separata n_ 08 fabricación de arrabio

5/24/2018 Separata N_ 08 Fabricaci n de Arrabio

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SEPARATA N 08 FABRICACIN DE ARRABIO, TIPOS, CARGA, DEPURACIN DE GASES DE APOY

CURSO DE SIDERURGIA IFECHARevista Latinoamericana de Metalurgia y Materialeshttp://www.google.com.pe/search?hl=es&source=hp&q=revista+latinoamericana+de+metalurgia+y+materiales&meta=&rlz1W1ADFA_es&aq=0&oq=revista+latinoamericana+de+me

INDICE DE CONTENIDOS:

1. FABRICACIN DEL ARRABIO.

2. COMPOSICIN Y TIPOS DE HIERRO PRODUCIDO.

3. HIERROS ALEADOS RESISTENTES AL DESGASTE4. CARGA DEL H. A. SOPLANTES. ESTUFAS.

5. DEPURACIN DEL GAS DE TRAGANTE

6. PRODUCTOS RESULTANTES DEL ALTO HORNO

DESARROLLO

1. FABRICACIN DEL ARRABIO.

ETAPAS DEL PROCESO.El proceso de reduccin del mineral de Hierro cuyo objetivo es la obtencin de arrabio, se inicia desde la explotacitratamiento de las materias primas, posteriormente stas se someten a procesos de adecuacin como la coquizacisinterizacin. El equipo caracterstico del proceso es el Alto Horno, mediante la sucesin de reacciones qumicas a atemperaturas ocurre la reduccin de los xidos del mineral.

DIAGRAMA GENERAL, ETAPAS DEL PROCESO SE OBSERVA EN EL SIGUIENTE GRAFICO.

DIAGRAMA GENERAL DEL PROCESO.

Etapa de Coquizacin. Cuando un carbn es pirolizado trmicamente o destilado destructivamente (a altas temperatursin entrar en contacto con el aire, se convierte en una gran variedad de productos slidos, lquidos y gaseosos.

eliminacin de la fase gaseosa hace que el proceso se denomine desgasificacin de carbones, mientras que la obtencfinal del coque da origen al trmino carbonizacin o coquizacin.Objeto de la planta de Coquera producir coque metalrgico mediante destilacin de la hulla a altas temperaturacarbn mineral en hornos, sin presencia del aire.La planta de Coquera est compuesta bsicamente por:

La batera de hornos. La planta de Subproductos.

DIAGRAMA DEL PROCESO DE COQUIZACIN.
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Etapa de Coquizacin. Cuando un carbn es pirolizado trmicamente o destilado destructivamente (a altas temperatursin entrar en contacto con el aire, se convierte en una gran variedad de productos slidos, lquidos y gaseosos. eliminacin de la fase gaseosa hace que el proceso se denomine desgasificacin de carbones, mientras que la obtencfinal del coque da origen al trmino carbonizacin o coquizacin.La planta de Coquera tiene por objeto producir el coque metalrgico mediante una destilacin a altas temperaturas dehulla o carbn mineral en hornos, sin presencia del aire.La planta de Coquera est compuesta bsicamente por : La batera de hornos. La planta de Subproductos.Batera de Hornos. El objetivo de la Batera es producir el coque para el alto horno denominado "Coque Metalrgico" ylos gases obtener algunos subproductos.El carbn optimo para coquizar tiene aproximadamente 31% de materias voltiles y se obtiene de una mezcla de carbonLos carbones se reciben de tres clases con el fin de obtener un carbn apropiado:40% de Carbn Alto Voltil (38-41% materia voltil)20% de Carbn Medio voltil (30-33% materia voltil)40% de Carbn Bajo Voltil (23-27% materia voltil).La coquizacin se practica en hornos verticales tipo Koppers - Becker , en un proceso de calentamiento de dos tiempEsta batera posee dos partes denominadas lado coque y lado mquina, construidos en alto slice y ladrillo silicaluminoso en su mampostera refractaria ; ladrillo comn y material aislante en su mampostera estructural y soportad

por una estructura metlica.Sistema de Calentamiento de la Batera. La batera se calienta con gas de coque que es el mismo que ha sido depuro limpiado en la planta de subproductos y que se recircula para ser utilizado como combustible y dador de la carga trmque necesita la batera.El gas entra por un sistema de tuberas hasta unos inyectores colocados en las cmaras de combustin para quemezcle con aire que ha sido previamente precalentado en unos ductos con empaquetados de anillos llamado regeneradoLuego de que se ha producido la mezcla gas - aire se produce una combustin formndose humos que tienen la funcincalentar los hornos de manera uniforme.En este calentamiento los gases circulan de un lado hacia el otro del horno por medio de una mquina llamada TornoInversin el cual se encarga de abrir y cerrar las boquillas de entrada del aire en un ciclo que dura 40 minutos ( 20 minuen cada sentido ) . Este torno de inversin trabaja con un reloj temporizado que cada 20 minutos hace un cambio en

sentido de la combustin, permitiendo que los hornos de la batera estn calentados uniformemente de lado y laofreciendo un buen aprovechamiento de la temperatura o capacidad calorfica del gas y el humo por eficiencia trmica.La reaccin de destilacin destructiva que ocurre en el proceso de coquizacin es la siguiente :

C357H281O39 C280H26O8+ C27H22O2+ 5C10H41O3+ 14 H2O( hulla ) ( coque) ( alquitrn ) ( gases)Descripcin del Proceso de Coquizacin. Los carbones son trados a la planta de coque en camiones de dondedescarga a una tolva. El carbn es conducido en transportadores de banda a un triturador de rodillos de donde sale contamao inferior a 1 Pulg. El carbn de tamao inferior de 1 pulg es conducido por una banda transportadora al silomezclas. Este, est dividido en cuatro silos y acondicionados individualmente en su parte inferior con un dosificadorcarbn automtico, que suministra en forma constante la misma cantidad en peso, sin importar las condiciones en qvengan (humedad, granulometra, etc).

Se hacen las mezclas de los diferentes carbones y despus se les adiciona agua de acuerdo al estado de humedad en qse encuentre ya que un carbn demasiado seco produce polvo que afecta las partes elctricas y mecnicas as cotambin hay mayor propensin a incendios en los cargues y produccin de grafito. Tambin a la mezcla de carbones seadiciona ACPM con el fin de aumentar la densidad del carbn y por consiguiente la calidad de produccin del coque enBatera.El carbn en estas condiciones pasa a una criba vibratoria con mallas de 3mm, donde pasa a un molino de martillos pulveriza y mezcla el carbn dando un producto cuya granulometra no debe pasar del 10 % por encima de 3mm, que etamao mas adecuado y apropiado para cargar en los hornos y obtener un coque de buena calidad.


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Los carbones que salen de la criba y del molino de martillos caen a un transportador y pasan a los silos de la Batera. Lsilos de batera son cuatro con capacidad de 400 Ton cada uno. Esos silos en su parte inferior tienen compuertas movibque son a condicionadas con el fin de cargar el carbn al horno.Los Hornos tienen cuatro aberturas de cargue y una para evacuacin del gas producido por la destilacin del carbnigual que dos compuertas para facilitar el deshorne y descarga del coque.La maquina Deshornadora es la que se encarga de retirar el coque de los hornos. Esta mquina tiene translacin propfundamentalmente: quita las puertas, deshorna y nivela los hornos. La mquina Gua de Coque que sirve de puente enel horno a deshornar y el vagn de apagado; tiene translacin propia y sus funciones son: quitar las puertas y guia

coque durante el deshorne.Luego de 20 horas, el coque se encuentra listo para deshornarlo y trasladarlo a un vagn de apagado el cual lo transpinmediatamente a la torre de apagado, para evitar que el coque entre en combustin con el aire , en donde se le vierte ucantidad de agua durante 90 segundos desprendindose una gran nube de vapor de agua (templado del coque ). Luegcoque apagado se descarga en una rampa para su reposo con el fin de que el agua se evapore completamente y apalos que estn encendidos. Esta rampa est revestido en ladrillo prensado.A continuacin viene un proceso de estabilizacin en el cual el coque se tritura para reducirlo de tamao y se criba pseparar la fraccin menor de 1 pulgada y la fraccin mayor de 3 pulgadas y dejarlo del tamao de 1- 3 pulgadas para qsea utilizado en el Alto Horno. El diagrama de flujo de este proceso se muestra en la grfica.Etapa de Sinterizacin. Durante los procesos de extraccin de minerales, transporte y manipulacin de las mateprimas, se producen grandes cantidades de material, de una granulometria excesivamente fina que no permite el adecu

flujo de gases calientes a travs de la carga, impidiendo llevar a cabo la fundicin de la misma, por lo que se aglomera atamao que permita su utilizacin.Las materias primas de esta etapa son: Caliza, mineral de Hierro, Coquesillo, y finos del mismo Sinter.Caliza: Llega entre 6-120 mm de grosor; se le hace un cribado para una granulometria inferior de 3.36 mm.Mineral de hierro. Debe tener una granulometria menor de 9.5 mm.Coquesillo: Son los finos de la planta de Coqueria y se debe obtener a una granulometra menor a 3,36 mm.

