Materiales de Construcción.

Transcripción

1 Materiales de Construcción. Materiales Metálicos: Siderurgia. y Puertos

2 Siderurgia. Índice 1- Introducción 2- Historia de la siderurgia 3- Materias primas 3.1- Mineral de hierro 3.2- El coque 3.3- Chatarra 3.4- Otros 4- El alto Horno 5- Horno eléctrico de arco 6- Afino 6.1- Afino oxidante 6.2- Metalurgia secundaria 7- Colada 8- Conformación del acero 8.1- Laminación 8.2- Forja y estampación 8.3- Moldeo 2 y Puertos

3 Siderurgia. Introducción Introducción Producción mundial de acero: España 10% de la producción europea De ella 75 % HEA y 25 % BOF Producción española de acero: 3 y Puertos

5 2. Historia de la siderurgia Historia: Antigua La siderurgia ha estado íntimamente relacionada con la evolución del ser humano Edad de piedra:? hasta el 3000 a.c. Edad de bronce: 3000 hasta 1200 a.c. Edad de hierro: desde el 1200 a.c. hasta el 100 a.c. 5 y Puertos

6 2. Historia de la siderurgia Primera etapa de la siderurgia: Se conseguía la reducción de los minerales ferrosos por carbón de madera en crisoles Metal muy bajo en carbono que se endurecía poniéndolo en contacto con materias carbonosas y nitrogenadas, fundamento de las actuales técnicas de cementación y nitruración. Esta técnica permanece hasta la edad media por la dificultad de alcanzar altas temperaturas necesarias para la fusión del hierro. Hierro forjado 6 y Puertos

7 2. Historia de la siderurgia Segunda etapa de la siderurgia: Tamaño y tiro (arrabio acero) calidad En el siglo XIV se empezó a fabricar en dos etapas Primero se introducían el carbón vegetal y el mineral de hierro en un horno para producir fundición en estado líquido. Luego, partiendo de esta fundición y mediante oxidación se obtenía el mineral en estado pastoso Este método de dos etapas se sigue empleando en la actualidad 7 y Puertos

8 2. Historia de la siderurgia Revolución industrial: Forja catalana + producción Debido a la escasez de carbón vegetal en Inglaterra se empieza a emplear el carbón mineral, pero dada la riqueza en azufre de los mismos se producía un acero de baja calidad. Los hermanos Darby inventan el proceso productivo del carbón de coque, carbón enriquecido por destilación. Con lo que se consigue incrementar la producción de acero + producción 8 y Puertos

9 2. Historia de la siderurgia Para mejorar la calidad del acero el inglés Henry Cort inventa el horno de pudelar calidad En 1856, Henri Bessemer lograba convertir directamente la fundición de hierro en acero mediante una corriente de aire a presión. En 1870 se introduce el convertidor Martin-Siemens que supone una mejora del anterior. Convertidores LD, mediante lanza de oxígeno Metalurgia en cuchara 9 y Puertos

10 2. Historia de la siderurgia Ironbridge in Coalbrookdale, Abraham Darby y Puertos

12 3. Materias primas. Minerales de hierro Minerales de hierro: Óxidos: Óxido férrico anhidro Fe2O3 cuya riqueza en hierro está próxima al 70%, es el principal componente del oligisto, mineral de color negro brillante que cristaliza en romboedros. Hematites. El óxido hidratado Fe2O3.3H2O con una riqueza en hierro (ley) del 60% Magnetita: Óxido magnético Fe3O4 tiene una ley del 72.4% cuando es puro.. Carbonatos: CO3Fe: Siderita. Sulfuros. Riqueza teórica del 46%, es el constituyente principal de la pirita. Silicatos de hierro: Raramente se utilizan pero son muy abundantes por lo que tienen grandes expectativas 12 y Puertos

13 3. Materias primas. Minerales de hierro Sinterización y pelletización: Preparación previa del mineral consistente en una trituración primaria y una preconcentración. Se realiza con el fin de eliminar parte de la ganga, que es inútil en el proceso siderúrgico y de esta forma abaratar el transporte. Sinterización: consiste en aglomerar a elevada temperatura las partículas de mineral (inferiores a 10 mm) mezcladas con un combustible (generalmente polvo de coque). Pelletización: se amasan las partículas de mineral con agua, polvo de carbón y aglomerantes, obteniéndose así las pellas crudas, y posteriormente se someten a un proceso de cocción para su endurecimiento. 13 y Puertos

