4 Trenes de laminación

La laminación consiste en hacer pasar el material entre dos rodillos o cilindros que giran a la misma velocidad pero en sentido contrario.
De esta manera se reduce la sección transversal y se aumenta su longitud. Existen dos tipos de laminación:

Laminación en caliente.Es el proceso mediante el cual el acero se somete a temperaturas promedio de 1160°C en un horno galopante, durante aproximadamente dos horas, posteriormente sufre reducciones sucesivas en un tren de laminación continuo, como resultado de pasar a través de las cajas compuestas por cilindros de laminación, se forman los productos requeridos, de acuerdo a un diseño específico.

Laminación en frío.La laminación en frío se ve como un proceso altamente productivo para la fabricación de perfiles en acero por medio del conformado continuo de chapas metálicas con rodillos motrices. Las ventajas particulares de este proceso son la variedad casi ilimitada de forma del perfil de las secciones, y el endurecimiento tensional del material como resultado del conformado, lo cual se puede convertir en una gran ventaja en muchos casos.

La cantidad de trenes de laminación, así como la forma de los rodillos, dependerá del producto que se quiera obtener. En cualquier caso, siempre habrá uno o varios trenes desbastadores y secciones de enfriamiento

3 Colada de acero

El acero líquido obtenido a través del horno eléctrico o utilizando el convertidor se solidifica, empleando alguno de los siguientes métodos.

A. Colada convencional

Consiste en verter el acero líquido sobre moldes con la forma de la pieza que se desea obtener. Posteriormente, se deja enfriar el metal y más tarde se extrae la pieza.

B. Colada sobre lingoteras

El acero se vierte sobre unas lingoteras o moldes que tiene una forma determinada y que al enfriarse y solidificarse dan un producto deseado para su transformación.

C. Colada continua

Es el procedimiento de colada más moderno y económico que existe. Consiste en verter el acero líquido sobre un molde sin fondo ni tapadera, con forma curva y sección transversal con la forma geométrica del producto a obtener. El acero líquido, a medida que se va desplazando,se va enfriando.

2 Procesos de obtención del acero y otros productos ferrosos

En la actualidad, los productos ferrosos se obtienen de dos maneras, dependiendo de la materia prima empleada. Estos procedimientos son a través del horno alto y a través del horno eléctrico

A. Materia prima del horno alto

La materia prima, formada por mineral de hierro (60 %), carbón de coque (30 %) y fundente (10 %), se introduce en el horno alto por la parte superior.

Mineral de hierro: Antes de ser introducido en el horno alto se debe someter a una serie de tratamientos preliminares. Estos tratamientos consisten en triturar y moler el mineral, para posteriormente separar la parte útil.

Carbón de coque:Se ha creado artificialmente a partir de la hulla. Su misión, dentro del horno alto, es la siguiente:
– Producir, por combustión, 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, permitiendo que no se aplaste, para que pueda arder en la parte inferior y salgan los gases hacia la parte superior del horno.

Fundente:Compuesto por piedra caliza cuya misión es:
– Reaccionar químicamente con la ganga que haya podido quedar en el mineral, arrastrándola
hacia la parte superior de la masa líquida, y formando lo que se denomina escoria.
– Bajar el punto de fusión de la ganga para que la escoria sea líquida.

B. Funcionamiento del horno alto

El horno alto una vez encendido, está funcionando ininterrumpidamente hasta que es necesario hacerle una reparación.

A medida que se introduce la carga por la parte superior, ésta va bajando y su temperatura aumentando hasta llegar al etalaje. Aquí la temperatura ronda los 1 650 °C, suficientes para que el mineral de hierro se transforme en gotitas de hierro que se depositan en el crisol.

La cal (fundente) reacciona químicamente con la ganga formando la escoria, que flota sobre el hierro fundido. Por un agujero, llamado bigotera o piquera de escoria, se extrae, cada dos horas, la escoria.

Periódicamente, se abre la piquera de arrabio y se extrae el hierro líquido que hay en el crisol. Este hierro líquido se llama arrabio o hierro de primera fusión y contiene muchas impurezas, así como un exceso de carbono, por lo que normalmente no tiene ninguna aplicación.

Casi la totalidad del arrabio se convierte en acero a través del convertidor o procedimiento LD.