Diagrama del proceso de Sinterizacin.Para mezclar estas materias primas se encuentran dos mesas de aglomeracin del material llamadas pilas. Las mateprimas llegan por bandas a un apilador que empieza a exparsirlas en la pila en una relacin de 550 Ton de Caliza, 1Ton de mineral de Hierro y 60 Ton de Sinter.El coquesillo llega hmedo pasa por molinos y va a una tolva de almacenamiento donde debe presentar alrededor del 9% de humedad. En otras dos tolvas se almacena la mezcla de la pila, en otra los finos de Sinter fros de granulometrinferior de 6 mm y en una ltima tolva se encuentran los finos de Sinter Caliente.


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Todos los compuestos que se encuentran en estas cinco tolvas de almacenamiento pasan a un mezclador homogeneiza la mezcla y tambin se les adiciona agua permitiendo la micropeletizacin (hacer grumos para que partculas finas se adhieran permitiendo una mejor permeabilidad en el proceso).Esta mezcla entra en una tolva que sirve como ducto y pasa a un rodillo que coloca la mezcla en unas cajas de achermticas unidas entre si para formar una pasta uniforme, luego pasa por un horno con una temperatura de 1000alimentado con gas de Coqueria, el coquesillo entra en combustin y el calor desprendido convierte la mezcla en una toporosa.Luego se pasa por un triturador de aspas y un cribado donde las partculas que tengan una granulometra inferior a 6 m

se recirculan a la tolva de finos de Sinter Calientes y los mayores pasan a unos ventiladores y un cribado donde menores de 6.4 mm pasan a la tolva de finos de "Sinter Fros" y los otros pasan por bandas transportadoras a las tolvasalmacenamiento del alto horno. En la Figura se ilustra el proceso de sinterizacin.Reduccion de Mineral de Hierro en Alto Horno.Descripcin del Alto Horno. Un horno alto est formado por dos troncos de cono unidos por su base mayor. El cosuperior que es el de mayor altura y se denomina cuba, tiene forma cnica para facilitar el descenso de la carga en el cude la operacin. El cono inferior se denomina etalaje. La unin tiene lugar por medio de una seccin redondeadacilndrica que se denomina vientre.El horno termina en su parte inferior en un cuerpo de seccin cilndrica cuya parte superior se denomina obra y la painferior crisol. En la obra estn situadas las toberas para inyectar el aire que activa la combustin del horno. En el crique es donde se recoge el arrabio fundido y las escorias que flotan sobre l, hay uno o dos orificios denominados bigote

o escoriales por donde sale la escoria fundida y otro ms abajo denominado piquera, por donde sale el arrabio fundido. Lgrandes hornos estn provistos de un can de arcilla, para tapar la piquera al terminar la colada.Todo el alto horno est recubierto interiormente por ladrillos refractarios con un revestimiento de espesor variable segseccin y la capacidad del horno. Las paredes de los etalajes, obra y crisol, estn refrigerados por medio de agua pprolongar la vida del refractario.Una envolvente de chapa de acero con aros de refuerzo constituyen la estructura del horno.La carga se realiza por la parte superior, que se denomina tragante, y que est provista de un dispositivo de cierre formpor dos campanadas para evitar la salida a la atmsfera de los gases. La campana pequea se abre cada vez que subcubeta del Skip descargando encima de la campana grande. Un distribuidor reparte la carga automticamente. Cuandonivel de la carga de los hornos ha bajado una altura determinada (2 3 metros en los grandes hornos) se parasuministro de aire, lo que ayuda al descenso de la carga, y con la campana pequea en posicin de cerrado se abre

campana grande cayendo la carga completa.En el tragante estn tambin situadas las tuberas de salida de los gases que los conducen a los depuradores y despulas estufas de caldeo del aire, a los motores de gas, etc.La gran altura de los hornos que supera los 30 metros, tiene por objeto facilitar a los gases ascendentes la cesin decalor sensible y facilitar tambin al xido de Carbono (CO) la reduccin indirecta del mineral.Carga del Alto Horno. Los altos hornos se cargan con capas alternadas de mineral, coque y fundente. A veces esfundentes van mezclados con el mineral. Si se dispone de instalaciones de sinterizado, como es normal en las granfactoras, se carga tambin sinterizado.La carga del horno va descendiendo a medida que transcurre la operacin y se hacen coladas de arrabio y escortardando de 8 a 10 horas en obtenerse el metal, desde que se carga el mineral. En cuanto el nivel desciende de una altdeterminada (de 2 a 3 m), se introduce una carga de relleno, que se haba ido situando sobre la campana grande de cie

del tragante.El mineral debe ser de tamao comprendido entre 8 y 50 milmetros para que su superficie sea lo mayor posible y facilas su reduccin indirecta con el xido de carbono (C O).El sinterizado se compone de polvo de mineral y de coke y de cenizas procedente de la tostacin de piritas y carbonatoshierro si los hay.El combustible empleado es el coke metalrgico. Dada la altura de los hornos altos, el coke debe tener buena resistenmecnica del orden de los 160 Kg. por cm2 para resistir grandes cargas sin pulverizarse. No debe contener matevoltiles que podran aglomerar los materiales en el horno. Debe ser poroso para facilitar su combustin. El poder calordel coke metalrgico es del orden de 7000 Kcal. por kg. Conteniendo alrededor de 15% de cenizas generalmente siliciosSu densidad es de 0,5 aproximadamente. El tamao mas empleado es de 25 a 80 mm.


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Los fundentes tienen por objeto dar a la escoria fluidez necesaria. Una escoria viscosa cuela difcilmente y en cambio uescoria demasiado fluida corroe las paredes del horno. Las fluidez depende de la fusibilidad, y sta de la proporcin en qse encuentren los principales elementos que componen la escoria: la slice, la almina y la cal.Si en la ganga predomina la slice, como generalmente ocurre, se dice que es cida, y entonces el fundente empleado ecaliza o castina (Ca CO3), y la dolomta (CaCO3, MgCO3).La caliza (CaCO3) contiene tericamente 56% de cal (CaO) y teniendo en cuenta la impurezas, la cantidad de caliza quecargar aproximadamente ser doble peso del de la cal necesaria. Una composicin tpica de caliza es la siguiente:CaO = 53,74%,, P= 0,010%,, S= 0,096%,, H2O= 0,20%

Residuo insoluble = 1,40%La dolomta se emplea menos como fundente que como revestimiento refractario de carcter bsico. A veces se aade,embargo, a la carga del horno alto para dar ms fluidez a la escoria.Si la ganga de fusin es bsica y por tanto el lecho de fusin resulta demasiado bsico se agrega anhdrido silicico, de posible en forma de escorias cidas de horno de acero, lo que permite recuperar el metal que contenga. Tambin puaadirse la slice en forma de cuarzo o arena.Funcionamiento del Alto Horno. El oxgeno del aire que sale por las toberas atraviesa la masa de coque incandescentdada su gran velocidad al principio se forma slo anhdrido carbnico, como se expresa en la siguiente ecuacin.C + O2 C O2Aproximadamente a un metro de distancia de la boca de las toberas se habr acabado el oxgeno y el gas estar formntegramente por CO2que al contacto con el carbn incandescente, queda reducido con arreglo a la siguiente reaccin:

C O2+ C 2 C OEn su marcha ascendente a travs del horno, el CO, reacciona con los xidos de hierro:3 Fe2O3+ CO 2 Fe3O4+ CO2Fe3O4+ CO 3 FeO + CO2FeO + CO Fe + CO2Estas reacciones constituyen la denominada reduccin indirecta y tiene lugar entre los 400 y 700 aproximadamente.reduccin indirecta reduce aproximadamente del 85 al 90% del oxgeno del mineral en una marcha de fundicin bsica.Adems, los xidos de hierro son tambin reducidos al contacto con el carbn slido incandescente, entre las temperatude 700 a 1.350 con arreglo a las siguientes reacciones, que constituyen la denominada reduccin directa:3 Fe2O3+ C 2 Fe3O4+ COFe3O4+ C 3 FeO + CO

FeO + C Fe + COLa reduccin directa constituye aproximadamente el 10 al 15% del proceso total de reduccin del mineral. En esta miszona de reduccin directa, tiene lugar tambin la descomposicin del carbonato de cal, que empieza a unos 800C, segla reaccin siguiente:CO3Ca CaO + CO2El anhdrido carbnico (CO2) formado es reducido por el carbn:CO2 +C 2 COY el monxido de carbono (CO) asciende a las capas superiores para contribuir a la reduccin indirecta del mineral. Padel hierro formado se carbura desde temperaturas de 800C, segn la reaccin:3 Fe + 2 CO Fe3C + CO2El carburo de hierro se diluye en el resto del metal.

