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FIIS

E.A.P. INGENIERIA INDUSTRIAL

G R U P O Nº

DOCENTE :

Dr. RIVEROS VILLA, Felix

INTEGRANTES :

ALANIA CARHUARICRA, Abner

FECHA :

30 de Abril del 2015

HUANUCO 2015

PROCESOS INDUSTRIALES I

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Índice

I. INTODUCCION

II. MARCO TEORICO

1. HIERRO

1.1. DEFINICION

1.2. ESTRUCTURA

1.3. DATOS TECNICOS

1.4. PROPIEDADES

1.5. USOS

1.6. RESERVAS MUNDIALES DE HIERRO

1.7. PRINCIPALES COMPAÑÍAS PRODUCTORAS DE MINERAL DE

HIERRO

1.8. TIPOS DE HIERRO

2. ACERO

2.1. DEFINICION

2.2. COMPOSICION QUIMICA

2.3. PROPIEDADES

2.4. VENTAJAS

2.5. PRODUCCION MUNDIAL DE ACERO

2.6. TIPOS DE ACERO

III. PROCESOS TECNOLOGICOS

PROCESOS TECNOLOGICOS DE OBTENCION DE HIERRO

PROCESOS TECNOLOGICOS DE OBTENCION DE ACERO

DIAGRAMAS DE FLUJO DE PROCESOS PARA HIERRO Y ACERO

IV. CONCLUSIONES

V. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

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I. INTODUCCION

Durante la historia el hombre ha tratado de mejorar sus materias primas para sus

construcciones, añadiendo materiales orgánicos como inorgánicos, para obtener así

los resultados ideales para sus diversas obras.

Dado el caso de que los materiales más usados en la construcción no se encuentran

en la naturaleza en estado puro, por lo que para su empleo hay que someterlos a una

serie de operaciones metalúrgicas cuyo fin es separar el metal de las impurezas u

otros minerales que lo acompañen. Pero esto no basta para alcanzar las condiciones

óptimas, entonces para que los metales tengan buenos resultados, se someten a

ciertos tratamientos con el fin de hacer una aleación que reúna una serie de

propiedades que los hagan aptos para adoptar sus formas futuras y ser capaces de

soportar los esfuerzos a los que van a estar sometidos.

El hierro se encuentra en grandes cantidades en la corteza terrestre formando parte de

diversos minerales (óxidos, minerales hidratados, carbonatos, sulfuros, silicatos, etc.).

Desde tiempos prehistóricos, el hombre ha aprendido a preparar y procesar estos

minerales por medio de operaciones de lavado, triturado y clasificado, separación de la

ganga, calcinado, sinterizado y granulado, para fundir los minerales y obtener hierro y

acero. A lo largo de la historia, muchos países han desarrollado una próspera industria

siderúrgica basada en los suministros locales de mineral y en la proximidad de

bosques para obtener carbón vegetal como combustible. A comienzos del siglo XVIII,

el descubrimiento de que se podía utilizar coque en lugar de carbón vegetal

revolucionó la industria, hizo posible un rápido desarrollo de la misma y sentó las

bases para los demás avances de la Revolución Industrial. Los países que poseían

yacimientos naturales de carbón próximos a yacimientos de mineral de hierro

disfrutaron de grandes ventajas.

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II. MARCO TEORICO

1. HIERRO

1.1. DEFINICION:

El hierro es el metal pesado más extenso y más abundante en la superficie de la tierra.

Debido a la facilidad con la cual reacciona, es raro encontrarlo en la forma de hierro

puro.

Debido a su avidez por el oxígeno, el hierro se encuentra en la naturaleza en

forma de minerales, compuestos principalmente por los óxidos.

De estos minerales, los más usados por la industrial para la extracción de

este metal son: hematita, limonita, magnetita y siderita.

La hematita es un óxido (Fe2O3) el cual, cuando es puro, contiene el 70% de

hierro, sin embargo, varía generalmente entre 40 y el 60%.

La limonita (Fe2O3) H20 es otro óxido, pero contiene cantidades variables de agua y

se deriva de la alteración de otros minerales ferrosos; su contenido de metal

varía a partir de un depósito a otro pero no sobrepasa generalmente el 50%.

Químicamente, la magnetita es un óxido (Fe3O4) y es el mineral que contiene

la mayor cantidad de hierro, en su forma pura debe contener 72.4%.

La siderita es un carbonato (FeCO3) que en su estado puro contiene el 48.3%, de

hierro, pero es raramente usada en la producción del hierro y del acero.

1.2. ESTRUCTURA:

El hierro tiene una estructura centrada en el cuerpo, a temperaturas normales. A

temperaturas más altas, tiene una estructura cúbica centrada en la cara. Este hecho

es de gran importancia practica. En su forma de acero, el hierro siempre contiene una

pequeña cantidad de carbono. Los átomos de carbono son menores que los átomos

de hierro y, a temperaturas altas, se encajan en los espacios abiertos de la estructura

centrada en la cara. Cuando el hierro se enfría, adquiere una forma cubica centrada en

el cuerpo. En esa forma, los átomos de carbono no pueden colocarse en los espacios

más pequeños. Entonces, la red cristalina del hierro se distorsiona, debido al tamaño

tan grande de los átomos de carbono, o el carbono se separa del hierro como carburo

de hierro, Fe 3C.

Los cristales del hierro y del Fe3 existen en muchos tamaños y formas. La estructura

final del cristal está determinada por el por ciento del hierro y la rapidez de

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enfriamiento. Estas diferencias en la estructura cristalina, le dan la gran versatilidad

que tiene el acero como un material industrial. También explican el hecho de que las

propiedades del acero se pueden cambiar gradualmente por el tratamiento del calor.

