INFORME DE MATERIALES

Profesor : Alejandro NavarroAlumno : Nicolás Torres Carrera : Ing. [E] mecánica de

procesos y mantenimiento industrial

Ramo : Tecnología de los materiales

Fecha : 12/07/09

Índice

¿Qué es el Acero?...........................................................................2¿Que es la fundicion de hierro?.....................................................2

MICROCONSTTITUYENTES DE LAS FUNDICIONES.............3Componentes del acero..................................................................6¿Cuales son las impurezas de los aceros y fundiciones?..........8

Impurezas en el acero....................................................................8Aceros aliados................................................................................9

Fundiciones...................................................................................10Fundición gris...............................................................................10Fundición Maleable o Nodular......................................................12Maleable Europea (Corazón Blanco)...........................................12Maleable Americana (Corazón Negra).........................................12FUNDICION ATRUCHADA..........................................................13

Composición química del acero y fundición..............................13La composición química típica de una Fundición.........................13La composición química en el acero es:......................................13

Punto de fusión.............................................................................14Proceso de Refinación del Arrabio..............................................15Métodos de Producción Hierro-Carbono....................................17

Método Bessemer:.......................................................................17Método de Thomas:.....................................................................18Método Martín Siemens:..............................................................19

Proceso de coquización...............................................................20ALTO HORNO................................................................................21Tipo de convertidor.......................................................................23

ACERACION : CONVERTIDOR LD.............................................23PROCESO EN EL CONVERTIDOR LD.......................................23Convertidores (BOF) - Soplado con Oxígeno...............................25Convertidores (BOF) - Precalentamiento de la Chatarra.............25Convertidores (BOF) - Salpicadura de Escoria............................25Convertidores (BOF) - Agitación Inferior......................................25

COLADA CONTÍNUA.....................................................................26Horno de reverbero.......................................................................27Normas SAE y AISI........................................................................27¿Que son los aceros inoxidables?..............................................28Como se denominas los aceros inoxidables en el sistema americano?....................................................................................30Bibliografía.....................................................................................31

¿Qué es el Acero?

El Acero es básicamente una aleación o combinación de hierro y carbono (alrededor de 0,05% hasta menos de un 2%). Algunas veces otros elementos de aleación específicos tales como el Cr (Cromo) o Ni (Níquel) se agregan con propósitos determinados.

Ya que el acero es básicamente hierro altamente refinado (más de un 98%), su fabricación comienza con la reducción de hierro (producción de arrabio) el cual se convierte más tarde en acero.

El hierro puro es uno de los elementos del acero, por lo tanto consiste solamente de un tipo de átomos. No se encuentra libre en la naturaleza ya que químicamente reacciona con facilidad con el oxígeno del aire para formar óxido de hierro - herrumbre. El óxido se encuentra en cantidades significativas en el mineral de hierro, el cual es una concentración de óxido de hierro con impurezas y materiales térreos.

¿Que es la fundicion de hierro?

Las fundiciones de hierro son aleaciones de hierro carbono del 2 al 5%, cantidades de silicio del 2 al 4%, del manganeso hasta 1%, bajo azufre y bajo fósforo. Se caracterizan por que se pueden vaciar del horno cubilote para obtener piezas de muy diferente tamaño y complejidad pero no pueden ser sometidas a deformación plástica, no son dúctiles ni maleables y poco soldables pero sí maquinables, relativamente duras y resistentes a la corrosión y al desgaste.

Las fundiciones tienen innumerables usos y sus ventajas más importantes son:- Son más fáciles de maquinar que los aceros.- Se pueden fabricar piezas de diferente tamaño y complejidad.- En su fabricación no se necesitan equipos ni hornos muy costosos.- Absorben las vibraciones mecánicas y actúan como autolubricantes.- Son resistentes al choque térmico, a la corrosión y de buena resistencia al desgaste.

De acuerdo con la apariencia de su fractura, las fundiciones pueden ser grises, blancas, atruchadas, aunque también existen las fundiciones maleables, nodulares y especiales o aleadas.

MICROCONSTTITUYENTES DE LAS FUNDICIONES

Las fundiciones de hierro pueden presentar los mismos constituyentes de los aceros, más el eutéctico ledeburita compuesto de austenita y cementita, el eutéctico ternario de cementita, ferrita y fosfuro de hierro (esteadita) y el carbono en forma de láminas, nódulos o esferitas de grafito, su microestructura se basa en el diagrama hierro carbono estable.

Ledeburita: Es el constituyente eutéctico que se forma al enfriar la fundición líquida de 4.3% C desde 1145°C. Está formada por 52% de cementita y 48% de austenita de 2% C. La ledeburita no existe a temperatura ambiente en las fundiciones ordinarias debido a que en el enfriamiento se transforma en cementita y perlita; sin embargo en las fundiciones se pueden conocer la zonas donde existió la ledeburita por el aspecto eutéctico con que quedan las agrupaciones de perlita y cementita.

Esteadita: Es un constituyente de naturaleza eutéctica duro, frágil (300 a 350 Vickers) y de bajo punto de fusión (960°C), que aparece en las fundiciones de alto contenido en fósforo (más de 0. l5 %

Propiedades Es muy frágil, dureza baja de unos 80 a 100 HB, resistente al choque térmico, a la corrosión, absorbe las vibraciones, bajo costo y poco soldable comparado con el acero.