La formacin de carburo es muy til para bajar la temperatura de fusin del hierro , que puro es de 1.539, hasta lafundicin de hierro, que es de unos 1.200.Sin embargo, la temperatura en la zona de fusin es de unos 1.500C en marcha bsica, debido a que las esconecesitan esta temperatura como mnimo para que cuelen libremente.Adems de las reacciones anteriores, que son las principales, tienen lugar otras secundarias como las de desulfuracinarrabio, del azufre aportado principalmente por el coke, por medio de la cal, con arreglo a las siguientes reacciones:SFe + CaO + C CaS + Fe + COSFe + CaO + CO CaS + Fe + CO2Como el sulfuro de calcio (SCa) es insoluble en la fundicin, pasa a la escoria.Tambin tiene lugar la desfosforacin del arrabio con arreglo a un proceso similar.En resumen, tericamente puede dividirse verticalmente, de arriba a abajo, un horno alto en funcionamiento en 7 zonas:


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1. Zona de deshidratacin, cuyas temperaturas estn comprendidos entre los 200 y 400 aproximadamente, donde tilugar la desecacin de la carga.2. Zona de reduccin indirecta, desde 400 a 700, donde tiene lugar a reduccin de oxgeno del mineral, por mediomonxido de carbono (CO).3. Zona de reduccin directa, de 750 a 1.350, en la que tiene lugar la reduccin del oxgeno del mineral directamente el carbn incandescente.4. Zona de fusin y carburacin, donde tiene lugar la fusin y carburacin de hierro formado.5. Zona de combustin y desulfuracin, en la que se alcanzan temperaturas cercanas a los 2.000 y es la zona donde

encuentran las toberas.6. Zona de colado de escorias, donde se encuentran stas flotando sobre el metal.7. Zona de colada de arrabio, por donde sale el material de forma lquida.Las reacciones expuestas dan una idea bastante aproximada de la marcha del horno alto. Sin embargo, se ha de adveque la marcha real no se ajusta exactamente a ningn esquema determinado. En primer lugar no puede dividirse realmeel horno en zonas como se ha hecho, ya que en un mismo plano horizontal existen distintas fases, entre otras razonporque las temperaturas son ms elevadas en el centro del horno que en la periferia.Adems, las reacciones de reduccin, tanto directa como indirecta, son todas reversibles y se verifican en un sentido ootro, segn la temperatura y concentracin de los diversos elementos.Equipos Auxiliares del Alto Horno. A continuacin se describe el funcionamiento de los principales equipos accesodel alto horno.

Estufas para Precalentamiento del Aire .El calentamiento del aire soplado al Alto Horno presenta las siguientes ventaj- Aumento de la temperatura de combustin en la nariz de la tobera, por lo cual se mejora la marcha.- Disminucin del consumo de coque y de los combustibles en general.Se estima que, por un aumento de la temperatura de soplo de 100C, la disminucin del consumo de combustibles es1.5 al 2% para una marcha con 60% de sinter.- Aumento de la produccin del Alto Horno.Se ha constatado un aumento de la produccin de arrabio cuando se diminuye el consumo de combustible por toneladaarrabio.- Posibilidad de inyectar combustibles auxiliares:El calentamiento del aire permite la inyeccin de combustibles auxiliares lquidos, slidos o gaseosos, manteniendo temperatura suficientemente alta en la zona de combustin. La inyeccin de estos combustibles provoca un efe

refrigerante en la zona adyacente a la tobera.Hay tres estufas para precalentar el aire de soplo. Cada estufa es un intercambiador de calor revestido con ladrefractario y envuelto por una lmina de acero. La base es plana y la parte superior tiene forma de domo. Las estucalientan el aire para el soplo antes de que este entre en el Alto Horno.La estufa tpica tiene dos partes: (1) la cmara de combustin donde se quema el gas del Alto Horno, y (2) un amsistema de intercambio de calor constituido por pilares de ladrillos huecos (Checkers) los cuales se colocan unos encde otros, formando un gran enrejado refractario. La eficiencia de la estufa se mide por la temperatura de los gases qsalen de ella, la cual debe encontrarse cercana a los 1200C.El gas del Alto Horno es lavado para remover la mayor parte del material slido en suspencin, antes de ser quemadolas estufas. El gas pasa hacia arriba a travs de la cmara de combustin en donde se quema; los gases calienproducidos por la combustin del gas pasan entonces hacia abajo a travs de los ladrillos recuperadores (Checker bric

transmitindoles su calor sensible y luego salen a la atmsfera. El aire fro de soplo que entra, pasa hacia arriba a travde los recuperadores en donde se calienta, luego voltea hacia abajo por la cmara de combustin y sale al ducto princde aire caliente, habiendo alcanzado una temperatura aproximadamente 900C, gracias al calor extrado de los ladri(Checkers) recuperadores de calor. Con tres estufas disponibles para el Alto Horno, dos pueden estar en calentamiecon gas y una podr estar soplando en cualquier momento.Las estufas utilizan aproximadamente del 25 al 30% del gas producido por el Alto Horno, para calentar el aire de sopltener as una eficiencia trmica de aproximadamente 25%.Montacargas. El montacargas en los hornos es del tipo skip de plano inclinado, dotado de vagonetas volcables, o cudesfondables, que abren automticamente sobre el tragante. En los hornos modernos no es necesario personal enplataforma de carga, lugar muy peligroso por los gases que se desprenden, pues la totalidad de la maniobra de carga


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dirige desde abajo y se realiza casi automticamente cuando desciende el nivel de la carga en el horno a una altdeterminada.Maquinas soplantes. El aire de soplo que se introduce por la toberas despus de ser precalentado a mas o menos 80en las estufas, es suministrado por una mquina denominada "soplador", la cual es accionada por una turbina de vapoun ventilador centrfugo de tipo axial o radial..

ARRABIO: FUNDICIN O HIERRO COLADO: Es el producto propiamente aprovechable del alto horno y est constitupor hierro con un contenido en carbono que vara entre el 2% y el 5%. Dentro de la masa de hierro, el carbono pu

encontrarse en tres formas o estados diferentes: en estado libre, formando grafito; en estado combinado, formacarburo de hierro; o disuelto.A partir de la primera fusin, se obtienen todos los productos ferrosos restantes: otras fundiciones, hierro dulce,Para obtener hierro a partir de sus minerales, es necesario liberar el oxgeno que le acompaa en los minerales, mediaun proceso llamado reduccin. Para realizarlo es necesario un elemento reductorque sea ms vido del oxgeno y lo separe del hierro, combinndose con aqul.Hay varias materias que pueden ser reductoras pero es necesario que se encuentre en cantidades suficientes y que barato. El carbono es el elemento qumico que cumple todos estos requisitos siendo el constituyente principal del carbpor ello es el elemento reductor utilizado en siderurgia.El carbono, en su forma industrial de coque, se mezcla con el mineral, con cuyo oxgeno se combina, transformndoprimero en monxido de carbono(CO) y luego en dixido carbnico(CO2).

FeO + C = Fe + COFeO + CO = Fe + CO2Las reacciones de reduccin comienzan a desarrollarse a unas temperaturas de cientos de grados pero adquieren velocidad econmicamente alrededor de los 1000 C.En este proceso de reduccin el mineral se va empobreciendo en oxgeno hasta transformarse en hierro esponjoso. Sproceso contina, elevndose la temperatura, el hierro esponjoso se carbure y funde, transformandose en arrabio.Este proceso de obtencin de hierro en forma de arrabio en estado lquido a temperaturas superiores a 1500 Cdesarrolla en el horno alto.Existen otros procesos industriales en los que la reduccin se realizan a temperaturas inferiores a 1500 C y el produque se obtiene es el hierro esponjoso o prerreducido. Estos procesos reciben el nombre de reduccin directa ya puede utilizarse como reductor el carbn o gases reductores, como el hidrgeno y el monxido de carbono, obtenido

partir del gas natural.Los procesos de reduccin directa suponen u pequeo porcentaje del total, por lo que le horno alto sigue siendo de gimportancia.Es un horno especial en el que tiene lugar la fusin de los minerales de hierro y la transformacin qumica en hiemetlico. Est constituido por dos troncos en forma de cono unidos por sus bases mayores. Mide de 20 a 30 metros de ay de 4 a 9 metros de dimetro; su capacidad de produccin puede variar entre 500 y 1.500 toneladas diarias. La estructdel horno es de acero, reforzada con cercos y revestida interiormente de material refractario con un sistema enfriamiento.

