FUNDICIÓN DE METALES

Transcripción

1 FUNDICIÓN DE METALES

2 Introducción Materiales sólidos: -metales -polímeros -cerámicos Metales: - sólidos cristalinos - con electrones deslocalizados - variedad de propiedades - gran variedad de usos - se clasifican en férreos y no férreos

3 Definiciones: Siderurgia: tecnología relacionada con la producción del hierro y sus aleaciones Metalurgia: ciencia y tecnología que se ocupa de la elaboración de los metales a partir de los minerales metálicos, su preparación y el estudio de las relaciones entre sus estructuras y propiedades

4 Fundición de metales férreos

5 Hierro Naturaleza: óxidos carbonatos sulfuros silicatos Difícil en estado nativo meteoritos

6 Propiedades del hierro: Propiedades Duro Blando (de acuerdo al % de carbono) Maleable Se magnetizan fácilmente a temperatura ordinaria (desaparecen propiedades a los 790 C) Punto de fusión 1535 C

7 El Fe tiene tres formas alotrópicas:

8 Diagrama Fe-C

9 Fundiciones Aleaciones de hierro y carbono 2 al 5% de C 2 al 4% de Si Hasta 1% Mn No son dúctiles ni maleables Poco soldables Duros y resistentes al desgaste y a la corrosión

10 Aceros Aleación de hierro y hasta un 1.7% de carbono Aceros especiales contienen además, cromo, níquel, etc. Es mas resistente que el hierro sólo

11 Aceros Se clasifican en: - hipoeutectoides - hipereutectoides - eutectoides Hay 4 tipos ppales: - aceros al carbono - aceros inoxidables - aleados - de baja aleación ultrarresistentes

12 Proceso Productivo

13 Materias primas Mineral de Hierro Coque: 80% C, sólido poroso proveniente del carbón Caliza: roca de calcita. Purificante Aire Oxígeno: serie de reacciones

14 PROCESO PRODUCTIVO GENERAL Extracción de materia primas Preparación de materias primas Reducción directa Altos Hornos Hierro Esponja Arrabio REFINACIÓN

15 REFINACIÓN Hornos por solera abierta Hornos eléctricos Hornos por soplado ACERO Colada continua Lingotes Moldeo Tratamientos Térmicos Normalizado Revenido Temple

16 Primera etapa De las materias primas al arrabio

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18 Altos hornos

19 Proceso productivo en altos hornos Mineral de hierro Coque Piedra caliza Altos hornos Aire caliente Escoria Arrabio

20 Funciones de los materiales básicos empleados Mineral de hierro: se reduce y obtengo hierro metálica Coque: reacciona con el oxigeno del aire, forma CO, éste capta el oxígeno del óxido de hierro y se produce CO 2 y hierro metálico Piedra caliza: fuente adicional de monóxido de carbono y sustancia fundente Aire caliente: desencadena reacciones, disminuye la cantidad de coque necesaria

21 Piedra caliza

22 Productos del proceso Arrabio: - 92% Fe - 3 o 4% C - 0,5-3% Si - 0,25% - 2,5% Mn - 0,04-2% de fósforo - partículas de azufre. Escoria: - cal - sílice - alúmina

23 Escoria

24 Arrabio

25 Para mayor rendimiento: Presurización del interior del horno : mejora la combustión Enriquecimiento del aire con oxigeno Precalentamiento del aire: reduce el consumo de coque

26 Métodos de reducción directa Hornos rotativos Crisoles Hornos de cuba Reactores Lechos fluidizados HIERRO ESPONJA

27 Hierro esponja Es hierro metálico obtenido directamente del mineral en una sola operación, Sustituye en parte a la chatarra Se tiende a evitar el empleo del coque.

28 Segunda etapa Del arrabio al acero

29 Obtención de acero El acero se obtiene a partir del arrabio, en los convertidores o en otros hornos El arrabio se transforma en acero mediante un proceso de descarburación y regulación de impurezas

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31 Clasificación química-metalúrgica del proceso Ácido refractarios de sílice, sirve para eliminar el C, Si y Mn, pero no para el P y S Básicos refractarios de magnesita y dolomía, elimina también el P y S además del C, Si y Mn

32 Arrabio líquido o hierro esponja Proceso por soplado Bessemer ácido Proceso por solera abierta Proceso eléctrico Thomas básico Siemens- Martin Arco eléctrico Horno Básico de Oxígeno (BOF)

33 Clasificación tecnológica Por soplado: todo el calor procede del calor inicial de los materiales de carga, principalmente en estado de fusión. Con horno de solera abierta: la mayor parte del calor proviene de la combustión del gas o aceite utilizado como combustible Eléctrico: la fuente de calor más importante procede de la energía eléctrica (arco, resistencia o ambos)

34 Proceso por soplado Bessemer ácido Thomas básico Horno Básico de Oxígeno (BOF)

35 Bessemer ácido

36 Horno Thomas Básico Recubrimiento de magnesita y alquitrán Cal y carga se funden por soplado cal y fósforo oxidado escoria Thomas Poco uso actualmente

37 Horno BOF Similar al Bessemer El aire se sustituye por un chorro de oxígeno casi puro a alta presión. Oxigeno reacciones de agitación quema de impurezas producción de acero

38 Proceso sobre solera abierta Hornos Siemens-Martin : Ventajas ácidos y básicos posibilidad de utilizar chatarra para poder fundirla, flexibilidad en el uso de otras materias primas, una gama más amplia de aceros de muy buena calidad.

