del hierro al acero-1

8/6/2019 Del Hierro Al Acero-1

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Del hierro al acero

Autores: Silvia Cerdeira, Helena Ceretti y Eduardo Reciulschi

Responsable disciplinar: Silvia Blaustein

rea disciplinar: Qumica

Temtica: Aplicaciones de materiales de inters tecnolgico: acero

Nivel: Secundario, ciclo orientado

Secuencia didctica elaborada por Educ.ar

Propsitos generales

Promover el uso de los equipos porttiles en el proceso de enseanza y aprendizaje.

Promover el trabajo en red y colaborativo, la discusin y el intercambio entre pares, la realizacin en conjunto

de la propuesta, la autonoma de los alumnos y el rol del docente como orientador y facilitador del trabajo.

Estimular la bsqueda y seleccin crtica de informacin proveniente de diferentes soportes, la evaluaci

Introduccin a las actividades

El hierro producido en el alto horno (vean la secuencia didcticaHierro) se conoce como hierro de fundicin o hierro

colado. Este producto contiene alrededor de un 4% de carbono (recuerden que se emplea coke como materia prima).

Aunque pequeo, el porcentaje de impurezas presentes afecta marcadamente las cualidades del metal (lo hace

quebradizo) limitando sus aplicaciones. Adems de carbono, el hierro obtenido contiene otras impurezas en menor

proporcin (alrededor del 1%): silicio, azufre y fsforo.

Para mejorar sus propiedades, el hierro producido en el alto horno (arrabio) se transforma en acero. Qu es el acero? Es el nombre de un material mezcla una aleacin (vean la secuencia didcticaMetales) formado por hierro, como

componente mayoritario, y pequeas cantidades de carbono y otros elementos, principalmente metales de transici

n (vean la secuencia didcticaTabla peridica): manganeso, cobalto, molibdeno, nquel, cromo y vanadio.

La proporcin de carbono afecta drsticamente las propiedades del acero. En funcin del porcentaje de carbono, los

aceros se clasifican en:

Tipo de acero %de C Propiedades Aplicaciones

Bajo en carbono 0,07-0,25 Se trabaja en fro sin dificultad Carroceras de vehculos,

material de construccin

Alto en carbono 0,85-1,2 Alta resistencia Herramientas de corte, vas

frreas

Asimismo, la aleacin con cantidades variables de ciertos elementos principalmente metales de transicin permite

mejorar las propiedades de los aceros:

Metal de transicin Propiedades que otorga al acero Aplicaciones


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Cobalto Magnetismo Imanes

Molibdeno Alta resistencia en caliente Puntas de herramientas de alta

velocidad (tornos, fresadoras, etc.)

Manganeso Flexibilidad y resistencia Cajas de seguridad

Nquel-cromo (acero

inoxidable)

Resistencia a la corrosin Instrumentos de corte, instrumental de

ciruga

Titanio Resistencia a alta temperatura Aeroplanos, turbinas

Vanadio Dureza y resistencia Herramientas para alta velocidad

En la actualidad, existen alrededor de 2500 tipos de aceros diferentes.

Objetivos de las actividades

Que los alumnos:

busquen, seleccionen y organicen informacin sobre procesos de obtencin del acero;

conozcan las principales caractersticas de los distintos tipos de aceros;

vinculen algunas propiedades de los aceros con su composicin.

Actividad 1.

Los cambios fundamentales que deben hacerse para transformar el arrabio en acero son:

Disminuir el contenido de carbono desde 3-4% hasta 0-1,5%. Este proceso se denomina afino.

Eliminar, mediante formacin de escoria, el silicio, el manganeso y el fsforo (todos ellos presentes en un

porcentaje del 1%), adems de otros elementos presentes en menor proporcin.

Agregar elementos de aleacin (cromo, nquel, vanadio, molibdeno, etc.) que confieran al acero las

propiedades deseadas.

