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Objetivo GeneralObjetivo GeneralObjetivo GeneralObjetivo General

Analizar e interpretar el funcionamiento de los hornos así como las materias primas utilizados para la obtención del hierro y acero; conocer y optimizar los procesos empleados y conocer los tratamientos térmicos aplicados a los materiales ferrosos y no ferrosos, los procesos que cambian la forma de los materiales, la composición, el uso de los materiales plásticos y cerámicos de los procesos.

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Introducción

El hierro y el acero son elementos utilizados para fabricar herramientas necesarias para diversos trabajos. Es por ello que nos enfocaremos en este trabajo donde recopilaremos información sobre los procesos que se llevan a cabo para la obtención de estos elementos.

Y es que, algo muy curioso de todo esto, es que estos elementos, son tan necesarios porque de ellos es que se derivan muchos productos que utilizamos cotidianamente.

De igual forma presentamos en esta antología aquellas maquinarias que se utilizan para poder llevar a cabo todo el proceso tecnológico del hierro, mediante esto también se puede apreciar las altas temperaturas a la que es sometido el hierro para lograr la primera fusión.

Para tener una mejor comprensión de nuestro tema abordemos un poco más sobre lo que es el hierro y el acero. El hierro es un elemento químico de símbolo fe, este metal de transición es el cuarto elemento más abundante en la corteza terrestre representando un 5%. El acero es una aleación, es decir, un metal mezclado que se logra derritiendo y uniendo diferentes materiales. Cabe resaltar que:

También se incluyen los productos obtenidos mediante el proceso del hierro como lo son los lingotes por dar un ejemplo, estos lingotes se obtiene a través de todo un largo proceso de fabricación.

Un tema tan interesante como este hay que darle la importancia que merece, por ello se invita a la lectura de este material que contiene todo el proceso de obtención del hierro y el acero.

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UniUniUniUnidad 1:dad 1:dad 1:dad 1: Proceso de Obtención del

Hierro y el Acero.

1.1 Proceso Tecnológico del Hierro de

Primera Fusión

Metalurgia extractiva: Producción del hierro y el a cero

Hace muchísimos años, el hierro era un metal raro y precioso. En la actualidad, el acero, una forma purificada del mineral del hierro, se ha convertido en uno de los servidores más útiles de la humanidad. La naturaleza proporcionó las materias primas como son: mineral de hierro, el carbón mineral y la piedra caliza y el ingenio humano lo convirtió en un incontable número de productos.

El acero puede hacerse lo suficientemente duro como para cortar el vidrio, plegable como el que se encuentra en el sujetapapeles, flexible como el de los muelles, o lo bastante fuerte como para soportar un esfuerzo unitario de 3445 MPa. Puede estirarse para formar alambres de .02 mm de espesor o usarse para fabricar vigas gigantescas para construir edificios y puentes.

También es posible hacer que el acero sea resistente al calor, al frio, a la oxidación y a la acción de sustancias químicas.

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Fabricación del arrabio (hierro de primera fundició n)

El primer paso en la fabricación de cualquier hierro o acero es la producción del arrabio o hierro de primera fundición, en el alto horno. Con aproximadamente 40 m de altura, es un enorme cascarón de acero recubierto con ladrillo resistente al calor. Una vez encendido, el alto horno es de producción continua, hasta que necesite renovarse la capa de ladrillo, o hasta que disminuya la demanda de arrabio.

El mineral de hierro, el coque y la piedra caliza se miden con todo cuidado y se transportan hasta la parte superior del horno en una vagoneta de concha. Cada ingrediente se descarga por separado en el horno a través del sistema de campana, formando capas de coque, piedra caliza y mineral de hierro, en la parte superior del horno. Una corriente continua de aire caliente, que proviene de las estufas cuyas temperaturas son de 650°C pasa por el tubo atizador y las toberas para hacer que el coque arda vigorosamente.

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La temperatura en el fondo del horno alcanza los 1650°C o más. El carbono del coque se combina con el oxígeno del aire para formar monóxido de carbono, con lo que se elimina el oxígeno que contiene el mineral de hierro y se libera el hierro metálico. Éste fundido, escurre por la carga y se recoge en el fondo del horno.

El intenso calor funde también la piedra caliza, la cual se combina con las impurezas del mineral y del coque para formar una nata llamada escoria. Ésta también se cuela hasta el fondo de la carga y flota sobre al arrabio fundido.

Cada cuatro o cinco horas se sangra el horno y el hierro fundido, hasta 315 toneladas fluye hacia una vagoneta para el metal fundido o de botella y se lleva a los hornos de aceración. A veces el arrabio se moldea directamente en lingotes cortos que se utilizan en las fundiciones para hacer piezas de hierro fundido.

La escoria se extrae a intervalos más frecuentes y se vierte en una vagoneta para escoria o cazo de colada y finalmente se utiliza para fabricar aislamiento de lana mineral, bloques para construcción y otros productos.

Imagen de la escoria de hierro

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Vista esquemática de un Alto horno

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El diagrama general de la fusión primaria del hierro integra a la mayoría de las actividades que se desarrollan en el proceso productivo. No se debe olvidar que los diagramas de flujo son una de las herramientas más utilizadas por los ingenieros industriales y que de manera automática los deben utilizar o elaborar.

Diagrama de la producción del hierro y el acero.

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Principales minerales extraídos del hierro

• Hematita (mena roja) 70% de hierro • Magnetita (mena negra) 72.4% de hierro • Siderita (mena café pobre) 48.3% de hierro • Limonita (mena café) 60-65% de hierro

Para la producción de hierro y acero son necesarios cuatro elementos fundamentales:

• Mineral de hierro • Coque • Piedra caliza • Aire

Los tres primeros se extraen de minas y son transportados y preparados antes de que se introduzcan al sistema en el que se producirá el arrabio.