Químicamente el hierro es un metal activo. Se combina con los halógenos (flúor, cloro,

bromo, yodo y astato) y con el azufre, fósforo, carbono y silicio. Desplaza al hidrógeno

de la mayoría de los ácidos débiles. Arde con oxígeno formando tetróxido triférrico

(óxido ferrosoférrico), Fe3O4. Expuesto al aire húmedo, se corroe formando óxido de

hierro hidratado, una sustancia pardo-rojiza, escamosa, conocida comúnmente como

orín. La formación de orín es un fenómeno electroquímico en el cual las impurezas

presentes en el hierro interactúan eléctricamente con el hierro metal. Se establece una

pequeña corriente en la que el agua de la atmósfera proporciona una disolución

electrolítica. El agua y los electrólitos solubles aceleran la reacción. En este proceso,

el hierro metálico se descompone y reacciona con el oxígeno del aire para formar el

orín. La reacción es más rápida en aquellos lugares donde se acumula el orín, y la

superficie del metal acaba agujereándose, osea, se corroe.

Al sumergir hierro en ácido nítrico concentrado, se forma una capa de óxido que lo

hace pasivo, es decir, no reactivo químicamente con ácidos u otras sustancias. La

capa de óxido protectora se rompe fácilmente golpeando o sacudiendo el metal, que

vuelve así a ser activo.

1.3. DATOS TÉCNICOS :

El hierro es un elemento que se caracteriza por ser magnético, al

calentarse pierde su magnetismo; es blando, con brillo metálico y de color gris

acerado a negro; su punto de fusión es de 1536°C, el de ebullición de 2740°C

y tiene una densidad de 7.8 gr/ml. En estado puro es muy reactivo químicamente y

se corroe en condiciones de aire húmedo o a temperaturas elevadas.

El metal puro no se encuentra comercialmente, sino que generalmente es

aleado con el carbono u otros metales como manganeso, cromo, molibdeno,

níquel y vanadio. Entre más poroso sea, ofrecerá mayor superficie a la acción

de gases para que las reacciones se realicen con mayor rapidez.

El hierro puro tiene una dureza que oscila entre 4 y 5. Es blando, maleable y

dúctil.

Se magnetiza fácilmente a temperatura ordinaria; es difícil

magnetizarlo en caliente, y a unos 790 °C desaparecen las propiedades

magnéticas. Su masa atómica es 55.847. El metal existe en tres formas

alotrópicas distintas: hierro ordinario o hierro (hierro-alfa), hierro gamma y hierro

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delta. La disposición interna de los átomos en la red del cristal varía en la transición de

una forma a otra. Las distintas propiedades físicas de las formas alotrópicas y la

diferencia en la cantidad de carbono admitida por cada una de las formas

desempeñan un papel importante en la formación, dureza y temple del acero.

Químicamente el hierro es un metal activo. Se combina con los halógenos

(flúor, cloro, bromo, yodo y ástato) y con el azufre, fósforo, carbono y silicio. Desplaza

al hidrógeno de la mayoría de los ácidos débiles. Arde con oxígeno formando óxido

férrico (Fe3O4). Expuesto al aire húmedo, se corroe formando óxido de hierro

hidratado, una sustancia pardo-rojiza, escamosa, conocida comúnmente como

orín. La formación de orín es un fenómeno electroquímico en el cual las impurezas

presentes en el hierro interactúan eléctricamente con el hierro. Se establece

una pequeña corriente en la que el agua de la atmósfera proporciona una

disolución electrolítica. El agua y los electrolitos solubles aceleran la reacción.

En este proceso, el hierro metálico se descompone y reacciona con el oxígeno

del aire para formar el orín. La reacción es más rápida en aquellos lugares

donde se acumula el orín, y la superficie del metal acaba agujereándose.

1.4. PROPIEDADES MECÁNICAS DEL HIERRO:

Resistencia a la rotura: Resistencia que opone el material a romperse por un

esfuerzo mecánico exterior. Depende de la cohesión entre sus moléculas.

Deformabilidad:Es una propiedad que da a los materiales la posibilidad de

deformarse antes de su rotura. Esta deformación puede ser permanente (plasticidad) o

no (elasticidad).

Tenacidad: La tenacidad nos expresa el trabajo que realiza un metal cuando

es sometido a esfuerzos exteriores que lo deforman hasta la rotura. Esta característica

nos define la trabajabilidad del metal.

Dureza: Es la capacidad que presenta el metal a ser deformado en su

superficie por la acción de otro material. Distinguimos varios tipos de dureza: al

rayado, a la penetración, al corte y dureza elástica.

Soldabilidad: Propiedad que presentan algunos metales por la que dos piezas

en contacto pueden unirse íntimamente formando un conjunto rígido.

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1.5. USOS:

Los procesos industriales del siglo XIX permitieron producir hierro forjado en

grandes cantidades, de modo que se pudo utilizar este material en la construcción de

grandes estructuras de arquitectura e ingeniería.

La dificultad de realizar uniones de elementos de hierro forjado

mediante soldadura ha relegado el empleo de este material a usos decorativos o

secundarios en la construcción, tales como enrejados y otras piezas.