CARGA EN EL ALTO HORNO: Las materias primas necesarias para la siderurgia son: los minerales (y chatarra), combustibles, los fundentes y el aire. Para la produccin de hierro y acero son necesarios cuatro elementos fundamenta

(Mineral de hierro, Coque, Piedra caliza, Aire).Los tres primeros se extraen de minas y son transportados y prepararlos antes de que se introduzcan al sistema en el qse producir el arrabio. La ecuacin de la reaccin qumica fundamental de un alto horno es: Fe2O3+ 3CO 3CO2+ 2Los minerales de hierro ms importantes son los xidos: se emplean tambin los carbonatos y algunos sulfuros.1. xidos de hierro:El xido magntico (Fe3O4)en estado puro es el ms rico de todos los minerales de hierro. La gangeneralmente siliciosa, est exenta de fsforo. Entre los xidos frricos anhdridos Fe2O3, los ms importante son el hieoligisto (cristalizado) y la hematites roja amorfa. Los xidos frricos hidratados, tienen una composicin Fe2O3nH2O, fciles de reducir, pero su ganga contiene combinaciones fosfatadas o sulfuradas.2. Carbonatos de hierro: formados por carbonato ferroso (CO3Fe), asociado a una ganga compuesta de carbonaisomorfos (CaCO3).3. A estos minerales, pueden aadirse:los xidos frricos resultado de la tostacin de piritas (S2Fe), virutas, residuos


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fabricacin, exceso de lingotes, chatarra, escorias del horno Martn, minerales de magnesio en estado de fusin, pfacilitar la obtencin de la fundicin blanca y productos de la sinterizacin y peletizacin de los minerales de Fe.4. El combustible en el alto horno debe presentar una buena resistencia a la compresin , a fin de poder descender encuba sin desmoronarse y una gran porosidad, condicin necesaria para la regularidad de su combustin.La hulla en general no cumple con estas condiciones, se utiliza el coque metalrgico obtenido por pirogenac(destilacin en vaco) de la hulla grasa de llama corta. Caractersticas del coque metalrgico: La resistencia acompresin de 170 kg/cm2 ha permitido elevar la altura de los hornos a 60 m. el poder calorfico de 7500 Kcal/Kg, la maparte es carbono, 15% de cenizas, 1% de azufre. Al utilizar carbn de madera limita a unos 1 2m la altura de los horn

restringiendo la capacidad de produccin. La ganga del mineral, generalmente silcea o calcrea es infusible. Ptransformarla en escoria fusible hacia 1300C, es preciso combinar esta ganga con una sustancia, de manera que puformarse un silicato de fcil fusin. El viento o aire insuflado a presin dentro del alto horno (60cm) de columna de mercude sobrepresin, se calienta a una temperatura previa de 1000 C y contiene humedad de 15 g de agua por m3.consume alrededor de 5 toneladas de viento para obtener una tonelada de arrabio.


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PRODUCCIN DE ARRABIOLos materiales bsicos empleados para fabricar arrabio son mineral de hierro, coque ycaliza.El coque sequecomo combustible para calentar el horno, y al arder libera monxido de carbono,que se combina con los xidos de hiedel mineral y los reduce a hierro metlico. La ecuacin de lareaccin qumica fundamental de un alto horno es

Fe2O3+ 3 CO 3 CO2+ 2 Fe

La caliza de la carga del horno se emplea como fuente adicional de monxido de carbono y como sustancia fundente.Ematerial se combina con la slice presente en el mineral (que no se funde a las temperaturas del horno) para formar silicde calcio, de menor punto de fusin. Sin la caliza se formara silicato de hierro, con lo que se perdera hierro metlicosilicato de calcio y otras impurezas forman una escoria que flota sobre el metal fundido en la parte inferior del hornoarrabio producido en los altos hornos tiene la siguiente composicin: un 92% de hierro, un 3 o 4% de carbono, entre 0,3% de silicio, del 0,25% al 2,5% de manganeso, del 0,04 al 2% defsforo y algunas partculas deazufre.Un alto horno tpico est formado por una cpsula cilndrica de acero forrada con un material no metlico y resistentecalor, como asbesto o ladrillos refractarios. El dimetro de la cpsula disminuye hacia arriba y hacia abajo, y es mximoun punto situado aproximadamente a una cuarta parte de su altura total. La parte inferior del horno est dotada de varaberturas tubulares llamadas toberas, por donde se fuerza el paso del aire. Cerca del fondo se encuentra un orificio poque fluye el arrabio cuando se sangra (o vaca) el alto horno. Encima de ese orificio, pero debajo de las toberas, hay oagujero para retirar la escoria. La parte superior del horno, cuya altura es de unos 30 m, contiene respiraderos paragases de escape, y un par de tolvas redondas, cerradas por vlvulas en forma de campana, por las que se introducecarga en el horno. Los materiales se llevan hasta las tolvas en pequeas vagonetas o cucharas que se suben porelevador inclinado situado en el exterior del horno.Los altos hornos funcionan de forma continua. La materia prima que se va a introducir en el horno se divide en determinado nmero de pequeas cargas que se introducen a intervalos de entre 10 y 15 minutos. La escoria que fsobre el metal fundido se retira una vez cada dos horas, y el hierro se sangra cinco veces al da.El aire insuflado en el alto horno se precalienta a una temperatura comprendida entre los 550 y los 900 Ccalentamiento se realiza en las llamadas estufas, cilindros con estructuras de ladrillo refractario. El ladrillo se caliedurante varias horas quemando gas de alto horno, que son los gases de escape que salen de la parte superior del horDespus se apaga la llama y se hace pasar el aire a presin por la estufa. El peso del aire empleado en un alto hosupera el peso total de las dems materias primas.

Despus de la II Guerra Mundial se introdujo un importante avance en la tecnologa de altos hornos: la presurizacin de hornos. Estrangulando el flujo de gas de los respiraderos del horno es posible aumentar la presin del interior del hohasta 1,7 atmsferas o ms. La tcnica de presurizacin permite una mejor combustin del coque y una mayor produccde hierro. En muchos altos hornos puede lograrse un aumento de la produccin de un 25%. En instalacionexperimentales tambin se ha demostrado que la produccin se incrementa enriqueciendo el aire con oxgeno.El proceso de sangrado consiste en retirar a golpes un tapn de arcilla del orificio del hierro cercano al fondo del horndejar que el metal fundido fluya por un canal cubierto de arcilla y caiga a un depsito metlico forrado de ladrillo, que pueser una cuchara o una vagoneta capaz de contener hasta 100 toneladas de metal. Cualquier escoria o sobrante que sadel horno junto con el metal se elimina antes de llegar al recipiente. A continuacin, el contenedor lleno de arrabiotransporta a la fbrica siderrgica.Los altos hornos modernos funcionan en combinacin con hornos bsicos de oxgeno, y a veces con hornos de cr

abierto, ms antiguos, como parte de una nica planta siderrgica. En esas plantas, los hornos siderrgicos se cargan arrabio. El metal fundido procedente de diversos altos hornos puede mezclarse en una gran cuchara antes de converen acero con el fin de minimizar el efecto de posibles irregularidades de alguno de los hornos.2. COMPOSICIN Y TIPOS DE HIERRO PRODUCIDO.El arrabio producido en los altos hornos tiene la siguiente composicin: un 92% de hierro, un 3 o 4% de carbono, entre y 3% de silicio, del 0,25% al 2,5% de manganeso, del 0,04 al 2% de fsforo y algunas partculas de azufre.En el diagrama de equilibro, o de fases, Fe-C se representan las transformaciones que sufren los aceros al carbono contemperatura, admitiendo que el calentamiento (o enfriamiento) de la mezcla se realiza muy lentamente de modo que procesos de difusin (homogeneizacin) tienen tiempo para completarse. Dicho diagrama se obtiene experimentalme
http://es.encarta.msn.com/encyclopedia_761559157/Coque.htmlhttp://es.encarta.msn.com/encyclopedia_761565838/Caliza.htmlhttp://es.encarta.msn.com/encyclopedia_761551907/Mon%C3%B3xido_de_carbono.htmlhttp://es.encarta.msn.com/encyclopedia_761573235/Reacci%C3%B3n_qu%C3%ADmica.htmlhttp://es.encarta.msn.com/encyclopedia_761569501/Fundente.htmlhttp://es.encarta.msn.com/encyclopedia_761562404/F%C3%B3sforo.htmlhttp://es.encarta.msn.com/encyclopedia_761560154/Azufre.htmlhttp://es.encarta.msn.com/encyclopedia_761563312/Presi%C3%B3n.htmlhttp://es.encarta.msn.com/encyclopedia_761577400/Ox%C3%ADgeno.htmlhttp://es.wikipedia.org/wiki/Difusi%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Difusi%C3%B3nhttp://es.encarta.msn.com/encyclopedia_761577400/Ox%C3%ADgeno.htmlhttp://es.encarta.msn.com/encyclopedia_761563312/Presi%C3%B3n.htmlhttp://es.encarta.msn.com/encyclopedia_761560154/Azufre.htmlhttp://es.encarta.msn.com/encyclopedia_761562404/F%C3%B3sforo.htmlhttp://es.encarta.msn.com/encyclopedia_761569501/Fundente.htmlhttp://es.encarta.msn.com/encyclopedia_761573235/Reacci%C3%B3n_qu%C3%ADmica.htmlhttp://es.encarta.msn.com/encyclopedia_761551907/Mon%C3%B3xido_de_carbono.htmlhttp://es.encarta.msn.com/encyclopedia_761565838/Caliza.htmlhttp://es.encarta.msn.com/encyclopedia_761559157/Coque.html


