Tecnología de Materiales: Propiedades, Esfuerzos y Fabricación de Metales Ferrosos y Acero

Propiedades de los Materiales

Las propiedades de los materiales son características que definen su comportamiento y aplicación.

Propiedades Sensoriales

Son el tacto, el olor, la forma, el brillo, la textura y el color.

Propiedades Ópticas

Reacción del material cuando la luz incide sobre él:

• Materiales opacos: No permiten que la luz los traspase.
• Materiales translúcidos: Permiten el paso de la luz, pero no dejan ver nítidamente a través de ellos.
• Materiales transparentes: Dejan pasar la luz completamente.

Propiedades Térmicas

Reacciones del material frente al calor. Los aislantes evitan que el calor los traspase con facilidad.

Propiedades Magnéticas

Capacidad de un metal ferroso para ser atraído por un imán.

Propiedades Químicas

Una de las más importantes es la relativa a la oxidación y la corrosión.

Esfuerzos y Deformaciones en Materiales

Cuando una fuerza actúa sobre un objeto, tiende a deformarlo. La deformación depende de la dirección, el sentido y el punto de aplicación donde esté colocada la fuerza.

Tracción

La fuerza tiende a alargar el objeto y actúa perpendicular a la superficie que lo sujeta.

Compresión

Tiende a acortar el objeto. Actúa perpendicularmente a la superficie.

Flexión

Tiende a curvar el objeto. Actúa paralela a la superficie.

Torsión

Tiende a retorcer el objeto. Actúa paralela a la superficie.

Cortadura (Cizallamiento)

La fuerza es paralela a la superficie que se rompe y pasa por ella.

Pandeo

Similar a la flexión, pero se da en objetos con poca sección y gran longitud.

Metales Ferrosos: Características y Obtención

Son aquellos que contienen hierro como elemento base. Pueden llevar pequeñas proporciones de otros elementos.

Principales Yacimientos

Prácticamente ya no se explotan porque resulta más rentable la importación de los minerales que lo contienen. La tendencia actual es la explotación a cielo abierto.

Tipos de Minerales de Hierro

Solo se aprovechan: la magnetita, la hematites, la limonita y la siderita. Estos minerales tienen la ventaja de ser abundantes y de contener una proporción de hierro muy elevada.

Materia Prima del Horno Alto

La materia prima está formada por un 60% de mineral de hierro, un 30% de carbón de coque y un 10% de fundente. Se introducen en el horno alto por la parte superior.

Mineral de Hierro

Se somete a una serie de tratamientos preliminares. Consiste en triturar y moler el mineral para separar la mena de la ganga.

Carbón de Coque

Se ha creado artificialmente a partir de la hulla. Su misión dentro del horno es la siguiente:

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

Fundente

Compuesto por piedra caliza, su misión es:

• Reaccionar químicamente con la ganga, formando la escoria.
• Bajar el punto de fusión de la ganga para que la escoria sea líquida.

Funcionamiento del Horno Alto

El horno alto está funcionando ininterrumpidamente. A medida que se introduce la carga, esta va bajando hasta llegar al etalaje con una temperatura de 1650ºC, para que la mena se transforme en gotas de hierro que se depositan en el crisol. La cal reacciona con la ganga, formando la escoria, que se extrae por una bigotera. Esta escoria se emplea en la fabricación de cementos, balastos de vías de ferrocarril y aislantes térmicos. Periódicamente, se abre la piquera del arrabio y se extrae el hierro líquido del crisol (conocido como arrabio o hierro de primera fusión). Casi la totalidad del arrabio se convierte en acero a través del convertidor o procedimiento LD. A veces se solidifica en moldes, formando lingotes. Rodeando el horno alto, se encuentra el anillo del cual se extrae el aire caliente que se introduce en el horno a través de las toberas.

Obtención de Acero a partir de Chatarra

El único horno que se utiliza es el horno eléctrico y sus partes más importantes son:

• Transformador eléctrico: Convierte el voltaje a 900V y transforma la corriente alterna en continua.
• Cables flexibles: Conducen la electricidad hasta los electrodos.
• Brazos de los electrodos: Permiten a los electrodos que se acerquen o alejen de la chatarra para que salte el arco eléctrico.
• Sujeción de los electrodos.
• Pórtico con brazos hidráulicos: Permite quitar y poner la tapadera del horno para introducir la chatarra, ferroaleaciones y el fundente.
• Salida de humos refrigerada: Conduce los humos a un filtro, eliminando las partículas en suspensión.
• Estructura oscilante: Permite inclinar el horno para extraer el acero fundido.

Colada de Acero: Métodos y Aplicaciones

Colada Convencional

Consiste en verter el acero líquido sobre moldes con la forma de la pieza que se desee.

Colada Continua

Es el método más moderno y económico que existe. Consiste en verter el acero líquido sobre un molde sin fondo ni tapa, con forma curva y sección transversal con la forma geométrica que queramos.

Colada sobre Lingoteras

Si la demanda de productos ferrosos es baja y no tiene salida comercial, lo que se hace es introducirlo en lingoteras y dejarlo enfriar.

Clasificación de Productos Ferrosos

Tipos de Productos Ferrosos

Hierro

El porcentaje de carbono está comprendido entre 0,01% y 0,03%. Son muy blandos y difíciles de obtener.

Acero

Son aleaciones de hierro-carbono. El porcentaje de carbono está entre 0,03% y 1,76%.

Fundiciones

Son aleaciones de hierro-carbono. El porcentaje de carbono está entre 1,76% y 6,67%.

Grafitos

Se obtienen cuando el porcentaje de carbono es mayor del 6,67%. Son muy frágiles.

Presentaciones Comerciales del Acero

Las formas más comunes son:

Palastros (Chapas)

Son chapas o láminas que miden entre 1x2 m y 3x3 m.

Barras

Piezas más largas que anchas, macizas y de secciones variables. Si la sección es redonda y el diámetro menor que 5 mm, se consideran alambres.

Perfiles

Piezas huecas de secciones variables cuya longitud oscila entre 5 y 12 m.