1.6. RESERVAS MUNDIALES DE HIERRO:

El Servicio Geológico de Estados Unidos, señala que las reservas mundiales de

mineral de hierro ascienden a 150 millones de toneladas, lo que equivale a 73

millones de toneladas de hierro contenido. La ley del mineral resulta de gran

importancia al momento de identificar los países con mayor cantidad de recursos

de hierro, ya que el total de reservas difiere en calidad, según sea el

porcentaje de ley que presenta, no coincidiendo necesariamente el monto de

reservas de aquellos países con más riqueza mineral, con aquellos con un mejor

porcentaje de ley

Ranking de países productores de acuerdo a su ley estimada promedio.

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1.7. PRINCIPALES COMPAÑÍAS PRODUCTORAS DE MINERAL DE HIERRO:

Se presenta un ranking con las diez mayores empresas productoras de mineral de

hierro en el mundo. Destaca el importante nivel de concentración de la industria, ya

que estas diez principales compañías producen un 49% del total del mineral de hierro

Se destaca la elevada tasa de crecimiento que ha tenido la producción

mundial, que en promedio ha mostrado un incremento anual de 9,5% en los

últimos diez años. Sin embargo, la mayor tasa de crecimiento se ha registrado

en los precedentes cinco años, periodo en que el nivel de producción se incrementó

un 76%.

La mayor aportación al crecimiento de la producción mundial proviene de los

países emergentes, entre los que destaca China, economía que entre los años

2004 y 2008 aumentó en un 175% el nivel de producción. Le siguen avances

de India que para este mismo periodo registró un crecimiento de 83%, mientras

que Brasil lo hizo en un 77%.

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1.8. TIPOS DE HIERRO

HIERRO DULCE O HIERRO FORJADO

Es un material que al contener un alto porcentaje de azufre, no es un elemento

depurado. Es muy manejable y por tanto adecuado para trabajos de forja complicados,

pero tiene poca resistencia y no permite soportar grandes esfuerzos.

Se utilizaba para la elaboración de piezas ornamentales en rejas, barandillas,

balconeras.

Este tipo de material es el que se emplea en el circo, en el espectáculo del forzudo

que dobla con sus manos una barra de hierro.

CARACTERISTICAS

Se caracteriza por el bajo contenido de carbono (entre 0,05% y 0,25%), siendo una de

las variedades, de uso comercial, con más pureza en hierro. Es duro, maleabley

fácilmente aliable con otros metales, sin embargo es relativamente frágil, y poco apto

para ser utilizado en la confección de láminas, tales como espadas, etc. El hierro

forjado ha sido empleado durante miles de años, y ha sido la composición más

habitual del "hierro" tal como se ha conocido a lo largo de la historia.

El hierro dulce es hierro prácticamente puro, su contenido en carbón se encuentra por

debajo del 0,1%

PROPIEDADES FÍSICAS

Presenta un color blanco plateado, tiene una densidad7870kg/m3 y un punto de fusión

de 1538c.resulta un buen conductor de la electricidad y se magnetiza fácilmente

propiedades mecánicas: es tenaz, dúctil y maleable, por lo que admite la forja por lo

que también se llama hierro forjado, se oxida con facilidad y se combina con el hierro

para mejorar sus propiedades y aplicaciones

Tradicionalmente, el hierro forjado ha sido obtenido a partir del mineral de hierro

calentado a altas temperaturas en una forja. Luego, se procedía a golpearlo, en un

proceso en el que se buscaba eliminar las impurezas y escorias contenidas en el

mineral.

USOS

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Los procesos industriales del siglo XIX permitieron producir hierro forjado en grandes

cantidades, de modo que se pudo utilizar este material en la construcción de grandes

estructuras de arquitectura e ingeniería.

La dificultad de realizar uniones de elementos de hierro forjado mediante soldadura ha

relegado el empleo de este material a usos decorativos o secundarios en la

construcción, tales como enrejados y otras piezas.

HIERRO FUNDIDO

El hierro fundido, hierro colado, más conocido como fundición gris, es un tipo

de aleación, cuyo tipo más común es el conocido como hierro fundido gris.

El hierro gris es uno de los materiales ferrosos más empleados y su nombre se debe a

la apariencia de su superficie al romperse. Esta aleación ferrosa contiene en general

más de 2% de carbono y más de 1% de silicio, además

de manganeso,fósforo y azufre. Una característica distintiva del hierro gris es que el

carbono se encuentra en general como grafito, adoptando formas irregulares descritas

como “hojuelas”. Este grafito es el que da la coloración gris a las superficies de ruptura

de las piezas elaboradas con este material.

La composición típica para obtener una microestructura grafitica es de 2.5 a 4%

de carbono y de 1 a 3% de silicio, el silicio juega un papel importante en diferenciar a

la fundición gris de la fundición blanca, esto es debido a que el silicio es

unestabilizador de grafito, esto significa que ayuda a precipitar el grafito desde

los carburos de hierro. Otro factor importante que ayuda a la formación de grafito es la

velocidad de solidificación de la colada, una velocidad lenta tenderá a producir más

grafito y una matriz ferritica, una velocidad moderada tenderá a producir una mayor

matriz perlitica, para lograr una matriz 100% ferritica, se debe someter la fundición a

un tratamiento térmico de recocido.

Un enfriamiento veloz suprimirá parcial o totalmente la formación de grafito y en

cambio propiciará la formación decementita, lo cual se conoce como Fundición Blanca

La composición típica para obtener una microestructura grafitica es de 2.5 a 4%

de carbono y de 1 a 3% de silicio, el siliciojuega un papel importante en diferenciar a la

fundición gris de la fundición blanca, esto es debido a que el silicio es un estabilizador

de grafito, esto significa que ayuda a precipitar el grafito desde los carburos de hierro.