A veces, el arrabio se solidifica en moldes especiales, formando lingotes.
Rodeando al horno, alto a la altura del etalaje, se encuentra el anillo o morcilla, del cual se extrae aire caliente que se introduce en el horno a través de las toberas.

C. Transformación del arrabio en acero: convertidor

La proporción de carbono en el arrabio extraído del alto horno se encuentra en el intervalo correspondiente a las fundiciones. Así pues, se trata de un material duro y frágil, que no puede ser extendido en hilos ni en láminas; por este motivo apenas tiene aplicación industrial. Se hace necesario, pues, reducir el contenido en carbono del arrabio para convertirlo en acero; que es un material que sigue siendo duro, pero más elastico, dúctil, maleable y capaz de soportar impactos.
Esta transformación del arrabio en acero se lleva a cabo en un recipiente llamado convertidor, y se realiza suministrando oxígeno al arrabio líquido.

El horno más empleado en el afino del acero se denomina convertidor o procedimiento LD.

• Materia prima que emplea el convertidor LD:
– Arrabio líquido, pero también se le pueden añadir pequeñas cantidades de
chatarra.
– Fundente (cal, que reacciona con las impurezas y forma la escoria que flota
sobre el metal fundido).
– Ferroaleaciones, que mejoran las propiedades del acero.
• Características del horno convertidor:
– Interiormente está recubierto de ladrillo refractario.
– La producción por hornada suele ser de unas 300 toneladas de acero de
gran calidad.
– Cada hornada suele durar aproximadamente una hora.

D. Obtención de acero a través de la chatarra
En la actualidad, prácticamente el único horno que se emplea para convertir la chatarra en acero es el horno eléctrico
Las partes más importantes de un horno eléctrico son las siguientes:
• Transformador eléctrico (1). Convierte el voltaje a 900 V y transforma la corriente eléctrica
alterna en corriente continua.
• Cables flexibles (2). Conducen la electricidad hasta los electrodos (14).
• Brazos de los electrodos (3). Permiten que los electrodos se acerquen o se alejen de la chatarra para que salte el arco eléctrico.
• Sujeción de electrodos (4).
• Pórtico con brazos hidráulicos (5). Permite quitar y poner la tapadera del horno eléctrico para introducir la chatarra, las ferroaleaciones y el fundente.
• Salida de humos refrigerada (6). Conduce los humos a un filtro , eliminando las partículas en suspensión.
• Estructura oscilante (9). Permite inclinar el horno para extraer el acero fundido. Para
ello dispone de un dispositivo de volteo hidráulico (12).

Las materias primas que utiliza el horno eléctrico son:
• Chatarra seleccionada que, prácticamente, no lleve otros metales no ferrosos, como cobre, aluminio, plomo, etcétera.
• Fundente (cal).
• Ferroaleaciones, por ejemplo con Ni, Cr, Mo, etc., para fabricar aceros especiales.
Las características principales del horno eléctrico son:
• Interiormente está recubierto de ladrillo refractario.
• En el interior del horno se pueden llegar a alcanzar temperaturas de hasta 3 500 °C, con lo que es muy adecuado para fundir no solamente aleaciones ferrosas, sino cualquier otra cuyo punto de fusión sea alto, como wolframio, tántalo, molibdeno, etcétera.
• La carga del horno es de unas 100 toneladas.
• Cada hornada dura aproximadamente 50 minutos.
El funcionamiento del horno eléctrico es el siguiente:
1. Se quita la tapadera y se introduce la chatarra y el fundente.
2. Se cierra el horno y se acercan los electrodos a la chatarra, para que salte el arco eléctrico y comience a fundir la chatarra (Fig. 9.15a).
3. Cuando la chatarra está fundida, se inyecta oxígeno para eliminar los elementos indeseables del baño, como silicio, magnesio, fósforo, etcétera.
4. Se inclina el horno y se extrae la escoria (Fig. 9.15b). A continuación se le añade el carbono y ferroaleaciones y se sigue calentando hasta que las adiciones se disuelvan y se uniformice la composición del baño.
5. Se inclina el horno y se vierte el acero en la cuchara, que lo llevará al área de moldeo

5 Productos ferrosos

Muchos de los objetos que nos rodean están construidos con productos ferrosos.

A. Clasificación de los productos ferrosos

Atendiendo a la proporción de carbono existente, los productos ferrosos se pueden clasificar en hierros, aceros, fundiciones y grafitos.

