Metalurgia - Resumen

---

Imprimir Recomendar a un amigo Recordarme el recurso

---

Fabricacion del acero, laminado, tratamientos termicos; metalurgia del cobre y del aluminio.
Profesor de la materia: Genero
Colegio: EET N°21 GMB "Industrial". Rcia-Chaco

Agregado: 07 de FEBRERO de 2005 (Por Daniel Sotelo) | Palabras: 15394 | Votar | | 2 comentarios - Leerlos | Agregar Comentario
Categoría: Apuntes y Monografías > Ingeniería >
Material educativo de Alipso relacionado con Metalurgia Resumen

Procesal civil resumen 6:

Resumen (Vientos, Temperaturas, etc):

Procesal civil resumen 5:

Enlaces externos relacionados con Metalurgia Resumen

---

Publicado por Daniel Sotelo danisvex@yahoo.com.ar

�

Forjas catalanas.

Es este un procedimiento primitivo, cuya descripción se da simplemente por considerarlo básico en la aplicación de los procedimientos de obtención de acero al estado pastoso.

Las forjas catalanas estaban formadas por una cuba de mampostería revestida con planchas de fundición, que se preparaba en el terreno mismo. El aire era provisto por un ventilador de fuelle.

Se usaba mineral menudo, casi pulverizado, y como combustible carbón de leña.

En cada operación se empleaba aproximadamente 500 kg de mineral, que se volcaba sobre un lecho de carbón y luego se recubría nuevamente con carbón hasta casi 2/3 de su altura. El aire soplado muy abajo, forma OC, que atraviesa la capa de mineral reduciéndolo.

La temperatura desarrollada por la combustión y la acción reductora del CO producen pequeñas masas metálicas que se aglutinan. Estas masas se unen revolviendo con una barra de hierro y de este modo caen en el fondo de la cuba donde se produce una reducción mas activa por contacto con la masa incandescente. Cuando se había formado una masa esponjosa de hierro de cierto peso se la retiraba para someterla al martilleo en martinetes rápidos, que estando el metal a la temperatura rojo-blanco expulsaban las escorias que a esa temperatura aun eran liquidas.

La operación, para la cantidad enunciada, duraba aproximadamente 6 horas. Con un operario podría obtenerse un rendimiento discreto, consumiéndose mas o menos 350 kg de carbón por cada 100 kg de hierro.

Se obtenía un hierro o acero muy descarburado, maleable, de grano fino y estructura fibrosa.

�

Principio de funcionamiento del Reen-Krupp.

Es un procedimiento pirotécnico destinado a enriquecer minerales pobres en Fe. Produce un aglomerado ferroso que requiere ser tratado posteriormente, pudiendo ser utilizado en una carga de alto horno.

La carga es llevada a una maquina trituradora, donde reduce el mineral. Luego es transportado a un deposito, al lado del cual se encuentran otros dos; uno para el semiproducto magnético y otro para el combustible. Se mezclan en una tolva y se llevan en un horno rotativo.

Por efecto de la rotación y la pequeña inclinación del horno, la carga se desplaza lentamente hacia la extremidad mas baja, mientras que los gases de la combustión ascienden en sentido contrario. Se inyecta carbón pulverizado, y recalienta la carga por efecto de las llamas.

En el horno se distinguen 3 zonas:

Zona 1:(de recalentamiento) :en la extremidad de entrada, en la cual comienza el proceso de reducción.

Zona 2 (de reducción) : con una temperatura de 1000� C.

Zona 3 (de aglomeración) :donde toma consistencia las partes metálicas, aglomerándose mientras sigue reduciéndose y oxidándose a una temperatura entre los 1200 a 1300� C.

Al final de esta zona la mezcla pastosa de Fe y escoria se retira del anillo de mampostería refractaria, es enfriada con agua, molida y zarandeada. Los gránulos metálicos son recogidos magnéticamente.

�

Cargas en el proceso Reen-Krupp.

Mineral pobre en Fe, carbón pulverizado, y combustible.

�

Ventajas del Reen-Krupp.

Economiza transporte, utiliza minerales pobres, y consume poco combustible. Estas ventajas son con respecto al alto horno.

�

Principio de funcionamiento del proceso Mádaras.

En la actualidad se utiliza para la reducción de oxido metálico, como agente reductor el H, pues cuenta como ventajas la sencillez de las instalaciones y la posibilidad de utilizar carbón de bajo rendimiento.

Este proceso responde a la siguiente reacción:

F3O4 + 4 H2 à 3 Fe + 4 H2O

La que se realiza en una cámara reductora con una capacidad de 15 toneladas de carga en la que se coloca una mezcla de óxidos de hierro con 3% de carbono rociado con suficiente agua como para producir una mezcla pastosa. Luego se inyecta aire comprimido a una presión de 2 a 4 atmósferas y a una temperatura que puede alcanzar los 950� C en pocos minutos. La carga es calentada llegando a obtener una temperatura de 1100� C; en la cual la acción reductora del H es mas completa.

Una vez alcanzada esta temperatura se inyecta el H a una presión de 8 atmósferas de manera que la corriente gaseosa llegue a todos los puntos de la masa formándose vapor de agua o hierro metálico. Esto se repite hasta obtener el grado de reducción deseado. El metal reducido se presenta en forma de hierro esponjoso denominado hierro esponja que posee entre 0.05 a 5% de carbono depositado de silicio, fósforo, azufre, resultando superior el arrabio en el alto horno.

�

Ventajas del proceso Mádaras.

Instalación sencilla, posibilidad se usar carbón de bajo rendimiento.

�

Cargas en el proceso Mádaras.

Mezcla de oxido de hierro, 3% de carbón, agua (para formar una mezcla pastosa).

�

Principio de funcionamiento del convertidor Bessemer ácido.

CARGAS: Es usado cuando la fundición ricas en sílice y manganeso ya que los refractarios son ácidos. Debe además tener el menor porcentaje posible de azufre y fósforo.

El cuerpo Tiene forma cilíndrica; con una prolongación (pico) para la introducción y salida de las carga y salida de las llamas y humos de combustión; el fondo es móvil y consta de agujeros para la insuflación del aire; descansa sobre soportes que permiten inclinar y enderezar el convertidor durante el proceso, para esto consta con un mecanismo de movimientos compuesto por un dispositivo hidráulico.

Se obtiene un acero liquido muy fluido, sin aporte externo de calor, la temperatura necesaría se obtiene por reacción de el oxigeno con Si, Mn, P y C, lo cual desprende calor.

REVESTIMIENTO: Construida la envoltura externa de los convertidores con chapa de acero, es necesario efectuar el revestimiento interior, el cual en los de grandes dimensiones se hace con ladrillos d forma adecuada, y en los de pequeñas dimensiones con un mortero. Como el procedimiento Bessemer es ácido, los ladrillos y el mortero deben ser silicosos. Ladrillos con morteros, son de sílice, alúmina, oxido de fe, cal y magnesia, y álcalis; llamado mortero de cuarzo (arena). Cuando es exclusivamente con mortero apisonado, se obtiene éste mediante una mezcla de cuarzo y arcilla refractaria que lleva también en diferentes proporciones sílice, alúmina, oxido de Fe, cal y magnesia, y álcalis.

Efectos producidos por el aire:

1) Efecto mecánico: Forma una mezcla perfecta de toda la masa metálica.

2) Oxidación de las sustancias contenidas en la masa metálica, las que se eliminan por combustión, retirándose incluidas en la escoria.

3) Recalentamiento del metal, con aumento de temperatura de 300 a 400�C, para llevar al estado de fusión y con mayor fluidez al acero dulce formado por carburación de la fundición.

FASES DE OPERACIóN:

a) Escorificación y elevación de la temperatura: El aire penetrando en la masa liquida de fundición comienza a oxidar el hierro, que en presencia de un exceso de hierro se transforma. Este oxido se disuelve en el baño realizando la tarea de oxidar las impurezas, el hierro libre se incorpora al liquido, pero parte del oxido se combina con la sílice formando la escoria, por ser más liviana, sobrenada. El manganeso al mismo tiempo que el silicio, también se oxida. El manganeso impide la formación de oxido de hierro, por esta causa se emplea en este proceso fundiciones manganesíferas. La duración de esta fase es de 8 minutos aproximadamente, pasados los cuales comienza a quemarse el carbono.

b) Descarburación o periodo de llamas: En este periodo la temperatura crece, aumentando la afinidad del carbono por el oxigeno. De allí resulta la formación del oxido de carbono. Aparecen llamas largas por el pico del convertidor como consecuencia dela combustión del CO y se advierte una ebullición del metal fundido, fenómeno que no es mas que el paso tumultuoso del CO a través de la masa liquida. Al mismo tiempo, como el carbono oxidado estaba combinado con el hierro en la fundición empleada, esta se descarbura poco a poco transformándose en acero liquido. Si la fundición es muy pura la operación ha terminado, o sino, sigue el proceso de afinado durante dos periodos mas. La duración de esta fase es de 7 minutos aproximadamente.