El arrabio es un hierro de poca calidad, su contenido de carbón no está controlado y la cantidad de azufre rebasa los mínimos permitidos en los hierros comerciales.

Sin embargo es el producto de un proceso conocido como la fusión primaria del hierro y del cual todos los hierros y aceros comerciales proceden.

A la caliza, el coque y el mineral de hierro se les prepara antes de introducirse al alto horno para que tengan la calidad, el tamaño y la temperatura adecuada, esto se logra por medio del lavado, triturado y cribado de los tres materiales.

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1.2 Funcionamiento del Proceso

Tecnológico y Otros Productos

Obtenidos.

Lingotes y colada continúa

Para fabricar los diferentes objetos útiles en la industria metal metálica, es necesario que el hierro se presente en barras, láminas, alambres, placas, tubos o perfiles estructurales, los que se obtienen de los procesos de rolado.

El proceso de rolado consiste en pasar a un material por unos rodillos con una forma determinada, para que al aplicar presión el material metálico adquiera la forma que se necesita. El material metálico que se alimenta a los rodillos debe tener una forma determinada, esta forma se obtiene al colar en moldes el metal fundido que será procesado, a estos productos se les llama lingotes o lupias y pueden ser secciones rectangulares, cuadradas o redondas. Los lingotes (cilindros con un extremo menor que el otro) o lupias (lingotes de gran tamaño con secciones rectangulares) pueden tener desde 25 Kg. hasta varias toneladas, todo dependerá de para qué se van a utilizar y con qué tipo de rodillos se van a procesar.

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Colada continúa

Cuando se requiere un material de sección constante y en grandes cantidades se puede utilizar el método de la colada continua, el cual consiste en colocar un molde con la forma que se requiere debajo de un crisol, el que con una válvula puede ir dosificando material fundido al molde. Por gravedad el material fundido pasa por el molde, el que está enfriado por un sistema de agua, al pasar el material fundido por el molde frío se convierte en pastoso y adquiere la forma del molde. Posteriormente el material es conformado con una serie de rodillos que al mismo tiempo lo arrastran hacia la parte exterior del sistema. Una vez conformado el material con la forma necesaria y con la longitud adecuada el material se corta y almacena. Por este medio se pueden fabricar perfiles, varillas y barras de diferentes secciones y láminas o placas de varios calibres y longitudes. La colada continua es un proceso muy eficaz y efectivo para la fabricación de varios tipos de materiales de uso comercial.

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Proceso de fundición continúa.

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Metalurgia de polvos

Se define como el arte de elaborar productos comerciales a partir de polvos metálicos.

En este proceso no siempre se utiliza el calor, pero cuando se utiliza este debe mantenerse debajo de la temperatura de fusión de los metales a trabajar. Cuando se aplica calor en el proceso subsecuente de la metalurgia de los polvos se le conoce como sinterizado, este proceso genera la unión de partículas finas con lo que se mejora la resistencia de los productos y otras de sus propiedades. Las piezas metálicas producto de los procesos de la metalurgia de los polvos son producto de la mezcla de diversos polvos de metales que se complementan en sus características. Así se pueden obtener metales con cobalto, tungsteno o grafito según para qué va a ser utilizado el material que se fabrica.

El metal en forma de polvo es más caro que en forma sólida y el proceso es sólo recomendable para la producción en masa de los productos, en general el costo de producción de piezas producto de polvo metálico es más alto que el de la fundición, sin embargo es justificable y rentable por las propiedades excepcionales que se obtienen con este procedimiento.

El proceso de manera general consiste en:

1. Producción de polvo de los metales que serán utilizados en la pieza

2. Mezclado de los metales participantes

3. Conformado de las piezas por medio de prensas

4. Sinterizado de las piezas

5. Tratamientos térmicos

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Producción y caracterización de polvos

El tamaño, forma y distribución de los polvos afectan las características de las piezas a producir, por lo que se debe tener especial cuidado en la forma en la que se producen los polvos. Las principales características de los polvos a considerar son:

• Forma • Finura • Distribución • Capacidad para fluir • Propiedades químicas • Compresibilidad • Densidad • Propiedades de Sinterizacion

Forma:

La forma del polvo depende de la manera en la que se produjo el polvo, esta puede ser esférica, quebrada, dendrítica. Plana o angular.

Finura

La finura se refiere al tamaño de la partícula, se mide por medio de mallas normalizadas, las que consisten en Cribas normalizadas, las que se encuentran entre las 36 y 850 micras.

Distribución de los tamaños de partículas

Se refiere a las cantidades de los tamaños de las partículas que participan en la composición de una pieza de polvo, esta distribución de tamaños tiene gran influencia en la fluidez y densidad de las partículas y en la porosidad final del producto.

Fluidez

Es la propiedad que le permite fluir fácilmente de una parte a otra o a la cavidad del molde.

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Propiedades químicas

Son características de reacción ante diferentes elementos.

Compresibilidad

Es la relación que existe entre el volumen inicial del polvo utilizado y el volumen final de la pieza comprimida.

Densidad aparente

Se expresa en kilogramos por metro cúbico. Esta debe ser constante siempre, para que la pieza tenga en todas sus partes la misma cantidad de polvo.

Ventajas y limitaciones de la Sinterizacion

La Sinterizacion es la unión de las partículas por medio del calor. Dependerá del tipo de polvo que se esté utilizando, por lo que existen tantas temperaturas de Sinterizacion como materiales utilizados.