Otro factor importante que ayuda a la formación de grafito es la velocidad de

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solidificación de la colada, una velocidad lenta tenderá a producir más grafito y una

matriz ferritica, una velocidad moderada tenderá a producir una mayor matriz perlitica,

para lograr una matriz 100% ferritica, se debe someter la fundición a un tratamiento

térmico de recocido.

Un enfriamiento veloz suprimirá parcial o totalmente la formación de grafito y en

cambio propiciará la formación decementita, lo cual se conoce como Fundición Blanca

VENTAJAS Y DESVENTAJAS

La Fundición gris es una aleación común en la ingeniería debido a su relativo bajo

costo y buena maquinabilidad, lo que es resultado de las bandas de grafito que

lubrican el corte y la viruta. También tiene buena resistencia al desgaste, debido a que

las "hojuelas" de grafito sirven de auto lubricante. La fundición gris posee una rotura

frágil, es decir, no es dúctil, por lo que no presenta deformaciones permanentes

importantes antes de llevarla a su tensión de rotura: no es tenaz. Al tener una alta

tensión de rotura, pero baja ductilidad, casi toda su curva de tensión alargamiento

presente muchas zonas en donde las tensiones son proporcionales a las

deformaciones: tiene mucha resiliencia, es decir, capacidad de absorber trabajo en el

período elástico o de deformaciones no permanentes. El silicio promueve una buena

resistencia a la corrosión e incrementa la fluidez de la colada de fundición, la fundición

gris es considerada, generalmente, fácil de soldar.

Comparada con otras aleaciones de hierro modernas, el hierro gris tiene una baja

resistencia a la tracción y ductibilidad; por lo tanto su resistencia al impacto es casi

inexistente.

2. EL ACERO

2.1. DEFINICIÓN:

El acero es una aleación de hierro con pequeñas cantidades de otros elementos, es

decir, hierro combinado con un 1% aproximadamente de carbono, y que hecho ascua

y sumergido en agua fría adquiere por el temple gran dureza y elasticidad. Hay aceros

especiales que contienen además, en pequeñísima proporción, cromo, níquel, titanio,

volframio o vanadio. Se caracteriza por su gran resistencia, contrariamente a lo que

ocurre con el hierro. Este resiste muy poco la def0rmacion plástica, por estar

constituida solo con cristales de ferrita; cuando se alea con carbono, se forman

estructuras cristalinas diferentes, que permiten un gran incremento de su resistencia.

Ésta cualidad del acero y la abundancia de hierro le colocan en un lugar preeminente,

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constituyendo el material básico del S.XX. Un 92% de todo el acero es simple acero al

carbono; el resto es acero aleado: aleaciones de hierro con carbono y otros elementos

tales como magnesio, níquel, cromo, molibdeno y vanadio.

2.2. COMPOSICIÓN QUÍMICA:

En el acero, además de hierro y carbono como elementos fundamentales, intervienen

elementos accidentales, entre ellos el azufre y el fósforo, que dada su afinidad con el

acero, son difíciles de eliminar, no obstante se reducen a proporciones inofensivas (<

0.05 %); otros elementos facilitan la obtención, como el silicio y el manganeso que

adicionados en pequeñas proporciones (0.2 a 0.9 %) evitan la oxidación del metal

fundido, el resto (97.5 a 99.5%) es hierro. Los aceros con esta composición se llaman

aceros al carbono. Atendiendo al porcentaje de contenido en carbono, estos aceros

suelen denominarse como se indica en el siguiente cuadro: 

Porcentaje de Carbono Denominación       

Resistencia

0.1 a 0.2 Aceros extrasuaves 38 -48 Kg / mm2

0.2 a 0.3 Aceros suaves 48 -55 Kg / mm2

0.3 a 0.4 Aceros sem¡suaves 55 -62 Kg / mm2

0.4 a 0.5 Aceros semiduros 62 -70 Kg / mm2

0.5 a 0.6 Aceros duros 70 -75 Kg / mm2

0.6 a 0.7 Aceros extraduros 75 -80 Kg / mm2

2.3. PROPIEDADES DE ACERO:

Resistencia a comprensión y tracción.

Dureza

Resistencia al desgaste

Ductilidad

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2.4. VENTAJAS DEL ACERO:

El Acero es un material de construcción de superior calidad, es 100% reciclable

e inorgánico.

No se tuerce, raja, rompe o cambia de forma, longitud; tiene el mas alto ratio

de fuerza a peso de cualquier material de construcción.

Es invulnerable a termitas o cualquier tipo de fungí u organismo. Su alto nivel

de fuerza resulta en estructuras más seguras; requiere menor mantenimiento y un

proceso más despacioso en su larga vida económica.

Acero es mas liviano que cualquier otro material para enmarcados o paneles.

Produce hasta un 20% menos desperdicio o material no aceptable.

Su calidad es consistente y constante, es producido dentro de estrictos

estandartes nacionales, no variaciones regionales.

2.5. PRODUCCION MUNDIAL DE ACERO:

El acero es un insumo clave en la construcción, ingeniería mecánica y transporte,

todos sectores que estuvieron dentro de los más golpeados por la recientemente

ocurrida crisis económica global. Por tratarse de un material muy versátil, que

está involucrado en gran parte de las fases productivas, el crecimiento o

decrecimiento de la industria, se encuentra fuertemente correlacionado con el

comportamiento de los sectores manufactureros.China fue el principal exportador de

acero en el mundo durante los años 2006 a 2008, no obstante, en los seis primeros

meses del año 2009, China descendió a la séptima posición en el ranking de

exportadores, con una baja en los embarques, de 68% respecto al año anterior.