Aspecto La superficie exterior en la fundición es de color gris oscuro, mientras que la fractura es oscura (fundición negra) o gris (fundición gris) o atruchada (puntos claros sobre fondo oscuro, o viceversa) o clara (fundición blanca); al aire libre, la superficie externa se cubre de herrumbe (óxido hidratado de hierro) de color rojo pardo que penetra lentamente en el interior.

Peso específico El peso específico varía con la composición y por consiguiente con el aspecto de la fundición; se puede admitir, por término medio:

Fundición gris = 7 a 7.2Fundición atruchada = 7.3 a 7.4 Fundición blanca = 7.4 a 7.6

Temperatura de fusión:Varía con la composición y el aspecto de la fundición. En promedio es:

Fundición negra gris 1200° CFundición blanca 1100° C

Fluidez:Es la propiedad del metal líquido de correr y de llenar bien los moldes: en igualdad de temperatura, la fundición fosforosa es más fluida que la fundición con poco fósforo.

Contracción:Como se ha visto, el metal, al solidificarse, sufre una contracción: en la fundición blenca la contracción es casi igual a la del acero (16 a 18 por 1000). En las fundiciones grises, en las cuales en el momento de la solidificación se segregan las laminillas de grafito ( de peso específico - 2 ) con aumento de volumen de la masa, la contracción final resulta menor ( 10 por 1000); la contracción varia también según los obstáculos mayores o menores que encuentra la colada en el molde.

Resistencia a la tracción:La fundiciíon gris tiene una carga de rotura a la tracción que, de cerca de 15 Kg/mm2 , llega a los 30 , 40 y 45 Kg/ mm2. Las fundiciones aleadas y las esferidales sobrepasan este límite llegando a cargas que se pueden comparar a las de los aceros de calidad (70 y hasta 80 Kg/ mm2.) en las fundiciones maleables las cargas de rotura son de por lo menos 32 Kg/ mm2, generalmente en torno a 40 Kg/ mm2.La resistencia a la comprensión es mayor, y para las fundiciones grises normales resulta cerca de tres veces la de la tracción: por eso, como vemos, es aconsejable someter las piezas de fundición a esfuerzos de compresión, más bien que a los de tracción.

Resistencia a la flexión:Puesto que en la flexión las fibras del elemento quedan tensas en la parte convexa, y comprimidas en la cóncava, la resistencia a la flexión varia según la orientacion de la sección.

Resistencia al choque:El choque y la resiliencia son solicitaciones dinámicas, y en su confrontación la fundición se comporta de un modo particular. Las fundiciones grises , resisten no muy bien los choque y son frágiles porque no sufren deformaciones plásticas. Las fundiciones maleables, por el contrario, y las de grafito nodular (fundiciones dúctiles) resisten bien; no obstante, si los choques está contenidos en el límite de seguridad; las fundiciones grises tienen un óptimo comportamiento, por su propiedad característica de amortiguar las vibraciones, por esto (además de por razones económicas) se ha llegado a sustituir los cigueñales de acero tratado para compresores y para motores de combustión interna, por árboles colados con fundición gris, obteniéndose un funcionamiento más regular más suave y menos ruidoso.

Dureza: La dureza de la función es relativamente elevada. La fundición gris tiene una dureza de 140 a 250 Brinell, se puede mecanizar fácilmente, porque la viruta se desprende mejor y por la presencia de grafito liberado, que lubrica el paso de la viruta sobre el corte de la herramienta,la Viruta es siempre escamosa, excepto en las fundiciones maleables y en las de grafito nodular.Las fundiciones blancas tienen una dureza superior a 350 a 400 Brinell.Hasta cerca de 550 Brinell se pueden mecanizar con herramientas de carburo; más allá, requieren la muela de esmerilResistencia química:La funcidión tiene una discreta resistencia química, es decir, a los ácidos, a los álcalis, a las oxidaciones y al fuego.Por esto se hacen elementos para máquinas e instalaciones químicas y elementos para máquinas e instalaciones termicas ( parrillas, por ejemplo, calderas,etc).

Otras propiedades:La fundición no es dúctil, no es maleable (en el verdadero sentido de la palabra); se puede soldar al latón; en la soldadura oxiacetilénica y en la eléctrica de arco, el metal de aporte (acero o fundición) adquiere una elevada dureza y sólo con alguna dificultad puede ser trabajado.La fundición puede recibir baños galvánicos (ser niquelada, por ejemplo), ser galvanizada en caliente, estañada y esmaltada al fuego (piezas de uso doméstico y par la industria química)

Componentes del aceroAcero es una aleación de hierro y carbono que contiene otros elementos de aleación, los cuales le confieren propiedades mecánicas especificas para su utilización en la industria metalmecánica.   Aunque el Carbono es el elemento básico a añadir al Hierro, los otros elementos, según su porcentaje, ofrecen características especificas para determinadas aplicaciones, como herramientas, cuchillas, soportes, etc. Acero es una aleación de hierro y carbono que contiene otros elementos de aleación, los cuales le confieren propiedades mecánicas especificas para su utilización en la industria metalmecánica.   Aunque el Carbono es el elemento básico a añadir al Hierro, los otros elementos, según su porcentaje, ofrecen características especificas para determinadas aplicaciones, como herramientas, cuchillas, soportes, etc.