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identificando los puntos crticos temperaturas a las que se producen las sucesivas transformaciones por mtodiversos.MicroconstituyentesEl hierro puro presenta tres estadosalotrpicos a medida que se incrementa la temperatura desde la ambiente:

Hasta los 911 C, el hierro ordinario, cristaliza en el sistema cbico centrado en el cuerpo (BCC) y recibedenominacin de hierro oferrita.Es un material dctil y maleable responsable de la buena forjabilidad de las aleaciocon bajo contenido en carbono y esferromagntico hasta los 770 C (temperatura de Curie a la que pierde dicha cualidLa ferrita puede disolver muy pequeas cantidades de carbono. Entre 911 y 1400 C cristaliza en el sistema cbico centrado en las caras (FCC) y recibe la denominacin hierro oaustenita.Dada su mayor compacidad la austenita se deforma con mayor facilidad y esparamagntica. Entre 1400 y 1538 C cristaliza de nuevo en el sistema cbico centrado en el cuerpo y recibe la denominacinhierro que es en esencia el mismo hierro alfa pero con parmetro de red mayor por efecto de la temperatura.A mayor temperatura el hierro se encuentra en estado lquido.Si se aade carbono al hierro, sus tomos podran situarse simplemente en los instersticios de la red cristalina de ltimo; sin embargo en los aceros aparece combinado formando carburo de hierro (Fe 3C), es decir, un compuesto qumdefinido y que recibe la denominacin decementitade modo que los aceros al carbono estn constituidas realmente ferrita y cementita.Formacin del acero. Diagrama hierro-carbono (Fe-C)

Fases de laaleacin dehierro-carbono

Austenita (hierro-. duro)Ferrita (hierro-. blando)Cementita (carburo de hierro. Fe3C)Perlita (88% ferrita, 12% cementita)Ledeburita (ferrita - cementita eutectica, 4,3% carbono)BainitaMartensita

Tipos de acero

Acero al carbono (0,03-2,1% C)Acero corten (para intemperie)Acero inoxidable (aleado con cromo)Acero microaleado (HSLA, baja aleacin alta resistencia)Acero rpido (muy duro, tratamiento trmico)

Otras aleaciones Fe-C

Hierro dulce (prcticamente sin carbono)Fundicin (>2,1% C)Fundicin dctil (grafito esferoidal)

3. HIERROS ALEADOS RESISTENTES AL DESGASTE1. Resumen2. Hierro fundido. Clasificacin.3. Hierros de elevada aleacin.4. Hierro fundido aleado resistente al desgaste abrasivo.5. Otros trabajos realizados en la bsqueda de elevar la resistencia al desgaste abrasivo en los hierfundidos.6. Efecto de los elementos de aleacin en el hierro fundido.7. Clasificacin de los mecanismos de desgaste.8. Maquinabilidad en el hierro fundido9. Conclusiones10. Bibliografa
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RESUMEN:En el presente trabajo se presenta un estudio de la literatura relacionada con laproduccin de hierros aleados resistenal desgaste y se tratan aspectos relacionados con la composicinqumica,estructuras y propiedades de los mismos, coobjeto de dar una orientacin en la obtencin demateriales que respondan a determinadas aplicaciones relacionadas el desgaste abrasivo.Palabras claves. Hierros aleados, desgaste abrasivo, maquinabilidadHIERRO FUNDIDO. CLASIFICACIN.Laindustria de laproduccin dehierro fundido es una de las principales a nivel internacional. Anualmente son produci

piezas que son ensambladas y empleadas como componentes de equipos y maquinarias. La produccin dehierro fundes el triple al resto de las producciones demetales ferrosos y no ferrosos juntos, superado solo por la produccin deaclaminado segndatos obtenidos en (http://www.turkdokum.com/turkishfoundryindustry.htm) y en (Censo de Fundicin Mundo, 1990.)El trmino de hierro fundido es aplicado a una familia de aleaciones ferrosas que contienen ms del 2% de carboIncluye al hierro gris, maleable, dctil (conocido como nodular por algunos autores), blanco, con elevado nivel de aleacicon grafito compacto, segn varios autores entre los que se encuentran (Walton, 1981, Guirshovich, 1966, otros).El hierro gris es el ms empleado, con una produccin anual superior al resto de los metales fundidos. La presenciagrafito laminar, seala (Eugenio Pages, 2000) le proporciona caractersticas como la baja resistencia a la traccinimpacto y a la abrasin. Sin embargo presenta propiedades excelentes como la colabilidad, facilidad para el maquinadla amortiguacin de vibraciones .

Con el objetivo de mejorar la baja resistencia a la traccin del hierro gris, fue inventado el hierro maleable, el cualobtiene por tratamiento trmico del hierro blanco y donde el grafito aparece en forma de ndulos, pero el costo de esproducciones es muy superior al del hierro gris. En la bsqueda del aumento del mdulo de elasticidad del hierro suhace relativamente pocos aos el hierro esferoidal, al cual muchos autores le llaman hierro dctil, por el incremento qsufre estapropiedad.Sin embargo estas aleaciones no son las ms empleadas en el caso donde las piezas producison empleadas en condiciones donde predomina el desgaste abrasivo, donde el hierro blanco presenta un mecomportamiento y an superior los hierros de elevada aleacin, pero estos ltimos tienen el gran inconveniente de prcticamente no maquinables.HIERROS DE ELEVADA ALEACIN.(Walton, 1981, Petty, 1968, ASTM A 352 y otros) clasifican a los hierros de elevada aleacin como un grupo independiede aleaciones de hierro fundido, donde las propiedades dependen directamente de la influencia de los elementos

aleacin. En estas aleaciones de hierro fundido, el contenido de aleacin est bien por encima del 4% y consecuentemeno pueden ser producidos por aleacin en cuchara, como el resto de las aleaciones conocidas. Ellos usualmente producidos en fundiciones con equipamiento especializado para producir hierros de elevada aleacin. Sin embargo eafirmacin es solo aplicable cuando la suma total de los elementos de aleacin est muy por encima de 4%.(Petty,1968, Sy, 1959, Krause, 1969 y muchos otros, entre los que se encuentra un artculo 10 de Key-to Steel, 20sealan que los elementos como el cobre y el nquel tiene un efecto grafitizante durante la transformacin eutctica, embargo durante la transformacin eutectoide dificultan la difusin del carbono promoviendo la formacin de carbcombinado; mientras otros elementos como el cromo y el molibdeno son formadores de carburos y aumentanestabilidad. El manganeso favorece la formacin de carbono combinado, adems de tener una afinidad especial conazufre, lo cual le proporciona una aplicacin insustituible.Otro efecto de estos elementos es conducir el proceso de solidificacin segn los mecanismos de transformacin d

austenita en perlita, bainita o martensita y de ah la formacin de diferentes microestructuras.Petty, 1968 y en un sitio de la Key-to-steel, 2000 seala que entre los hierros de elevada aleacin se destacan: Los hierros aleados con nquel: los cuales deben ser templados para ser usados en aplicaciones donde predomel desgaste abrasivo. Sumatriz es austentica. Un material tpico de estegrupo es el Ni-Resist resistente a lacorrosincalor. Los hierros aleados con cromo: presentan elevada dureza y resistencia al desgaste abrasivo. Este tipo de hiealeado es muy poco maquinable. Aleados con cromo y nquel: entre este tipo de hierros se destaca el Ni-Hard, el cual presenta una mamartenstica con carburos del tipo (Fe,Cr)3C, con durezas elevadas, pero con una maquinabilidad muy limitada.
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Aleados con molibdeno: el molibdeno es el endurecedor ms efectivo del hierro fundido. Se emplean niveles de generalmente y provoca la formacin de estructuras aciculares con una elevada dureza, lo cual limita considerablemesu maquinabilidad.Estos hierros fundidos ya no resultan tan baratos como el hierro gris no aleado y tambin presentan menor colabilidamaquinabilidad que ste.1.1 Hierro fundido aleado resistente al desgaste abrasivo.En las especificaciones dadas por la ASTM A 352 clasifican a los hierros de alta aleacin en un grupo independientproponen entre ellos a: Hierros blancos al cromo-nquel, son conocidos tambin como Ni-Hard (tipos del 1 al 4) y contie

contenidos de cromo bajos, (de 3 a 5% de nquel y de 1 a 4% de cromo, con una modificacin en la que el cromo se elede 7 a 11 % de cromo), Hierros al cromo-molibdeno, que contienen de 11 a 23% de cromo y hasta 3% de molibdenadicionalmente se adicionan nquel ocobre.Un tercer grupo de Hierros blancos aleados con elevado contenido de cro(de 25 a 28% de cromo) los cuales pueden ser aleados adems con otros elementos como el molibdeno y/o nquel ha1,5%.Los hierros blancos aleados ofrecen una considerable versatilidad en sus propiedades, que lo hacen til en aplicaciondonde es necesaria la resistencia a la abrasin. La composicin del hierro blanco aleado se selecciona para obtener distribucin determinada en los carburos y una matriz que brinden una vida deservicio elevada y una efectividad decosMientras las fundiciones de hierro blanco de baja aleacin, con un contenido de elementos de aleacin inferior a 4desarrollan durezas entre 350 y 550 HB, los hierros de elevada aleacin alcanzan durezas entre 450 y 800 HB. carburos en los hierros blancos aleados presentan durezas del orden de 900 a 1 200 HV y las matrices martensticas

