IMPACTO MEDIOAMBIENTAL DE LOS PRODUCTOS FERROSOS

El empleo de productos ferrosos acarrea grandes impactos sobre el medio ambiente, que se pueden dividir en tres momentos:

• A la hora de obtener la materia prima. La mayoría de las minas que se explotan en la actualidad se hacen a cielo abierto. Ello ocasiona un impacto acústico, paisajístico y de destrucción de hábitats.
La fabricación del carbón de coque emite, los siguientes elementos contaminantes: CO, CO2, amoniaco, alquitrán, cenizas y humos, entre otros.

• Durante la transformación del mineral en producto comercial. Las emisiones que se liberan en el horno alto, hornos de afino, laminación, etc., son:
– Metales pesados, como plomo, mercurio, etc., que contaminan el aire, el agua y la tierra.
– Gases residuales y polvo.
– Gases de horno alto y horno eléctrico, como 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, también tiene impacto sobre el medio ambiente; pero los efectos son mucho menores que los ocasionados al fabricar el producto a partir del hierro.

FUNDICIONES

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

Clasificación de las fundiciones

Se clasifican atendiendo a la fractura (aspecto y color que adquiere cuando se rompe), las propiedades y la composicion:

Leyenda
Tipo de fundición
Tipos
Caracteristicas

1.Ordinaria. Solamente lleva hierro y carbono.
1.1 Fundicion blanca. Es muy dura y frágil. Solamente se emple como materia pruma para fabricar aleaciones maleables.
1.2 Fundición gris. Su color es gris, porque el carbono está en forma de grafito. Se usa en fundiciones maleables de grafito esferoidal.
1.3 Fundición atruchada. Tiene unas propiedades intermedias entre la fundición blanca y la gris
2.Aleada. Además de hierro y carbono, lleva otros elementos químicos que mejoran sus propiedades.
3.Especial. Emplea como materia prima las fundiciones ordinarias. Luego se somete a un tratamiento térmico.
3.1 Maleable de corazón blanco. Se moldea la pieza en fundición blanca. Se recubre de mineral de hierro y se introduce en un horno a unos 1 000 °C, durante unos 10 días. Se enfria lentamente el horno durante unos 5 días, hasta temperatura ambiente.
3.2 Maleable de corazón negro. Se moldea la pieza en fundición blanca. Se recubre la pieza de arena y se introduce en un horno a unos 900 °C durante 6 días. Se enfria lentamente el horno durante unos 5 días, hasta temperatura ambiente.
3.3 Maleable perlítica. Se moldea la pieza en fundición blanca. Se recubre de arena y se mete en un horno a una temperatura de 900 °C durante 5 días. Se enfría lentamente durante unos 2 días, hasta temperatura ambiente.
3.4 Maleable de grafito esferoidal o modular. A la fundición gris se le añade cerio y magnesio. Luego se echa en un molde y se deja enfriar a temperatura ambiente.

PRESENTACIONES COMERCIALES DEL ACERO

Se pueden clasificar en tres grupos:

Palastros: son chapas laminadas que miden 1x2 metros o 3x3 metros.

Barras: Son piezas mucho más largas que anchas, macizas y de secciones variables.

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

TIPOS DE ACERO

Aceros no aleados

Son los aceros que no contienen cantidades relativamente importantes de otros elementos (las cuales se indica en la tabla de la derecha). Según el porcentaje de carbono, los aceros se clasifican:

-Acero extrasuave, desde 0.1 a 0.2%, resiste 35 kg/mm^2

-Acero suave, desde 0.2 a 0.3%, resiste 45 kg/mm^2

-Acero semisuave, desde 0.3 a 0.4 %, resiste 55 kg/mm^2

-Acero semiduro, desde 0.4 a 0.5%, resiste 65 kg/mm^2

-Acero duro, desde 0.5 a 0.6%&, resiste 75 kg/mm^2

-Acero extraduro, desde 0.6 a 0.7%, resiste 85 kg/mm^2

Aceros aleados o especiales

Son los aceros que además de los cinco elementos: carbono, silicio, manganeso, fósforo y azufre, contienen también cantidades superiores a los mostrados en la tabla anterior, que sirven para mejorar alguna de sus características fundamentales.

Casi la totalidad de los aceros que se utilizan son aceros aleados. 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. 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.

F-1000, Aceros finos de construccion

F-2000, Aceros para usos especiales

F-3000, Aceros inoxidables

F-4000, Aceros de emergencia

F-5000, Aceros para herramientas

F-6000 y F-7000, Aceros para herramientas

F-8000, Aceros para moldeo

• La segunda cifra señala características del acero.

• Las dos últimas cifras tienen un valor clasificatorio y se van colocando a medida que se
van descubriendo los distintos aceros.

PRODUCTOS FERROSOS

Clasificación de los productos ferrosos.