Aluminio - Al : EL Aluminio es usado principalmente como desoxidante en la elaboración de acero. El Aluminio también reduce el crecimiento del grano al formar óxidos y nitruros. Azufre - S : El Azufre se considera como un elemento perjudicial en las aleaciones de acero, una impureza. Sin embargo, en ocasiones se agrega hasta 0.25% de azufre para mejorar la maquinabilidad. Los aceros altos en azufre son difíciles de soldar pueden causar porosidad en las sodaduras. Carbono - C :  El Carbono es el elemento de aleación mas efectivo, eficiente y de bajo costo. En aceros enfriados lentamente, el carbón forma carburo de hierro y cementita, la cual con la ferrita forma a su vez la perlita. Cuando el acero se enfría mas rápidamente, el acero al carbón muestra endurecimiento superficial. El carbón es el elemento responsable de dar la dureza y alta resistencia del acero. Boro - B :  El Boro logra aumentar la capacidad de endurecimiento cuando el acero esta totalmente desoxidado. Una pequeña cantidad de Boro, (0.001%) tiene un efecto marcado en el endurecimiento del acero, ya que  también se combina con el carbono para formar los carburos que dan al acero características de revestimiento duro. Cobalto - Co : El Cobalto es un elemento poco habitual en los aceros, ya que disminuye la capacidad de endurecimiento. Sin embargo, se puede usar en aplicaciones donde se requiere un revestimiento duro para servicio a alta temperatura, ya que produce una gran cantidad de solución sólida endurecedora, cuando es disuelto en ferrita o austenita.

Cobre - Cu :  El Cobre aumenta  la resistencia a la corrosión de aceros al carbono. Cromo - Cr :  El Cromo es un formador de ferrita, aumentando la profundidad del endurecimiento. Asi mismo, aumenta la resistencia a altas temperaturas y evita la corrosión. El Cromo es un elemento principal de aleación en aceros inoxidables, y debido a su capacidad de formar carburos se utiliza en revestimientos o recubrimientos duros de gran resistencia al desgaste, como émbolos, ejes, etc. Fósforo - P :  Fósforo se considera un elemento perjudicial en los aceros, casi una impureza, al igual que el Azufre, ya que reduce la ductilidad y la resistencia al impacto. Sin embargo, en algunos tipos de aceros se agrega deliberadamente para aumentar su resistencia a la tensión y mejorar la maquinabilidad. Manganeso - Mn :  El Manganeso es uno de los elementos fundamentales e indispensables, esta presente en casi todas las aleaciones de acero. El Manganeso es un formador de austenita, y al combinarse con el azufre previene la formación de sulfuro de hierro en los bordes del grano, altamente perjudicial durante el proceso de laminación. El Manganeso se usa para desoxidar y aumentar su capacidad de endurecimiento. Molibdeno - Mo :  El Molibdeno tambien es un elemento habitual, ya que aumenta mucho la profundidad de endurecimiento del acero, así como su resistencia al impacto. El Molibdeno es el elemento mas efectivo para mejorar la resistencia del acero a las bajas temperaturas, reduciendo, además, la perdida de resistencia por templado. Los aceros inoxidables austeíticos contienen Molibdeno para mejorar la resistencia a la corrosión. Nitrógeno - N :  El Nitrógeno puede agregarse a algunos tipos de acero, para promover la formación de austenita. También, para reducir la cantidad de Níquel en los aceros inoxidables. El Nitrógeno afecta las propiedades mecánicas del acero. Niquel - Ni :  Es el principal formador de austenita, que aumenta la tenacidad y resistencia al impacto. El Níquel se utiliza mucho en los aceros inoxidables, para aumentar la resistencia a la corrosión. El Níquel ofrece propiedades únicas para soldar Fundición. Plomo - Pb :  El Plomo es un ejemplo de elemento casi insoluble en Hierro. Se añade  plomo a muchos tipos de acero para mejorar en gran manera su maquinabilidad. Titanio - Ti :  Básicamente, el Titanio se utiliza para estabilizar y desoxidar acero, aunque debido a sus propiedades, pocas veces se usa en soldaduras.

Tungsteno - W :  El Tungsteno se añade para impartir gran resistencia a alta temperatura. El Tungsteno también forma carburos, que son excepcionalmente duros, dando al acero una gran resistencia al desgaste, para aplicaciones de revestimiento duro o en acero para la fabricación de herramientas. Vanadio - V :  El Vanadio facilita la formación de grano pequeño y reduce la perdida de resistencia durante el templado, aumentando por lo tanto la capacidad de endurecimiento. Asi mismo, es un formador de carburos que imparten resistencia al desgaste en aceros para herramientas, herramientas de corte, etc.

¿Cuales son las impurezas de los aceros y fundiciones?

Impurezas en el acero

Se denomina impurezas a todos los elementos indeseables en la composición de los aceros. Se encuentran en los aceros y también en las fundiciones como consecuencia de que están presentes en los minerales o los combustibles. Se procura eliminarlas o reducir su contenido debido a que son perjudiciales para las propiedades de la aleación. En los casos en los que eliminarlas resulte imposible o sea demasiado costoso, se admite su presencia en cantidades mínimas.