�

c) Calma y oxidación: Poco a poco, eliminado en gran parte el carbono, se produce un periodo de calma durante el cual sigue actuando el aire. El exceso de aire oxida al hierro y a las otras impurezas que pudieran existir. La duración de esta fase es de 3 minutos aproximadamente.

d) Final y agregados de fundición manganesíferas: El liquido se ha oxidado ligeramente, por lo cual se agrega fundición manganesíferas, de 2 a 10% en peso. La duración de esta fase es de 2 minutos aproximadamente.

�

Cargas en el proceso Bessemer.

�

�

�

�

Principio de funcionamiento del convertidor Thomas básico.

Su construcción es similar al del proceso Bessemer, con la diferencia de la naturaleza del revestimiento que en este caso son silicosos.

Fundición empleada: La fundición debe ser fosforosa y pobre en silicio, será una fundición blanca y pobre en azufre.

La carga se compone de fundición liquida con un peso de cal viva igual 1/6 del peso del metal liquido y luego se le insufla aire a 2,5 atmósfera (un poco mayor que el ácido).

Lo podemos dividir al proceso en 4 fases:

1) Escorificación: Se quema el silicio formando anhídrido silícico y salen del pico del convertidor gran cantidad de chispas que no son mas que partículas de escoria y óxido de hierro. El metal líquido adquiere cada vez mayor temperatura hasta que reaccione la cal (se unirá al silicio) formando silicato de cal. El silicio se quema bajando su proporción.

2) Descarburación: El fósforo comienza a oxidarse formando fosfato de hierro. El cual con la cal formara fosfato de calcio y protóxido de hierro. Comienza la combustión del carbono, con el oxido de carbono formado, reduce los fosfatos reincorporando el fósforo. Si la fundición es poco silicosa, produce una escoria básica (silicatos de cal). El óxido de carbono se inflama produciendo una llama de hasta 6 metros de longitud y cambia de coloración pasando del amarillo, blanco brillante, verde (cuando se oxida el fósforo). El aire al pasar por el líquido cada vez menos fusible produce ruidos y violentas vibraciones.

3) Combustión del fósforo: El fósforo activa su combustión elevando su temperatura. La escoria también se vuelve completamente líquida disolviendo la carga. La eliminación del fósforo se produce mediante una fuerte corriente de aire. La llama se acorta, y comienza a salir humos rojos o pardos de oxido de hierro y manganeso. El manganeso ha pasado por una oxidación intensa, es preferible la fundición manganesífera para aprovechar el porcentaje de magnesio en el afino. Si la fundición es manganesífera el acero obtenido será de gran afino y fácilmente forjable, no así en el caso contrario.

4) Adiciones finales: Se inclina el convertidor para retirar la escoria, para recién efectuar las adiciones finales. El retiro de las escorias es necesario para evitar que el CO (monóxido de carbono) no reaccione con los fosfatos de la escoria.

�

Cargas en el convertidor Thomas básico.

Fundición blanca, cal viva en 1/6 de la carga.

�

�

Principio de funcionamiento del Siemens-Martin.

ACIDO: Si el horno es nuevo es necesario secar su interior en forma gradual para evitar grietas, haciendo circular aire y una vez seco se hace circular gas para expulsar todo el aire (esto es en el caso de que el horno funcione con gasógeno).

CARGAS DE LOS MATERIALES: En los hornos chicos se lo puede hacer manualmente con palas, pero esto es poco conveniente porque se necesita como mínimo 6 hombres y se tiene mucho tiempo las puertas del horno abiertas lo que hace que este pierda calor, por esto se utiliza las cargas mecánicas que pueden ser con puentes rodantes eléctricos, o dispositivos automáticos que se desplazan sobre rieles.

CARGA LIQUIDA: Se hace a veces en forma mixta (liquida y sólida), lo que permite acelerar las operaciones. Esta es transportada por medio de cucharas o mediante recipientes basculantes, por medios hidráulicos o electromecánicos.

MARCHA DEL HORNO DURANTE LA FUSION: Al realizar la carga se calienta hasta que la fundición funde. Durante este tiempo la fundición puede carburarse en exceso, lo que se corrige o bien agregando chatarra o carbón de coque, cuando todo esta al estado liquido se observa un proceso de ebullición, lo que es motivado por el paso tumultuoso de CO a la superficie. Las escorias al estado liquido cubren al metal liquido. Durante la fusión cierta cantidad de SI Y Mn pasan a la escoria.

REACCIONES QUíMICAS DURANTE EL PROCESO ACIDO:

a) Disolución del carbono: Consiste en la separación de este elemento contenido en exceso en la fundición y en pequeña proporción en la chatarra.

b) Oxidación: Actúa sobre los distintos elementos presentes y es producido por el oxigeno que trae la llama. El oxido ferroso sirve como medio para provocar la oxidación de Si y el Mn. Los óxidos pasan a la escoria transformados en silicatos, en parte por el silicio del baño y por el SIO₂ del revestimiento. La escoria esta compuesta de todos estos silicatos obtenidos por la oxidación.

c) Descarburación: Las reacciones son endotérmicas. el oxido de carbono produce ebullición en el baño, la cual cesa a medida que el carbón no se elimina. La operación habría terminado si la excesiva descarburación no provocara una oxidación del acero liquido, por esto es necesaria la cuarta fase.

d) Desoxidación: Para corregir el exceso de oxidación, se hace necesaria el agregado de correctivos, los cuales, del mismo modo que la fabricación del acero Bessemer consiste en ciertas dosis de ferro-aleaciones como: ferro-manganeso, ferro-silicio, etc.. la presencia de cierta cantidad de escoria sobrenadando sobre el acero liquido, protege en cierto grado contra una oxidación excesiva.

FUNDICIóN EMPLEADA EN EL PROCESO ACIDO: Requiere, si es posible fundiciones exentas de azufre y fósforo. La proporción de esta fundición debe formar con la chatarra de acero, un porcentaje promedio tal que C resulte entre 1 a 1.3%, sin embargo se aconseja distintas proporciones según los usos y aplicaciones de los aceros obtenidos.

BASICO: Este difiere del ácido solamente en dos aspectos: reacciones y en la naturaleza del revestimiento (básico)

Este procedimiento es el mas difundido porque permite utilizar una gran proporción de chatarra de aceros dulces, chapas, alambres, etc.

La fundición que se emplea es fosforosa pero no en tanto como en el procedimiento Thomas.

La proporción de chatarra que puede admitir es :

• Fundición: 20 o 30%

• Chatarra: 80 70%

Es conveniente que la fundición contenga un porcentaje apreciable de C y de Mn. Es además necesario agregar a esta carga un 3 % en peso de piedra calcárea para poder eliminar el fósforo.

Si tiene mucho C hay que agregar oxido de hierro 1 al 2% del peso. En caso contrario carbón de coque pulverizado o antracita. En caso de una oxidación excesiva con chatarra o aleación ferro-manganeso.

REACCIONES EN EL PROSESO BASICO:

a) Carga sólida: Fundición y chatarra: Las reacciones en el proceso básico son similares al del proceso ácido, en lo que refiere a la pequeña cantidad de silicio que debe contener inevitablemente la fundición, así también en Mn.

1) OXIDACIóN: El oxido ferroso reacciona con la SIO₂, formando silicatos de hierro, del mismo modo el MnO.

2) DESFOSFORACION: El fósforo que en el hierro se encuentra al estado de fosfuro de hierro, en contacto con el Feo produce anhídrido fosfórico. El anhídrido fosfórico por su afinidad con la cal, forma fosfato tricalsico, que es fijado en la escoria. Por esto es que se exige una escoria básica.

3) DESULFURACION: El azufre es muy difícil de eliminar, sola mente el manganeso tiene cierta acción en este sentido.

4) DESCARBURACION: El carbono es eliminado como CO, mediante la acción del OFe ( reacción endotérmica). En forma similar es eliminado el carbón de la fundición, cuando desaparece todo el carbono, la ebullición cesa poco a poco y si la operación continua se oxida el hierro y es necesario agregar una fundición manganesíferas para desoxidarlo.

b) Carga sólida: chatarra carbón: es un procedimiento utilizado cuando la chatarra de aceros dulces es abundante y no resulta conveniente el empleo de fundición.

Como la chatarra tiene pequeño porcentaje de carbono, es necesario en agregado de grafito o carbón a leña en polvo, para producir las reacciones indispensables para eliminar el oxido metálico y activar la descarburación. Se necesita mayor temperatura para eliminar las impurezas en la escoria.

PROCESOS:

A) Carga liquida: fundición mas mineral: se utiliza fundición al estado liquida que proviene del alto horno, previa depuración en el mezclador. Debido al alto porcentaje de carbono que contiene la fundición es necesaria una descarburación.

El oxigeno indispensable es suministrado por el oxido mineral y por las llamas. Se agrega cal para obtener la escorificación de la ganga silícea.

B) Carga liquida: Fundición + Minera + Chatarra :es un proceso mixto que tiene cierta importancia industrial ya que permite la utilización de toda chatarra de aceros, los restos de coladas, y descartes de fundición de moldeo de piezas. El mineral de hierro facilita las reacciones que producen la descarburación. La fundición liquida se obtiene como en el caso anterior o por fusión al cubilote, para los pequeños hornos siemens.

�

CARGAS DEL SIEMENS-MARTIN.