austenita residual llegan a durezas del orden de 600 a 700 HV. Hierros Blancos al Cromo-NquelEl grupo ms Viejo entre los hierros blancos de elevada aleacin, con importancia industrial, es el aleado con cromnquel, o Ni-Hard, los cuales han sido producidos durante ms de 50 aos con un costo muy efectivo pata la molidtrituracin demateriales abrasivos.En estos hierros blancos martensticos, el nquel es elemento primario de aleacin debido a que en niveles entre 3 y 5%muy efectivo, para suprimir la transformacin de la austenita en perlita, asegurando as que la estructura dura demartensita (que usualmente contiene austenita retenida) se desarrolle durante el enfriamiento en los moldes. El cromoincluye en estas aleaciones en niveles desde 1,4 a 4% para asegurar que se formen carburos durante la solidificacicontrarrestar el efecto grafitizante del nquel.La composicin optima de un hierro blanco aleado al cromo-nquel depende de las propiedades requeridas para

condiciones deservicio y las dimensiones y peso de las piezas. La resistencia a la abrasin es unafuncin de la durezdel volumen de carburos en la microestructura. Cuando la resistencia a la abrasin es el principal requerimiento yresistencia al impacto el requerimiento secundario, se recomienda el empleo de aleaciones de levado contenidocarbono (ASTM A 532 Clase I Tipo A Ni-Hard 2) porque presentan menos carburos y adems, mayor resistencia. Un graespecial es el Clase J Tipo C, el cual se ha desarrollado para la produccin de bolas para la trituracin. Aqucomposicin de nquel-cromo ha sido adaptada para fundiciones templadas yprocesos especiales de fundicin de pieen arena.La aleacin Ni-Hard 4, Clase I tipo D es una modificacin de los hierros al cromo-nquel, la cual contiene niveles melevados de cromo, que van desde 7 a 11% y niveles superiores de nquel, que van desde 5 a 7%. El carbono es variade acuerdo a las propiedades que se necesitan para el servicio previsto. Contenidos de carbono en el rango de 3,2 a 3,se proponen cuando se desea un mximo en la resistencia a la abrasin. Cuando se espera un resistencia al impa

considerable el contenido de carbono se mantiene de 2,7 a 3,2%El contenido de nquel se incrementa con el tamao de la seccin o eltiempo de enfriamiento de las piezas, para inhibtransformacin perltica. Pata fundiciones de 38 a 50 mm de espesor, el contenido de nquel se mantiene entre 3,4 y 4,para suprimir la transformacin perltica durante el enfriamiento en el molde. Las secciones ms gruesas requieren nivede nquel hasta 5,5% para evitar la transformacin perltica. Es importante limitar el contenido de nquel necesario parcontrol de la formacin de perlita, pues el exceso de nquel eleva la austenita retenida y baja la dureza.El silicio se necesita por dos rezones. Una pequea cantidad para garantizar la fluidez del metal fundido y producir escofluida, pero de igual manera es importante su efecto sobre la dureza. Contenidos de silicio entre 1 y 1,5%, elevancontenido de martensita y la dureza resultante. La modificacin con 0,2% de FeSi al 75% es reportado para aumentaresistencia del material. Contenidos superiores de perlita pueden promover la formacin de perlita y requerir el incremede nquel.
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El cromo es aadido para suprimir el efecto grafitizante del nquel y el silicio en los tipos A, B y C, en rangos que van de a 3,5%. El cromo se incrementa segn aumenta la seccin de las piezas. En el tipo D, el nivel de cromo alcanza valoentre 7 y 11%(tpicamente 9%) con el propsito de producir carburos eutcticos de cromo del tipo M7C3 , los cuales ms duros y deterioran menos la resistencia.El manganeso se mantiene tpicamente entre 0,8% y hasta 1,3% como mximo como en la ASTM A 532. mienaumenta la templabilidad evita la formacin de perlita, es un estabilizador de la austenita que el nquel y promuecantidades de austenita retenida grandes y menos dureza como fundicin. Por esta razn cantidades superioresmanganeso no son deseadas. Cuando se considere el contenido de nquel requerido para evitar la perlita en una fundic

dada, el nivel de manganeso presente tiene que ser un factor a considerar.El cobre incrementa la templabilidad y la austenita retenida, por lo que su cantidad debe ser controlada al igual que lamanganeso. El cobre debe ser tratado como un sustituto del nquel e incluido en los clculos para la cantidad de nqrequerido para inhibir la formacin de perlita, reduce la cantidad de nquel requerida.El molibdeno es un potente agente para aumentar la templabilidad en estas aleaciones y es usado en secciones gruepara aumentar la templabilidad e inhibir la formacin de perlita.Hierros blancos con elevado cromo.Los hierros blancos con elevado cromo tienen una excelente resistencia a la abrasin y son usados efectivamentebombas de lodos, moldes de ladrillos, molinos de carbn y equipos de sand blasting, tambin se usan en la transportacimolida y trituracin de minerales. En algunas aplicaciones de este tipo de hierro las piezas deben soportar cargasimpacto. Son reconocidos, adems como los de mayor combinacin de resistencia y resistencia a la abrasin entre

hierros blancos aleados.En los hierros aleados con elevado contenido de cromo, como en los materiales resistentes a la abrasin coexistentenacidad de la matriz y la resistencia al desgaste. Variando la composicinqumica y mediante tratamiento trmico, espropiedades pueden ser ajustadas para alcanzar las necesidades de la mayora de las aplicaciones donde se neceresistencia a la abrasin. El hierro al cromo-molibdeno (clase II) contiene entre 11 y 23% de cromo y hasta 3,5% molibdeno y puede mostrar una matriz austentica o austentica-martenstica. O con tratamiento trmico obtener una mamartenstica con una mxima resistencia a la abrasin y tenacidad. Son considerados los hierros blancos aleados mduros. Comparados con los hierros aleados al cromo-nquel, los carburos eutcticos son ms duros y pueden ser tratatrmicamente para obtener fundiciones de mayor dureza. El molibdeno, como el nquel y el cobre, cuando son necesarson aadidos para prevenir la formacin de perlita y asegurar una dureza mxima.Los hierros de alto contenido de cromo (Clase III) representan el ms viejo de los grados de hierro de alto contenido

cromo, las patentes ms antiguas datan del 1917, segn seala Petty, 1968, estos hierros son tambin conocidos co25% Cr y 28% Cr y contienen hasta 1,5% de Molibdeno. El molibdeno se aade para prevenir la formacin de perlitobtener la mxima dureza, excepto en las secciones finas. Aleando con cobre hasta 1% tambin es usual. Aunquedureza obtenida no es tan elevada como en la clase II de los hierros blancos aleados con cromo y molibdeno. Esaleaciones se seleccionan cuando se desea tambin resistencia a lacorrosin.Hierros Blancos con alto Cromo modificados con MolibdenoLa ASTM A532 establece las especificaciones en la clase II para hierros con alto cromo modificados con molibdeno. Esaleaciones muestran una combinacin de la resistencia a la abrasin y resistencia que no se obtienen en otros hierblancos. Su uso se extiende exitosamente por laindustria minera.Los tipos B y C poseen contenidos de cromo inferiores ( 14 a 18%) y el molibdeno se eleva hasta 3%. [34] una composicde un hierro de este tipo se presenta a continuacin:

%C 3,0-3,5 %Si 0,3-0,6 %Cr 15-18 %Mn 0,5-0,9 %Mo 2,8-3,3

La Clase II tipos D y E son hierros blancos resistentes a la abrasin con un contenido de cromo de 20%, un contenido da 2% de molibdeno, 1% de nquel o cobre, los cuales se aaden para adecuar la templabilidad en las secciones mgruesas.La matriz de los hierros blancos aleados con alto cromo y molibdeno es austentica (510-520 HV10). La adicin de cobrnquel impide la transformacin a perlita, aun con altos contenidos de carbono segn Tian, 2002. Con tratamiento trmla dureza de la matriz se incrementa hasta cerca de 800 HV10, debido a que es martenstica con alguna austenita reteni1.2 Otros trabajos realizados en la bsqueda de elevar la resistencia al desgaste abrasivo en los hierros fundidoIshikawa Shin y otros, 2001 propusieron un hierro fundido de elevado nivel de aleacin, con elobjetivo de ser empleadoaplicaciones donde se requiere resistencia al desgaste, para lograrlo emplean un hierro base con carbono entre 2 y 4
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silicio hasta 1,5% y manganeso hasta 1,2%. Se le adiciona adems cromo entre 6 y 20%, molibdeno ente 2 y 12%vanadio entre 3 y 10% o un contenido de wolframio hasta 20%. Establecen como condicin que: %Mo + 0,5 %W sea maque 0,32 (0,5 %Cr + %V). Con este nivel de aleacin obtuvieron carburos del tipo M6C en loslmites de los granos decarburos primarios, con un tamao de partcula hasta 3 m y una densidad de 0,05 granos por mm2. una aleacin coesta indiscutiblemente posee una resistencia al desgaste abrasivo elevada, pero el costo de produccin ya no resulta bajo como el de los hierros fundidos no aleados y la presencia de los carburos del tipo M6C en loslmites de los granoslos carburos primarios, adems de proporcionar una elevada dureza, harn prcticamente no maquinables a las pieobtenidas con este material.