• Hierros. Son aquellos productos ferrosos cuyo porcentaje de carbono está comprendid entre el 0,01 y 0,03%. Son muy blandos y difíciles de obtener, por lo que tienen pocas aplicaciones industriales.
• Aceros. Son aleaciones de hierro-carbono, pudiendo contener otros elementos químicos.
El porcentaje de carbono está comprendido entre el 0,03 y 1,76 %.
• Fundiciones. Son aleaciones de hierro-carbono, pudiendo tener otros elementos químicos.
El porcentaje de carbono oscila entre el 1,76 y 6,67 %.
• Grafitos. Se obtienen cuando el porcentaje de carbono es mayor del 6,67 %. En la práctica no tienen aplicaciones, ya que son muy frágiles.

B. Diagrama de hierro-carbono

Es una representación gráfica del comportamiento de la aleación Fe-C en función de la temperatura y del tanto por ciento de carbono.

Imagínate que dispones de una gran cantidad de probetas que contienen solamente Fe y C, y que todas ellas tienen una proporción de carbono distinta.

Ahora dibuja dos ejes de coordenadas. En el eje de abscisas representa los porcentajes de carbono, desde 0 hasta 6,67 %. En el eje de ordenadas dibuja las temperaturas que irán desde temperatura ambiente hasta 1 600 °C.
A continuación supón que coges la probeta que menor porcentaje de carbono tenga y la empiezas a calentar lentamente, desde la temperatura ambiente hasta unos 1600 °C. En el gráfico irás anotando a qué temperatura se convierte en líquido o coexiste líquido y sólido.

Uniendo todos los puntos obtendrías el diagrama de hierro-carbono.

Observandoel gráfico, cabe resaltar que:
• El hierro puro pasa de estado sólido a líquido a la máxima temperatura (unos 1530 °C).
• A medida que aumenta el tanto por ciento de carbono (hasta llegar al 4,3 %), disminuye la temperatura de fusión. A partir del 4,3 % C la temperatura de fusión empieza a aumentar de nuevo.
• La temperatura de fusión más baja de una aleación de hierro-carbono corresponde a una aleación de 4,3 % de carbono (1 130 °C).

1-Metales ferrosos o férricos

Son aquellos que contienen hierro como elemento base pueden llevar además pequeñas pequenas proporciones de otros.
A.Principales yacimientos de mineral de hierro
En la actualidad ya casi no se explota ninguno de ellos, porque resulta más rentable la importación de los minerales que lo contienen.
Por el bajo precio de mineral de hierro y su cara extracción, la tendencia actual es la explotación a cielo abierto.

B.tipos de minerales de hierro

En la naturaleza existe una gran variedad de minerales de hierro, pero solo se suelen aprovechar los siguientes:

magnetita


hematites

limonita

siderita

6 Tipos de acero

Dependiendo de que contengan otros elementos químicos o no, los aceros se clasifican en aceros no aleados y aceros aleados.
A. Aceros no aleados

Se consideran aceros no aleados cuando el porcentaje de los elementos químicos que intervienen en la aleación está por debajo del máximo. Según el porcentaje de carbono, los aceros se clasifican en:

B. Aceros aleados o especiales Se da el nombre de aceros aleados a los aceros que además de los cinco elementos: carbono, silicio, manganeso, fósforo y azufre, contienen también cantidades relativamente importantes de otros elementos como el cromo, níquel, molibdeno, etc., que sirven para mejorar alguna de sus características fundamentales. También puede considerarse aceros aleados los que contienen alguno de los cuatro elementos diferentes del carbono que antes hemos citado, en mayor cantidad que los porcentajes que normalmente suelen contener los aceros al carbono. La influencia que ejercen esos elementos es muy variada, y, empleados en proporciones convenientes, se obtienen aceros con ciertas características que, en cambio, no se pueden alcanzar con los aceros ordinarios al carbono. Utilizando aceros aleados es posible fabricar piezas de gran espesor, con resistencias muy elevadas en el interior de las mismas. En elementos de máquinas y motores se llegan a alcanzar grandes durezas con gran tenacidad. Es posible fabricar mecanismos que mantengan elevadas resistencias, aún a altas temperaturas. Hay aceros inoxidables que sirven para fabricar elementos decorativos, piezas de maquinas y herramientas, que resisten perfectamente a la acción de los agentes corrosivos. Es posible preparar troqueles de formas muy complicadas que no se deformen ni agrieten en el temple, etc.
Existen varias formas de clasificar los aceros aleados. Una de las más utilizadas es la denominada designación convencional numérica, en la que se clasifican los aceros según su aplicación. Según esta designación, cada acero se indica mediante la letra mayúscula F, seguida de un guión y de cuatro cifras:
• La primera cifra indica aplicaciones generales de los aceros.
• La segunda cifra señala características del acero. Así, por ejemplo, F-3200 es un acero inoxidable para válvulas de motores de explosión.
• Las dos últimas cifras tienen un valor clasificatorio y se van colocando a medida que se van descubriendo los distintos aceros.