14 3. Materias primas. El coque Coque: Es el residuo sólido que se obtiene por destilación de ciertos tipos de hullas (hullas coquizables) en cámaras cerradas, fuera del contacto del aire, a temperaturas superiores a los C. 14 y Puertos

15 3. Materias primas Coque: 15 y Puertos

16 3. Materias primas. Chatarra Chatarra: Junto con los minerales de hierro, es la primera materia para la fabricación del acero. Chatarra reciclada: es la obtenida en los propios procesos siderúrgicos en forma de despuntes, y recortes de los productos obtenidos Chatarra de transformación: es la obtenida como recortes en las industrias transformadoras de productos siderúrgicos (automoción, industria naval, fabricación de envases, construcción con acero, etc.) Chatarra de recuperación: es la procedente del desgüace y deshecho de bienes de equipo cuyo componente principal es el acero (automóviles, maquinaria, etc.). 16 y Puertos

17 3. Materias primas. Otros Otros Fundentes: son materiales cuya misión es la de formar una escoria que recoja durante la fusión y el afino los elementos que se introducen con la carga y son perjudiciales para el acero final, dejando por tanto el baño libre de impurezas. A partir de ellos se forma la escoria. El más empleado es la cal viva, aunque se añaden otros. Ferroaleaciones: Son combinaciones de hierro con manganeso y silicio principalmente, y de bajo contenido en fósforo y azufre, que se añaden en el baño para conseguir la composición final deseada en el acero. A veces se añaden metales puros, como el aluminio, el cobre, el cobalto o el níquel. 17 y Puertos

19 4. Alto horno Alto horno Partes del alto horno: Tragante: parte superior del horno por el que se introduce la carga. Cuba: parte del horno con forma de tronco de cono situada inmediatamente debajo del tragante. Vientre: parte más ancha del horno, formada por una franja prácticamente cilíndrica. Etalajes: situados bajo el vientre, tienen forma de tronco de cono invertido. En su parte inferior tienen las toberas por las que se inyecta el aire necesario para el funcionamiento del horno. Crisol: de forma cilíndrica que tiene por misión contener el arrabio y la escoria, los cuales se evacuan por dos orificios situados a distinta altura denominados piqueras. 19 y Puertos

20 4. Alto horno Funcionamiento: Por la tragante se introducen las cargas de mineral, coque y fundentes, que en su descenso se encuentran con una corriente de viento ascendente insuflado por las toberas. En el vientre, que está a la temperatura del rojo vivo (entre 950 y 1250ºC), se realiza la reducción. Esta reducción se acaba en los etalajes en los que el óxido ferroso pasa completamente a hierro y la ganga funde (es la zona con mayor Tª 1800 ºC.) Se producen dos reacciones fundamentales: El mineral contiene impurezas arenosas de sílice (SiO2), que se funden a Tª elevadas se añade cal viva (CaO) al mineral de entrada. 2C + O2 2CO oxidación incompleta del carbón Fe2O3 + 3 CO 2Fe + 3CO2 reducción a Fe metálico (el óxido de hierro se reduce (gana electrones ) y el monóxido de carbono se oxida (los pierde). CaO + SiO2 CaSiO3 silicato de calcio (escoria) El hierro que sale del alto horno aún contiene 4% de carbón (arrabio). 20 y Puertos

21 4. Alto horno Transporte: El arrabio procedente de la sangría se conduce a través de unos canales de arena hasta que las cucharas, que pueden ser abiertas o cerradas (cucharas torpedo) que permiten conservar mejor el calor durante los tiempos de transporte y espera de otra fase del proceso siderúrgico. Tiene un contenido de C muy alto, del 4% 21 y Puertos

23 5. Horno eléctrico de arco Horno eléctrico de arco Partes: Cuba, paredes y solera (suelo) que se construye con chapa metálica. La bóveda Mecanismos de basculación, elevación de puertas, mov. de bóveda,.. El circuito eléctrico de alimentación de energía, así como los sistemas para su medición. Mecanismos de inyección de oxígeno puro y fundentes (cal viva) Las paredes de la cuba y la bóveda de los HEA están fabricadas con elementos metálicos refrigerados por agua, que en la parte interior del horno están revestidas por material refractario, que puede soportar la acción de sólidos, líquidos y gases corrosivos a altas temperaturas 23 y Puertos