Ventajas

• La producción de carburos sinterizados, cojinetes porosos y bimetálicos de capas moldeadas, sólo se puede producir por medio de este proceso.

• Porosidad controlada. • Tolerancias reducidas y acabado superficial de alta calidad. • Por la calidad y pureza de los polvos producidos, se pueden

obtener también piezas de alta pureza. • No hay pérdidas de material

Limitaciones

• Los polvos son caros y difíciles de almacenar. • El costo del equipo para la producción de los polvos es alto. • Algunos productos pueden fabricarse por otros procedimientos

más económicos. • Es difícil hacer productos con diseños complicados.

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• Existen algunas dificultades térmicas en el proceso de sinterizado, especialmente con los materiales de bajo punto de fusión.

• Algunos polvos de granos finos presentan riesgo de explosión, como aluminio, magnesio, zirconio y titanio.

Productos fabricados por Sinterizacion

• Filtros metálicos • Carburos cementados • Engranes y rotores para bombas • Escobillas para motores • Cojinetes porosos • Magnetos • Contactos eléctricos

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1.3 Afino del Acero

Desde comienzos de la época victoriana, los métodos de afinación del acero ha sido de gran importancia, anteriormente se utilizaba el carbón mineral que usualmente contiene sustancias volátiles indeseables para la fabricación del arrabio lo que llevo a la necesidad de buscar métodos de afino de estas sustancias para tener una mejor calidad en el acero, y fabricar instrumentos para la milicia, construcción, productos de uso casero, etc. Convertidores de arrabio en acero inventado por Henry Bessemer y Martin-Siemens implementaron procesos que a la fecha siguen siendo utilizados, o procesos nuevos mejorados para el afinamiento del acero.

En la actualidad el acero juega un papel muy importante para la industria de la construcción, la industria médica, entre otras aplicaciones tecnológicas o comunes por las que es necesario conocer todos estos procesos.

Cualquiera que sea el proceso de obtención del acero, siempre trae consigo la presencia de impurezas, gases, incrustaciones y segregaciones que hacen necesario la implementación de procesos de refinación posterior, comúnmente conocidos como “afino” del acero.

Afino: proceso de descarburación y eliminación de impurezas al que se somete el arrabio (hierro de primera fundición con alto porcentaje de carbono) para la obtención del acero.

El acero se obtiene a partir de dos materias primas fundamentales: el arrabio obtenido en horno alto y la chatarra.

La metalurgia secundaria se lleva a cabo en equipos diversos, tales como cucharas, convertidores u hornos especiales.

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AFINO AL CRISOL

Cualquier proceso de producción de acero a partir de arrabio consiste en quemar el exceso de carbono y otras impurezas presentes en el hierro. Una dificultas para la fabricación del acero es su elevado punto de fusión, 1400 ºC, que impide utilizar combustibles y hornos convencionales.

AFINO AL AIRE

Este método se trata de lanzar aire comprimido a través de la fundición en estado de fusión, con lo cual se oxidan los cuerpos extraños que contiene comúnmente el carbono para poder obtener el acero o el hierro, para que este método funcione bien la temperatura del baño siempre tiene que ser mayor a la del punto de fusión del metal.

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AFINO SOBRE SOLERA

En este proceso se utiliza la descarburación de la fundición usando como base chatarra de hierro y acero y mineral de hierro, aquí se utilizan los hornos Martin-Siemens.

AFINO AL HORNO ELÉCTRICO

El horno eléctrico está constituido por un horno recubierto de una bóveda, es con frecuencia basculante para facilitar el vaciado y la colada. Se emplean hornos de, arco independientes, hornos de arco directo con solera conductora o sin ella, hornos de resistencia, hornos de inducción. Los hornos eléctricos alcanzan fácilmente las 80 toneladas de arrabio y algunos las 200 toneladas, y permiten la utilización de acero homogéneo y bien desoxidado. Otra ventaja que presentan es la de fácil control de temperatura; así mismo alcanzan rápidamente temperaturas elevadas.

También existe otro proceso para el afino que es el Dúplex, consistente en un primer afinado en el convertidor y luego se completa en el horno eléctrico.

Clasificación de los métodos de Afino

• Desgasificación del chorro de colada:

Consiste en situar el recipiente receptor del acero líquido (cuchara o lingotera) en una cámara de vacío, sobre la que se ajusta la cuchara que contiene el acero líquido. El chorro de acero, por efecto del vacío, se fracciona en gotas que favorecen la eliminación de los gases.

• Desgasificación del acero en la cuchara:

La cuchara se sitúa previamente en una cámara de vacío. Para facilitar la desgasificación, el acero se remueve por una corriente de gas inerte (Argón) o electromagnéticamente.

• Desgasificación por recirculación:

Consiste en hacer circular repetidas veces el acero por un recipiente que actúa de cámara de vacío.

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1.4 Procesos Tecnológicos para la

obtención del acero, Hornos BOF,

Eléctricos, Convertidores Bessemer Y

Thomas

Desde el punto de vista químico−metalúrgico, todos los procesos de fabricación de acero se pueden clasificar en ácidos y básicos (según el refractario y composición de la escoria utilizada), y cada proceso tiene funciones específicas según el tipo de afino que puede efectuar.

Los procesos ácidos utilizan refractarios de sílice, y por las condiciones de trabajo del proceso hay que poder formar escorias que se saturen de sílice. Los procesos ácidos pueden utilizarse para eliminar carbono, manganeso y silicio; no son aptos para disminuir el contenido en fósforo y azufre, y por esto requieren el consumo de primeras materias seleccionadas, cuyo contenido en fósforo y azufre cumple las especificaciones del acero final que se desea obtener. Los procesos básicos utilizan refractarios de magnesita y dolomía en las partes del horno que están en contacto con la escoria fundida y el metal. La escoria que se forma es de bajo contenido de sílice compensada con la cantidad necesaria de cal.