Azufre: límite máximo aproximado: 0,04%. El azufre con el hierro forma sulfuro, el que, conjuntamente con la austenita, da lugar a un eutéctico cuyo punto de fusión es bajo y que, por lo tanto, aparece en bordes de grano. Cuando los lingotes de acero colado deben ser laminados en caliente, dicho eutéctico se encuentra en estado líquido, lo que provoca el desgranamiento del material.

Se controla la presencia de sulfuro mediante el agregado de manganeso. El manganeso tiene mayor afinidad por el azufre que el hierro por lo que en lugar de FeS se forma MnS que tiene alto punto de fusión y buenas propiedades plásticas. El contenido de Mn debe ser aproximadamente cinco veces la concentración de S para que se produzca la reacción.

El resultado final, una vez eliminados los gases causantes, es una fundición menos porosa, y por lo tanto de mayor calidad. Aunque se considera un elemento perjudicial, su presencia es positiva para mejorar la maquinabilidad en los procesos de

mecanizado. Cuando el porcentaje de azufre es alto puede causar poros en la soldadura.

Fósforo: límite máximo aproximado: 0,04%. El fósforo resulta perjudicial, ya sea al disolverse en la ferrita, pues disminuye la ductilidad, como también por formar FeP (fosfuro de hierro). El fosfuro de hierro, junto con la austenita y la cementita, forma un eutéctico ternario denominado esteadita, el que es sumamente frágil y posee punto de fusión relativamente bajo, por lo cual aparece en bordes de grano, transmitiéndole al material su fragilidad.

Aunque se considera un elemento perjudicial en los aceros, porque reduce la ductilidad y la tenacidad, haciéndolo quebradizo, a veces se agrega para aumentar la resistencia a la tensión y mejorar la maquinabilidad.

Aceros aliados

Se da el nombre de aceros aleados a los aceros que además de los cinco elementos: carbono, silicio, manganeso, fósforo y azufre, también contienen cantidades relativamente importantes de otros elementos como molibdeno, cromo, níquel, etc., que sirven para mejorar algunas de sus características fundamentales. También pueden considerarse aceros aleados, a los aceros con mayor proporción que los porcentajes normales de los aceros al carbono de los cuatro elementos diferente del carbono que antes hemos citado y cuyos limites superiores suelen ser los siguientes: Si = 0,50%, Mn = 0,90%, P = 0,10%, S = 0,10%

Los elementos de aleación más frecuentes que se utilizan para la fabricación de aceros aleados son: níquel, manganeso, cromo, vanadio, wolframio, molibdeno, cobalto, silicio, cobre, titanio, zirconio, plomo, selenio, niobio, aluminio y boro.

Fundiciones

Fundición gris

La mayor parte del contenido de carbono en el hierro gris se da en forma de escamas o láminas de grafito, las cuales dan al hierro su color y sus propiedades deseables.

 

 

Clasificación de las láminas de grafito según la forma, tamaño y distribución

El hierro gris es fácil de maquinar, tiene alta capacidad de templado y buena fluidez para el colado, pero es quebradizo y de baja resistencia a la tracción.

Clasificación de las láminas de grafito según la forma, tamaño y distribución

El hierro gris es fácil de maquinar, tiene alta capacidad de templado y buena fluidez para el colado, pero es quebradizo y de baja resistencia a la tracción.

Microestructura del hierro gris ( ferrita y perlita)

El hierro gris se utiliza bastante en aplicaciones como bases o pedestales para máquinas, herramientas, bastidores para maquinaria pesada, y bloques de cilindros para motores de vehículos, discos de frenos, herramientas agrícolas entre otras.

ClaseResistencia

a la tracción-psi

Dureza brinell Estructura

20 24000 130-180 F,P30 34000 170-210 F,P,G40 44000 210-260 P,G50 54000 240-280 P,G60 64000 260-300 B,G

Clasificación de las fundiciones grises según la norma ASTM A48-41.

F: ferrita; P: perlita; G: grafito; B: bainita

Fundición Maleable o Nodular.

Esta fundición sirve para fabricar piezas pequeñas de formas muy variadas y, tenaces a la vez, ya que estas piezas tienen muchas aplicaciones en numeras maquinas e instalaciones. Existen dos procedimientos para fabricar la fundición maleable: uno denominado europeo, con el que se fabrica la maleable de corazón blanco, y otro americano, con el que se fabrica la maleable de corazón negro.

Maleable Europea (Corazón Blanco)

En este procedimiento se comienza fabricando primero piezas de fundición blanca. Luego son envueltas con un material oxidante como mineral de hierro, óxidos o batidoras de forja o laminación, etc., y dentro de cajas cerradas son sometidas a un recocido a alta temperatura (900º a 1100º C) durante 3 a 6 días. Es frecuente emplear, aproximadamente, un día en calentar, dos en enfriar y tres días en mantener el material a temperatura. En este recocido, la fundición blanca se descarbura al realizarse una difusión de carbono del interior al exterior bajo la acción oxidante del mineral, cascarillas o batidoras de hierro, que rodean las piezas, quedando convertida la fundición blanca, que es muy frágil, en un nuevo material, muy tenaz, parecido en cierto modo al hierro dulce. Se le llama de Corazón Blanco por que al descarburarse, la microestructura queda formada en gran parte por ferrita, y una mínima parte (el carbono que no se fue) es perlita.