Según como se agrupan los materiales las cargas pueden ser:

1) Proceso De La Chatarra: se carga fundición + retazos, o chatarra de aceros dulces.

2) Proceso De Las Esponjas Ferrosas: se compone de :fundición y esponjas ferrosas, procedente de los hornos de pudelado o de procedimientos que enriquecen los minerales pobres como el reen-krupp.

3) Procesos Al Mineral: la carga esta formada por fundición y mineral de hierro.

Estas se introducen casi siempre al estado sólido, aunque en algunos casos se prefiere introducir cargas liquidas.

�

Cargas del Siemens-Martin.

Arrabio sólido a líquido, chatarra, mineral de Fe, fundente. Es un proceso químico de compensación.

�

�

HORNOS SIEMENS-MARTIN.

Pueden ser:

FIJO: En un horno de este tipo, pueden observarse dos partes principales: solera, y las cámaras recuperadoras, luego encontramos otras partes accesorias.

Enumerando todo se tiene: 1_ horno, 2_ solera, 3_recuperadores, 4_ válvula de inversión y conductos de humo, 5_chimenea, 6_gasógenos.

La figura representa esquemáticamente el funcionamiento del horno; las cámaras R2 y R4 mas pequeñas, conducen el gas proveniente del gasógeno en forma alternada según la posición de la válvula inversora. Las cámaras R1 y R3 conducen aire también en forma alternada. Tal como se muestra en la figura, por R2 entra gas, por R1 entra aire, por R3 y R4 salen gases de la combustión. Invertida las válvulas entra gas por R4, aire por R3 y sale gas de la combustión por R1 y R2. la inversión de la corriente gaseosa se realiza mediante un juego de válvulas de inversión apropiadas.

Las cámaras son recintos en los cuales se han aplicado ladrillos refractarios, por lo general huecos, o dispuestos de modo tal que formen conductos verticales en zig-zag.

El laboratorio esta soportado por un entramado metálico, es independiente de las otras partes del horno, lo que permite la libre dilatación o contracción que se producen por las altas temperaturas.

Las solera formada por placas de fundición refrigerada por el aire de circulación en su parte inferior y revestida con ladrillos y morteros en la parte superior, presenta un fondo inclinado hacia el canal de colada. Los muros están sostenidos por armaduras metálicas, permitiéndole una libre dilatación, asegurando su solidez. En la pared opuesta al agujero de colada existen 3 aberturas o puertas, a través de las cuales se introducen las cargas. Las puertas son metálicas y revestidas con ladrillos refractarios, su accionamiento es a guillotina, equilibrada por contrapesos. En el centro de cada uno, un agujero de algunos centímetros de diámetro permite observar el interior del laboratorio, cuando los hornos son de grandes proporciones, las puertas de carga son maniobradas mediante dispositivos hidráulicos o eléctricos.

�

�

�

�

(Dibujo)

�

�

�

�

�

BASCULANTE: Ellos comprenden especialmente un horno móvil dispuesto para recibir un movimiento de bascula, mientras que presenta los conductos o toberas fijos, así como los recuperadores. Los movimientos oscilatorios permiten efectuar la colada directamente inclinando el horno, mediante dispositivos hidráulicos o mecánicos accionados eléctricamente. Estos aparatos siempre son dos para no interrumpir la operación por cualquier defecto que pudiera presentar alguno de ellos. Entre el horno y los recuperadores existen juntas que deben efectuarse con cuidado para evitar la fuga de gas y la entrada de aire frió.

La construcción de estos hornos no presenta nada en particular.

�

Principio de funcionamiento del convertidor LD.

Se utiliza para efectuar el afino del arrabio que es demasiado rico en P para el Bessemer, pero muy pobres para el Thomas. Es un convertidor de fondo lleno derivado del Thomas. El revestimiento es de ladrillos de dolomita sinterizado con alquitrán. Dura aproximadamente 500 coladas.

Por medio de una lanza, refrigerada por agua, se insufla una corriente continua de oxigeno, con una velocidad cercana a la del sonido y una presión de 10 Bars. La lanza va a una distancia de 10 a 20 centímetros arriba del metal a fundir.

El convertidor se coloca en forma horizontal. Se introduce chatarra sólida (un 30%), arrabio líquido, como materia prima básica, y después como complemento fluorita y minerales de Fe. Luego se coloca en posición vertical, y se insufla oxigeno. El soplado dura aproximadamente 20 minutos y el proceso completo 42 minutos aproximadamente.

Las reacciones que se producen son:

1) Escorificación: El Si se quema formando anhídrido silícico y por el pico salen chispas que son partículas de escorias mas oxido de hierro. Se produce la oxidación del Fe y la combinación del Si y Mn. El metal liquido aumenta su temperatura y llegara un momento en el cual la fluorita se descompone y la cal que se obtiene reacciona y se unirá con la Si formando silicato de calcio. Dura 10 minutos aproximadamente.

2) Descarburación: El fósforo también se oxida y forma fósforo de hierro, el cual con la cal forma fosfato de calcio y protóxido de hierro. También comienza la combustión del C. El CO formado se inflama produciendo una llama que reduce al los fosfatos. Dura aproximadamente 6 a 10 minutos.

3) Combustión del fósforo: El carbón se quema por completo. Se activa la combustión del fósforo y se eleva la temperatura. La escoria también se vuelve liquida y disuelve a la cal. La llama se acorta y desaparece, comenzando a salir humos de color rojo o pardos del oxido de Fe y de Mn.

4) Adiciones finales: Terminado la insuflación de aire y eliminado el fósforo se inclina el convertidor y se lo pone en posición horizontal. Luego se retira la escoria y se coloca la fundición manganesífera en una proporción del 2 al 10% del peso.

�

Ventajas del convertidor LD.

a) Elevadas temperaturas (2500 a 3000� C).

b) Construcción sencilla (ya que no usan máquinas soplantes).

c) Más económico y alta vida útil.

d) Dura 500 coladas continuas.

e) Se insufla una corriente continua de oxigeno.

�

Carga del convertidor LD.

Chatarra sólida (30%), arrabio líquido, mineral de Fe, fluorita (como complemento).

�

Hornos eléctricos por arco.

Se clasifican en:

a) Hornos con arco por encima del baño: El calor producido se transmite por irradiación del arco y por efecto del reverbero de la bóveda del horno.

b) Hornos con arco doble que recorre el baño: En este caso se utiliza el fluido como intermediario.

c) Hornos con arco que atraviesan el baño: En este caso la solera debe ser conductora. La corriente atraviesa el baño en profundidad.

Los más usados son los hornos con arco doble que recorre el baño, ya que el horno con arco por encima del baño tiene pérdidas de temperatura, y el horno con arco que atraviesa el baño necesita materiales refractarios muy costosos.

Las tensiones de trabajo son de 70 a 180 voltios, usándose las más bajas para el afino, las intermedias para la fusión de la escoria, y las altas para la fusión total.

La potencia necesaria para cargas líquidas son de 250 kw h/t. Para cargas sólidas serán de 700 kw h/t.

�

Electrodos utilizados.

a) Electrodos de carbono amorfos: Se construyen de coque, de antracita, o de petróleo. El coque es pulverizado, moldeado y luego prensado. Después se lo somete a una temperatura de 1000 �C por varias horas.

b) Electrodos de grafito: Son electrodos de carbono amorfos sometidos a un proceso de grafitación que consiste en calentarlos por varios días a la temperatura de 2000 �C, y enfriarlos lentamente durante 20 a 30 días.

c) electrodos continuos de soderberg: Están formados exteriormente por una envoltura metálica de chapa e interiormente con una pasta de electrodo similar a la del carbono amorfo.

�

Hornos eléctricos a inducción.

Se clasifican en:

a) Hornos a inducción de baja frecuencia: Los hornos de este tipo se emplean en la obtención, en pequeña escala, de aceros muy descarburados y aceros finos. En cambio han tenido amplia difusión para la fusión del bronce, latón, aluminio y sus aleaciones.

El horno de baja frecuencia es alimentado por una corriente alterna de frecuencia industrial de 25 a 50 períodos por segundo (Hz).

El funcionamiento del horno se cumple así: Cuando la corriente alterna circula por la bobina, produce variaciones del flujo magnético en la armadura metálica; a consecuencia de esas variaciones se producen corrientes inducidas muy intensas en el baño metálico, el cual forma una sola y gruesa espira de muy pequeña resistencia eléctrica. Esas corrientes inducidas mantienen al metal a una temperatura suficiente para la fusión y el afinado.

Ventajas e inconvenientes: El metal se mezcla debido a este movimiento, resultando un acero homogéneo. La forma de canal en anillo es incómoda para una gran cantidad de metal a fundir, para el retiro de las escorias y para la colada. Esto ha sido salvado en algunos hornos dando formas especiales.

Capacidad y otras características: La capacidad de los hornos de baja frecuencia, con disposición basculante o inclinable, varía entre 3 a 30 toneladas; más comúnmente de 5 a 15 toneladas.