Parte A

En la actualidad, uno de los mtodos ms importantes para fabricar acero es el proceso de oxgeno bsico,

que se hace en un horno basculante (mvil) con forma de pera. El arrabio fundido se vierte en el horno y, a travs d

e un tubo refrigerado con agua denominado lanza, se introducen en el horno O2 (g) a 10 atmsferas de presin y

piedra caliza en polvo (CaCO3). Las reacciones que se producen en un tiempo de aproximadamente 22 minutos

permiten cumplir los objetivos 1 y 2 mencionados previamente.

Luego, el recipiente se gira para retirar la escoria lquida que flota sobre el hierro por ser menos densa. Se analiza la

composicin del acero, determinando el contenido de C y otros elementos en la mezcla lquida. Si la composicin es

adecuada, se inclina el horno para verter el acero fundido en una olla de colada.

Este proceso se emplea para producir grandes cantidades de acero con un bajo contenido de carbono. Estos aceros

son los de mayor consumo y se usan para fabricar barras, perfiles, planchas gruesas y delgadas.

1. Empleen el programa Draw o la opcin de dibujo de Word o Writer de sus equipos porttiles, y realicen un


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esquema del horno basculante. Si disponen de conexin a Internet, pueden visitar los siguientes sitios:

Refinacin y desgasificacin

Convertidor Thomas-Bessemer

Para complementar la informacin sobre el diseo y el funcionamiento del horno, miren el captulo sobre

minerales del hierro del programaMateriales y Materias Primas (Canal Encuentro).

2. Respondan estas preguntas:

a) Cmo se logra reducir el porcentaje de C? Qu funcin cumple el O2 en el proceso de produccin del

acero? Qu reaccin puede ocurrir entre ambas sustancias?

Pista: asignen nmeros de oxidacin (vean la secuencia didcticaOxidacin-reduccin). Busquen la informacin

en una tabla peridica, por ejemplo, del programa ChemSketch.

b) Para qu se agrega piedra caliza?

Pista: vean qu componentes forman la escoria (vean la secuencia didcticaHierro).

c) Desafo: la temperatura de fusin del acero ser mayor o menor que la del hierro?

Pista: tengan en cuenta que el acero es una mezcla y la estamos comparando con una sustancia pura (vean la

secuencia didcticaFuerzas intermoleculares II).

Busquen el PF del hierro (vean la secuenciaHierro) y el rango de fusin de un acero tpico (vean, por ejemplo:

http://www.infoacero.cl/acero/hornos.htm).

Parte B

Para producir los aceros de aleacin, es ms conveniente emplear el horno de arco elctrico. Este permite alcanzar

temperaturas de hasta 1930 C con un control muy preciso. Se produce un acero muy limpio, pues no se emplea

combustible sino electricidad. El horno se carga con chatarra de acero seleccionada, en lugar de arrabio. La descarga

elctrica se produce entre los electrodos y la chatarra metlica. Esta genera gran cantidad de calor y se funde elmaterial introducido. Se agregan entonces los elementos de aleacin. Este mtodo es el ms adecuado para obtener

los aceros inoxidables.

1. Vean alguno de los siguientes materiales:

Horno elctrico a arco voltaico

Horno elctrico

Materiales y materias primas.

a) Utilicen el programa Draw de sus equipos porttiles para hacer un esquema del horno de arco elctrico.

2. Hagan una tabla en los programas Word o Writter de sus equipos porttiles que vincule los elementos

agregados a los aceros con sus propiedades y usos. Incluyan imgenes de objetos fabricados con los diferentes

tipos de acero (pueden tomar fotografas empleando la cmara de sus equipos porttiles).