Microestructura de la fundición blanca

Maleable Americana (Corazón Negra)

En este procedimiento las piezas se envuelven dentro de cajas cerradas rodeadas con materias neutras como la arena, en vez de ser recubiertas con materiales oxidantes. En este sistema la fundición no se descarbura y el carbono no emigra, sino que

durante el recocido se precipita bajo forma de nódulos de grafito,resultando entonces un material muy tenaz, también parecido en cierto modo al hierro dulce. Se le llama de Corazón Negro porque en su microestructura se observan cristales blancos de ferrita y nódulos negros de grafito, los cuales son mayoría.

 FUNDICION ATRUCHADA

Su composición básica es: Perlita + Cementita (Fe3C) Composición en %: 4% C, 0,90% Si.

Se caracteriza por tener una matriz de fundición blanca combinada parcialmente con fundición gris. El carbono se encuentra libre y combinado.

Las fundiciones atruchadas son de característica y microestructura intermedia entre las fundiciones blancas y las fundiciones grises.

No tiene aplicaciones mecánicas.

Composición química del acero y fundición

La composición química típica de una Fundición es : C = 2 a 4,2 % Si = 1 a 3 % Mn 0 0,3 a 1% P = 0,15 a 0,8 % S = 0,08 a 0,15 %

La composición química en el acero es: la aleación de hierro y carbono, donde el carbono no supera el 2,1% en peso de la composición de la aleación, alcanzando normalmente porcentajes entre el 0,2% y el 0,3%. Porcentajes mayores que el 2,0% de carbono dan lugar a las fundiciones, aleaciones que al ser quebradizas y no poderse forjar —a diferencia de los aceros—, se moldean.

Punto de fusión

 Punto de fusión (ºC)

Elemento SímboloNúmero atómico

1535 Hierro Fe 26

44 Fósforo P 15

64 Potasio K 19

180 Litio Li 3

98 Sodio Na 11

639 Magnesio Mg 12

327 Plomo Pb 82

420 Zinc Zn 30

660 Aluminio Al 13

232 Estaño Sn 50

1245 Manganeso Mn 25

1064 Oro Au 79

962 Plata Ag 47

1453 Níquel Ni 28

1083 Cobre Cu 29

1857 Cromo Cr 24

1890 Vanadio V 23

1660 Titanio Ti 22

839 Calcio Ca 20

29 Cesio Cs 55

39 Mercurio Hg 80

Proceso de Refinación del Arrabio

El ALTO HORNO es virtualmente una planta química que reduce continuamente el hierro del mineral. Químicamente desprende el oxígeno del óxido de hierro existente en el mineral para liberar el hierro. Está formado por una cápsula cilíndrica de acero forrada con un material no metálico y resistente al calor, como ladrillos refractarios y placas refrigerantes. El diámetro de la cápsula disminuye hacia arriba y hacia abajo, y es máximo en un punto situado aproximadamente a una cuarta parte de su altura total. La parte inferior del horno está dotada de varias aberturas tubulares llamadas toberas, por donde se fuerza el paso del aire. Cerca del fondo se encuentra un orificio por el que fluye el arrabio cuando se sangra (o vacía) el alto horno. Encima de ese orificio, pero debajo de las toberas, hay otro agujero para retirar la escoria. La parte superior del horno, cuya altura es de unos 30 m, contiene respiraderos para los gases de escape, y un par de tolvas redondas, cerradas por válvulas en forma de campana, por las que se introduce la carga en el horno. Los materiales se llevan hasta las tolvas en pequeñas vagonetas o cucharas que se suben por un elevador inclinado situado en el exterior del horno.

Las materias primas se cargan (o se vacían) en la parte superior del horno. El aire, que ha sido precalentado hasta los 1.030ºC aproximadamente, es forzado dentro de la base del horno para

quemar el coque. El coque en combustión genera el intenso calor requerido para fundir el mineral y produce los gases necesarios para separar el hierro del mineral. En forma muy simplificada las reacciones son:

Los altos hornos funcionan de forma continua. La materia prima que se va a introducir en el horno se divide en un determinado número de pequeñas cargas que se introducen a intervalos de entre 10 y 15 minutos. La escoria que flota sobre el metal fundido se retira una vez cada dos horas, y el arrabio se sangra cinco veces al día.

Métodos de Producción Hierro-Carbono

Método Bessemer:Fue inventado por el Ingles Henry Becemer hacia 1860 y era solo utilizable para fundiciones no fosfóricas. El hierro se vierte en un horno basculante, en forma de pera, llamado convertidor, donde por insuflación de aire y eliminación de impurezas de convierte en acero. Se realiza una oxidación de carbono, silicio y manganeso hasta conseguir la composición deseada en el acero. Durante la combustión de dichos elementos, la temperatura se eleva de 1.300 ºC a 1.600 ºC, hecho éste necesario para el desarrollo del proceso, cuyo combustible son los elementos de la carga, con su valor termógeno. Para que se cumpla este requisito es condición imprescindible que el contenido de silicio del hierro este comprendido entre el 1,5% y el 2%. La carga, que constituye el techo del convertidor, ha de ser de tipo ácida.