El revestimiento de los hornos debe ser básico o ácido, según que exista fósforo o no en el acero. La duración del revestimiento depende del afinado que es necesario hacer; sin embargo puede decirse que resiste 150 a 200 coladas; solamente en la bóveda debe repararse más frecuentemente.

b) Hornos a inducción de alta frecuencia: Los hornos de este tipo son alimentados por una corriente de 500 a 2000 períodos por segundo (Hz), y a veces de mayor frecuencia.

Un horno de alta frecuencia comprende un crisol de material refractario rodeado por un enrollamiento de cobre, por el cual circula una corriente alterna. El metal a fundir se coloca en el interior del crisol. Como en los hornos de baja frecuencia, la corriente inducida generada en el metal desarrolla una gran cantidad de calor.

El enrollamiento de cobre está formado por un tubo o serpentín, dentro del cual circula agua que impide su recalentamiento, por histéresis o por las corrientes parásitas de Fuyol, cuando circula por él una corriente eléctrica, entregada por un generador de alta tensión, constituyendo así el circuito primario en el horno.

En el interior del crisol se coloca metal a fundir, tal como se ha dicho; el crisol a su vez, está colocado dentro de una caja cúbica o cilíndrica, que en los primitivos hornos era de madera. En la actualidad se hace metálica, pero se separa el serpentín de la caja con una sustancia antimagnética (fibro-cemento). El conjunto está montado sobre un dispositivo basculante que permite realizar la colada con cierta comodidad.

La duración del revestimiento alcanza para realizar 200 a 300 operaciones. Cuando es ácido contiene cuarzo; y cuando es básico contiene magnesia, alúmina, etc..

Este revestimiento no presenta gran espesor: Apenas 5 a 10 cm., por lo cual la calidad de los materiales que lo forman debe elegirse cuidadosamente.

La capacidad de los hornos de alta frecuencia varía entre algunos kilogramos (hornos de laboratorio), hasta 10 toneladas; los más comunes alcanzan una capacidad de algunos centenares de kilos de metal.

�

Ventajas de los hornos eléctricos.

1) Rendimiento mayor que en los hornos a combustible.

2) La instalación ocupa menos espacio.

3) No se producen humos, polvos. No necesitan cámaras recuperadoras de calor, conductos de humo, ni depósito de combustión.

4) Manejo fácil, y graduación regulable de temperatura en todas las fases.

5) No hay pérdidas de calor.

6) Se obtienen temperaturas más altas (3000 �C a 3500 �C).

7) Las altas temperaturas facilitan la eliminación del S y P.

�

Fundición gris.

Son obtenidas en los altos hornos o en hornos eléctricos a una temperatura muy elevada, presentando su fractura una estructura granulosa. Es utilizado para la fabricación de aceros y es muy apropiado para el moldeo, conteniendo un alto contenido de silicio.

�

Fundición negra o americana.

Presenta una fractura de superficie clara y en la parte central gris debido a la presencia de carbono en forma de grafito. En las partes externas posee ferrita y en la zona central ferrita con granos de grafito repartidos. Se obtiene al colocar las piezas mezcladas en fundición blanca, luego se le agrega arena y son llevados a un horno a una temperatura de 900 - 1000� C y se calienta durante muchas horas y se lo deja enfriar lentamente, de tal manera la cementita se descompone y el carbono precipita en forma de cristales de grafito.

Son fundiciones muy carburadas. El contenido del silicio puede ser aún menor que el indicado. El grano de estas fundiciones es muy grande, presentando porosidades visibles llenas de grafito libre. No pueden ser empleadas por sí solas como fundiciones de moldeo, debiendo siempre mezclarse con otras fundiciones en proporciones adecuadas.

�

Fundición blanca o europea.

En la parte central presenta en la fractura un color uniforme, teniendo varias capas de perlitas, ferrita, etc..

Se la obtiene de la siguiente manera: las piezas se extraen con un poco de silicio de manera que resultan piezas de fundición blancas. Éstas son colocadas en cajas de hierro, rodeadas de minerales de fe y son luego llevadas a un horno rotativo a una temperatura entre 900 a 1000 �C, y calentadas durante muchas horas, y en algunos casos, hasta días. De esta manera la cementita se quema hasta eliminarse.

�

Fundición blanca.

son obtenidas en los altos hornos en una marcha fría, presentando una fractura de color blanco. Se utiliza para el afino de aceros, conteniendo alto contenido de Mg.

�

�

Crisoles y hornos.

Procedimiento por fusión al crisol: Este método conviene cuando es necesario obtener piezas moldeadas que deben reemplazar a piezas fraguadas.

Consiste en un recipiente tronco-cónico con un diámetro interno de 0,20 a 0,30m y una altura de 0.30 a 0.50m.

Los crisoles se construyen de dos materiales distintos: de arcilla y grafito o plombagina.

1) Arcilla: Se construyen con arcilla, coque pulverizado y restos de crisoles viejos. se coloca la mezcla sobre bateas y se la amasa con los pies agregando agua. El amasado dura de 4 a 5 horas. Se retiran los trozos de masa de determinado peso, se hace una bola y luego se moldea. El moldeado se hace empleando un molde y un macho.

Se coloca la bola de arcilla en el molde y se introduce el macho, haciendo girar y luego a golpes, hasta que la arcilla salga por los bordes. Se saca el macho y se retira el crisol. Se rebaten los bordes y se le da la forma deseada. Se los deja secar en repisas de manera lenta. Luego se los hornea, colocándolos boca abajo sobre grandes parrillas cubiertas por carbón de coque encendido calentándolos hasta la temperatura al rojo.

Permanece así durante 24 horas. un crisol de arcilla solo resiste 3 coladas.

2) Grafito: Se fabrican con una pasta de arcilla y agua, luego se le agrega el grafito y la arena, mezclándolo todo cuidadosamente. Se le da forma y se la seca ha temperatura elevadas durante 3 semanas y se las hornea durante 3 días en un horno especial. Un risol de grafito resiste de 4 o 5 coladas.

�

Hornos.

Pueden ser fijos o móviles, llevan el combustible sólido, líquido, o gaseoso con coque encendido que dan las temperaturas necesarias para la fusión.

�

�

LAMINACIóN

�

Función de los cilindros.

Esta operación consiste en transformar los lingotes obtenidos por fusión y colada en barras de secciones geométricas de diversos usos. El calentamiento previo para uniformar su estructura de los lingotes, facilitando la laminación.

Es conveniente que en los talleres existan fundiciones de acero, para aprovechar el calor que poseen los lingotes, mediante los hornos igualadores de temperatura. Para el calentamiento previo de los lingotes, los denominados "pozos gjers", que están formados por un macizo de mampostería refractaria. Las profundidades son mayores a la altura del lingote para facilitar la carga y descarga del mismo. Cada pozo tiene una tapa correspondiente, que al colocarse los lingotes, éstos le ceden el calor a las paredes. Al pasar media hora, la temperatura del lingote es uniforme en toda su masa, y por lo tanto están listos para el forjado. Una vez solidificados y fríos deben calentarse lentamente hasta los 400 �C, los que a los 300 �C, el acero posee un máximo de fragilidad, debido a la mayor reducción de ductibilidad. Luego se los calienta hasta la temperatura de 1100 a 1200 �C.

�

Principio de laminado.

Si tenemos dos cilindros pesados dispuestos horizontalmente, los cuales se encuentran separados entre sí por una cierta distancia y queremos hacer pasar una barra cuyo espesor es mayor a dicha distancia, de esta manera es posible un movimiento. Este movimiento se producirá si hay una cierta relación entre el diámetro de los cilindros y la altura de la barra, y si la barra de metal es calentado a una determinada temperatura y se vuelve deformable. Los cilindros entonces, cumplen una triple acción:

1) Comprimen el material.

2) Disminuyen la sección de la barra.

3) Moldean una nueva sección.

En este caso se producen tres tipos de deformaciones:

1) Deformación por aplastamiento o de la altura de la barra.

2) Deformación transversal o ensanchamiento de la barra.

3) Deformación longitudinal o alargamiento de la barra.

�

Angulo limite.

Es el ángulo que se forma entre el eje del cilindro y el punto de contacto a. Si este fuese muy grande no pasaría la barra.

Los componentes de las fuerzas q son: q x sen a; q x cos a.

El arrastre se produce si:

�m x q x cos a > q x sen a � m > q x sen a / q x cos a = tg a.

Como: sen a / cos a = tg a y m = tg f.

Tendremos que tg f > tg a.

m = Coeficiente de rozamiento.

f = Ángulo de rozamiento.

�

Relación entre el diámetro del cilindro y la deformación por aplastamiento.

�

�

�

�

�

�

�

�

�

�

�

Enumerar los subproductos de la laminación y sus características.

Lingote: Es el acero obtenido directamente por colada del metal líquido destinado a ser laminado o forjado. Sus dimensiones son muy variadas.

Tocho: Es el semiproducto obtenido reduciendo la sección del lingote hasta 125 mm. De lado disponible en depósitos y librado al comercio.

Tocho chato: Similar al tocho, pero de sección rectangular, destinado a laminación plana. Su menor lado es mayor que 40 mm., y sección menor que 140 mm�.

Palanquilla: Es una barra de sección cuadrada que se obtiene laminando el tocho. Dicha sección de ángulos redondeados, mide por lado 35 a 125 mm.. Se utiliza para laminar barras de secciones comerciales.