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2.6. TIPOS DE ACERO:

2.6.1. ACEROS AL CARBON

Más del 90% de todos los aceros son aceros al carbono. Estos aceros contienen

diversas cantidades de carbono y menos del 1,65% de manganeso, el 0,60% de silicio

y el 0,60% de cobre. Entre los productos fabricados con aceros al carbono figuran

máquinas, carrocerías de automóvil, la mayor parte de las estructuras de construcción

de acero, cascos de buques, somieres y horquillas

CARACTERISTICAS

Maleable

El acero al carbono, también denominado acero forjado, es maleable. Esto significa

que es flexible y puede tener cualquier forma. El acero al carbono en bruto se vierte en

bloques que son laminados en caliente en una forma deseada y luego el carbono

permite que el compuesto se endurezca.

Alta resistencia, baja aleación

El acero al carbono está clasificado como de alta resistencia, baja aleación (HSLA) de

metal. El acero al carbono tiene un contenido bajo, medio o alto de carbono. Cuando

es bajo en carbono (con una proporción de 0,05 por ciento de carbono a 0,25) el acero

al carbono es fácil de formar y soldar.

Más altos niveles de manganeso

El acero al carbono con un nivel medio de contenido de carbono tiene niveles más

altos de manganeso. Esto permite que sea templado y revenido (que es un proceso de

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calentamiento). En este estado, el acero al carbono se utiliza para hacer ejes,

acoplamientos y forjados.

LA COMPOSICIÓN QUÍMICA

La composición química de los aceros al carbono es compleja, además del hierro y

el carbono que generalmente no supera el 1%, hay en la aleación otros elementos

necesarios para su producción, tales como silicio y manganeso, y hay otros que se

consideran impurezas por la dificultad de excluirlos totalmente –

azufre, fósforo, oxígeno, hidrógeno. El aumento del contenido de carbono en el acero

eleva su resistencia a la tracción, incrementa el índice de fragilidad en frío y hace que

disminuya la tenacidad y la ductilidad.

APLICACIONES

Construcción civil:

Una parte importante del acero producido se dirige a la construcción civil. Dentro de

este rubro pueden determinarse dos utilizaciones principales: hormigón

armado y construcción en acero. La primera usa el hierro redondo como refuerzo del

hormigón, trabajando el primero en general a la tracción y el segundo a la compresión.

En el caso de la construcción en acero1 se usan elementos tales como perfiles unidos

mediante conexiones empernadas o soldadas. Una utilización que está teniendo

crecimiento importante es la construcción mixta2 que combina las estructuras de acero

embebidas en hormigón armado ó el hormigón armado dentro de un tubo estructural.

Otras aplicaciones:

Además de la construcción civil existen diversas aplicaciones del acero en

la construcción mecánica tales como máquinas, partes móviles de automóviles o

camiones ( ejes, parantes) Otro uso importante son los cascos de los buques, los

tubos de las bicicletas, los clavos, alfileres, las cerraduras de las puertas, los asientos

de las clases y muchos objetos más que utilizamos diariamente. En la mayoría de los

casos se utiliza el acero tal como viene de las acerías, sin darle ningún tratamiento

térmico especial.

2.6.2. ACEROS ALEADOS

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Todo acero es en realidad una aleación, pero no todos los aceros son "aceros

aleados". Los aceros más simples son hierro (Fe) (alrededor del 99 %) aleado

con carbono (C) (alrededor del 0,1 -1 %, dependiendo del tipo).

Sin embargo, el término "acero aleado" es el término estándar referido a aceros

con otros elementos aleantes además del carbono, que típicamente son

el manganeso (el más común).La mejora de propiedades de los aceros aleados se

muestra a continuación, con respecto a los aceros al carbono:

resistencia, dureza, tenacidad, resistencia al desgaste, templabilidad, y resistencia en

caliente. Para alcanzar esas mejores propiedades el acero puede necesitar

un tratamiento térmico.

Algunos de estos aceros aleados encuentran aplicaciones altamente exigentes, como

en los álabes de turbina de un motor de reacción, en vehículos espaciales, y

en reactores nucleares. Debido a las propiedades ferromagnéticas del hierro, algunos

aceros aleados tiene aplicaciones en donde su respuesta al magnetismo es muy

importante, como puede ser un motor eléctrico o un transformador.Estos aceros

contienen un proporción determinada de vanadio, molibdeno y otros elementos,

además de cantidades mayores de manganeso, silicio y cobre que los aceros al

carbono normales.

2.6.3. ACEROS DE BAJA ALEACION ULTRARRESISTENTES

Esta familia es la más reciente de las cuatro grandes clases de acero. Los aceros de

baja aleación son más baratos que los aceros aleados convencionales ya que

contienen cantidades menores de los costosos elementos de aleación. Sin embargo,

reciben un tratamiento especial que les da una resistencia mucho mayor que la del

acero al carbono. Por ejemplo, los vagones de mercancías fabricados con aceros de

baja aleación pueden transportar cargas más grandes porque sus paredes son más

delgadas que lo que sería necesario en caso de emplear acero al carbono. Además,

como los vagones de acero de baja aleación pesan menos, las cargas pueden ser más

pesadas. En la actualidad se construyen muchos edificios con estructuras de aceros

de baja aleación. Las vigas pueden ser más delgadas sin disminuir su resistencia,

logrando un mayor espacio interior en los edificios.