El proceso básico elimina, de manera tan eficaz como el proceso ácido, el carbono, manganeso y silicio, pero además eliminan el fósforo y apreciables contenidos de azufre. De aquí las grandes ventajas del proceso básico, por su gran flexibilidad para consumir diversas materias primas que contengan fósforo y azufre, y por los tipos y calidades de acero que con él se pueden obtener.

Desde el punto de vista tecnológico existen tres tipos fundamentales de procesos:

I. Por soplado, en el cual todo el calor procede del calor inicial de los materiales de carga, principalmente en estado de fusión.

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II. Con horno de solera abierta, en el cual la mayor parte del calor

proviene de la combustión del gas o aceite pesado utilizado como combustible; el éxito de este proceso se basa en los recuperadores de calor para calentar el aire y así alcanzar las altas temperaturas eficaces para la fusión de la carga del horno.

III. Eléctrico, en el cual la fuente de calor más importante procede de la energía eléctrica (arco, resistencia o ambos); este calor puede obtenerse en presencia o ausencia de oxígeno; por ello los hornos eléctricos pueden trabajar en atmósferas no oxidantes o neutras y también en vacío, condición preferida cuando se utilizan aleaciones que contienen proporciones importantes de elementos oxidables.

En la fabricación de acero existen las fases hierro, escoria y gases. Al fabricar un acero se pretende eliminar de la fase hierro los elementos perjudiciales en acceso y añadir los que faltan para conseguir el análisis final previsto. Por las reacciones reversibles entre las tres fases (hierro, escoria y gases) se consigue, al producirse un desequilibrio, la segregación o paso de elementos, eliminar del hierro la escoria, o viceversa. Es necesario un profundo conocimiento de estas reacciones para fabricar un acero con buen resultado. Todo el proceso de obtención de acero consta de un primer período oxidante o de afino, en el que se elimina el Carbono en fase gaseosa; el silicio y el manganeso se oxidan formando compuestos complejos con la escoria, que puede eliminarse; si la escoria es además básica, se elimina el fósforo. El segundo período es reductor y debe eliminar el exceso de óxido de hierro disuelto en el baño del hierro durante el período oxidante, a fin de poder eliminar después el azufre; o puede también recuperar el manganeso oxidado que pasó a la escoria. Finalmente, hay un período de desoxidación o refino por acción de las ferro−aleaciones de manganeso y silicio, que se adicionan en el baño a la cuchara, y de aluminio metálico, en la lingotera. Estos períodos pueden tener mayor o menor duración e importancia y realizarse netamente separados o entrelazados, y a mayor o menor velocidad en unos procesos que en otros. El desescoriado puede ser total o parcial en cada período, o transformar las primeras escorias oxidantes en reductoras. Todo ello

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dependerá del horno o proceso utilizado, de las condiciones de las materias primas, de los elementos que interesa que pasen a la escoria y no retornen de ésta al baño de hierro, etc. Línea de producción y tipos de hornos Una vez obtenido el arrabio o el hierro esponja es necesario refinar al hierro para que se transforme en material útil para diferentes objetos o artefactos, o sea en hierro o acero comercial. A continuación se presentan los principales procesos de fabricación de los hierros y aceros comerciales. Hornos o convertidores Bessemer Es un horno en forma de pera que está forrado con material refractario de línea ácida o básica. El convertidor Bessemer se carga con chatarra fría y se le vacía arrabio derretido, posteriormente se le inyecta aire a alta presión con lo que se eleva la temperatura por arriba del punto de fusión del hierro, haciendo que este hierva. Con lo anterior las impurezas son eliminadas y se obtiene acero de alta calidad. Este horno ha sido substituido por el BOF.

Producción de acero Bessemer

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Horno básico de oxígeno (BOF)

Horno muy parecido al Bessemer con la gran diferencia que a este horno en lugar de inyectar aire a presión se le inyecta oxígeno a presión, con lo que se eleva mucho más la temperatura que en el Bessemer y en un tiempo muy reducido. El nombre del horno se debe a que tiene un recubrimiento de refractario de la línea básica y a la inyección del oxígeno.

La carga del horno está constituida por 75% de arrabio procedente del alto horno y el resto es chatarra y cal. La temperatura de operación del horno es superior a los 1650°C y es considerado com o el sistema más eficiente para la producción de acero de alta calidad. Este horno fue inventado por Sir Henry Bessemer a mediados de 1800, sólo que como en esa época la producción del oxígeno era cara se inició con la inyección de aire.

Funcionamiento del horno básico de oxígeno

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Horno de Arco Eléctrico

Se cargan con chatarra de acero de alta calidad. Son utilizados para la fusión de aceros para herramientas, de alta calidad, de resistencia a la temperatura o inoxidables. Considerando que estos hornos son para la producción de aceros de alta calidad siempre están recubiertos con ladrillos refractarios de la línea básica. Existen hornos de arco eléctrico que pueden contener hasta 270 toneladas de material fundido. Para fundir 115 toneladas se requieren aproximadamente tres horas y 50,000 kwh de potencia. También en estos hornos se inyecta oxígeno puro por medio de una lanza.

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Los hornos de arco eléctrico funcionan con tres electrodos de grafito los que pueden llegar a tener 760mm de diámetro y longitud de hasta 12m. La mayoría de los hornos operan a 40v y la corriente eléctrica es de 12,000 A.

Estos equipos tienen un crisol o cuerpo de placa de acero forrado con refractario y su bóveda es de refractario también sostenida por un cincho de acero, por lo regular enfriado con agua.