Llantón: Es una barra de sección rectangular, cuyo lado ancho mínimo es de 150 mm..

Palastro: Es un producto laminado de gran ancho y reducido espesor.

Perfil: Son barras de secciones diferentes a la geométrica lugar. Pueden ser simétricos o asimétricos.

Chapa gruesa: Es un palastro cuyo espesor es mayor a 5 mm. Y su ancho mayor a 150 mm..

Chapa fina: Es un palastro cuyo espesor es menor a 3 mm. Y su ancho menor a 300 mm..

Planchuela: Es una barra de sección rectangular con ancho y espesor reducidos.

Fleje: Es una planchuela de espesor muy reducido.

Alambrón: Es un laminado de sección circular con diámetro de 8 mm..

Alambre: De igual sección que el alambrón, pero menor a 5 mm.

�

Trenes de laminación.

La instalación básica es el tren laminador, la secundaria son los hornos de calentamiento, el transporte del material, las mesas, etc.

Según la finalidad toma nombres diferentes:

Tren soldador: Destinado a provocar las soldaduras de paquetes formados por trozos de barras. El acero obtenido se conoce como acero soldado.

Tren separador: Es cuando la laminación se hace en una o dos etapas. Consiste en ebozar o preparar una forma o sección intermedia.

Tren acabador: Es el tren de laminación que calibra y define el perfil de la barra, a dimensiones con la tolerancia exacta.

�

Partes que componen un tren de laminación.

1) Rodillos o cilindros: Pueden ser de superficie cilíndricas lisas, o presentar a acanaladuras circunferenciales. En su forma mas simple se utilizan para laminar lingotes que se reducen a planchones. Se distinguen la mesa, gorrones y extremidades de acoplamientos.

La mesa es la parte operadora, ya sea cilíndrica, lisa o acanalada. La longitud tiene cierta relación con el diámetro.

Los gorrones permiten colocar a los cilindros en los cojinetes de apoyo de bronce fosforoso y estos a su vez en el armazón.

Las extremidades de acoplamiento son necesarias para acoplar varias cajas o jaulas cuyos rodillos se accionan por un motor común.

2) Telares, cajas o jaulas: Son soportes en los cuales están colocados los cojinetes que sostienen los rodillos. Son piezas de acero moldeado con guías verticales en donde se disponen dichos cojinetes. En cada soporte, un tornillo mantiene al cilindro superior a determinada altura.

�

Explicar el funcionamiento de los trenes dúo, trío, y doble dúo.

1) Dúo: La laminación exige dos cilindros. La barra se introduce por uno de los costados y luego de pasar al lado opuesto, se traslada al lado anterior. Esta operación se puede hacer de dos maneras: Haciéndola apoyar sobre los cilindros superiores, o bien haciéndolo pasar por debajo, curvándolo con tenazas para hacerlo entrar nuevamente entre los cilindros.

�

2) Trío: Se utiliza para disminuir el tiempo pasivo de retroceso de la barra. Se dispuso un tercer cilindro por debajo o por encima del dúo. La barra se hace pasar entre el cilindro inferior y el intermedio, y luego entre el intermedio y el superior, realizando operaciones de laminado, reduciendo el tiempo pasivo. También se realizan automáticamente mediante mesas basculantes y rodillos de traslación que se hacen girar alternadamente en sentido diferente.

�

3) Doble dúo: Se disponen en cajas o jaulas, uno detrás del otro, pero a distintas alturas. La ventaja consiste en mantener continua la rotación de los cilindros con el mismo sentido y utilizar ambos dúos a la ida y a la vuelta. La única desventaja es la de usar una quinta rueda dentada.

�

4) Falso trío: La ventaja del trío se puede obtener también, disponiendo dos pares de cilindros, uno al lado del otro. Esta posición se denomina falso trío. Se utiliza en el laminado de barras de sección reducido. La ventaja es la continuidad y el menor enfriamiento que sufre la barra en contacto con el suelo.

�

Ventajas e inconvenientes.

El montaje dúo es empleado como dúo reversible, o sea capaz de invertir su rotación cada vez que pase la barra en uno u otro sentido. En esta forma no existe marcha en vacío durante el tiempo en que la barra debería volver a la parte anterior para un nuevo pasaje. La barra siempre se mueve en el plano horizontal, por lo que no es necesario bajarla o levantarla como en el trío. Los gastos de instalación se reducen, no se utiliza volante, permitiendo laminar a mayor velocidad. También existen inconvenientes por el trabajo de aceleración invertida, los choques en los manchones, la mayor potencia exigida al motor por la falta de volante, el diseño de las acanaladuras y cordones alternados en los cilindros laminadores. Esto se produce en el montaje trío, el que a su vez presenta inconvenientes, como regulación mecánica de la separación, montaje de los cilindros y guías más complicadas.

�

TRATAMIENTOS TÉRMICOS

�

En qué consiste y para qué se utilizan los tratamientos térmicos.

El tratamiento térmico consiste en lo siguiente:

A) Calentar el material a determinadas temperaturas.

B) Enfriar de determinada manera, ya casi instantáneamente, más lento o muy lento, interrumpiendo este enfriamiento una o más veces, y luego enfriarlo lentamente hasta la temperatura ambiente.

La aleación hierro-carbono da lugar a dos productos principales: acero y fundición. El acero además del carbono, posee estructura cristalográficas: ferrita (0% de C), perlita y ferrita (0 a 0,89% de C), perlita y cementita secundaria (0,89 a 1,7% de C).

Estas estructuras cristalográficas corresponden a aceros al estado normal, éstas cambian fundamentalmente cuando están influenciadas por un tratamiento térmico.

Las distintas estructuras que se forman son en su orden:

Austenita, martensita, bainito, troostita, sorbita, perlita y ferrita.

�

Tratamientos térmicos sin aporte

�

Recocido.

Consiste en calentar un metal por debajo de su punto de fusión, y luego enfriarlo lentamente. El recocido produce los siguientes efectos:

1) Destruye las tensiones internas: La temperatura de recocido hace más maleable al metal, permitiendo agruparse los cristales normalmente, por lo que desaparecen las tensiones existentes (recocido de normalización).

2) Hace más homogéneo al metal: Se presenta para mejorar las propiedades de las piezas, favoreciendo un equilibrio químico y estructural (recocido de homogeneización).

3) Modifica la cristalización: Mejora las propiedades mecánicas.

4) Para afinar una formación cristalográfica: Las propiedades del acero están en relación directa con el tamaño de los cristales.

5) Para destruir los efectos del temple: El recocido elimina los efectos del temple (recocido distensionante), calentando por encima de la línea "gose", dependiendo del porcentaje de carbono y luego enfriarlo en el horno.

�

�

D i b u j o

�

�

�

Efectos del recocido.

A) Sobre los aceros en bruto obtenidos por fusión: El recocido aumenta la carga de rotura, el alargamiento, el módulo de elasticidad.

B) Sobre los aceros efectuados en el trabajo mecánico: La carga de rotura, el módulo de elasticidad y la dureza, disminuyen mientras que el alargamiento y resiliencia aumentan.

�

Influencia de la temperatura del recocido.

El estado final que adquiere el acero depende de la temperatura. Este tratamiento consiste en calentar el acero a mas o menos 720�C , o sea, el punto critico y enfriar luego en el horno mismo. Con esto se consigue que la cementita que circunda se granule dentro de una maza básica de ferrita. Esta es la estructura mas blanda que se obtiene y fácil de trabajar básicamente.

�

Normalizado.

Tiene por efecto recristalizar el acero, siendo un tratamiento de recocido. Cuando el acero es sometido a un exceso de temperatura o después de forjado o del laminado o de cualquier otra forma es conveniente el normalizado que consiste en un calentamiento del acero a una temperatura superior a la línea "GOSE" dejando enfriar lentamente el aire.

Cuando la normalización se hace solo para distencionar o eliminar no es necesario alcanzar las temperaturas de la línea "GOSE".

Es suficiente calentar el acero entre 500 y 600�C y luego enfriarlo lentamente.

�

Temple del acero.

Es una operación térmica que endurece los aceros y las fundiciones, mediante un calentamiento a una temperatura de temple para luego enfriarlo bruscamente en un baño de temple.

El efecto del temple depende de la aplicación del acero. Todos los productos siderúrgicos pueden ser templados solo cuando el porcentaje de carbono es mayor que 0.58% siempre que no existan elementos aleatorios.

El temple tiene características diferentes a los hipo-eletectoides o perliticos partiendo de una temperatura de 800�C pudiéndose producir:

1) Si el enfriamiento es lento se obtiene: perlita y ferrita.

2) Si el enfriamiento es rápido la transformación en ese orden no se puede realizar y el acero a temperatura ambiente, tiene la misma estructura, o sea, austenita.

También los acero hiper-eutectoides: Estos son acero todos templables. La estructura resultante es perlita y dentro de esta existen cristales de cementita segundarias. El enfriamiento brusco afecta a los cristales de austenita transformándolos en martensita pero presentando cierta cantidad de cementita que es destruida.