Se emplean estos aceros para alcanzar una templabilidad mayor, lo cual mejora otras

propiedades mecánicas. También se usan para aumentar la resistencia a la corrosión

en ciertos condiciones ambientales.

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Los aceros de baja aleación con contenidos medios o altos en carbono son difíciles

de soldar. Bajar el contenido en carbono hasta un 0,10 % o 0,30 %, acompañada de

una reducción en elementos aleantes, incrementa la soldabilidad yformabilidad del

acero manteniendo su resistencia. Dicho metal se clasifica como un HSLA steel (acero

de baja aleación de alta resistencia).

2.6.4. ACEROS INOXIDABLES

Los aceros inoxidables contienen cromo, níquel y otros elementos de aleación, que los

mantienen brillantes y resistentes a la herrumbre y oxidación a pesar de la acción de la

humedad o de ácidos y gases corrosivos. Algunos aceros inoxidables son muy duros;

otros son muy resistentes y mantienen esa resistencia durante largos periodos a

temperaturas extremas. Debido a sus superficies brillantes, en arquitectura se

emplean muchas veces con fines decorativos. El acero inoxidable se utiliza para las

tuberías y tanques de refinerías de petróleo o plantas químicas, para los fuselajes de

los aviones o para cápsulas espaciales. También se usa para fabricar instrumentos y

equipos quirúrgicos, o para fijar o sustituir huesos rotos, ya que resiste a la acción de

los fluidos corporales. En cocinas y zonas de preparación de alimentos los utensilios

son a menudo de acero inoxidable, ya que no oscurece los alimentos y pueden

limpiarse con facilidad

CARACTERISTICAS

Un metal muy diferente

Como todos los tipos de aceros, el acero inoxidable es un material simple. Lo que

tienen en común todos los aceros es que el principal componente (elemento que forma

la aleación) es el hierro, al que se añade una pequeña cantidad de carbono. El acero

inoxidable fue inventado a principios del siglo XX cuando se descubrió que una

pequeña cantidad de cromo (el mínimo para conseguir propiedades inoxidables es del

12 %) añadido al acero común, le daba un aspecto brillante y lo hacía altamente

resistente a la suciedad y a la oxidación. Esta resistencia a la oxidación, denominada

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«resistencia a la corrosión», es lo que hace al acero inoxidable diferente de otros tipos

de acero

No es un revestimiento

El acero inoxidable es un material sólido y no un revestimiento especial aplicado al

acero común para darle características "inoxidables". Aceros comunes, e incluso otros

metales, son a menudo cubiertos o “bañados” con metales blancos como el cromo,

níquel o zinc para proteger sus superficies o darles otras características superficiales.

Mientras que estos baños tienen sus propias ventajas y son muy utilizados, el peligro

radica en que la capa puede ser dañada o deteriorarse de algún modo, lo que anularía

su efecto protector. La apariencia del acero inoxidable puede, sin embargo, variar y

dependerá de la manera en que esté fabricado y de su acabado superficial.

TIPOS DE ACEROS INOXIDABLES

Los aceros inoxidables que contienen cromo y Ni equivalente inferior al 8 % se

llaman ferríticos, ya que tienen una estructura metalográfica formada por ferrita, y con

contenidos superiores de Ni equivalente, este será de composición ferrítica en

disminución. Los aceros ferríticos son magnéticos (se distinguen porque son atraídos

por un imán). Con porcentajes de carbono inferiores al 0,1 % de C, estos aceros no

son endurecibles por tratamiento térmico. En cambio, aceros entre 0,1 % y 1 % en C sí

son templables (tienen martensita dura, pues con porcentajes inferiores hay muy poco

C como para lograr endurecimiento). Se llaman aceros inoxidables "martensíticos", por

tener martensita en su estructura metalográfica siendo magnéticos, para aceros

altamente aleados inoxidables, el acero martensítico puro (sin mezcla con austenítico

y ferrítico) con Ni equivalente inferior al 18 % (Cr equivalente de 0 %) a "13 % de Cr

equivalente y 7 % de Ni equivalente", y hasta 8 % de Cr equivalente y 0 % de Ni

equivalente (esto puede ser fácilmente seguido en el diagrama de Schaeffler de Cr-Ni

equivalentes).

 % Ni equivalente = % Ni + 30 * (C + N) + 0,5 Mn

 % Cr equivalente = % Cr + Mo + 1,5 * Si + 0,5 * (Ti + Nb)

Los aceros inoxidables que contienen:

más de un 12 % de Ni equivalente al 17 % de Cr equivalente,

más de un 25 % de Ni equivalente a 0 % de Cr equivalente, y

menos de un 34 % de Cr equivalente a 30 % de Ni equivalente,

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se llaman Aceros austeníticos, ya que tienen una estructura formada básicamente

por austenita a temperatura ambiente (el níquel es un elemento "gammágeno" que

estabiliza el campo de la austenita). No son magnéticos.

Los aceros inoxidables austeníticos se pueden endurecer por deformación, pasando

su estructura metalográfica a contener martensita (el carbono estabilizado de manera

metaestable en forma de hierro gamma, se transforma a la forma estable de hierro alfa

y martensita, pues el carbono es menos soluble en la matriz de hierro alfa, y este

expulsa el C). Se convierten en parcialmente magnéticos (tanto como porcentaje de

carbono haya sido convertido en martensita), lo que en algunos casos dificulta el

trabajo en los artefactos eléctricos.