Horno de inducción

Utilizan una corriente inducida que circula por una bovina que rodea a un crisol o recipiente en el cual funde la carga. La corriente es de alta frecuencia y la bovina es enfriada por agua, la corriente es de aproximadamente 1000Hz, la cual es suministrada por un sistema de moto generador. Estos hornos se cargan con piezas sólidas de metal, chatarra de alta calidad o virutas metálicas.

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El tiempo de fusión toma entre 50 y 90 min, fundiendo cargas de hasta 3.6 toneladas. Los productos son aceros de alta calidad o con aleaciones especiales.

Horno de aire o crisol

El proceso más antiguo que existe en la fundición, también se le conoce como horno de aire. Este equipo se integra por un crisol de arcilla y grafito, los que son extremadamente frágiles, los crisoles se colocan dentro de un confinamiento que puede contener algún combustible sólido como carbón o los productos de la combustión. Los crisoles son muy poco utilizados en la actualidad excepto para la fusión de metales no ferrosos, su capacidad fluctúa entre los 50 y 100 kg.

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Comentarios

Nuestro primer tema titulado “proceso tecnológico del hierro de primera fusión”, nos parece un tema muy curioso y de suma importancia por la trascendencia que ha ido mostrando a lo largo de los años y es que este tema aborda desde los inicios de lo que fue la extracción del hierro, el cual poco a poco ha ido desarrollando todo un proceso que a lo largo de los años cada vez es más complejo para lograr optimizar la producción de este elemento y así llegar a obtener el máximo aprovechamiento de dicho elemento.

De igual forma se puede apreciar que el hierro del cual se obtiene el acero a través de una aleación en compañía de otro elemento comúnmente del carbón, se logra la fabricación de muchos materiales que están presentes en nuestra vida cotidiana.

En este proceso tecnológico del hierro podemos apreciar los principales minerales extraídos de este elemento como lo son la Hematita (mena roja) 70% de hierro, la magnetita (mena negra) 72.4% de hierro, la siderita (mena café pobre) 48.3% de hierro y la limonita (mena café) 60-65% de hierro.

Para la producción de hierro y acero son necesarios cuatro elementos fundamentales: mineral de hierro, coque, piedra caliza y aire.

Es por la serie de datos mencionados anteriormente que el proceso tecnológico del hierro de primera fusión se nos hace muy interesante eso sin mencionar la maquinaria especializada que se utiliza para llevar a cabo este proceso.

Ya que los altos hornos donde se realiza todo el proceso del hierro tiene una serie de características únicas, en fin eso es lo que nosotros podríamos comentar sobre este interesante tema.

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En el segundo tema que presentamos el cual es el “funcionamiento del proceso tecnológico y otros productos obtenidos” para nosotros prácticamente es el término de la mezcla obtenida presentada en una cierta forma como por ejemplo que el hierro se presente en barras, láminas, alambres, placas, tubos o perfiles estructurales, para poder comercializarlas o de igual forma para iniciar la fabricación de algún otro producto que requiera de este tipo de material algo importante que nos gustaría señalar y hacer énfasis en eso, es que estos productos se obtienen de los procesos de rolado.

y nosotros vemos este proceso de rolado como el hecho de pasar un material por unos rodillos y estos actúan con mucha presión hasta lograr moldear el material utilizado y así obtener el producto con las especificaciones requeridas ya que estos rodillos pueden variar dependiendo de la forma que se le quiera dar al material.

De igual forma notamos que se hace mención de muchos factores con los que hay que tener mucho cuidado a lo largo del proceso tecnológico del hierro, para que nuestro producto obtenido sea de calidad.

También observamos que en este tema hablamos sobre lo que viene siendo el proceso de colada continua que consiste en una mezcla que se coloca en ciertos moldes para asi adoptar la forma de estos moldes.

Y por último se menciona la metalurgia en polvo la cual se define como el arte de elaborar productos comerciales a partir de polvos metálicos.

Se puede decir que es un tema de mucha variedad de procesos.

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En este tema titulado “el afino del acero”, pues es bastante claro y preciso el mensaje que trae para poder entender lo principal de este tema veamos la definición del afino.

Afino: proceso de descarburación y eliminación de impurezas al que se somete el arrabio (hierro de primera fundición con alto porcentaje de carbono) para la obtención del acero.

Desde el principio del uso de este material se intentaba lograr una buena afinidad de este elemento y como todo en la vida se obtiene a lo largo de los años es por ello que abordamos este tema.

Cualquier proceso por el que se pasa el acero siempre se tendrán impurezas es por ello que a lo largo del tiempo se han ido generando una serie de métodos para lograr una refinación que es en lo que consiste el afino.

Estos métodos son los siguientes: afino al crisol, afino al aire, afino sobre solera y afino al horno eléctrico.

Cada uno de estos métodos con características y procedimientos diferentes pero si con un objetivo específico el cual es el hecho de lograr el afino del acero.

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En este último tema titulado “procesos tecnológicos para la obtención del acero, hornos BOF, eléctricos, convertidores Bessemer y Thomas” nos introduce a lo que es una clasificación en el proceso de fabricación del acero. Nos dice que son dos tipos los cuales son los ácidos y los básicos.

Los ácidos pueden utilizarse para eliminar carbono, manganeso y silicio; no son aptos para disminuir el contenido en fósforo y azufre, y por esto requieren el consumo de primeras materias seleccionadas, cuyo contenido en fósforo y azufre cumple las especificaciones del acero final que se desea obtener.

Ahora bien, los procesos básicos consisten en eliminar, de manera tan eficaz como el proceso ácido, el carbono, manganeso y silicio, pero además eliminan el fósforo y apreciables contenidos de azufre.