La temperatura del temple varia con el acero que se trata. El temple no puede ser obtenido si no pasa la estructura austenitica, o sea por encima de la línea "GOSE". El exceso de temperatura recalienta el acero y lo altera. La temperatura debe estar por encima de los 906�C para el hierro puro y por encima de 721�C para el acero de 0.89%.

Los efectos del temple, se aceleran, adelantan y mejoran cuando contienen además de carbono otros elementos aleatorios.

El tiempo de temple dependo del tamaño de la pieza y del horno. El control se realiza utilizando un pirómetro eléctrico. Cuando se utiliza un baño de sales se observa un descenso al introducir la pieza. Al cabo de pocos minutos alcanza la temperatura de temple se mantiene por varios periodos y luego se enfría rápidamente en el baño de temple. Se prefiere en dos etapas, una rápida en el baño y otra lenta en el aire.

�

Martensita, troostita y sorbita.

La estructura hallada al enfriar el acero a la velocidad critica, se denomina martensita. Una variedad es la hardenita. La martensita es una solución sólida de los elementos de aleación en hierro a y hierro g.

Si la velocidad de enfriamiento es menor que la critica se transformara en cementita que se estaciona en sus comienzos, produciéndose así una variación muy fina de perlita, a la que se denomina sorbita que es una estructura menos dura que la martensita pero mas dura que la perlita, considerando como temple suave. Si la velocidad de enfriamiento es algo mayor, se obtiene una mezcla de martensita y sorbita que se denomina trostita, correspondiente a un temple menos fuerte que la martensita, pero mas fuerte que la sorbita.

�

Curvas de las "s"

(curvas de temperatura, transformación-tiempo).

Se registran mediante una curva que está en función de la temperatura y tiempo de enfriamiento.

Se confecciona una serie de probetas con el acero deseado, las cuales se templan en un baño de metal fundido, consiguiéndose la transformación de la austenita. Para saber el tiempo se opera la transformación de la austenita, se van sacando las probetas del baño y se las enfría rápidamente en agua y luego se observa la estructura obtenida durante el tiempo que estuvieron en el baño, obteniéndose dos puntos, el de comienzo y terminación.

�

Velocidad de enfriamiento.

La velocidad de enfriamiento es de gran importancia, o sea la velocidad de transformación de la austenita en función de la temperatura, en la zona por debajo de los 721�C y hasta los 300�C.

Cada tipo de acero es estudiado individualmente. Así por ejemplo un acero de 0.8% de carbono la velocidad de transformación es grande, entre 700 y 800�C. Para ese acero existe un tiempo mínimo a 550� c, comenzando después de un segundo y terminando a los diez segundos transformándose la austenita en perlita.

Los hornos para templar pueden ser:

1) hornos en los que las piezas están en contactos con los productos de combustión.

2) hornos a mufla.

3) hornos a baño de sal.

Entre los primeros, existen hornos a carbón, a combustible líquido y a gas. Entre los segundos existen sistemas de calentamiento con distintos combustibles, pero no influyen por que los materiales están alojados en el interior. Los terceros consisten en un recipiente que contienen solo metal fundido utilizando carbón, combustible liquido, gas y calentamiento eléctrico.

Las piezas adquieren distintos temples:

Temple especial à chorro de agua.

�

à agua con 12% de cl na

Temple muy fuerte à agua con 12% de cl ca

� à agua con 12% de cl nh4

�

Temple fuerte à agua dulce

à agua acidulada (2% de hcl)

�

à petróleo o querosén

Temple dulce à aceite de colza

à agua cargada de soda

�

Qué es la velocidad critica de temple (según luz).

La estructura hallada al enfriar el acero a la velocidad critica, se denomina martensita. Si la velocidad es menor que la critica sorbita y si la velocidad es mayor se denomina martensita y sorbita que es igual a la trostita.

�

Revenido.

Cuando se templa un acero se lo enfría y se obtiene una estructura martensítica. Sin embargo, el temple puede ser excesivamente fuerte, produciendo tensiones internas para aminorar. Para aminorar esto se procede a revenir el acero. Consiste en volver a calentar el acero produciendo las estructuras intermedias de la sorbita, troostita y martensita. Al alcanzar los 100 �C, comienza a disolverse la martensita pasando a formarse la troostita, de estructura muy fina. A los 250 �C se ha completado la troostita y comienza a transformarse en sorbita poco a poco, hasta alcanzar el revenido a 350 ó 400 �C. Al alcanzar la temperatura de los 721 �C o temperatura crítica inferior, la sorbita se convierte en perlita.

�

Tratamiento térmico con aporte

�

Nitruración.

Cuando se calienta un acero de composición especial a la temperatura de 500 �C en una atmósfera de amoníaco, su superficie se endurece por la absorción del nitrógeno resultante de la disociación de este gas, sin necesidad de ningún tratamiento térmico anterior.

Las piezas a nitrurar son colocadas en un recipiente, y éste a su vez, en un horno a 500 �C. Una corriente de amoníaco circula por el interior del recipiente. El calor descompone el amoníaco, el nitrógeno se combina con el acero, dando nitruro de hierro. Los gases remanentes N, H, y Hh3, son evacuados al exterior. La nitruración hace frágiles a las piezas, porque las reacciones se producen en el interior de las piezas, por eso se requiere utilizar aceros con cierto porcentaje de molibdeno o de cromolibdeno.

Procedimiento: Se templan las piezas al aceite y luego recocidos, después de esto, a un calentamiento en un horno eléctrico.

Si se desea que el endurecimiento no sea total, sino parcial, es suficiente no recubrir las partes que no se desea nitrurar, con un barniz que implica la acción del nitrógeno sobre el hierro. La operación dura cuatro a cinco días. La profundidad del endurecimiento es de 8 décimas de milímetro.

La nitruración presenta las siguientes ventajas:

1) Temperatura poco elevada, lo que evita la deformación de las piezas.

2) La dureza obtenida es superior a la que se obtiene por cementación y presenta gran resistencia al desgaste y a la corrosión.

3) Permite mejorar las superficies de las camisas de los cilindros, cigüeñales, etc.. Tiene amplio campo de aplicaciones, especialmente en la industria de los motores de aviación.

�

�

Cementación.

Es una carburación superficial de los aceros, por lo tanto un tratamiento térmico que eleva el porcentaje de carbono, hasta cierta profundidad o espesor. Requiere la presencia de un cemento carburante. La absorción del carbono se hace por disolución del carbono y se opera cuando la temperatura sobrepasa los 900�C y el hierro se encuentra en hierro d.

El elemento carburante es el carbono, este se separa cuando forma CO, decianogeno, CN y de los distintos carburos de hidrógeno.

Los hidruros se forman por destilación del cemento carburante. El mas activo es el oxido de carbono, este se descompone y forma 2 CO = CO2 + C y que a 1000� C la proporción de OC referido al anhídrido carbónico es casi 100% ricas en CO.

El carbono cedido al hierro forma cementita que se difunde lentamente en la ferrita, para dar austenita. Esta luego se transforma en perlita, por enfriamiento lento.

La mejor cementación es la que se hace mas al eutectoide.

Cementos empleados: Se clasifican en puros simples: carbón de leña en polvo, negro animal, negro humo, cuernos y cueros calcinados, etc.

Los compuestos formados por mezclas de carbón como el carbonato de bario, carbonato de potasio y carbonato de calcio. Esto favorece en la absorción del carbono.

Acero de cementación: Se clasifican en: Aceros comunes al carbono, aceros al níquel y aceros al cromo-níquel.

Los aceros comunes tienen bajo porcentaje de carbono, resultan, después de cementados piezas de acero con gran dureza superficial, escasa dureza y mucha elasticidad, resistiendo los golpes y resistencia al desgaste.

Los aceros al níquel contienen 2 a 5 % y un bajo porcentaje de carbono. Mantienen las propiedades mecánicas y además dureza superficial.

El acero al cromo-níquel aumenta la dureza superficial. El porcentaje que presenta es C = 0.10%, Cr = 0.50%, Ni = 2%.

Para realizar la cementación se utilizan cajas metálicas en chapa de acero o fundición o mejor aun de chapa de acero inoxidable. Dentro de ellas se colocan las piezas redondeadas con el cemento. Son cerradas con una tapa que se hace hermética con una capa de arcilla.

La velocidad de cementación se mide en milímetros de penetración por hora así por ejemplo 0.2 mm/h la velocidad es reducida a 800� c y grande a 1000� c. La temperatura mas favorable es de 900 a 1000�C.

El tiempo de cementación se mide en horas y no es proporcional a la velocidad de penetración.

La temperatura que se aplica a los distintos tipos de tratamientos térmicos, incluso para forjar y soldar, esta dado por los siguientes datos:

Templado: entre 750 a 800�C.

Normalizado: entre 850 a 900�C.

Cementado: 1000�C.

Forjado: entre 1000 a 1300�C.

Soldado: entre 1200 a 1500�C.

Recocido: 900�C.

�

�

�

�

COBRE

�

Metalurgia del cobre por vía seca.

Se pueden distinguir las siguientes fases:

1) Concentración del mineral: Los minerales actuales, generalmente pobres (1 a 4%), son concentrados por flotación a fin de eliminar una parte de la ganga, y elevar el contenido de cobre a 25% aprox.