También existen los aceros dúplex (20 % < Cr < 30 %), (5 % < Ni < 8 %), (C < 0,03 %),

no endurecibles por tratamiento térmico, muy resistentes a la corrosión por picaduras y

con buen comportamiento bajo tensión. Estructura de ferrita y austenita.

A todos los aceros inoxidables se les puede añadir un pequeño porcentaje

de molibdeno, para mejorar su resistencia a la corrosión por cloruros y otras

propiedades.

USOS DEL ACERO INOXIDABLE

Los aceros inoxidables se utilizan principalmente en cuatro tipos de mercados:

Electrodomésticos: grandes electrodomésticos y pequeños aparatos para el

hogar.

Automoción: especialmente tubos de escape.

Construcción: edificios y mobiliario urbano (fachadas y material).

Industria: alimentación, productos químicos y petróleo.

Vestimenta: fabricación de joyas (Cadenas, Aretes, etc.)

Su resistencia a la corrosión, sus propiedades higiénicas y sus propiedades estéticas

hacen del acero inoxidable un material muy atractivo para satisfacer diversos tipos de

demandas, como lo es la industria médica.

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III. PROCESOS TECNOLOGICOS

PROCESO TECNOLÓGICO DE LA OBTENCIÓN DEL HIERRO

1. Metalurgia extractiva: Producción del hierro y el acero

Hace muchísimos años, el hierro era un metal raro y precioso. En la actualidad, el

acero, una forma purificada del mineral del hierro, se ha convertido en uno de los

servidores más útiles de la humanidad. La naturaleza proporcionó las materias primas

como son: mineral de hierro, el carbón mineral y la piedra caliza y el ingenio humano lo

convirtió en un incontable número de productos.

El acero puede hacerse lo suficientemente duro como para cortar el vidrio, plegable

como el que se encuentra en el sujetapapeles, flexible como el de los muelles, o lo

bastante fuerte como para soportar un esfuerzo unitario de 3445 MPa. Puede estirarse

para formar alambres de .02 mm de espesor o usarse para fabricar vigas gigantescas

para construir edificios y puentes.

También es posible hacer que el acero sea resistente al calor, al frio, a la oxidación y a

la acción de sustancias químicas.

2. Fabricación del arrabio (hierro de primera fundición)

El primer paso en la fabricación de cualquier hierro o acero es la producción del

arrabio o hierro de primera fundición, en el alto horno. Con aproximadamente 40 m de

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altura, es un enorme cascarón de acero recubierto con ladrillo resistente al calor. Una

vez encendido, el alto horno es de producción continua, hasta que necesite renovarse

la capa de ladrillo, o hasta que disminuya la demanda de arrabio.

El mineral de hierro, el coque y la piedra caliza se miden con todo cuidado y se

transportan hasta la parte superior del horno en una vagoneta de concha. Cada

ingrediente se descarga por separado en el horno a través del sistema de campana,

formando capas de coque, piedra caliza y mineral de hierro, en la parte superior del

horno. Una corriente continua de aire caliente,, que proviene de las estufas cuyas

temperaturas son de 650°C pasa por el tubo atizador y las toberas para hacer que el

coque arda vigorosamente.

La temperatura en el fondo del horno alcanza los 1650°C o más. El carbono del coque

se combina con el oxígeno del aire para formar monóxido de carbono, con lo que se

elimina el oxigeno que contiene el mineral de hierro y se libera el hierro metálico. Éste

fundido, escurre por la carga y se recoge en el fondo del horno.

El intenso calor funde también la piedra caliza, la cual se combina con las impurezas

del mineral y del coque para formar una nata llamada escoria. Ésta también se cuela

hasta el fondo de la carga y flota sobre al arrabio fundido.

Cada cuatro o cinco horas se sangra el horno y el hierro fundido, hasta 315 toneladas

fluye hacia una vagoneta para el metal fundido o de botella y se lleva a los hornos de

aceración. A veces el arrabio se moldea directamente en lingotes cortos que se utilizan

en las fundiciones para hacer piezas de hierro fundido.La escoria se extrae a

intervalos más frecuentes y se vierte en una vagoneta para escoria o cazo de colada y

finalmente se utiliza para fabricar aislamiento de lana mineral, bloques para

construcción y otros productos. 

 

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Figura 1. Vista esquemática de un Alto horno

Principales minerales extraídos del hierro

Hematita (mena roja) 70% de hierro

Magnetita (mena negra) 72.4% de hierro

Siderita (mena café pobre) 48.3% de hierro

Limonita (mena café) 60-65% de hierro

Para la producción de hierro y acero son necesarios cuatro elementos fundamentales:

1. Mineral de hierro

2. Coque

3. Piedra caliza

4. Aire

Los tres primeros se extraen de minas y son transportados y preparados antes de que

se introduzcan al sistema en el que se producirá el arrabio.

El arrabio es un hierro de poca calidad, su contenido de carbón no está controlado y la

cantidad de azufre rebasa los mínimos permitidos en los hierros comerciales.

Sin embargo es el producto de un proceso conocido como la fusión primaria del hierro

y del cual todos los hierros y aceros comerciales proceden.

A la caliza, el coque y el mineral de hierro se les prepara antes de introducirse al alto

horno para que tengan la calidad, el tamaño y la temperatura adecuada, esto se logra

por medio del lavado, triturado y cribado de los tres materiales.

PROCESOS TECNOLOGICOS DE OBTENCION DE ACERO

1. Hornos Bessemer

Es un horno en forma de pera que está forrado con refractario de línea ácida o básica.