También hace referencia a los tipos de hornos y las características y propiedades de cada uno de ellos, ya que cumpliendo la misma función de producción pero cada uno llevando a cabo un proceso diferente o una técnica diferente.

Los hornos a los que se hacía referencia anteriormente son los siguientes: hornos o convertidores Bessemer, horno básico de oxígeno (BOF), horno de arco eléctrico, horno de inducción y horno de aire o crisol.

También se muestran los tipos de métodos que se utilizan para el proceso tecnológico estos son los siguientes: por soplado, con horno de solera abierta y el eléctrico.

Y pues abarcando este tema hay muchos puntos importantes en los que debemos analizar cuidadosamente para poder entenderlo.

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AnexosAnexosAnexosAnexos

Tarea 1

¿Qué es una antología?

Es un texto formado por una selección de varios escritos de un mismo autor, o de varios escritos de diversos autores sobre un tema o una materia particular. Es si, una antología es una colección de piezas seleccionadas por su valor o calidad. La antología por lo tanto puede consistir en una recopilación de cuentos, poemas, canciones, discos, etc.

¿Cuáles son los elementos que contiene una antología?

• Portada: que incluye datos de identificación de la misma:

institución, área (s), programa educativo, materia, temática, nombre del compilador, y fecha.

• Índice de lecturas: debe describir el orden de las lecturas contenidas.

• Presentación: aquí deberá anotarse el objetivo, la justificación y la

utilidad de la antología a juicio del compilador.

• Sugerencias para abordar las lecturas: conviene explicar al lector como deberá hacerlas, así como la forma de consultar la antología.

• Texto o contenido central de la antología: que se integra con las

partes, unidades o capítulos de los libros en que se apoya. Puede incluir teoría o ejercicios, ejemplos y fuentes de consulta en las que puede ampliar el tema.

• Actividades de aprendizaje: pueden ser de dos tipos: preguntas o

actividades complementarias.

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• Los comentarios: serán sobre cada uno de los documentos y

deberán presentarse al inicio de cada capítulo para facilitar la comprensión de los contenidos.

• Fuentes de consulta: se conforma con una lista clara,

complementada y ordenada alfabéticamente de los textos o libros de donde fueron tomadas las lecturas con los datos exactos para su identificación.

Su elaboración requiere:

a) Determinar la profundidad y extensión que tendrá a partir de su objetivo.

b) Localizar y seleccionar la información pertinente al tema en particular.

c) Hacer una búsqueda exhaustiva del material relativo al tema.

d) Conocer lo mejor posible cada texto seleccionado.

e) Cuidar de elegir diversos enfoques teóricos sobre el tema,

procurando que estos sean complementarios y no redundantes.

f) Seleccionar el material definitivo, mediante la eliminación de todo aquel que sea superfluo o innecesario, observando un criterio coherente, de orden lógico.

g) Cuidar que el material seleccionado contenga información

adecuada y clara, que al leer el texto se entiendan fácilmente las ideas.

h) Los materiales seleccionados se deben jerarquizar de acuerdo con el programa, identificando las lecturas por temas.

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i) Un análisis de las lecturas propuestas.

j) Proponer actividades de retroalimentación.

Fuentes de Información

• http://www.geocities.com/pedagogiasea/antologias.htm • http://dgip.ver.ucc.mx/dgip/documentos/files/2_monografi

a.pdf

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Sistemas de Producción

Concepto: Es un conjunto de pasos ordenados y relacionados entre sí, con el propósito de convertirte o transformar materia prima o materiales y obtener un producto o un bien tangible o intangible.

Un sistema de producción es igual a un proceso de producción y esto es igual a sistema de manufactura.

Esquema de Caja Negra

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Continua o serie:

• Su producción nunca para • No tiene más de 3 productos diferentes • Maquinaria es cara y especializada • Personas especializados en eso • Tiene mucha demanda

Lote:

• Maquinaria generalizada • 3 o más productos • Demanda limitada • Personal no es especializado • Su producción es por paquete o número de unidades • Es muy difícil la estandarización de los productos

Por proyecto o producto único:

• Son productos muy costosos • Se fabrican solo una vez • La maquinaria, personal se trasladan al lugar

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Tarea 2

Elaboración de un Jugo de Naranja

Elaboración de Hot Cakes

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ACT. 1 PROCESO DE EXTRACCIÓN DEL HIERRO.

Con ayuda de un video titulado con el mismo tema responde de manera individual las siguientes preguntas. 1.- ¿De dónde viene el hierro? R= De rocas

2.- ¿Cuál es el nombre de las piedras donde se obtiene el hierro? R= Mena

3.- ¿Qué ciudad de los estados unidos es rico en hierro? R= Minnesota

4.- ¿Cuántas toneladas de mena de hierro se han extraído tan solo a finales del siglo xix? R=4, 000, 000,000 años (cuatro mil millones de años)

5.- ¿Cuándo comenzó la minería de hierro? R=1892

6.- ¿Es el nombre de la piedra que contiene hasta el 70% de hierro, pero que fue agotada por el hombre? R=Hematita

7.- ¿Cuál es el nombre del nuevo proceso para obtener hierro? R=Taconita.

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Orden 2.

En equipo de 5 personas y pegando 6 hojas de libreta diseña un diagrama de flujo de proceso y una caja negra de seis elementos que muestre el proceso de extracción y transformación del hierro.

