El Hierro

Ing José Manuel Ramírez QIng. José Manuel Ramírez Q.Docente

Antecedentes históricos del Hierro

El Hierro fue descubierto en la prehistoria y era utilizado comoadorno, y para fabricar armas; el objeto más antiguo, aún existente,

d id d d E i d d les un grupo de cuentas oxidadas encontrado en Egipto, y data del4.000 a.C.

No se sabe a ciencia cierta quien descubrió el Hierro, lo cierto esque su historia se liga a la historia de la civilización humana. Laq gverdadera edad de Hierro comienza cuando nuestros antepasadosaprenden a extraer el Hierro de los minerales que lo contienen. Unavez obtenido lo calentaban utilizando hornos de leña y le daban lavez obtenido, lo calentaban utilizando hornos de leña y le daban laforma deseada martillando repetidamente el material al rojo vivo.

Antecedentes históricos del Hierro

Por exigencias de la producción, se diog p ,paso al horno de carbón y mineral, elcalor que producía era tal que elmaterial pasaba a un estado liquidomaterial pasaba a un estado liquido,aunque al principio no supieron quehacer con él. Sin embargo habíandescubierto un producto verdaderamenteimportante: el Hierro colado.

Hierro y mineral de hierro

El Hierro es un elemento metálico magnético maleable y de colorEl Hierro es un elemento metálico, magnético, maleable y de colorblanco plateado. Tiene de número atómico 26 y se encuentra en elgrupo 8 de la tabla periódica.

Es obtenido de la naturaleza de dos fuentes diferentes: los Óxidos deHierro y los carbonatos de Hierro. En los minerales de Hierro estánmezcladas la Mena o parte útil compuesta de óxidos de Hierro y lamezcladas la Mena, o parte útil compuesta de óxidos de Hierro, y laganga, compuesta de Sílice, alúmina, cal, entre otros.

El procesado moderno delHierro comenzó en Europa

écentral después de la mitaddel siglo XIV d.C.

Procedencia

El Hierro sólo existe en estado libre en unas pocas localidades enEl Hierro sólo existe en estado libre en unas pocas localidades, enconcreto al oeste de Groenlandia. También se encuentra en losmeteoritos, normalmente aleado con níquel. En forma de compuestosq ímicos está distrib ido por todo el m ndo oc pa el c arto l gar enquímicos, está distribuido por todo el mundo, y ocupa el cuarto lugar enabundancia entre los elementos de la corteza terrestre; después delaluminio, es el más abundante de todos los metales.

Los principales minerales de Hierro son las hematites. Otros mineralesimportantes son la magnetita la siderita y el Hierro del pantanoimportantes son la magnetita, la siderita y el Hierro del pantano(limonita). La pirita, que es un sulfuro de Hierro, no se procesa comomineral de Hierro porque el Azufre es muy difícil de eliminar. Tambiénexisten pequeñas cantidades de Hierro combinadas con aguas naturales yexisten pequeñas cantidades de Hierro combinadas con aguas naturales yen las plantas; además, es un componente de la sangre.

Minerales de hierro

Hematita (Fe2O3): es el oxido de hierrodeshidratado. Este mineral contiene entre50% y 60% de hierro. Se reduce con mayorfacilidad que el imán natural (magnetita)

Magnetita (Fe3O4): Contiene el hierroen forma de oxido ferroso y férrico.El contenido de hierro en esteEl contenido de hierro en estemineral oscila entre 45% y 70%.

Minerales de hierro

Limonita (FeO): es el oxido de hierrohidratado. El mineral contiene entre20% 60% d hi S d bi l20% y 60% de hierro. Se reduce bien, loque hace económica la obtención delhierro colado incluso con mineralespobres.

Siderita (FeCO3): es la combinación delácido carbónico con el hierro. El contenidode hierro en este mineral oscila entre 30%de hierro en este mineral oscila entre 30%y 42%. El mineral tiene un color gris conmatices de amarillo.

Procesamiento del arrabio

Esta etapa incluye la descarga, clasificación, pesaje yalmacenamiento de las materias primas necesarias para lafabricación del acero, que básicamente son:

ú• Carbones Metalúrgicos• Mineral de Hierro

C li• Caliza

El Arrabio producido en los altos hornos tiene la siguienteEl Arrabio producido en los altos hornos tiene la siguientecomposición: un 92 % de Hierro, un 3 % o 4 % de Carbono, entre0,5 % y 3 % de Silicio, de 0,25 % a 2,5 % de Manganeso, de 0,04 % a2 % de Fósforo y algunas partículas de Azufre.

Coque

El coque se obtiene de un tipo de carbón llamado hulla.Ha sustituido como combustible siderúrgico al carbón vegetalutilizado hasta el siglo XIX. Se quema como combustible paracalentar el horno, y al arder libera monóxido de Carbono, que secombina con los óxidos de Hierro del mineral y los reduce a Hierrocombina con los óxidos de Hierro del mineral y los reduce a Hierrometálico.

Coquización

Se conoce con el nombre de carbonizaciónal proceso de destilación destructiva de

i á i i d isustancias orgánicas en ausencia de airepara dar un producto sólido rico encarbono, además de productos líquidos ycarbono, además de productos líquidos ygaseosos. La carbonización de cierto tipode carbones minerales (carbones

i bl bit i h ll )coquizables, bituminosos o hulla), omezclas de estos carbones, producen elcoque. En este caso el proceso deq pcarbonización es denominado coquización.

