Los metales ferrosos son los más utilizados a nivel industrial.
Tipos de Metales Ferrosos
El hierro industrialmente puro carece de buenas propiedades mecánicas; por ello, se utiliza aleado con carbono, o con carbono y otros metales.
Productos férreos:
- Hierro industrial
- Acero
- Fundición
Hierro Industrial
El hierro industrial es aquel con un contenido en carbono bajo.
Acero
Propiedades del acero:
- Son dúctiles y maleables.
- Su resistencia mecánica, dureza y fragilidad se incrementan con el contenido en carbono.
- La soldabilidad disminuye con el porcentaje en carbono.
- Se oxidan fácilmente.
Tipos de acero:
- Aceros al carbono: Son aquellos cuyo contenido en otros elementos no supera los porcentajes indicados.
- Aceros aleados: Superan algunos de esos límites.
Propiedades que comunican algunos elementos:
- Azufre
- Cobalto
- Cromo
- Manganeso
- Molibdeno
- Níquel
- Plomo
- Silicio
- Vanadio
- Wolframio
Fundiciones
Se denomina fundición a la aleación de carbono y hierro con un contenido entre el 1,67 y el 6,67% de carbono. Las fundiciones son fácilmente fusibles y generalmente se utilizan para la obtención de piezas por moldeo en moldes de arena o metálicos.
Ventajas de las fundiciones:
- Su fabricación es más sencilla que la del acero, ya que su punto de fusión es más bajo.
- Las piezas de fundición, por su fácil fabricación, son más baratas que las de acero.
Clasificación de las fundiciones:
- Fundiciones ordinarias (blancas, grises y atruchadas)
- Fundiciones aleadas
- Fundiciones especiales (maleables, de grafito esferoidal y grafito difuso)
Proceso Siderúrgico
Se conoce con el nombre de proceso siderúrgico al conjunto de operaciones que es preciso realizar para llegar a obtener un metal férreo de unas determinadas características. El proceso siderúrgico abarca desde la extracción del mineral de hierro en las minas hasta la fabricación final de un producto comercial.
El mineral que se extrae de las minas de hierro contiene una parte de óxidos, carbonatos, o sulfuros de hierro (mena), acompañada de sustancias no ferrosas (ganga) tales como rocas, sílice, etc.
Obtención del Coque
En el proceso siderúrgico, el carbón de coque actúa como combustible y como reductor de los óxidos de hierro. Se obtiene a partir de carbones de hulla con un bajo contenido en azufre y cenizas, son las llamadas hullas grasas y semigrasas, que poseen un contenido en materias volátiles de entre el 22 y el 30%.
El carbón de coque siderúrgico se obtiene industrialmente eliminando la materia volátil del carbón de hulla y aglutinándolo posteriormente. Para ello, se introduce la pasta de carbón en las llamadas baterías de hornos de coque. En estos hornos se somete la pasta de carbón a un proceso de coquizado, consistente en calentar el carbón por encima de 1000ºC, en ausencia de aire y durante 16 horas aproximadamente.
Sinterización del Mineral de Hierro
El objetivo de la sinterización del mineral de hierro es lograr un material poroso, de forma que el tamaño de los granos que se introduzcan posteriormente en el alto horno ofrezcan una alta permeabilidad a los gases. El mineral de hierro se mezcla con el carbón de coque y con granos de materiales llamados fundentes, que tienen una gran importancia en el proceso de reducción del mineral de hierro que se lleva a cabo en el alto horno.
Obtención del Arrabio (Alto Horno)
Para obtener el arrabio hace falta introducir en el interior del alto horno:
- Aportadores de hierro: Suministran la materia prima de la cual se obtendrá el hierro metálico.
- Fuel: Actúa como combustible, calentándolo todo.
- Carbón de coque: Actúa como combustible, al igual que el fuel, y es lo que produce la reducción del mineral de hierro.
- Fundentes: Forman la escoria (productos formados que se sitúan en la parte superior del mineral fundido).
- Aire caliente: Necesario para realizar la combustión.
De esta operación se obtiene arrabio, escoria, que está formada por los fundentes y por las impurezas, y también se obtiene gas de alto horno que tiene un contenido del 20% de CO.
Alto Horno
Está formado por:
- El tragante: Se sitúa en la parte de arriba, es por donde se introducen los materiales.
- La cuba: Es la parte más ancha del horno, se empieza el proceso de reducción.
- El vientre: Es la zona de mayor diámetro y donde se realiza la mayor parte del proceso.
- Los etalajes: Es por donde se introduce el aire caliente.
- El crisol: Es la parte baja del horno, y es por donde se expulsan el arrabio y la escoria.
Transformación del Arrabio en Acero
Las aleaciones hierro-carbono, de acuerdo con su contenido en este último elemento, se denominan:
- Hierro puro: Si contiene menos del 0,03% de carbono.
- Acero: Si la proporción de carbono está comprendida entre el 0,03 y el 1,67%.
- Fundición: Si su contenido en carbono está situado en el intervalo 1,67 y el 6,67%.
La transformación del arrabio se lleva a cabo en un recipiente llamado convertidor, donde además del arrabio se introducen:
- Chatarra: Absorbe el calor.
- Fundentes: Formación de escoria.
- Oxígeno.
Después de pasar por el convertidor, se obtiene:
- Acero líquido: Continúa su proceso en la metalurgia secundaria (más abajo).
- Escoria: Se utiliza como firme en las carreteras.
- Gases: Se aprovechan debido a su poder calorífico.
Metalurgia Secundaria
Consiste en modificar la composición del acero para acomodarlo a unas determinadas necesidades. Para ello, se le somete a uno o varios de los siguientes tratamientos:
- Ajuste de la composición: Se realiza añadiendo al acero los elementos necesarios para que la composición sea la especificada, mientras que a la vez se sopla gas inerte.