2) Eliminación parcial del hierro: El mineral sufre una tostación parcial que elimina una parte del azufre, y después una fusión para mata que conduce toda la masa al estado liquido. Se elimina fácilmente la escoria que proviene de la ganga y el oxido de hierro formado por la tostación, quedando un producto intermedio, la mata Cu2S, nFeS.

3) Oxidación de la mata: Se utiliza el hierro que resta, anteriormente, y por tostación y reacción, se obtiene el cobre bruto.

4) Afino del cobre bruto.

�

Tostación parcial.

Principio: La pirita FeS2 se descompone dando FeS y azufre naciente que se oxida el primero. Teniendo el hierro una mayor afinidad para el oxigeno que el cobre y estando el aire en cantidad insuficiente, únicamente se oxida el hierro, al menos teóricamente. Por consiguiente, el producto tostado esta formado de FeO, Cu2S, FeS, de la ganga y de un poco de oxido de cobre. Hay también separación de arsénico y antimonio.

Cu2S, nFeS + ganga + aire à Cu2S, n'FeS + ( n - n' ) FeO + ganga

Esta reacciones se hacen sin adicción de combustible. Los gases, ricos en SO2, son utilizados para la fabricación de H2SO4.

El mineral contiene de 10 a 20% de cobre antes de la tostación y de 15 a 25% después. Esta fase es frecuentemente suprimida como operación aislada, y entonces se hace en el aparato de fusión para mata.

No se puede oxidar todo el hierro, lo que sin embargo simplificaría el tratamiento posterior, porque la oxidación del cobre seria entonces muy sensible, y el oxido cuproso formado pasaría a la escoria durante la fusión mata.

Aparatos: hornos mecánicos Herreschoff o Wedge, estos aparatos son los mas utilizados actualmente.

�

Fusión para mata.

Principio: calentado por encima de 1100� C, el producto obtenido por tostación parcial funde. El hierro, mas oxidable que el cobre, es oxidado a FeO, y como el cobre tiene mayor afinidad para el azufre que el hierro, el poco oxido de cobre formado pasa al estado de Cu2S.

El oxido de hierro así formado o resultante de la tostación parcial, se une a la sílice y a la cal (ganga o adición), y se elimina en la escoria en forma de silicio complejo.

Por consiguiente se obtiene dos capas liquidas; la capa superior y la escoria, la capa inferior es la mata, de aspecto metálico, formada en primera aproximación de Cu2S y FeS.

Es preciso que la mata se separare bien de la escoria y que arrastre la mayor cantidad de cobre posible; estas dos condiciones son contradictorias: cuando mas pobre es la mata, mas Cu2S disuelve pero entonces su masa voluminica disminuye, la separación es menos buena, y los gastos del tratamiento posterior aumentan a consecuencia de la abundancia de mata.

El contenido medio en cobre de la mata producida es de 25 - 45%; la escoria contiene aproximadamente 0.5% Cu, 35 - 40% SiO2, 40 - 45% FeO y 10% de CaO + MgO + PbO.

Para la fusión para mata se utilizan dos tipos de aparatos; horno de cuba y horno de reverbero.

�

En la metalurgia del cobre. Conversión de la mata.

La oxidación de la mata llamada conversión, del nombre del aparato utilizado, se hacen en dos fases en el mismo aparato.

Fase 1: tiene por objeto eliminar el hierro, y consiste esencialmente en una tostación parcial acompañada de una fusión escorificante. Se envía una corriente de aire a la mata liquida en presencia de sílice; el sulfuro de hierro es el único oxidado, el oxido de hierro formado se une a la sílice y así es eliminado con la escoria que se evacua basculando el aparato.

Este conjunto de reacciones es muy exotérmica.

Fase 2: queda únicamente cu2s (mata blanca); se continua la oxidación, y se obtiene el cobre por tostación y reacción.

Teniendo en cuenta el calor necesario para calentar el aire insuflado a la temperatura ambiente y las perdidas por radiación, la primera fase es netamente exotérmica; para impedir una elevación de la temperatura del baño demasiado grande, se añade mata sólida, o se suspende la operación de vez en cuando.

La segunda fase no desprende bastante calor para compensar las perdidas por radiación; por consiguiente es preciso utilizar un aparato de grandes dimensiones y calorifugado para disminuir el enfriamiento del baño; a demás, esta fase comienza hacia 1200� c y se termina a una temperatura superior a 1085� C, punto de fusión del cobre.

Marcha de la operación: El convertidor se llena de mata liquida con un poco de escorificante (3 toneladas de escorificante para 50 toneladas de mata); el escortificante es un mineral pobre de ganga muy silicoso. Se acopla aproximadamente 45 minutos y se evacua la escoria formada; se añaden 3 toneladas de escorificante y la mata necesaria para llenar el aparato. Se repite esta operación de 10 a 20 veces, y al final de esta primera fase el aparato esta lleno de mata blanca (Cu2S). Esta primera fase dura aproximadamente 20 horas. Hacia el final se sobrecalienta un poco para alcanzar 1200� C.

La segunda fase de conversión dura de 4 a 7 horas; la temperatura final es de 1100� C. El metal, "cobre negro", es inmediatamente vaciado en una cuchara de colado; se vuelve a cargar inmediatamente el convertidor sin dejarlo enfriar. La escoria evacuada del convertidor, que todavía contiene cobre, se vuelve a pasar al horno de reverbero. Generalmente no se recupera el SO2 contenido en los gases.

�

Afino del cobre bruto.

La proporción del cobre negro es a veces inferior al 93%;las principales impurezas son el hierro y sobre todo el azufre, y después el plomo, el cinc, el níquel, el antimonio, el estaño y los metales preciosos.

El afino comprende dos fases sucesivas:

�

�

�

1) Afino por vía seca en horno de reverbero:

A) Oxidación: el metal es introducido en lingotes en el horno, efectuándose la fusión en atmósfera oxidante, formándose oxido cuproso, que reacciona sobre las impurezas del metal, el hierro, formando una escoria que se quita.

B) Reducción: se produce el perdigado sumergiendo troncos de madera verde en el baño de cobre. Se produce un barboteo debido al desprendimiento de vapor de agua, hidrógeno e hidrocarburos que reducen parcialmente el cu2 o. Se acaba de desoxidar el baño polvoreándolo con carbón de madera. Se remueve, los gases disueltos y se procede a un nuevo perdigado muy corto. La temperatura queda a 1100� c aproximadamente.

Este procedimiento es muy largo (16 a 24 horas), y las escorias originan perdidas de cobre. Conduce a un metal de por lo menos 99% de cobre.

�

2) Afino electrolítico.

El metal procedente de 99% de Cu constituye el ánodo; el electrolito es una solución de sulfato de cobre, y el cobre se deposita sobre el cátodo formado de cobre de 99,99%. Las impurezas estaño (Sn), plomo (Pb), oro (Au), plata (Ag) pasan a los lodos; las otras arsénico (As), cinc (Zn), hierro (Fe), níquel (ni) dan sulfatos con el ion so4 y se acumulan en el electrolítico.

El electrolito (10% cuso4, 15% h2so4) se coloca en cubas de hormigón con revestimientos de plomo antimonioso (dimensiones corrientes: 4 x 4 x 1 m); el baño pasa de una cuba a la otra por gravedad, y es conducida de la ultima a la cuba de cabeza por medio de una bomba. Calentadores de vapor permiten operar hacia 60� c a fin de mejorar la conductividad.

Cada cuba contiene aproximadamente 30 ánodos, placas rectangulares de 300 kg y distantes 12 centímetros entre si aproximadamente; los cátodos son chapas de cobre de 1 milímetro de espesor que se alternan con los ánodos. En cada cuba se emplea generalmente el montaje en derivación (l = 0.25 y j = 200 a / m� aprox.), y se montan un gran numero de cubas en serie; la duración del deposito es del orden de diez días. Los cátodos son fundidos con precauciones para evitar su oxidación, y así se obtiene un metal de 99,97% por lo menos.

Aproximadamente un 80% de cobre industrial ha sufrido el afino electrolítico.

�

Metalurgia del cobre por vía húmeda.

La hidrometalurgia consiste en una solución seguida de una precipitación del metal.

La disolución se hace por lixiviación de cenizas de piritas; también se utiliza el Cu2S, natural (Río Tinto) o habiendo sufrido una tostación sulfatante en el horno Wedge (Chuquicamata, Chile). El mineral debe ser molido convenientemente; si se le muele demasiado el disolvente circula con dificultad; pero si se adopta un molido grosero el metal del centro de los granos no es disuelto.

Se utilizan tres modos diferentes de lixiviación:

1) Lixiviación del mineral en su yacimiento: Este método de tratamiento esta poco extendido, porque necesita cierta circunstancias favorables. El disolvente se distribuye en agujeros naturales o artificiales, y la solución se recoge en el punto mas bajo de yacimiento en un túnel.

2) Lixiviación en montón: Este procedimiento, aplicado particularmente en Rió Tinto (España), utiliza como disolvente el sulfato férrico que se forma como en el mineral. Este es una pirita ferruginosa que contiene aproximadamente 3% de cobre en forma de Cu2S principalmente. Se coloca en montones bien aireados, y se riegan de vez en cuando con la solución ácida obtenida después de la precipitación del cobre; esta es rica en sulfato ferroso que se oxida a sulfato férrico, formando igualmente por oxidación de la pirita.