Caliza

La caliza de la carga del horno se emplea comofuente adicional de monóxido de Carbono y

i f d E i lcomo sustancia fundente. Este material secombina con la sílice presente en el mineral(que no se funde a las temperaturas del horno)(que no se funde a las temperaturas del horno)para formar silicato de Calcio, de menor puntode fusión. Sin la caliza se formaría silicato deHi l d í Hi táliHierro, con lo que se perdería Hierro metálico.El silicato de Calcio y otras impurezas formanuna escoria que flota sobre el metal fundidoqque se encuentra en la parte inferior del horno.

Obtención de arrabio (Proceso siderúrgico)

L t i i ( í ) l t iLas materias primas se cargan (o se vacían) en la parte superiordel horno. El aire, que ha sido precalentado hasta los 1.030º Caproximadamente, es forzado dentro de la base del horno parap , pquemar el coque. El coque en combustión genera el intenso calorrequerido para fundir el mineral y produce los gases necesariospara separar el Hierro del mineralpara separar el Hierro del mineral.

El CO gaseoso a altas temperaturas tiene mayor atracción por elEl CO gaseoso, a altas temperaturas tiene mayor atracción por elOxígeno presente en el mineral de Hierro (Fe2O2) que el Hierromismo, de modo que reaccionará con él para liberarlo.

íQuímicamente entonces, el Hierro se ha reducido en el mineral.Mientras tanto, la piedra caliza fundida se convierte en cal, la cualse combina con el Azufre y otras impurezas. Esto forma una escoriase combina con el Azufre y otras impurezas. Esto forma una escoriaque flota encima del Hierro fundido.

Obtención de arrabio (Proceso siderúrgico)

El Hi ié l d d i A bi El O í h idEl Hierro recién colado se denomina Arrabio. El Oxígeno ha sidoremovido, pero aún contiene demasiado Carbono(aproximadamente un 4%) y demasiadas impurezas (Silicio, Azufre,( p ) y p ( , ,Manganeso y Fósforo) como para ser útil.

Por esta razón debe serrefinado, ya que el aceroes esencialmente Hierroes esencialmente Hierroaltamente refinado quecontiene menos de un 2%de Carbono.

Hierro comercial

ti ñ tid d d b t icontiene pequeñas cantidades de carbono y otras impurezas quealteran sus propiedades físicas, pero éstas se pueden mejorarconsiderablemente añadiendo más carbono y otros elementos deyaleación. Se utiliza para obtener láminas metálicas galvanizadas yelectroimanes, pero la mayor parte del hierro se utiliza en formassometidas a un tratamiento especial como el hierro forjado elsometidas a un tratamiento especial, como el hierro forjado, elhierro fundido y el acero. Los compuestos de hierro se usan enmedicina para el tratamiento de la anemia siendo el másimportante el sulfato de Hierro (II), FeSO4.

Propiedades del Hierro

Color blanco grisáceo.

F ibilid d t d f ió lt (1 538°C)Fusibilidad punto de fusión muy alto (1.538°C).

Densidad pesado (7,87 gr/cm3).

T i id d ( di i l ) t iToxicidad (condiciones normales) no es toxico.

Propiedades mecánicas blando, dúctil, tenaz, maleable.

C d ti id d d l l l l t i id dConductividad conduce el calor y la electricidad.

Propiedades químicas se oxida totalmente.

Magnetismo posee propiedades magnéticasMagnetismo posee propiedades magnéticas.

Industrias siderúrgicas

Ha dos tipos de ind strias siderúrgicas:Hay dos tipos de industrias siderúrgicas:

• Las siderúrgicas integradas, extraen el metal (llamado Arrabio) del Las siderúrgicas integradas, extraen el metal (llamado Arrabio) del mineral de Hierro y lo venden a otras empresas en los distintos formatos en que aparecen en el mercado, normalmente lingotes, estas utilizan para el proceso los altos hornosproceso, los altos hornos.

• Siderurgias semi-integradas: son las que a partir de cierta carga metálica, compuesta por chatarra de acero, chatarra de Hierro fundido y los lingotes de Arrabio fabricados en el alto horno, añaden Carbono y otros componentes para obtener aleaciones con propiedades mas ventajosas para p p p p j psu uso en la industria, como aceros y fundiciones. Estas utilizan los hornos convertidores.

El alto horno

La reducción del mineral para obtener Arrabio, se realiza en los AltosHornos. Por el tragante (parte superior del horno) se cargan por capaslos minerales de Hierro, la caliza y el coque.los minerales de Hierro, la caliza y el coque.

El objetivo del alto horno es la reducción del mineral de Hierro,entendiéndose como reducción, la separación de todas las sustanciasindeseables que acompañan al metal, especialmente del oxigeno.

Los lingotes de Arrabio o de primerafusión obtenidos en el alto horno, nopodrían ser utilizados de inmediato en elpodrían ser utilizados de inmediato en eltaller, debido a la gran cantidad deCarbono que contiene y por su pocahomogeneidadhomogeneidad.

El alto horno

Productos obtenidos del alto horno

ArrabioLa obtención del Arrabio es el objetivo principal de los altos hornos.E t t t Hi (90% 95%) C bEsta compuesto en su mayor parte por Hierro (90% a 95%), Carbono(3% a 4,5%), Silicio (hasta un 2,5%).

EscoriaLa escoria esta compuesta por todos los elementos impuros delmineral de Hierro no útiles en la obtención de Arrabio, absorbe engran medida el posible Azufre existente en la mezcla y regula lag p y gtemperatura del Arrabio.

Productos obtenidos del alto horno

GasesComo resultado de la combustión del coque con el mineral de Hierro,

d l h l l t i se producen en el horno los gases que escapan por la parte superior del mismo.Estos gases, convenientemente filtrados, pueden ser utilizados para circuitos de calefacción en la propia empresa productora de Hierro.