Otros autores como Maedoro Hiroaki y otros, 2001, proponen hierros de elevado nivel de aleacin resistentes al desgaa partir de un hierro de elevado contenido de cromo, ero hipereutctico, con carbono entre 3,7 y 4,5% y con nitrgeno en0,10 y 0,40%. De este modo se mantiene la resistencia de los hierros hipoeutcticos, pero los carburos secundarios queobtienen despus del temple, debido al elevado contenido de carbono, aumentan considerablemente la dureza de la bmetalogrfica y por lo tanto incrementan la resistencia al desgaste.Tampoco una aleacin como esta resulta maquinable y el proceso de tratamiento trmico indudablemente elevar costos de su produccin.Algunos autores como Yamamoto Masaaki y otros, 2001; proponen el uso de un hierro de elevado contenido de cromalto carbono, pero la accin del wolframio y el niobio actan en la regin hipoeutctica, obtenindose carburos de madureza y con la tenacidad de los hierros aleados de elevado contenido de cromo. Las piezas fundidas obtenidas con ematerial pueden presentar una dureza del orden de 69 HRC. Con semejante dureza indiscutiblemente se leva la resisten

al desgaste, pero la maquinabilidad se limita notablemente y los costos se elevan dado el nivel de aleacin y los elemenempleados.Para resolver el problema que se introduce con el maquinado algunos autores entre los que se encuentran Fakir M1998; proponen elempleo de un hierro de baja aleacin para producir un rbol de levas, pero coloca enfriadores para se forme una capa de hiero blanco en la superficie de las piezas. Para lograr maquinar dicha pieza aplica un recocido py luego obtiene la dureza requerida mediante temple en un bao salino o mediante temple por llama. Este proceso debal alto consumo de energa encarece la aleacin, aunque resuelva el problema del maquinado. Y de que la aleacempleada es menos cara por el contenido de los elementos de aleacin empleado, respecto a la propuesta por el restolos autores aqu mencionados.Algunos autores entre los que se encuentran Liu Yuanzhong y Luo Maorang, 1998; proponen un hierro fundido con mbajos contenidos de azufre y fsforo (0,01 a 0,025%) con alto silicio (2,0 a 3,4%) y la adicin de cobre, cromo y molibde

por debajo de 2%, adems de emplear un elemento tierra rara (0,025 a 0,03%) unido a un metal no ferroso. Segnautores con esta aleacin se pueden producir bolas para pulverizarminerales,con muy buena resistencia al impacto, fatiga, con costo bajos y elevando la vida de servicio de 2 a 5 veces el de las bolas obtenidas con un hierro de levacontenido de cromo y medio contenido de manganeso. Pero el proceso de desulfuracin y el costo de los inoculantes pobtener el hierro esferoidal, as como el equipamiento necesario para su inoculacin, no resultan tan baratos. Aunquenivel de aleacin con cobre y cromo es muy inferior al propuesto por el resto de los autores hasta aqu citados.Mingke Luo, 1994; propone el empleo de un nodulizante de bismuto y un hierro base con bajo contenido de carbono (22,8%) pero empleando como aleantes: al manganeso (1,5 a 10%), cobre (0,8 a 2%), vanadio (1,0 a 2,0%), tambin seque pudieran emplearse cromo o wolframio, todo con el objetivo de obtener moldes de estampado en calienteenfriamiento enagua.En esta propuesta no solo cabe el sealamiento sobre el empleo del nodulizante y el equipamierequerido, sino tambin el nivel de aleacin utilizado para algunos elemento, lo cual encarece el proceso de produccin.

Algunos autores entre los que se encuentran Shikayama Kunio y otros, 1991; proponen con el objetivo de obtener bloqde freno un hierro donde hay presencia de grafito, el cual sirve como lubricante en un par de friccin y la adicin molibdeno (0,3 a 2%) a un hierro de alto contenido de carbono (3,5 a 4,0%) y silicio (1,4 a 2,5%), para obtener estructura acicular, la cual presenta alta capacidad de amortiguamiento (damping), alta conductividad trmica, para disiel calor que se produce durante la friccin al aplicar los frenos a alta velocidad. Por supuesto que el mecanismodesgaste que prevalece en este proceso no es abrasivo.Togawa Tsutomo y otros, 1991; con el objetivo de aumentar la dureza y la resistencia al impacto, proponen un hierrobajo contenido de silicio (0,2 a 1,0%) con contenidos de molibdeno (0,5 a 2,0%), cromo (27 a 34%), wolframio (0,5 a 2,0y boro hasta 0,1%. El cual es tratado trmicamente entre 950 y 1 100 C y revenido despus del temple entre 200 y C, para alcanzar los niveles de dureza deseados.
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En un hierro con estos niveles de silicio tan bajos y los elevados contenidos de elementos formadores y/o estabilizadode carburos, no puede estar presente el grafito, lo cual dificulta la maquinabilidad, pero tambin los costos son elevadpor el nivel de aleacin y por el proceso de tratamiento trmico, dado el nivel de energa a consumir.Seto yoghito y otros, 1992; proponen un hierro fundido aleado con excelente resistencia al desgaste, empleando adicionde molibdeno (5 a 15%), nquel (0,3 y 3%), cromo (7 a 18%), vanadio (1 a 8%) y wolframio hasta 10%. Establecen cocondicion que: %Mo + 0,5 %W est entre 2 y 15% y aprovechando la microsegregacin del vanadio, incrementar la dureAdems endurecen la matriz con un tratamiento trmico. En tales condiciones la dureza alcanzada hace excelentealeacin para usos donde sea necesario alta resistencia al desgaste, pero la maquinabilidad se ve extremadame

limitada. Los comentarios sobre los costos de produccin son similares a los expuestos anteriormente, con objetsimilares.Haga Michio, 1986; propone una aleacin que contiene contenidos elevados de cromo, molibdeno, wolframio y titanio ha0,3% donde el niobio hasta 0,3 y el cobre hasta 4%, tambin estn presentes. Con este nivel de aleacin se logcarburos de forma granular que presentan elevada resistencia al desgaste y un elevado acabado superficial. Los critersobre esta aleacin dado el nivel de los elementos de aleacin empleados, elevan los precios de produccin y actnegativamente sobre la maquinabilidad.Resulta deintersparticular la solucin brindada por Koie Takayiki y otros, 1991; donde conjugan el empleo de elemencomo el nquel (3 a 5%) que promueven la formacin de grafito y mejoran la estructura de la matriz y el cromo (1,2 y 2,5en contenido donde disminuye el desgaste sin que frene la grafitizacin. Se adicionan adems molibdeno (0,1 a 2%) anivel donde la dureza de los carburos puede ser incrementada y boro en un nivel ( 0,01 a 0,2%) que regula la uniformi

del grafito y evita que se obtenga muy basto. Conjugar carburos y grafito permite la obtencin de propiedades en el hiefundido donde la resistencia al desgaste y la maquinabilidad estn en niveles que permitan su empleo en la obtencinpiezas resistentes al desgaste abrasivo y se puedan realizaroperaciones de maquinado en las mismas. An as los nivede los elementos empleados pueden ser objeto de ajuste con el fin de bajar loscostos de produccin.1.3 Efecto de los elementos de aleacin en el hierro fundido.La influencia de los elementos de aleacin est relacionada fundamentalmente con el control de la transformacin daustenita.El carbono es sin lugar a dudas, despus del hierro, el elemento ms importante; se le puede encontrar combinado conhierro (carbono combinado) en forma de carburo (o cementita con 6,67% C) o enel estado libre de grafito (carbono librgraftico).Entre los factores que influyen en que el carbono se encuentre en una u otra forma estn la velocidad de enfriamiento

presencia de elementos grafitizantes. Un enfriamiento lento y la presencia de silicio, nquel, cobre, etc.; facilitanformacin de grafito, por lo que la solidificacin se puede explicar mediante el empleo del diagrama estable, coseala(Van de Velde, 1999). La forma, cantidad, tamao y distribucin de las lminas de grafito deben ser controlacuando se requiere obtener fundiciones de calidad. Por otra parte un enfriamiento rpido y la presencia de agenformadores y/o estabilizadores de carburos como el cromo y el molibdeno, dan lugar a la formacin de carburos ysolidificacin se explica a travs del diagrama metaestable. El hierro que se obtiene as presenta elevada dureza ypuede ser mecanizado con losmedios normales en lasmquinasherramientas.En realidad el proceso de solidificacinhierro fundido es un proceso muy complicado, como puntualiza Van de Velde,1999; pues an despus de un perosuperior a 100 aos, quedan algunos aspectos sin explicacin sobre el doble diagrama Fe-C, no por la existencia dedoblesistema,ni porque las aleaciones con un muy alto contenido de carbono no pueden ser explicadas por estesistesino por la variedad dediagramas de que se dispone. Otro aspecto que debilita losdiagramas actuales es la formacin

