PROCESO DE OBTENCIÓN DEL HIERRO Y DEL ACERO

Contenido

UNIDAD PROCESO DE OBTENCIÓN DEL HIERRO Y DEL ACERO 3

1.1 PROCESO TECNOLÓGICO DE LA OBTENCIÓN DEL HIERRO PRIMERA FUSIÓN 3

Producción del Hierro 3

1.2 FUNCIONAMIENTO Y PRODUCTOS OBTENIDOS 5

Fundición Gris 5

Fundición nodular o dúctil 5

Fundición blanca 5

Fundición maleable 5

Fundición de hierro aleado 6

1.3 AFINO DEL ACERO 6

1.4 PROCESOS TECNOLÓGICOS PARA LA OBTENCIÓN DEL ACERO BOF, HORNO ELÉCTRICO, CONVERTIDORES BESSEMER Y THOMAS 7

Proceso de crisol abierto 7

Proceso básico de oxígeno. 8

Arco de horno eléctrico. 9

1.5. CLASIFICACIÓN Y APLICACIÓN DEL ACERO. 9

Aceros al carbono. 9

Aceros de baja aleación 10

Aceros Inoxidables. 10

Aceros de Herramientas. 11

UNIDAD II TRATAMIENTO TÉRMICO DEL ACERO 12

2.1 GENERALIDADES 12

2.2 CLASIFICACIÓN DE LOS TRATAMIENTOS TÉRMICOS 12

2.3 RECOCIDO 13

Recocido Isotérmico: 14

Recocido de Homogeneización: 14

Recocido por Acritud. 14

2.4 TEMPLE 14

2.5 REVENIDO 15

2.6 TRATAMIENTOS TEMOQUÍMICOS 15

Cementado (carburización) 15

Nitrurado 16

UNIDAD III PROCESOS DE CAMBIO DE FORMA 17

3.1 FUNDICIÓN Y COLADO (AL ALTO VACIÓ, CENTRIFUGA, PRECISIÓN) 17

Procesos de fundición 17

3.2 FORMADO MECÁNICO (PRENSADO, ESTIRADO, CIZALLADO, DOBLADO) 20

Prensa 20

Estirado 22

Cizallado 25

Operaciones de doblado 26

3.3 Maquinado (Tradicionales y Automatizados) 27

Torneado 28

Taladro. 31

Fresado 33

UNIDAD IV PROCESOS DE ENSAMBLE 36

PRCESOS DE ENSAMBLE (NO PERMANENTES, SEMIPERMANTES Y PERMANENTES) 36

Soldadura 36

Unión por soldadura 36

Soldadura por arco eléctrico 37

Soldadura con oxígeno y gas combustible 38

Soldadura en estado sólido 38

Soldadura fuerte. 39

Soldadura blanda 39

Uniones adhesivas 39

Ensamble mecánico 41

Tornillos, Tuercas y Pernos 41

4.3 DISPOSITIVOS DE MONTAJE 46

UNIDAD V OTROS PROCESOS INDUSTRIALES PLÁSTICOS, TÉRMICOS PLÁSTICOS COMPUESTOS 49

5.1 GENERALIDADES 49

UNIDAD PROCESO DE OBTENCIÓN DEL HIERRO Y DEL ACERO

1.1 PROCESO TECNOLÓGICO DE LA OBTENCIÓN DEL HIERRO PRIMERA FUSIÓN

La materia prima más importante para todos los productos ferrosos, es el arrabio, el producto del alto horno. El arrabio se obtiene fundiendo la mena de hierro con coque y piedra caliza.

La mena principal, usada en la producción de hierro y acero es la hematita (Fe2O3). Otras menas incluyen la magnetita (Fe3O4) y la siderita (FeCO4). Las menas de hierro contienen de un 50 a un 70% de hierro, dependiendo de su concentración, además, hoy se usa ampliamente la chatarra como materia prima para la fabricación de hierro y acero.

El coque es un combustible de alto carbono. Desempeña dos funciones en el proceso de reducción: 1) es el combustible que proporciona calor para la reacción química y 2) produce monóxido de carbono (CO) para reducir las menas de hierro. La piedra caliza es una piedra que contiene altas proporciones de carbonato de calcio (CaCO3). Se usa en el proceso como fundente que reacciona con las impurezas presentes y las renueve del hierro fundido como escoria.

Producción del Hierro

Para producir hierro, se deja caer por la parte superior de un alto horno una carga de menas de hierro, coque y piedra caliza. Un alto horno es una cámara revestida con refractario, de alrededor de 30 o 50 pies (9 a 15 m) de diámetro en su parte más ancha y una altura de 125 pies (40 m), en la cual se hace pasar una corriente de gases calientes a gran velocidad desde la parte baja de la cámara para realizar la combustión y la reducción del hierro. La carga desciende lentamente desde lo alto del horno hacia la base en el trayecto alcanza temperaturas alrededor de 3000°F (1650° C). Los gases calientes realizan la fundición del coque conforme pasan hacia arriba, a través de la carga de materiales. El monóxido de carbono se suministra como un gas caliente, pero también se forma adicionalmente por combustión del coque. El CO tiene un efecto reductor sobre las menas de hierro; la reacción simplificada (utilizando la hematita como la mena original) se describe:

Fe2O3 + CO 2FeO + CO2

El bióxido de carbono reacciona con el coque para formar más monóxido de carbono:

CO2 + C (coque) 2CO

El cual realiza la reducción final de FeO a hierro

FeO + CO Fe + CO2

El hierro fundido escurre hacia abajo, acumulándose en la base del alto horno. Éste se vacía periódicamente en carros que lo transfieren a las siguientes operaciones de la producción del acero.

El papel que juega la piedra caliza se resume en la siguiente ecuación. Primero se reduce a cal (CaO) por calentamieto:

CaCO3 CaO + CO2

La cual se combina con impurezas tales como sílice (SiO2), azufre (S) y aluminio (Al2O3) en reacciones que producen una escoria fundida que flota encima del hierro.

Es interesante hacer notar que se requieren aproximadamente siete toneladas de materia prima para producir una tonelada de hierro. La proporción de los ingredientes es aproximadamente:

2.0 toneladas de mena de hierro, 1.0 tonelada de coque y .5 tonelada de piedra caliza, y 3.5 toneladas de gases. Se recicla una proporción significativa de subproductos.

El hierro vaciado de lavase del alto horno (llamado arrabio) contiene sobre 4% de carbono, más otras impurezas: .3 a 1.3% de Si, .5 a 2% de Mn, .1 al 1.0% de P y .02 a .08% de S.

1.2 FUNCIONAMIENTO Y PRODUCTOS OBTENIDOS

Es Una aleación que contiene 2.11% hasta cerca de 4% de carbono y de 1 a 3% de silicio. Hay varios tipos de fundiciones, la fundición gris es la más importante. Otros tipos incluyen la fundición nodular (dúctil), la fundición blanca, la fundición maleable y varias fundiciones de hierro aleado.

Fundición Gris

La fundición gris representa el mayor tonelaje entre las fundiciones de hierro. Tiene una composición que varía entre 2.5 y 4% de carbono y 1 a 3% de silicio. Las reacciones químicas internas derivan en la formación de hojuelas de grafito (carbono) distribuidas a todo lo largo del producto fundido en la solidificación. Esta estructura es la causa de que la superficie del metal tenga un color gris cuando se fractura.

La resistencia de la fundición gris abarca un rango significativo. La resistencia mínima a la tensión (TS, por sus siglas en inglés, de tensile strength) para varias clases: la clase

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