7 Presentaciones comerciales del acero

Las formas más comunes de los aceros que se emplean en la industria mecánica y metálica
se pueden clasificar en tres grandes grupos: palastros, barras y perfiles.

Palastros. Son chapas laminadas de medidas que oscilan entre 1 x 2 metros y 3 x 3 metros.

Barras. Son piezas mucho más largas que anchas, macizas y de secciones variables.hexgono,redondo,cuadrado,triangular,media caña, pletinas
Si la sección de la barra es redonda y su diámetro menor de 5 mm, teniendo una gran longitud, se denomina alambre. Cuando las pletinas tienen un espesor muy pequeño y gran longitud se denominan flejes.

Perfiles. Son piezas huecas de secciones variables, cuya longitud puede oscilar entre
5 y 12 metros. Los perfiles más usuales son: angular, IPN (dobleT), en T, tubular, cuadrado y rectangular.

Existen otros perfiles, denominados especiales que se emplean para otros usos, como ventanas, puertas de coches, estructuras de aviones, etcétera.

8 Fundiciones

Se denomina fundición al proceso de fabricación de piezas, comúnmente metálicas pero también de plástico, consistente en fundir un material e introducirlo en una cavidad, llamada molde, donde se solidifica.
El proceso tradicional es la fundición en arena, por ser ésta un material refractario muy abundante en la naturaleza y que, mezclada con arcilla, adquiere cohesión y moldeabilidad sin perder la permeabilidad que posibilita evacuar los gases del molde al tiempo que se vierte el metal fundido.

Las fundiciones son aleaciones de hierro-carbono que, además, pueden contener otros elementos. El tanto por ciento de carbono oscila entre el 1,76 y 6,67 %.
Las características de una fundición no solamente dependen de su composición, sino del proceso de fabricación.

A. Clasificación de las fundiciones

Las fundiciones se clasifican atendiendo a la fractura, las propiedades y la composición.

9 Impacto medioambiental de los productos ferrosos

El empleo de productos ferrosos acarrea grandes impactos sobre el medio ambiente. Algunos
de estos impactos ocurren en tres momentos bien diferenciados:
• A la hora de obtener la materia prima. La mayoría de las minas de mineral de hierro que se explotan en la actualidad se hacen a cielo abierto. Ello ocasiona un gran impacto acústico, paisajístico y de destrucción de hábitats.
La fabricación del carbón de coque emite a la atmósfera, entre otros, los siguientes elementos contaminantes: CO, CO2, amoniaco, alquitrán, cenizas y humos.
• Durante la transformación del mineral en producto comercial. Las emisiones que se pueden liberar a la atmósfera en el horno alto, hornos de afino, laminación, etc., son:
– Metales pesados, como plomo, cadmio, mercurio, etc., que contaminan el aire, el agua y la tierra.
– Gases residuales y polvo.
– Gases de horno alto y horno eléctrico, como pueden ser CO, CO2, SOx, NOx, etcétera.
Además, se producen otros tipos de contaminación, como:
– Lodos procedentes de la depuración de los gases.
– Aguas residuales contaminadas con aceites, ácidos, etcétera.
– Contaminación acústica.
Algunas de las medidas utilizadas para contrarrestar estos efectos son:
– Aislamiento de las zonas en las que haya máquinas que emitan un gran ruido.
– Filtraje de partículas, metales pesados y gases.
– Separación de zonas industriales de núcleos urbanos.
• Al desechar o reciclar un producto ferroso usado. El reciclado, desgraciadamente,
también tiene impacto sobre el medio ambiente; pero los efectos de este impacto son
mucho menores que los ocasionados al fabricar el producto a partir del mineral de hierro.