Dependiendode la proporción de carbono existente, los productos ferrosos se clasifican en:



• Hierros. Aquellos cuyo carbono está comprendido 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 carbono está comprendido entre el 0,03 y 1,76 %.
• Fundiciones. Son aleaciones de hierro-carbono, pudiendo tener otros elementos químicos. El carbono oscila entre el 1,76 y 6,67 %.
• Grafitos. El carbono es mayor del 6,67 %. No tienen aplicaciones, ya que son muy frágiles.



Diagrama de hierro-carbono


Es una representación gráfica del comportamiento de la aleación Fe-C en función de la temperatura y porcentaje de carbono, se posee desde 0% hasta 6.67% de carbono. Se dibuja dos ejes de coordenadas. En el eje de abscisas se representa los porcentajes de carbono, desde 0 hasta 6,67 %. En el eje de ordenadas se dibuja las temperaturas que irán desde temperatura ambiente hasta 1 600 °C.
Se coje la que posee 0 % de carbono y se va calentando hasta los 1600ºC. En el gráfico se anota a qué temperatura se convierte en líquido o coexiste líquido y sólido (pastoso).
Se repite el proceso con las 666 restantes (cada una con un 0.01% mas de carbono que la anterior).Uniendo todos los puntos se obtiene el diagrama de hierro-carbono. Se observa que:


• El hierro puro se funde a la máxima temperatura (unos 1530 °C).
• A medida que aumenta el tanto por ciento de carbono (hasta el 4,3 %), disminuye la temperatura de fusión. A partir del 4,3 % 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).

TRENES DE LAMINACIÓN

La laminación consiste en hacer pasar el acero solidificado entre dos rodillos que giran a la misma velocidad pero en sentido contrario. Así se reduce la sección transversal y se aumenta su longitud. Es por esto que la calidad del producto dependerá mucho de la calidad del acero que se utilice. Este proceso aprovecha la ductilidad del acero, tanto mayor cuanto mayor es su temperatura, se puede realizar en frío o en caliente:

Laminacion en frío. Se realiza a temperatura ambiente.

Se reduce el espesor de la lámina, se le da propiedades de resistencia, dureza y modifican la microestructura. pasa por un proceso de lavado electrolítico, que consiste en eliminar cualquier remanente de aceite soluble en la lámina; o por los hornos de recocido. En este se restablecen las propiedades de maleabilidad , troquelabilidad modificados por el frío. El proceso de templado le da las propiedades metalúrgicas de dureza, resistencia y rugosidad superficial. En el proceso de tensionivelado se tiene como resultado un producto extraplano y sin defecto. Algunos usos son:

• Aplicaciones en maquinaria y equipo.

• Perfiles y tubería.

• Tambores y envases.

Laminación en caliente.La temperatura suele ser 1000ºC

Se calienta al rojo vivo en un horno denominado foso de termodifusión, dónde se calienta. Estas se calientan con el fin de proporcionar ductilidad y maleabilidad para que sea más fácil la reducción de área.

Después del calentamiento se hace pasar los lingotes entre una serie de rodillos metálicos colocados en pares que lo aplastan. El primer par de rodillos se conoce como tren de desbaste o de eliminación de asperezas. Después a los trenes de laminado en bruto y a los trenes de acabado que lo reducen a la sección deseada. Sus principales aplicaciones son:

-Troquelados profundos y extraprofundos.

-Tubería para diversos usos de alta y mediana resistencia.

-Industria Automotriz para partes no expuestas.

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

COLADA DE ACERO

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

1. Colada convencional (moldeo)

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.

2. Colada continua

Es él 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.

3. Colada sobre lingoteras

Si en un momento determinado la demanda de productos ferrosos es baja y no tienen salida
comercial (ocurre muy pocas veces), lo que se hace es colarlo en el interior de lingoteras (moldes prismáticos de fundición, con forma troncocónica y sección transversal cuadrada) y dejarlo enfriar. Posteriormente, se extrae la lingotera y se almacenan los lingotes hasta que la demanda aumente.

PROCESOS DE OBTENCIÓN DEL ACERO Y OTROS PRODUCTOS FERROSOS

Actualmente, los productos ferrosos se obtienen, de dos maneras, dependiendo de la materia prima empleada. Estos procedimientos son a través del horno alto (usando mineral de hierro) y del horno eléctrico (chatarra).

En la imagen podemos ver resumidamente los dos procesos.

1.Horno alto.

1.1 Materia prima del horno alto

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

Mineral de hierro: se somete a unos tratamientos preliminares, que consisten en triturar y moler el mineral, para separar la parte útil (mena) de la no aprovechable (rocas, cal, sílice, etc.), que constituye la ganga.

Carbón de coque: creado artificialmente a partir de la hulla. Su misión es:
– 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 y que no se aplaste, para que pueda arder en la parte inferior y salgan los gases hacia la parte superior.

Fundente: cal (siempre que el mineral tenga composición ácida), cuya misión es:
– Reaccionar con la ganga que haya podido quedar, arrastrándola hacia la parte superior, y formando la escoria.
– Bajar el punto de fusión de la ganga para que la escoria sea líquida.

