaño.
• Separación: Del mineral útil de la ganga, mediante métodos como flotación o magnetismo.
• Sinterización: Formación de una masa compacta (gruesos o aglomerados) a partir de los finos, dando lugar a los pellets.

Zonas del Horno Alto

• Zona Superior (Boca): Punto de entrada de las materias primas y donde se encuentra el sistema de escape de gases.
• Zona de Reducción de Óxidos: Aquí se inicia la reducción de los óxidos de hierro para obtener hierro puro. Temperatura aproximada: 300°C.
• Zona de Absorción de Calor: La escoria comienza a fundirse. Rango de temperatura: 400°C - 1200°C.
• Zona de Fusión: El hierro se funde. Temperatura aproximada: 1500°C.
• Zona de Etalajes: El oxígeno reacciona con el carbón de coque. Temperatura aproximada: 1650°C.
• Zona del Crisol: Parte inferior donde se recogen el arrabio fundido y la escoria, y donde se encuentran las piqueras de sangrado.

Proceso en el Convertidor LD

El arrabio (hierro fundido) llega transportado en vagones torpedo, se vierte en cucharas de colada y se añade chatarra como refrigerante. También se incorporan fundentes para la formación de escoria, y se insufla oxígeno a alta presión para oxidar las impurezas y convertir el arrabio en acero.