Método de Thomas:

Procedimiento inventado por el Inglés Sydney Gilchrist Thomas en 1878. Cuando la fundición es fosforosa no puede emplearse el convertidor Bessemer, debido a que el acero obtenido tendría también fósforo y resultaría frágil y de mala calidad. Mediante el procedimiento de Thomas se extendió el procedimiento del convertidor a fundiciones que contuvieran fósforo. El procedimiento de Thomas es el mismo que el de Bessemer, diferenciándose de el únicamente en que el revestimiento del convertidor, que es de carácter básico, tiene la propiedad de absorber al fósforo, quitándoselo al arrabio durante la operación e impidiendo, por tanto, que vaya al acero obtenido. Este procedimiento obtiene el acero con economía, debido a que todas las operaciones de carga, soplado y descarga son muy fáciles por la disposición del aparato y, además, no se precisa gasto de combustible, pues se introduce la fundición en estado liquido, aprovechando directamente la colada del horno.

Método Martín Siemens:

Este procedimiento que también se llama de “fabricación en solera” consiste en afinar el arrabio, fundiéndolo junto con chatarra de hierro o acero y mineral de hierro (oxido), en hornos de reverbero alimentados con gasógeno y recuperadores de calor, con cuyo sistema se consigue una temperatura lo suficientemente alta. La técnica del procedimiento se debe al ingeniero industrial francés Pierre Martín (1865) y el horno de recuperadores de calor, a Friedrich Siemens (1856) de hay el nombre compuesto del procedimiento. El fundamento del sistema consiste en que los combustibles sólidos, quemados al aire sobre un emparrillado, no puedan producir una temperatura suficiente para que se produzca la fusión del hierro, debido principalmente a que para quemar completamente el carbono hay que emplear una gran cantidad de aire, que absorbe inútilmente una cantidad también grande del calor de combustión. Empleando combustibles gaseosos, ya no se presenta el problema anterior pero, aun con este procedimiento de combustión, es muy difícil conseguir, en los hornos, las temperaturas que necesitamos dado que la mezcla de gas y aire entra fría en el horno y, al arder el gas, gran parte de las calorías se pierden por esta causa. En el horno Martín-Siemens, al emplear recuperadores de calor, el aire y el gas se calientan antes de entrar al horno aprovechando los mismos gases de la combustión. Constructivamente, existen dos juegos de recuperadores, para que mientras uno se esta calentando con los gases de salida del horno, e otro este funcionando, o sea, calentando el gas y el aire. La capacidad de carga de estos hornos es grande (entre 20 y 30 TN), pero se ha llegado a construir hasta de 300 TN

Proceso de coquización La coquización consiste en la destilación del carbón en ausencia de oxígeno, para obtener coque metalúrgico. El proceso de Coquización comienza con el transporte del carbón desde la playa de minerales hasta los molinos, para obtener la granulometría adecuada. Los distintos tipos de carbón se almacenan en silos donde se mezclan para lograr el mix (mezcla) requerido. La conversión se realiza en Hornos. El calentamiento en dichos Hornos es indirecto realizándose a través de quemadores ubicados entre las paredes de refractarios que forman el cubículo del Horno, llegando a temperaturas de 1300º C en promedio. Cuando se eleva la temperatura, a 350º C aproximadamente, el carbón pierde su estado sólido para resblandecerse, formando una masa viscosa que permite la unión más intima de sus moléculas y la posterior solidificación, lo que hace que el carbón pierda gran contenido de volátiles, para aumentar la concentración del carbono fijo, dando lo que se denomina coque. Posteriormente se realiza la descarga del coque, por medio de un pistón de descarga que atraviesa longitudinalmente todo el volumen del Horno, derivándolo (a una temperatura de 1000º C en promedio) a un vagón de apagado, sobre el cual se descarga agua (33.300 lts./ min.) para enfriarlo. El tiempo de apagado es de 60 segundos por vagón. La operación de secado se completa con el calor residual. Luego, el coque se destina a una planta de Cribado, donde se realiza una clasificación por tamaño, para su posterior uso en el Alto Horno.

ALTO HORNO El alto horno es un horno vertical, alto, ensanchado en el vientre, cuyo objetivo principal es producir arrabio líquido de composición constante.

Los elementos que salen del Alto Horno son: Gas de Alto Horno, Polvo de trampa, Escoria líquida y Arrabio líquido El arrabio se produce en el Alto Horno y está compuesto por: Hierro con un contenido de Carbono de aproximadamente 4% a 4,6% y otros componentes de impurezas tales como: Azufre (proviene fundamentalmente de la ceniza del coque, de la ganga del mineral de hierro y de los fundentes) Fósforo (proviene del mineral de hierro) Silicio (proviene de la ganga y de la ceniza de coque) y Manganeso (proviene del mineral de manganeso que se le carga al Horno) La escoria producida en los Altos Hornos, tiene por finalidad proteger al hierro de la oxidación, sobrenadando en el

crisol ya que es más liviana que el hierro. Una vez enfriada, se utiliza en la industria del cemento y como abono agroquímico. Sus atributos fundamentales son: índice de vitrificación, contenido de azufre, índice de escoria y contenido metálico. El proceso comienza con la carga del Alto Horno. Esta se realiza con dos carros skip que llevan las materias primas hasta la parte superior (boca del Alto Horno). Por medio de toberas se inyecta al horno aire a 1150º C que, en su interior y en contacto con el coque, forma el monóxido de carbono (CO), el cual en su ascenso a través de la carga, le quita el oxígeno al mineral (fenómeno de reducción) formando gas dióxido de carbono (CO2) que sale por el tope. No todo el gas monóxido se trasforma en gas dióxido de carbono, sólo un 50%. El oxígeno y el coque producen el calor necesario para que el mineral de hierro se funda, favorecido por la alta convección provocada por el movimiento de los gases. El funcionamiento del Alto Horno es continuo, pero la carga y la colada se realizan en forma intermitente. Una vez fundido los componentes, estas se drenan del alto horno “pinchando” en mismo por dos lugares: uno superior donde extraemos la escoria, llamado escoriero; y otro inferior llamado piquera donde volcaremos el arrabio. El trasladado del arrabio hacia la Acería se realiza en vagones termo, que están especialmente diseñados (con materiales refractarios) para mantener y resistir las altas temperaturas.