1.2 Funcionamiento del horno alto

Una vez encendido, está funcionando ininterrupidamente hasta que es necesario repararlo.

A medida que se introduce la carga, ésta va bajando y su temperatura va aumentando hasta llegar al etalaje, dónde la temperatura ronda los 1650 ºC, suficientes para que la mena se transforme en gotitas de hierro y se deposite en el crisol.

El fundente reacciona con la ganga formando la escoria, que flota en el hierro fundido. Por un agujero, bigotera o piquera de escoria, se extrae cada dos horas. Esta escoria se emplea en la fabricacion de cementos, aislante terminco, etc.

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

Casi todo este arrabio se convierte en acero mediante el convertidor o procedimiento LD, a veces, se solidifica en moldes especiales, formando lingotes.

Rodeando al horno, a la altura del etalaje, se encuentra el anillo de viento, del cual se extrae aire caliente que se introduce en el horno.

1.3 Tranformación del arrabio en acero: convertidor

El arrabio posee un exceso de impurezas que lo hace demasiado frágil y poco adecuado para la fabricación de piezas industriales. La solución es eliminar la mayoría de esas impurezas en los hornos de afino, el más usado se denomina convertidor o precedimiento LD.

El transporte desde el horno hast ale convertidor se hace mediante trenes, llamados torpedos.

Materia prima del convertidor LD:

-Arrabio líquido, y aveces pequeñas cantidades de chatarra.

-Fundente, que reacciona con las impurezas y forma escoria.

-Ferroaleaciones, que mejoran las propiedades del acero.

Características del 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 aprox. una hora.

Funcionamiento del convertidor:

-Se inclina el horno y se añade el arrabio, el fundente y, a veces, la chatarra.

-Se pone vertical y se baja la lanza para inyectar oxigeno en el metal fundido, asi las impurezas se queman.

-Se inclina y se saca la escoria que flota en el acero.

-Se vierte el acero sobre la cuchara y se añaden ferroaleaciones y carbono.

2.Horno eléctrico.

2.1 Obtención de acero a través de chatarra

Las partes más importantes son:

• Transformador eléctrico. Convierte el voltaje a 900 V y transforma la corriente alterna en corriente continua.
• Cables flexibles. Conducen la electricidad hasta los electrodos.
• Brazos de los electrodos. Permiten que los electrodos se acerquen o se alejen de la
chatarra para que salte el arco eléctrico.
• Sujeción de electrodos.
• Pórtico con brazos hidráulicos. Permite quitar y poner la tapadera del horno eléctrico
para introducir la materia prima.
• 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. Dispone de un dispositivo de volteo hidráulico.

Horno eléctrico

2.2 Materias primas del horno eléctrico

-Chatarra que no lleve otros metales no ferrosos como cobre, aluminio, etc.
-Fundente (cal).
-Ferroaleaciones, p.e.: Ni, Cr, Mo, etc., para fabricar aceros especiales.

2.3 Características del horno eléctrico.

-Interiormente está recubierto de ladrillo refractario.
-En el interior se llegan a alcanzar temperaturas de 3 500 °C, con que es muy facil fundir no solamente aleaciones ferrosas, sino cualquier otra cuyo punto de fusión sea alto, como wolframio, tántalo, etc.
-La carga del horno es de unas 100 toneladas.

-Cada hornada dura aproximadamente 50 minutos.

2.4 Funcionamiento del horno eléctrico.

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 comience a fundir.

3. Cuando está fundida, se inyecta oxígeno para eliminar las impurezas.
4. Se inclina el horno y se extrae la escoria. Después se le añade el carbono y ferroaleaciones y se sigue calentando hasta que 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

METALES FERROSOS O FÉRRICOS

Se denominan metales ferrosos o férricos a aquellos que contienen hierro como elemento base; aunque pueden llevar además pequeñas porciones de otros.

Principales yacimientos de mineral de hierro

Los principales yacimeintos de hierro en españa son Polanco (Bilbao), Conjuro (Almería), Ojos Negros (Teruel), Jerez-Villafranca, etc. En la actualidad ya prácticamente no se explotan ninguno de ellos, porque resulta más rentable la importación de los minerales que lo contienen.

Los países productores de mineral de hierro son Rusia (26%); China, Canadá (6%); Brasil (7%); Australia (11%); EE.UU. (8%). Debido al bajo precio del mineral y el encarecimiento de su extraccion, se tiende a explotar yacimientos a cielo abierto, los más importantes son: Rio Doce (Brasil), Cerro Bolívar (Venezuela) y Miferma (Mauritania).

Tipos de minerales de hierro

Existen una gran variedad de minerales de hierro pero en la actualidad solamente se suelen aprovechar la magnetita, hematites, limonita y siderita. Estos minerales tiene la ventaja de ser abundantes de contener unas proporciones de hierro puro elevadas.

Magnetita

Hematites

Limonita

Siderita