El sulfato férrico oxida y disuelve el Cu2S. La solución obtenida pasa a continuación sobre mineral fresco no aireado; el sulfato férrico vuelve a convertirse en ferroso. Esta operación evita un consumo suplementario de hierro durante la precipitación del cobre que se hace mediante chatarras.

3) Lixiviación en cubas: Se utilizan cubas que tienen una capacidad aproximada de 500 toneladas donde el disolvente tiene una marcha ascendente.

Los disolventes utilizados son los siguientes: Sulfato férrico sulfúrico para los minerales sulfurados. El ácido sulfúrico es el mas utilizado debido a su bajo precio, pero presenta el inconveniente grave de disolver los cuerpos que acompañan al cobre.

�

Precipitación del metal.

La solución obtenida es siempre pobre en cobre (aproximadamente 1 g/l). El metal puede ser precipitado por su solución por el hierro, por electrolisis, por el anhídrido sulfuroso o por sulfuro de hidrógeno.

1) Precipitación por el hierro: La solución cúprica es puesta en contacto con chatarra o recortes férricos (por ejemplo hojalata desestañada). Se obtiene un producto muy impuro que solamente contiene un 80% de cobre aproximadamente, lo que es un inconveniente de este procedimiento, por otra parte simple y poco costoso.

2) Precipitación electrolítica: Este procedimiento es el mas extendido; de un metal muy puro, y permite la recuperación del ácido.

El ánodo inatacable es el plomo, de grafito o de magnetita. A fin de evitar la disolución del cátodo por el sulfato férrico siempre abundante en la solución, es preciso disminuir el contenido en sal férrica, se puede hacer pasar la solución sobre chatarras o reducirla sobre el anhídrido sulfurosa, por ejemplo, contenido en los gases en los hornos de tostación antes del lixiviado.

�

�

ALUMINIO

�

Precipitación del alúmina.

El licor claro llega a los depósitos de precipitación, cubas cilindricocónicas de aproximadamente 1000 metros cúbicos (m�) y de 20 a 25 metros de altura. Bajo la influencia de una adición importante de alúmina de una operación anterior que ceba la reacción y del hecho de la dilución, del aluminato de sodio, sal de un ácido débil se hidroliza.

El ascenso de la temperatura favorece el desplazamiento del equilibrio pero hace mas lenta la velocidad de reacción; existe una temperatura optima que es del orden de 50� C. La mezcla es agitada por un emulsionador de aire comprimido.

Al final de esta operación, cuya duración alcanza 5 días, se ha depositado aproximadamente el 60% de alúmina contenida en el aluminato.

La suspensión del alúmina hidratada obtenida es clasificada en dos partes: Una suspensión de hidrato fino que es recluida como cebador, y una suspensión de hidrato mas grueso. Esta ultima suspensión se separa del hidrato en un filtro rotativo continuo, y después se lava.

Las aguas de filtración y de lavado son concentrados en evaporadores de 4 o 6 efectos y utilizadas a continuación para el ataque de la bauxita.

�

Electrolisis del alúmina.

Debido a la gran afinidad del aluminio para el oxigeno (no se pude o medio del C o CO) se ocurre a la electrolisis.

Se utiliza un baño de criolita, en la cual la alúmina es puesta en solución, la operación tiene lugar a una temperatura de 960�C, mientras que la alúmina funde a mas de 2000�C. El polo negativo esta construido por el fondo de la cuba y el aluminio formado, y el polo positivo por los electrodos de carbón.

La teoría mas simple que justifica la electrolisis admite que la criolita desempeña el papel de disolvente ionizante, por consiguiente la alúmina seria ionizada en iones Al +++ y O--.

Electrólito: �El baño debe reunir las siguientes condiciones:

1) Permitir una fácil puesta en solución de la alúmina.

2) Ser fácilmente fusible, para disminuir el consumo de corriente.

3) Tener una masa volumínica inferior a la del aluminio, así el aluminio se deposita en el fondo y no tiene peligro de ser oxidado por el aire.

Marcha de la operación: La marcha es continua; se añade alúmina cada 4 h. para mantener la composición conveniente del baño, a intervalos más espaciados criolita destinada a compensar las perdidas por volatilización.

El aluminio se reúne en el fondo de la cuba, la capa de electrolito fundido esta solidificada en la superficie y debe ser perforada mediante martillos picadores cuando se quiere introducir la alúmina.

La colada se hace cada 2 ó 3 días, generalmente se hace por depresión, uniendo la cuba por medio de un tubo de fundición a un recipiente en el cual se hace un vació parcial. El metal líquido permanece durante algunas horas en un horno eléctrico de resistencia, lo que permite mezclar aluminio de diferentes cubas y efectuar una desgasificación del metal y una decantación de las partículas arrastradas.

El metal obtenido posee de 99.4 a 99.85 % de AL suficiente para la mayor parte de los usos; las impurezas principales son el silicio y el hierro, y es entregado en lingotes de sección trapezoidal, etc.

�

Ataque de la bauxita y separación del aluminato de sodio.

ATAQUE DE LA BAUXITA:

1) Molienda de la bauxita: En una machacadora de mandíbulas, y después eventualmente en un molino de bolas.

2) Ataque de la bauxita: Por la sosa, a fin de solubilizar la alúmina. La alúmina, oxido indiferente, se transforma en aluminato de sodio soluble.

La sílice forma con la sosa y la alúmina un silicato doble insoluble que origina una perdida de alúmina y de sosa, de donde la necesidad de no utilizar mas que minerales pobres en sílice. El oxido de hierro y el oxido de titanio permanecen prácticamente insolubles.

Las condiciones del ataque dependen esencialmente del estado de hidratación de alúmina; el trihidrato, fácilmente atacado, necesita una presión de marcha relativamente pequeña (4 atm. 140� C), mientras que con el monohidrato, se debe alcanzar 30 atm. Y 230�C.

El ataque se hace generalmente en marcha continua. La suspensión de bauxita finalmente molida (0,02) en una sección concentrada de sosa y de aluminio de sodio, recorre una serie de autoclaves donde es calentada progresivamente por medio de vapor de agua, de 70 a 230� C. Las primeras autoclaves utilizan el vapor obtenido por la reducción progresiva del licor final de 230 a 130� C.

�

Separación del aluminato.

La papilla extraída de los lixiviadores es diluida con soluciones débiles que provienen del lavado de los lodos a fin de ser llevada a 100� C; entonces contiene 60 g/l de residuo. Los lodos se reúnen por decantación; se les lava por diluciones y decantaciones sucesivas con circulación en sentidos opuestos de las soluciones y de los lodos. El licor decantado es filtrado bajo presión por un tejido de rilsan, a fin de eliminar las ultimas trazas de lodo.

Los decantadores (diámetro de 10 a 30 m) y los lavadores están calorifugados, porque el descenso de temperatura origina una descomposición parcial del aluminato de sodio (reacción exotérmica).

�

�

Nuevos procedimientos.

El procedimiento actual de obtención del aluminio es relativamente costoso; por ello se han realizado numerosas investigaciones para tratar de obtener el aluminio a partir de la bauxita sin pasar por la electrólisis.

Un procedimiento francés de reducción por el carbono esta actualmente en estado de fabrica piloto (5000 t/año). Comprendiendo dos fases:

a) Se procede a una reducción limitada de la bauxita en un horno eléctrico de arco, por el carbón: los óxidos distintos del AL₂O₃ son reducidos, y las impurezas son eliminadas.

b) El oxido de aluminio obtenido es reducido por el carbón en un segundo horno eléctrico de arco; se obtiene una mezcla esponjosa aluminio + carburo de aluminio, de la que el metal exuda a temperatura conveniente; el carburo es reciclado.

Este procedimiento consume casi la misma cantidad de energía eléctrica que el procedimiento clásico, pero los gastos de inversión son reducidos a la mitad.

�

Powered by Coranto

---

Votar

Ingresar una calificación para del 1 al 10, siendo 10 el máximo puntaje.

Para que la votación no tenga fraude, solo se podrá votar una vez este recurso.

--- 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Comentarios de los usuarios

Agregar un comentario:

Nombre y apellido:

E-Mail:

Asunto:

Opinión:

---

Fecha: 01/10/2005 -- Hora: 23:55:03
Autor: julio ruiz crespin - julioruiz _25@hotmail.com
Asunto: informacioin
Mensaje: bueno ante todo muy nuenas tardes sot alumno de ingeniria metalurgica, bueno me gusta su articulo publicado en internet pero quisiera ver si pudieran poner los graficos respectivos de dicha pagina. Agradesco su comprension, soy alumno y quisiera saber mas aceca de metalurgia.

---

---

Fecha: 08/12/2009 -- Hora: 16:25:03
Autor: marcos - markii406@hotmail.com
Asunto: !!
Mensaje: me salvaste de la materia! nunca imagine encontrar algo en internet el resumen de la materia muchos de mi mismo colegio y menos aun con el mismo prof! muchas ggraciass

---