Tipo de convertidor:

ACERACION : CONVERTIDOR LD

En la ACERÍA se convierte el arrabio en acero, mediante una serie de procesos que cumplen la función de calentar y ajustar la composición de los elementos que contiene. La aceración en el proceso LD, se basa en la reacción exotérmica que produce la inyección de oxígeno sobre elementos del arrabio líquido a alta temperatura, tales como Silicio, Carbono, etc. Al reducirse el porcentaje de estos elementos convertimos al arrabio en acero.

PROCESO EN EL CONVERTIDOR LD

Cuando el vagón temo llega a la estación de vuelco, descarga el arrabio líquido en un recipiente llamado cuchara de colada. Luego, la cuchara pasa a la estación de desulfurado en donde se le extrae el azufre que es un elemento que perjudica las propiedades del acero. De la estación de desulfurado la cuchara se vuelca dentro del convertidor, que es basculante, es decir se puede inclinar para los costados, previo ingreso de chatarra que se ingresa con anterioridad al arrabio para proteger los refractarios del convertidor y para evitar que se generen reacciones violentas que pueden despedir arrabio y escoria. Se cargan con chatarra y arrabio y luego se agregan fundentes (cales) para lograr una escoria metalúrgicamente activa y captar azufre y demás impurezas del baño. El proceso en Convertidor se inicia cuando se introduce una lanza de inyección de oxígeno por la boca del convertidor. La lanza es un tubo de 21 metros de largo y 30 cm. de diámetro con la cabeza de cobre de alta pureza. El convertidor utiliza el oxígeno para oxidar los constituyentes del arrabio no deseados en el acero, como son el Carbono, el Silicio, el fósforo, etc.; mientras que para eliminar el azufre, se generan escorias metalúrgicamente activas mediante la adición de fundentes (presencia de óxidos de calcio y magnesio). Esas oxidaciones son reacciones químicas que elevan la temperatura del baño líquido. Para regular ese calor que se libera en el baño, se carga alrededor de un 20% de chatarra sólida, que se funde en el baño líquido. El nivel de carbono baja desde el 4/4,6% hasta valores inferiores al 1%.

El proceso dura entre 40 y 45 minutos pero el de soplado alrededor de 18 minutos. Una vez que se termina el soplado, se vuelca en un pote la primera capa sobrenadante que es de escoria. Después que el convertidor volcó la escoria, vuelca hacia el otro lado (por un orificio pequeño) el acero a una cuchara, la cual se enviará hacia la estación de afino, en donde se ajustarán las composiciones del acero para que reúna las propiedades deseadas.

Convertidores (BOF) - Soplado con Oxígeno

El Horno de Oxígeno Básico es un elemento muy eficaz para convertir los lingotes de hierro en acero inyectando oxígeno. Carburos Metálicos puede suministrar el gas, los sistemas de control de procesos y el caudal así como el know-how técnico (por ejemplo, en la colocación de lanzas).

Convertidores (BOF) - Precalentamiento de la Chatarra

Se han desarrollado equipos de control y quemadores para precalentar de forma eficaz la chatarra férrea mediante quemadores de oxi-combustible no refrigerados por agua. Se suelen conseguir ahorros de combustible del 70% y reducciones del 50% en tiempos de calentamiento.

Convertidores (BOF) - Salpicadura de Escoria

Mediante la inyección de nitrógeno en la zona inferior del horno a través de la misma lanza de oxígeno se consigue una capa de protección de escoria fundida en la pared del refractario reduciendo el “gunning consumption” y alargando la campaña.

Convertidores (BOF) - Agitación Inferior

El metal fundido se agita mediante una inyección de gas de alta presión con el fin de incrementar la producción de acero, la recuperación de los metales de aleación y alargar la duración de la campaña.

COLADA CONTÍNUA

El acero proveniente de la cuchara de colada, es vertido en unos moldes sin fondo, llamados “lingoteras”, por donde fluye por gravedad. Estos moldes, son de cobre para evitar que se pegue el acero líquido en ellos, y es fuertemente refrigerado con chorros de agua a presión por fuera, para comenzar la solidificación del acero. A medida que desciende, solidifica primero por fuera, tomando la forma del molde, que puede ser de sección cuadrada, denominándose entonces “tochos”, o de sección rectangular, tomando el nombre de “desbastes planos”. Debido a la forma de los moldes, las barras emergen en forma curva, debiendo ser enderezadas por rodillos enderezadores. Al final del proceso, son pulverizadas con agua para solidificar el núcleo que se mantenía líquido, y cortadas por sopletes de oxipropano, que acompañan a las barras en su desplazamiento, de longitudes variables. Al final, rodillos motorizados conducen a las barras a playas de enfriamiento

Horno de reverbero

El horno de reverbero es un tipo de horno generalmente rectangular, cubierto por una bóveda de ladrillo refractario y con chimenea, que refleja (o reverbera) el calor producido en un sitio independiente del hogar donde se hace la lumbre. Es utilizado para realizar la fusión del concentrado de cobre y separar la escoria, así como para fundir metales de bajo punto de fusión como el aluminio.