3. Se produce acero en la Argentina? Busquen en diversas fuentes de informacin (Internet, diarios, libros)

material acerca del desarrollo de la produccin de acero en la Argentina. A modo de gua o palabras clave:

Aceros Zapla, SOMISA, Acindar.
http://www.infoacero.cl/acero/hornos.htmhttp://es.wikipedia.org/wiki/Convertidor_Thomas_y_Bessemerhttp://secuencias.educ.ar/file.php/5017/anexo1.htmhttp://www.encuentro.gov.ar/Event.aspx?Id=416http://www.infoacero.cl/acero/hornos.htmhttp://www.youtube.com/watch?v=GQ8bQJW-C_s&NR=1http://www.youtube.com/watch?v=h6kZn_LJ6rA&feature=relatedhttp://www.encuentro.gov.ar/Event.aspx?Id=416http://www.encuentro.gov.ar/Event.aspx?Id=416http://www.youtube.com/watch?v=h6kZn_LJ6rA&feature=relatedhttp://www.youtube.com/watch?v=GQ8bQJW-C_s&NR=1http://www.infoacero.cl/acero/hornos.htmhttp://www.encuentro.gov.ar/Event.aspx?Id=416http://secuencias.educ.ar/file.php/5017/anexo1.htmhttp://es.wikipedia.org/wiki/Convertidor_Thomas_y_Bessemerhttp://www.infoacero.cl/acero/hornos.htm


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Actividad 2.La ciencia y la tecnologa permiten obtener materiales con propiedades adecuadas para diferentes aplicaciones. La

fabricacin de aceros es un buen ejemplo de ello. Si se modifica la composicin qumica y se trabaja mecnicamente

el material obtenido a diferentes temperaturas (laminacin en caliente, transformaciones en fro), se obtienen aceros

con diferentes propiedades.

Exploren algunas propiedades de los aceros realizando experimentos sencillos.

1. Magnetismo.

1. Recolecten algunos objetos de hierro y acero de uso cotidiano (artculos de librera: ganchitos para

papeles, tijera, lpiz portamira, ganchos para carpetas, etc.; utensilios de cocina, artculos de

ferretera: clavos, tornillos, alambre, arandelas, etctera).

2. Acerquen un imn a los objetos y verifiquen su comportamiento (si son atrados o no).

3. Con fines comparativos, pueden hacer la misma experiencia con objetos metlicos de materiales no

ferrosos (por ejemplo, aluminio).

a) Registren las observaciones elaborando una tabla.

2. Imantando un objeto metlico ferroso.

Materiales

Pila o batera de 4,5V.

50 cm de cable de electricidad comn.

Alicate o tijera.

2 pinzas tipo cocodrilo.

1 clavo o tornillo de hierro de 5 cm de largo, como mnimo, que no est imantado (verificarlo con el

procedimiento anterior).

Clips.

Procedimiento

1. Usen el alicate o la tijera para pelar los extremos del cable.

2. Enrollen ordenadamente el cable en el tornillo; cubran toda su superficie excepto la punta, que dejarn

libre. El cable debe quedar bien apretado y no deben dejar en el tornillo espacios intermedios sin

cubrir. Cuanto ms cable enrollen, mejor.

3. Con las pinzas tipo cocodrilo, amarren un extremo del cable al borne positivo de la batera y el otro alnegativo.

4. Acerquen un clip a la punta del tornillo. Si todo marcha correctamente, el tornillo se comportar como un

imn y comprobarn que atrae al clip.

5. Prueben con distintos objetos metlicos. Dependiendo de su composicin, en algunos casos podr

6. Despus de varios minutos de pruebas, suelten un extremo del cable de la batera.


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7. Acerquen clips al tornillo y comprobarn que sigue imantado. Aunque su fuerza de atraccin hay

a disminuido, esta no depender ya exclusivamente de la corriente elctrica suministrada por la

batera.

a) Pueden repetir el experimento con un destornillador en vez del tornillo. Es posible obtener un resultado de

utilidad prctica para muchos trabajos de bricolaje: el destornillador puede quedar imantado y ser capaz de

sostener en su punta pequeos tornillos.

El siguiente sitio tiene informacin sobre esta actividad:

Imantar acero

4. Corrosin.

Han visto que el hierro tiene gran afinidad por el oxgeno y se corroe fcilmente (vean la secuencia didctica

xidos II). Exploren la corrosin del hierro y de los aceros.

Atencin: este es un ensayo destructivo, es decir que los objetos para utilizar pueden resultar deteriorados.

Materiales

Recipientes transparentes con tapa.