24 5. Horno eléctrico de arco Funcionamiento: Las materias primas deben ser cuidadosamente seleccionadas para cada calidad de acero. La selección depende del tipo de "impurezas" que pueda contener cualquier metal o mineral de la chatarra La materia prima que se introduce puede ser chatarra seleccionada sin tratar (piezas de máquinas viejas, por ejemplo), o seleccionada, machacada y calibrada con un contenido mínimo en hierro del 92%. Se cargan en una cuchara las materias primas seleccionadas para obtener el material deseado (básicamente chatarra) y se vacía ésta en el horno Se cierra la bóveda y se hace saltar el arco eléctrico (40 V y A) entre los electrodos y la carga que funde el material en menos de 1 h. Se suele introducir mediante una lanza, oxígeno puro y cal viva La temperatura alcanzada es de unos 1600 ºC, suficiente para fundir una materia prima tan pura.la chatarra se funde en un horno de arco eléctrico. Se consigue así acero líquido, que recibe entonces los mismos procesos de refinado y de mejora de la calidad que el arrabio. Una vez se ha fundido el material, se vacía el horno por dos piqueras, una de escoria y otra de arrabio. 24 y Puertos

25 5. Horno eléctrico de arco 25 y Puertos

27 6. Afino Convertidor de oxígeno básico o LD Aquí se convierte la fundición en acero. Tiene lugar en un recipiente de forma semejante al convertidor Bessemer. En él se introduce arrabio y chatarra de acero, y se proyecta sobre la superficie un chorro de oxígeno puro a velocidad supersónica. El carbono y las impurezas se oxidan rápidamente. El residuo, o escoria, se retira de la superficie. Este acero bruto, así llamado porque todavía ha de recibir una etapa de afinado, se vierte en una cuchara de colada. Hasta 1950 Convertidor Bessemer: 27 y Puertos

28 6. Afino Metalurgia secundaria Afinado secundario Estas dos operaciones ocurren en un contenedor cerrado al vacío. El acero se hace girar entre la cuchara de afinado y el contenedor mediante argón, un gas neutro. Se inyecta oxígeno a fin de activar la descarburación y calentar el metal Este proceso permite un ajuste de gran precisión de la composición química del acero para producir calidades específicas de acero. 28 y Puertos

30 7. Colada La colada: Colada convencional El acero se cuela en moldes prismáticos de sección cuadrada, rectangular o poligonal, según el producto que se desea obtener Los lingotes tienen una altura del orden de 2 m y una masa de t. Cuando se ha conseguido una solidificación suficiente se cargan en hornos de fosa hasta que alcanzan la Tª de laminación en el tren desbastador, en los que se transforma en desbastes planos, rectangulares o cuadrados. 30 y Puertos

31 7. Colada La colada: Colada continua El acero líquido se vierte sobre un molde de fondo desplazable que se refrigera mediante chorros de agua, con lo que se consigue una rápida solidificación Mediante unos rodillos extractores, se arrastra la barra así obtenida de forma continua y cuando se ha conseguido la solidificación de toda la sección, se trocea a las longitudes deseadas mediante soplete 31 y Puertos

32 7. Colada 32 y Puertos

33 6. Afino 33 y Puertos

35 8. Conformación del acero. Laminación Laminación Aprovechando la maleabilidad del acero se consigue deformarlo hasta obtener la forma deseada, este proceso se lleva a cabo en caliente para obtener mejores resultados. La laminación consiste en conformar un producto inicial, variando su sección, mediante la presión ejercida por dos cilindros, entre los cuales se hace pasar el material. 35 y Puertos

36 8. Conformación del acero. Laminación 36 y Puertos

37 8. Conformación del acero. Laminación 37 y Puertos

38 8. Conformación del acero. Laminación Trefilado Fabricación de alambre Se hace pasar un alambre de un grosor por un agujero cónico de diámetro levemente menor que el inicial Haciendo esto varias veces se consigue la reducción seccional adecuada Finalmente si se desea se pueden tallar las corrugas en la superficie del alambre 38 y Puertos

39 8. Conformación del acero. Forja Forja: El metal caliente tiene gran maleabilidad Se aplica presión y se deforma Estampación, se utiliza una prensa que da la forma de la matriz Troquelado, = estampación pero con corte 39 y Puertos

40 8. Conformación del acero. Moldeo Moldeo por fusión: Muy poco utilizado en acero, sí en aluminio y cobre Se introduce metal líquido en un molde con la forma de la pieza deseada Los moldes se pueden fabricar de metal, de arcilla o de arena. Los de arena son los más empleados, la arena es silícea, con una parte de arcilla. A la arena se le agrega coque pulverizado para que al someterse a las temperaturas de la colada se queme desprendiendo gases que impidan la adherencia metal-arena. 40 y Puertos

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