Caja Negra

NEGRA

CONTROL DE CALIDAD

ENTRADA PROCESO

CONTROL

PREVENTIVO

CONTROL DE RETROALIMENTACIÓN

SALIDA

� MENA � PIEDRA

CALIZA � AGUA

GAS, SEPARADOR MAGNETICO, TRITURADORA, DISCO PELOTA, MOLINO DE ROCA, EXPLOSIVOS, ESFERAS, HORNOS Y MAQUINARIA

PERDIGONES DE HIERRO

SELECCIÓN DE PIEDRAS

ADECUADAS.

EQUIPO DE SEGURIDAD PARA

EL PERSONAL.

EXPLOSIONES CONTROLADAS.

SECUENCIA DE PASOS ADECUADOS.

HIERRO BIEN TRITURADO.

HORNOS EN TEMPERATURA

ADECUADA.

TRANSPORTE SEGURO

MAQUINARIA CORRECTA

COMPLETAMENTE SECOS.

ORGANIZACIÓN DEL HIERRO.

QUE EL HIERRO SEA DE CALIDAD.

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Diagrama de proceso de flujo: extracción y transfor mación del hierro.

Extracción del hierro

Explosión de la roca.

Transporte a la planta

procesadora.

Trituradora.

Molinos de rocas.

Triturado mediante rodillos.

Separación magnética

Molinos de esfera

Piedra Caliza Inspección

Secadores de disco

Discos de pelota

Transporte a hornos

Cocinado en hornos de altas temperaturas

Transporte en vagones

1

1

2

3

6

5

4

1

9

7

2

3

8

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Propiedades de Hierro

Maleabilidad:

Propiedad para poder hacer lamina un material (mayoría de los metales)

Ductibilidad:

Capacidad que tiene un material para formar hilos, hebras, etc.

Densidad:

Esta propiedad indica el peso de un material en centímetros cúbicos.

Fusibilidad:

Se refiere al grado alto o bajo de temperatura para convertir el material solido a líquido.

Conductividad térmica y Conductividad eléctrica:

Capacidad mayor o menor para transmitir energía eléctrica y calórica a través del cuerpo del material.

Tenacidad:

Capacidad que tiene un material de oponer resistencia a ser fracturado.

Dureza:

Es la capacidad que tiene un metal donde opone resistencia a ser penetrado o rayado por otro material.

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Proceso de Extracción del Hierro

Caja negra con 3 elementos:

Tipex de Mena de Fe

Mena Contenido de Fe

Hematita 60%

Taconita 22%

Magnetita 72.4%

Sidenita 48.3%

Limonita 60-65%

Bauxita 48-50%

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Ingredientes 1000 Toneladas de Arrabio (500 Toneladas de Escoria)

Cantidad Material 800 Ton Coque 500 Ton Caliza 2000 Ton Perdigones Fe 4000 Ton Aire Caliente 550°C

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Datos

De

Altos

Hornos

� Mide hasta 60 mts de altura � Están hechos de material refractario � Cubierto de Acero � Tiene diámetro mayor a 8m � Pueden producir entre 800 y 1600 Ton � La inyección de Aire caliente de 550°C

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Tarea3

Obtención del Coque

INICIO

LA EXTRACCION DEL COQUE

UTILIZAR LOS RESIDUOS DE

LOS CARBONES MINERALES

COQUIZACION:

� DESTILACION DESTRUCTIVA DE DETERMINADOS CARBONES MINERALES (CARBONES COQUIZANTES, COMO CARBONES BITUMINOSOS O HULLA)

� CALENTADO ENTRE 1000 Y 1500°C EN ALTOS HORNOS.

� SUFRE UNA AUSENCIA DE OXIGENO HASTA ELIMINAR LA PRACTICA TOTALIDAD DE LA MATERIA VOLATIL DEL CARBON O MEZCLA DE CARBONES QUE SE COQUIZAN.

OBTENCION DEL COQUE

FIN

44444444

Obtención de la Piedra Caliza

EXTRACCION DE LA PIEDRA CALIZA

OBTENER UN PRODUCTO DE

ALTA CALIDAD Y PUREZA

1. OBTENCION DE LA PIEDRA CALIZA: EXTRAER LA MATERIA PRIMA DE LAS CANTERAS.

2. PREPARACION DE LA PIEDRA: CONSISTE EN LAS TRITURACIONES Y TAMIZAJES DE LA PIEDRA.

3. CALCINACION: APLICACIÓN DE CALOR PARA LA DESCOMPOSICION DE LA CALIZA.

4. HIDRATACION. 5. SEPARACION. 6. ENVASADO.

OBTENCION DE LA CALIZA

FIN

INICIO

45454545

Fuentes de Información

• http://geocities.ws/ahmsatech/coquizadora.html • http://www.carbunion.com/panel/carbon/uploads/usos_ca

rbon_.4pdf • http://horcalsa.com/proceso-de-elaboracion-de-cal/

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Tarea 4

Altos Hornos y sus partes

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1. Tragante. 2. Cuba. 3. Vientre. 4. Etalaje. 5. Crisol. 6. Piquera. 7. Bigotera. 8. Manga de tobera. 9. Tobera. 10. Anillo de viento. 11. Escape de gases. 12. Vagoneta. 13. Soporte metálico de sostén.

Tragante:

Es de forma cilíndrica y constituye la parte superior del alto horno, por esta zona ingresa el mineral, el combustible y el fundente. El tragante se divide en dos tubos de salida por donde salen los gases.

Cuba:

De forma troncocónica. Esta forma facilita el descenso de la carga y su permanencia en la zona para aprovechar mejor el calor.

• En esta zona se funde la escoria; la temperatura oscila entre los 400 y 1200°C.

Vientre:

Zona donde se produce la unión con el etalaje. De forma cilíndrica, es de poca altura, en esta zona comienza la fusión de la carga.