39 Proceso del horno eléctrico. Hornos eléctricos de arco: sobre todo útiles para producir acero inoxidable y aceros aleados que deben ser fabricados según especificaciones muy exigentes. Actualmente son usados también en todas las fundiciones

40 Horno Eléctrico

41 Elementos químicos en la fundición del hierro Carbono: dureza - baja calidad Silicio: ablandador de hierro ( 3.25%) Manganeso: dureza, resistencia, fluidez Azufre: produce grietas por bajo pto de fusión Fósforo: fragilidad a Tº ambiente Oxígeno: porosidad Hidrógeno: porosidad Nitrógeno: fragilidad y ductibilidad

42 Procesos para la mejora del acero Desgasificación: mediante vacío Desoxidación y desulfuración: con vacío o gases inertes (Argón) Homogeneización: con gases inertes Tratamientos Térmicos: temple, normalizado y revenido

43 Tercera etapa Del acero al producto

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45 Acero liquido Cuchara de colada Fabricación de lingotes Colada continua Moldeo

46 Lingotes Se vierte el acero líquido en lingoteras Precaución con rechupes e imperfecciones

47 Colada Continua Colada continua Recipiente intermedio (artesa) Agitación Moldes de cobre (agua) Con hueco (perfil) Perfil con el corazón fundido Solidificación con agua pulverizada Enfriamiento al aire Transporte con rodillos de arrastre

48 Colada continua Laminado en caliente

49 Moldes - Vaciado Tres etapas: 1) Fabricación de molde (madera-plástico-metal) 2) Molde hueco de arena rodeando al objeto y luego retirándolo 3) Vertido del metal fundido

50 Transformación en caliente del acero Laminación Calentamiento Laminación Corte y enfriamiento Forja modifica la forma de los metales por deformación plástica producida por presión o impacto

51 TRATAMIENTOS TÉRMICOS

52 Análisis de Mercado

53 Panoramas Análisis General Mundial Análisis en Latinoamérica Análisis en Argentina

54 Análisis General Mundial Últimos 100 años : producción Conlleva a un país a la independencia económica Después de la crisis las empresas: - se reorganizaron - buscaron otras estrategias - se incorporaron en nichos

55 Análisis Latinoamericano Producción de Hierro 1º Producción de acero en Bruto

56 Producción de Hierro 1º 2004 Producción de Hierro primario % 3% 7% Argentina 1% 17% Brasil Chile Colombia México Perú 1% 57% Venezuela 2% Otros Principales productores: Brasil México Venezuela Argentina Producción total: 29.9 millones de toneladas en aumento

57 Producción de acero en bruto 2004 Producción de acero bruto % 3% 6% 1% 27% 52% 1% 3% Argentina Brasil Chile Colombia México Perú Venezuela Otros Principales productores: Brasil México Venezuela Argentina Producción total: 31.2 millones de toneladas en aumento

58 [millones de toneladas] Acero Argentino Acero crudo: producción y consumo aparente Producción Consumo grandes fluctuaciones en últimos años - disminución del consumo período Actualmente somos el 5º consumidor en LA. - disminución de producción en período necesidad de importar, no se abastece el consumo interno

59 Producción record de hierro en 2000 Desequilibrio entre las 3 etapas de producción arrabio insuficiente falta de acero laminados

60 Exportación / Importación Aumento en volumen de exportaciones Variación de productos terminados

61 Ppales productos exportados co mpo sició n de las expo rtacio nes siderúrgicas (2000, U$ S) 1% 1% 4% productos básicos otros 48% tubos y accesorios 46% chapas y otros lingotes y otros productos intermedios

62 Destino de exportaciones destino de las exportaciones las exportaciones siderúrgicas (2000 U$S) 13% 42% M ERCOSUR NAFTA 28% UE Otras zonas 17%

63 Fundición de no férricos Los más utilizados son el cobre y sus aleaciones y el aluminio y sus aleaciones

64 Ventajas: Sustituyen favorablemente al Fe Buenas aplicaciones tecnológicas Posibilidad de combinar propiedades

65 Desventajas: Caros La baja concentración en sus menas. Alta energía consumida en los procedimientos de obtención, y afino, ya que, gralmente se trata de procesos electrolíticos. La demanda reducida, que obliga a producirlos en pequeñas cantidades.

66 El cobre y sus aleaciones Muy utilizado por sus propiedades: - conductividad de calor y E. - resistente a corrosión - ductibilidad y maleabilidad - belleza Mejoras de propiedades con aleaciones - Latón: Cu-Zn - Bronce: Cu, Sn, Si, Ni, Al

67 Integrantes: Carrera, Cecilia Cortiñas, Eloisa Huetagoyena, M. del Valle Menegazzo, Leticia Rodriguez, Germán