Agua destilada (preferiblemente).

Sal de mesa.

Objetos de hierro y acero.

Procedimiento

1. Disuelvan la sal en el agua hasta formar una solucin de composicin similar al agua de mar

(aproximadamente 3,5% de cloruro de sodio).

2. Dispongan los objetos en los recipientes y agreguen la solucin hasta cubrirlos. Tapen los recipientes.

3. Tomen fotografas que registren el estado inicial.

4. Observen peridicamente durante una o dos semanas si se produce algn cambio. Regstrenlo con fotos

y tomen nota de este.

5. Elaboren una tabla para presentar los resultados e incluyan las fotos.

a) Extraigan alguna conclusin acerca de la corrosin de los diferentes objetos, por ejemplo: en iguales

condiciones, cules se oxidan ms fcilmente?

Actividad 3.

1. Formen grupos de cuatro estudiantes. Cada grupo elaborar una presentacin empleando el programa

PowerPoint o Impress de sus equipos porttiles, acerca de alguno de los aspectos que le haya resultado

interesante sobre el acero. Luego, empleando la plataforma Squeak, hagan una puesta en comn sobre el tema.

Enlaces de inters y utilidad para el trabajo

Actividad: Hierro

Actividad: Metales
http://cultura.terra.es/cac/articulo/html/cac461.htmhttp://secuencias.educ.ar/mod/resource/view.php?id=5184http://secuencias.educ.ar/mod/resource/view.php?id=5184http://cultura.terra.es/cac/articulo/html/cac461.htm


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Actividad: Oxidacin y reduccin

Actividad: Unin metlica

Actividad: xidos II

Bibliografa recomendada

S. Aldabe, P. Aramenda, L. Lacreu.Qumica I.Fundamentos. Buenos Aires, Ediciones Colihue, 1999.

R. Petrucci, W. Harwood, F. G. Herring. Qumica General. Reactividad qumica, compuestos inorgnicos y

orgnicos (Vol. II). Prentice Hall, Madrid, 2003.

Webgrafa recomendada

Acero. Wikipedia. Informacin sobre el acero.

Materiales bsicos: Acero. Informacin general sobre el acero.

Qu es el acero?. Informacin y clasificacin sobre tipos de acero.

EL ciclo del acero. Simulacin sobre el proceso de fabricacin de acero.

CIclo del acero. Diagrama de flujo sobre fabricacin de acero y sus propiedades.

Materiales y materias primas. Aluminio.Documental del Canal Encuentro sobre los minerales del hierro (el programa

no eston-line).
http://secuencias.educ.ar/mod/resource/view.php?id=5214http://secuencias.educ.ar/mod/resource/view.php?id=5246http://secuencias.educ.ar/mod/resource/view.php?id=5216http://es.wikipedia.org/wiki/Acerohttp://www.tudiscovery.com/guia_tecnologia/materiales_basicos/acero/http://www.infoacero.cl/acero/que_es.htmhttp://www.apta.com.es/otua/otuaesp.htmlhttp://www.produccionpormecanizado.es/2009/04/23/ciclo-del-acero/http://www.taringa.net/posts/tv-pel%EF%BF%BDlas-series/5568531/_Encuentro_-Materiales-y-Materias-Primas---Minerales%20del%20hierro-_TV-rip_.htmlhttp://www.taringa.net/posts/tv-pel%EF%BF%BDlas-series/5568531/_Encuentro_-Materiales-y-Materias-Primas---Minerales%20del%20hierro-_TV-rip_.htmlhttp://www.produccionpormecanizado.es/2009/04/23/ciclo-del-acero/http://www.apta.com.es/otua/otuaesp.htmlhttp://www.infoacero.cl/acero/que_es.htmhttp://www.tudiscovery.com/guia_tecnologia/materiales_basicos/acero/http://es.wikipedia.org/wiki/Acerohttp://secuencias.educ.ar/mod/resource/view.php?id=5216http://secuencias.educ.ar/mod/resource/view.php?id=5246http://secuencias.educ.ar/mod/resource/view.php?id=5214

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