• Se encuentra a 1500°C.

Etalaje:

También de forma troncocónica. En esta parte del horno se produce una notable disminución del volumen de los materiales, como consecuencia de las transformaciones químicas que tienen lugar en el. En la parte inferior del etalaje, se encuentran las toberas que introducen el aire necesario para la combustión.

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Crisol:

Es un cilindro, que recoge la fundición líquida, así como la escoria, que queda flotando en estado líquido. En la parte inferior, posee, dos orificios, uno para el colado del arrabio y el otro que está un poco más elevado, para la eliminación de la escoria.

Fuentes de Información

• http://seminariometalurgia.blogspot.mx/2014/08/obtencion-mediante-el-alto-horno.html

• http://www.frt.utn.edu.ar/tecnoweb/imagenes/file/mecanica/Alto%Horno%20Alumno.pdf

• https://sites.google.com/site/conocerlosmateriales/home/el-alto-horno/partes-de-un-alto-horno

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Actividad 2 “introducción del acero” cuadro sinópti co diagrama de flujo de proceso de fabricación del acero

� En 1500a.c se utiliza el acero carbonizado *Espadas *Armaduras

� Principios del siglo XLX Henry Bessemer creo el cañón de acero

� Se creó el método de sorela abierta.

*Ferrocarril, isla Manhattan puente de acero

� Revolución industrial *Autos—motor carrocería

*Barcos

� En el siglo XX Steel fue la compañía productora más grande de E.U

� Se produce anualmente 100 millones de toneladas.

� Es barato *Horno de oxigeno básico

� Variaciones de acero *Electro horno de arco

“El acero es el material más reciclado en la actualidad”

Historia del acero

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TIPO DE

ACERO AL

CARBONO

ACERO

CORTEN

ACERO

MICROALEADO

ACERO

INOXIDABLE

ACERO

RAPIDO

ESTE TIPO DE ACERO TIENE UN ASPECTO

ROJIZO, DEBIDO AL CONTENIDO DE COBRE,

ESTE ACERO ES EXCELENTE PARA SER

UTILIZADO SIN NINGUN RECUBRIMIENTO O

PINTURA, SOPORTA EL INTERPERIE SE

PRODUCE EN ÉL UNA CAPA DE OXIDO QUE

IMPIDE LA ENTRADA A LA CORROSION.

FE+C+CROMO+NIQUEL+COBRE.

ESTE METAL ESTA FABRICADO

ESPECIFICAMENTE PARA SOPORTAR ALTAS

TEMPERATURAS DEBIDO A LA FRICCIÓN

GENERADO POR UN TRABAJO DE CORTE EN

UNA HERRAMIENTA DE CORTE.

ACERO+CROMO+WOLKAMIO+MOLIBDENO+

VANADIO.

ES UN METAL MUY CARO Y DE GRANDES

PROPIEDADES Y BENEFICIOS PARA LA

INDUSTRIA ALIMENTARIA, FARMACEUTICA,

ENTRE OTRAS.

ACERO+CROMO+NIQUEL+ADITIVO

(MOLIBDENO O SILICIO).

ESTE TIPO DE ACERO CONTIENE PEQUEÑAS

CANTIDADES DE ALEACIONES CON LA

FINALIDAD DE MEJORAR SU PROPIEDAD

MECANICA.

FE+C+MANGANESO+NITROGENO+VANADIO+

TITANEO+MOLIBDENO+CALCIO+ZIRCONIO+

NIQUEL Y NIOBIO.

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PROCESO DE FABRICACIÓN

• MINERAL FE. 1.-BESSEMER AIRE CALIENTE

• CHATARRA 2.-HORNO DE SOLERA ABIERTA

• ARRABIO 3.-BOF OXIGENO MEJORA LA CALIDAD, HOMOGENIZA LA MEZCLA. 60% FE 4.-ELECTRICO 2 O 3 ELECTRODOS GRAFITO AZUFRE CARBONO. ARCO ARCO DIRECTO INDIRECTO

PROCESO

ACERO +ADITIVO

CHATARRA:

� Transformación: La viruta que proviene de la producción.

� Recolección: La piezas defectuosas de una producción

� Reciclaje: Chatarra que sale de nuestra casa recolectada por

personas.

CRIBACIÓN ETAPA 1

FILTRACIÓN ETAPA 2

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55555555

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Tarea 5

Códigos que manejan el Instituto Americano del Hier ro y el Acero (AISI)

En el sistema AISI-SAE, los aceros se clasifican con cuatro dígitos. El primer digito especifica la aleación principal, el segundo modifica al primero y los dos últimos dígitos, dan la cantidad de carbono en centésimas. En algunos aceros al cromo de alto carbono hay números de cinco dígitos, los tres últimos dan el porcentaje de carbono.

En la siguiente tabla se muestra la clasificación según AISI-SAE varios tipos de aceros:

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58585858

Fuentes de Información

• https://cursos.aiu.edu/Procesos%20Industriales/PDF/Tema%201.pdf

• http://www.tesoem.edu.mx/alumnos/cuadernillos/2010.025.pdf

• http://es.slideshare.net/izzy58/proceso-de-afinacion-del-acero

• http://es.wikipedia.org/wiki/Afino • https://todoingenieriaindustrial.wordpress.com/procesos-

de-fabricacion/ • https://todoingenieriaindustrial.files.wordpress.com/2012/

06/1-1-proceso-tecnolc3b3gico-de-la-obtencic3b3n-del-hierro-de-1c2aa-fusic3b3n.pdf

• https://todoingenieriaindustrial.wordpress.com/procesos-de-fabricacion/1-proceso-tecnologico-del-hierro-de-primera-fusion/