El convertidor se carga con chatarra fría y se le vacía arrabio derretido, posteriormente

se le inyecta aire a alta presión con lo que se eleva la temperatura por arriba del punto

de fusión del hierro, haciendo que este hierva. Con lo anterior las impurezas son

eliminadas y se obtiene acero de alta calidad. Este horno ha sido substituido por el

BOF.

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Figura 4. Horno Bessemer

 

 

2. Horno básico de oxígeno (BOF)

Es un horno muy parecido al Bessemer con la gran diferencia de que a este horno en

lugar de inyectar aire a presión se le inyecta oxígeno a presión, con lo que se eleva

mucho más la temperatura que en el Bessemer y en un tiempo muy reducido. El

nombre del horno se debe a que tiene un recubrimiento de refractario de la línea

básica y a la inyección del oxígeno. La carga del horno está constituida por 75% de

arrabio procedente del alto horno y el resto es chatarra y cal. La temperatura de

operación del horno es superior a los 1650°C y es considerado como el sistema más

eficiente para la producción de acero de alta calidad. Este horno fue inventado por Sir

Henrry Bessemer a mediados de 1800, sólo que como en esa época la producción del

oxígeno era cara se inició con la inyección de aire, con lo que surgió el convertidor

Bessemer.

 

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Figura 5. Funcionamiento del horno básico de oxígeno

 

 

 

3. Horno de arco eléctrico

Por lo regular son hornos que sólo se cargan con chatarra de acero de alta calidad.

Son utilizados para la fusión de aceros para herramientas, de alta calidad, de

resistencia a la temperatura o inoxidables. Considerando que estos hornos son para la

producción de aceros de alta calidad siempre están recubiertos con ladrillos de la línea

básica.

Existen hornos de arco eléctrico que pueden contener hasta 270 toneladas de material

fundido. Para fundir 115 toneladas se requieren aproximadamente tres horas y 50,000

kwh de potencia. También en estos hornos se inyecta oxígeno puro por medio de una

lanza. Los hornos de arco eléctrico funcionan con tres electrodos de grafito los que

pueden llegar a tener 760mm de diámetro y longitud de hasta 12m. La mayoría de los

hornos operan a 40v y la corriente eléctrica es de 12,000 A. Estos equipos tienen un

crisol o cuerpo de placa de acero forrado con refractario y su bóveda es de refractario

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también sostenida por un cincho de acero, por lo regular enfriado con agua. Para la

carga del horno los electrodos y la bóveda se mueven dejando descubierto al crisol, en

el que se deposita la carga por medio de una grúa viajera.

Estos equipos son los más utilizados en industrias de tamaño mediano y pequeño, en

donde la producción del acero es para un fin determinado, como varilla corrugada,

aleaciones especiales, etc.

 

Figura 6. Horno de arco eléctrico

DIAGRAMAS DE FLUJO DE PROCESOS PARA HIERRO Y ACERO

Para la producción del hierro también se puede utilizar el método de reducción directa,

el que emplea agentes reactivos reductores como gas natural, coque, aceite

combustible, monóxido de carbono, hidrógeno o grafito. El procedimiento consiste en

triturar la merma de hierro y pasarla por un reactor con los agentes reductores, con lo

que algunos elementos no convenientes para la fusión del hierro son eliminados. El

producto del sistema de reducción directa es el hierro esponja que consiste en unos

pelets de mineral de hierro los que pueden ser utilizados directamente para la

producción de hierro con características controladas.

La producción del hierro y del acero empieza con las menas de hierro y otros

materiales requeridos

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(mena = mineral metalífero, principalmente el de hierro, tal como se extrae del

yacimiento y antes de

limpiarlo).

El diagrama general de la fusión primaria del hierro integra a la mayoría de las

actividades que se desarrollan en el proceso productivo. No se debe olvidar que los

diagramas de flujo son una de las herramientas más utilizadas por los ingenieros

industriales y que de manera automática los deben utilizar o elaborar.

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 Figura 2. Producción del hierro y el acero.

Diferentes procesos de producción de hierro y acero    

Una vez obtenido el arrabio o el hierro esponja es necesario refinar al hierro para que

se transforme en material útil para diferentes objetos o artefactos, o sea en hierro o

acero comercial. A continuación se presentan los principales procesos de fabricación

de los hierros y aceros comerciales.

IV. CONCLUSIONES

La industria de acero es una de las más importantes en los países

desarrollados y los que están en vías de desarrollo. En los últimos, esta industria, a

menudo, constituye la piedra angular de todo el sector industrial. Su impacto

económico tiene gran importancia, como fuente de trabajo, y como proveedor de los

productos básicos requeridos por muchas otras industrias: construcción, maquinaria y

equipos, y fabricación de vehículos de transporte y ferrocarriles.

Durante la fabricación de hierro y acero se producen grandes cantidades de

aguas servidas y emisiones atmosféricas. Si no es manejada adecuadamente, puede

causar mucha degradación de la tierra, del agua y del aire En los siguientes párrafos,

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se presenta una descripción breve de los desperdicios generadas por los procesos de

fabricación de hierro y acero.

La fabricación de hierro y acero implica una serie de procesos complejos,

mediante los cuales, el mineral de hierro se extrae para producir productos de acero,

empleando coque y piedra caliza. Los procesos de conversión siguen los siguientes

pasos: producción de coque del carbón, y recuperación de los subproductos,

preparación del mineral, producción de hierro, producción de acero, y fundición,

laminación y acabado.

V. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

Ciencia e Ingenieria de los Materiales, Donald R. Askeland, Ed. Thompson,