carburos a unatemperatura tan baja como 1 080C, cuando se alea con elementos como el silicio, el cual solo se disueen la austenita sin intervenir en la composicin de los carburos.Los elementos de aleacin pueden provocar cambios en la velocidad de enfriamiento del hierro gris. El silicio contribuyla formacin de ferrita y austenita. Algunos autores (Krause, 1969, Janowak, 1982 y otros) plantean que el silicio disminla solubilidad del carbono en la austenita y favorece la difusin del carbono, por lo que favorece la formacin de grafitpartir de la descomposicin de los carburos primarios. Las cantidades de silicio deben ser calculadas teniendo en cuentcarbono total, la velocidad de enfriamiento y el espesor de las pieza. (Maurer, 1924) propuso un diagrama dondefuncin de los contenidos de carbono y silicio se obtienen diferentes estructuras. (Janowak y Gundlach, 1987) proponennomograma, enpapel logartmico que permite la determinacin de la resistencia ala traccin bsica, a partir del carbequivalente (CE) y el espesor de las piezas en fundiciones grises no aleadas.
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Otros elementos tienen un efecto contrario al silicio, por ejemplo el cobre, el estao, el antimonio y el arsnico se acumuen la interfase austenita-grafito, creando una barrera a la emigracin del carbono para formar grafito, como sealan (dey otros autores). De esta forma inhiben la grafitizacin. Realmente este efecto ocurre durante la transformacin eutectoipues en la transformacin eutctica como sealan varios autores, entre ellos Krause, 1969, aumentan el potencialgrafitizacin, el cual se puede inferir a partir delclculo de la constante de grafitizacin propuesta por (Guirshovich, 1986El manganeso y el nquel ensanchan el campo austentico al rebajar las temperaturas T yA1. La velocidad de formacinferrita disminuye a temperaturas ms bajas porque disminuye la velocidad de difusin del carbono, al bajar la temperatAs se asegura un nivel superior de carbono en la austenita.

El manganeso ejerce una accin opuesta a la del silicio, pues favorece la formacin de carbono combinado, se combfcilmente con el hierro y el azufre. El manganeso se combina con el azufre en una proporcin de 1,77 partes en pesomanganeso por una parte de azufre tericamente, en la prctica se necesita alrededor de tres veces el contenido de azupara neutralizar su efecto adverso sobre el hierro fundido. El manganeso disminuye la temperatura de transformaceutectoide de la austenita, aumenta el intervalo de la austenita y disminuye la concentracin de carbono entransformacin eutectoide y en la transformacin eutctica, un 1% de manganeso disminuye la concentracin de carboen 0,060,07%, pero aumenta la temperatura de transformacin eutctica, un 1% de manganeso aumenta la temperade transformacin eutctica en 3C aproximadamente. El manganeso se distribuye entre la austenita, la ferrita ycementita, fundamentalmente en esta ltima y forma (Fe,Mn)7C3y (Mn,Fe)23C6.El azufre aparece en las fundiciones como sulfuro de hierro o de manganeso, el primero es perjudicial porque obstacula grafitizacin, hace la fundicin dura y frgil. En la prctica se mantiene el azufre entre 0.05 y 0.12. El sulfuro

manganeso solidifica antes de que lo haga el hierro fundido y lo hace asumiendo diferentes formas geomtricas enlmites de los granos por lo que resulta inofensivo para el metal. Todo hierro producido comercialmente contiene algcantidad de azufre. El azufre no es totalmente indeseado, algunos tipos de hierro fundido tienen un contenido mnimo pproducir la microestructura y las propiedades deseadas.El fsforo cuando se encuentra hasta 0,1% es soluble en el hierro, cantidades superiores forman un microconstituyeconocido como esteadita, que es un complejo eutctico de hierro y fosfuro de hierro, el cual solidifica en los lmites degranos. Cuando alcanza contenidos de 0,2% en el hierro gris, la esteadita se presenta en los lmites de las celdas y asula forma de un tringulo cncavo. Cuando llega a contenidos de hasta 1%, forma una red alrededor de los lmites degranos. La eutctica fosfrica le confiere a la fundicin liquida una particular fluidez porque disminuye el punto solidificacin, pero al mismotiempo aumenta la dureza y la fragilidad.En (Honeycombe, 1981) se clasifica al cromo junto al molibdeno entre los elementos que cierran el campo y lo restring

a una pequea zona cerrada. Favorecen ambos la formacin de ferrita y hacen continuos los campos y . El cromo esformador de carburos como son la cementita aleada (Fe, Cr) 3C; y otros. Es adems un fuerte promotor de perlita, paumenta la solubilidad del carbono en la austenita e inhibe as la formacin de la ferrita. Pero tambin es un promotortemple y carburos durante la solidificacin. El silicio y la inoculacin con Ferrosilicio (75%) son efectivos en la reduccintemple causado por el cromo, pero no lo son en la eliminacin de los carburos intercelulares. La accin del cromocuanto al afino de la perlita es dbil.(Krause, Janowak y otros) sealan que el molibdeno es uno de los elementos de aleacin ms ampliamente usado conpropsito de elevar la resistencia del hierro gris. Es aadido en cantidades entre 0.20 y 0.75 %. Este elemento aumentapropiedades del hierro a elevadas temperaturas. Como el mdulo deelasticidad del molibdeno es muy alto, las adicionehierro fundido provocan un aumento del mdulo de elasticidad de este material. Es un potente endurecedor, colabora el cromo, cobre y nquel para endurecer la matriz. En el diagrama Fe C Mo en su variante metaestable, se presen

unas cuantas fases de carburos: cementita aleada en la cual se disuelve hasta 2% de molibdeno, tres carburos binariocarburos MoC y Mo2C. En general el molibdeno disminuye la solubilidad del carbono en la fase alfa. El molibdeno no esgrafitizador, ni un estabilizador fuerte de carburos, esto es lo que explica por qu puede ser adicionado a la carga metsin variar prcticamente sucarcter.1.4 Clasificacin de los mecanismos de desgaste.(ASM Volume 18, 1992; Sarkar, 1980, Vzquez, 1997)en la prctica son cinco los mecanismos de desgaste que aparecen en pares slido-slido, ellos son; desgaste abrasadhesivo, por fatiga superficial, corrosivo mecnico y desgaste por frotamiento. Por ser uno de los efecto que maprdida de materiales y energa produce, se abordar en este captulo el desgaste abrasivo.Desgaste por abrasin.
http://www.monografias.com/trabajos7/caes/caes.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos/termodinamica/termodinamica.shtmlhttp://www.monografias.com/Computacion/Redes/http://www.monografias.com/trabajos6/meti/meti.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos10/coma/coma.shtml#defihttp://www.monografias.com/trabajos10/carso/carso.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos10/carso/carso.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos10/coma/coma.shtml#defihttp://www.monografias.com/trabajos6/meti/meti.shtmlhttp://www.monografias.com/Computacion/Redes/http://www.monografias.com/trabajos/termodinamica/termodinamica.shtmlhttp://www.monografias.com/trabajos7/caes/caes.shtml


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Es el desgaste producido por partculas abrasivas que se deslizan sobre la superficie metlica produciendesprendimiento de material, dislocaciones de cristales y ralladuras profundas. Este desgaste se pone de manifiestoequipos agrcolas, de construccin yminera.Tambin se observa en el equipamiento empleado en la preparacin dearenas de moldeo de fundicin. En una estructura determinada la intensidad de desgaste por abrasin depende deforma, dureza y tamao de los granos y partculas abrasivas.La velocidad de desgaste depende del grado de penetracin del abrasivo en la superficie y por lo tanto es funcin dedureza superficial del material. La dureza, la tenacidad y sobre todo la rugosidad de las partculas abrasivas, acentanabrasin, mientras que la fragilidad de stas atena su efecto.

Si la dureza del abrasivo es muy superior a la dureza de la superficie fraccionada, el desgaste es fuerte. Si por lo contres ms blando la velocidad de desgaste es lenta. Se debe tener en cuenta que si la dureza de ambos es similar, el mlevecambio de una de ellas puede aumentar considerablemente el desgaste.Otros factores que afectan el desgaste abrasivo son la temperatura, las cargas que actan sobre la superficie de trabacondiciones ambientales tales como la humedad y el grado de compactacin de las partculas. Se considera que tdesgaste abrasivo del material es un agrietamiento por fragilidad, como resultado de actos de deformacin plsticendurecimiento que se repiten cclicamente.El proceso de desgaste abrasi

separata n_ 08 fabricación de arrabio

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