Proceso del Alto Horno y Metalurgia: Materiales Férricos y No Férricos

Funcionamiento del Alto Horno

El alto horno funciona ininterrumpidamente hasta que requiere una reparación. La carga se introduce por la parte superior y desciende gradualmente, aumentando su temperatura hasta alcanzar los 1650ºC en el etaje. A esta temperatura, la mena se transforma en gotitas de hierro que se depositan en el crisol.

La cal (fundente) reacciona químicamente con la carga, formando escoria que flota sobre el hierro fundido. La escoria se extrae por la bigotera o piquera de escoria y se utiliza para fabricar cemento, balasto para vías de ferrocarril y aislante térmico.

Periódicamente, se abre la piquera de arrabio para extraer el hierro líquido. Este arrabio contiene impurezas (exceso de carbono) y, por lo tanto, no tiene aplicaciones directas.

El arrabio se convierte en acero mediante un convertidor, un procedimiento que suministra oxígeno al arrabio líquido.

Materiales

Materiales Naturales

Los materiales naturales son aquellos que se encuentran y utilizan directamente en el medio natural. Pueden ser renovables (como la madera y el algodón) o no renovables (como los metales, el carbón y el petróleo). Sirven como materia prima para obtener materiales transformados o artificiales.

Materiales Sintéticos

Los materiales sintéticos se obtienen mediante procesos artificiales de transformación y no existen en la naturaleza.

Los materiales también se clasifican en metálicos y no metálicos, abarcando la mayoría de los materiales utilizados en la industria.

Materiales Férricos

Obtención de los Materiales Férricos

El forjado consiste en someter un material caliente a golpes continuos hasta obtener la forma y dimensiones deseadas.

La materia prima para la obtención de materiales férricos se compone de:

• 60% de mineral de hierro
• 30% de carbón de coque
• 10% de fundente

Mineral de hierro: Se tritura, muele y se separa la mena (parte útil) de la no aprovechable.

Carbón de coque: Se crea artificialmente a partir de la hulla. Sus funciones son:

• Producir el calor necesario para fundir la mena y generar las reacciones químicas para convertir el óxido de hierro en arrabio.
• Soportar el peso de la materia prima introducida.

Metales No Ferrosos

Los metales no ferrosos son aquellos que no contienen hierro o lo contienen en cantidades muy pequeñas. Algunos de los más utilizados son:

(Aquí se podría insertar una tabla con los metales no ferrosos, sus características y aplicaciones)

Función del Fundente

El fundente es un producto químico utilizado en la soldadura y fabricación de placas y componentes electrónicos. Sirve para:

• Aislar del contacto con el aire.
• Disolver y eliminar los óxidos que se puedan formar.
• Favorecer el "mojado" del material base por el metal de aportación fundido, permitiendo que este fluya y se distribuya en la unión.

Acero y Fundiciones

Acero: Aleación de hierro con un contenido de carbono entre 0,03% y 1,76% en peso.

Fundiciones: Aleaciones hierro-carbono con un contenido de carbono entre 2,14% y 6,67%. Las más utilizadas en la industria tienen entre 2,5% y 4,5% de carbono.

Diferencias entre Acero y Fundiciones

• Porcentaje de carbono: El acero tiene menor porcentaje de carbono que las fundiciones.
• Costo: El acero es más caro que las fundiciones.
• Dureza: Las fundiciones son más duras que los aceros.
• Tenacidad: Los aceros son más tenaces que las fundiciones (resisten mejor los golpes).

Uso del Hierro Puro en Estructuras

El hierro puro es blando. El carbono le aporta dureza. Hasta un 0,7% de carbono se considera acero, y por encima de este porcentaje, hasta 6,66%, se considera fundición de hierro, que es más dura.

Aleaciones de Cobre

• Latón: Cobre y zinc. Muy dúctil y maleable, alta resistencia mecánica y difícil corrosión.
• Bronce: Cobre y estaño. Se utiliza en bisutería, joyería, acuñamiento de monedas y elementos mecánicos como engranajes.
• Alpaca: Cobre, níquel y zinc. Sus propiedades (ductilidad, fusibilidad, etc.) varían según las proporciones de los metales. Se utiliza para hacer cubiertos, candeleros, etc.

Propiedades de los Metales

Propiedades Físicas

• Conductividad eléctrica: Capacidad de un material para conducir la electricidad.
• Conductividad térmica: Capacidad de un material para transmitir el calor.
• Dilatación: Variación de las dimensiones de un material debido a un cambio de temperatura.
• Punto de fusión: Temperatura a la cual un material pasa de estado sólido a líquido.

Propiedades Mecánicas

Tipos de Esfuerzo

• Tracción: Esfuerzo causado por dos fuerzas opuestas que estiran una pieza.
• Compresión: Esfuerzo causado por dos fuerzas que comprimen una pieza.
• Flexión: Esfuerzo causado por fuerzas que tienden a doblar una pieza.
• Cizalladura: Esfuerzo causado por dos fuerzas opuestas que actúan sobre puntos cercanos, tendiendo a cortar la pieza.
• Torsión: Esfuerzo causado por fuerzas que tienden a retorcer una pieza.

Respuesta a los Esfuerzos

• Elasticidad: Capacidad de un material para deformarse bajo un esfuerzo y recuperar su forma original al cesar el esfuerzo.
• Plasticidad: Capacidad de un material para conservar la deformación después de cesar el esfuerzo.
• Maleabilidad: Capacidad de un material para deformarse permanentemente bajo compresión.
• Ductilidad: Capacidad de un material para deformarse permanentemente bajo tracción.
• Resistencia: Capacidad de un material para soportar esfuerzos sin romperse.

Otras Propiedades Mecánicas

• Dureza: Resistencia de un material a ser rayado o penetrado.
• Tenacidad: Resistencia a la rotura al ser golpeado.
• Fatiga: Pérdida gradual de resistencia debido a la aplicación repetida de un esfuerzo.
• Soldabilidad: Capacidad de un material para unirse a otro mediante calor.
• Oxidación: Reacción de un material con el oxígeno.
• Corrosión: Deterioro de un material debido a reacciones químicas.
• Reciclabilidad: Capacidad de un material para ser transformado en un nuevo producto.

La Metalurgia

El cobre, el oro y la plata fueron de los primeros metales trabajados por el hombre. El cobre se encontraba en estado casi puro, mientras que el oro y la plata se trabajaban inicialmente golpeándolos. Posteriormente, se aprendió a fundirlos y alearlos, dando lugar al cobre arsenicado y al bronce.

Los conocimientos metalúrgicos variaron en diferentes partes del mundo. La fundición del cobre se originó en Anatolia y Kurdistán en el VI milenio a. C., mientras que en América se desarrolló en el I milenio a. C. En África, el primer metal fundido fue el hierro en el II milenio a. C.

El trabajo con hierro comenzó en Anatolia alrededor del III milenio a. C. La fundición del hierro requiere altas temperaturas. Las primeras fundiciones conocidas aparecieron en China en el siglo I a. C. y llegaron a Europa en el siglo XIII con los altos hornos.

El uso de metales se originó por la necesidad de objetos de prestigio y ostentación, y luego para reemplazar herramientas de piedra, hueso y madera por unas más resistentes. El uso del hierro tuvo un gran impacto en la civilización:

• Intensificación de la producción agropecuaria.
• Especialización y diversificación del trabajo.
• Aumento de los intercambios.
• Institucionalización de la guerra.

En la Edad Media, la metalurgia se centraba en la purificación de metales preciosos y la acuñación de moneda. En el siglo XVII d.C. se crearon billetes de bronce.