Normas SAE y AISI La norma AISI es una clasificación de aceros y aleaciones de materiales no ferrosos. Es la más común en los Estados Unidos. AISI es el anónimo en inglés de American Iron and Steel Institute.

Como la microestructura del acero determina la mayoría de sus propiedades y aquella está determinada por el tratamiento y la composición química; uno de los sistemas más generalizados en la nomenclatura de los aceros es el que está basado en su composición química.En el sistema SAE. - AISI, los aceros se clasifican con cuatro dígitos XXXX. Los primeros dos números se refieren a los dos elementos de aleación más importantes y los dos o tres últimos dígitos dan la cantidad de carbono presente en la aleación. Un acero 1040 AISI es un acero con 0.4%C; un acero 4340 AISI, es un acero aleado que contiene o.4%C, el 43 indica la presencia de otros elementos aleantes.

Las convenciones para el primer dígito son:1 - MANGANESO2 - NIQUEL3 - NIQUEL-CROMO, principal aleante el cromo4 - MOLIBDENO5 - CROMO6 - CROMO-VANADIO, principal aleante el cromo8 - NIQUEL-CROMO-MOLIBDENO, principal aleante el molibdeno9 - NIQUEL-CROMO-MOLIBDENO, principal aleante el níquel. No hay aceros numerados 7xxx porque estos aceros resistentes al calorprácticamente no se fabrican.Se observa entonces que si el primer número es 1 se sabe que es un acero al carbono; si el dígito siguiente es el 0, o sea que la designación es 10xx, se trata de un acero ordinario al carbono.

¿Que son los aceros inoxidables?

Se denominan aceros inoxidables a aquellas aleaciones que contienen un mínimo de 10.5 - 11% de cromo.Los aceros inoxidables o resistentes a la corrosión, adquieren esta propiedad a través de la formación de una capa superficial invisible y muy adherente de un óxido muy rico en cromo, llamada película de pasivación, que se forma y recompone espontáneamente en la presencia de oxígeno.Esta capa es continua, adherente, no porosa, insoluble, y autorreconstituible en la presencia de oxígeno cuando es deteriorada.La pasividad se forma bajo un rango de condiciones dependiendo de las características del ambiente circundante, pero la presencia de oxígeno es fundamental en todos los casos.En general, la resistencia a la corrosión de un acero inoxidable es máxima cuando la superficie del acero está lo suficientemente aireada o expuesta y libre de cualquier tipo de depósitos.Cuando el contenido de cromo se eleva a 17 - 20%, típico de los aceros inoxidables austeníticos; o entre 26- 29% de cromo, típico de los más recientes desarrollados superferríticos, la estabilidad de la capa de pasivación aumenta notoriamente. No obstante, el mayor contenido de cromo en el acero puede afectar adversamente las propiedades mecánicas, la fabricabilidad, la soldabilidad, etc. Por lo tanto, es más eficiente mejorar la resistencia a la corrosión agregando o incrementando el contenido de ortos aleantes en el acero con o sin ningún incremento de cromo.

Como se denominas los aceros inoxidables en el sistema americano?

Los aceros inoxidables tradicionales se designan por un esquema de numeración de tres digitos AISI. El primer digito indica el tio general y los dos ultimos digitos del el grado especifico dentro del tipo. En la tabla 4 se enlistan los aceros inoxidables comunes con sus composicio tipica y sus propiedades mecanicas. Los aceros inoxidables tradicionales se desarrollaron a principios de siglo XIX desde, se han desarrolado adicionalemente varios aceros que tienen buena resistencia a la corrosion y otras propiedades deseable.

Tabla 4 Composición y propiedades mecánicas de aceros inoxidables seleccionados. Análisis químico Resistencia a la tensiónTipo Fe Cr Ni C M

nOtros Lb/pulg (MPa

)Elongación,%

Austenítico 301 73 17 7 0.15 2 90.000 (620) 40302 71 18 8 0.15 2 75.000 (515) 40304 69 19 9 0.08 2 75.000 (515) 40309 61 23 13 0.20 2 75.000 (515) 40316

65 17 12 0.08 22.5 Mo

(515) 40

Ferrítico405 85 13 - 0.08 1 60.000 (415) 20430 81 17 - 0.12 1 60.000 (415) 20Martensítico403

86 12 - 0.15 1 70.000(4859

20

40386 12 - 0.15 1

120.000

(8259

12

416 85 13 - 0.15 1 70.000 (485) 20416

85 13 - 0.15 1140.000

(965) 10

44081 17 - 0.65 1

105.000

(725) 20

440 81 17 - 0.65 1 260.00 (179 5

0 0)

BibliografíaLibros-Procesos industriales para materiales metálicos Escrito por Julián Rodríguez Montes, Lucas Castro Martínez, Juan Carlos del Real Romero

-Fundamentos de manufactura moderna : materiales, procesos y sistemas

 Escrito por Mikell P Groover, Carlos M De la Pen ̋a Gómez, Miguel Ángel Martínez Sarmiento, Francisco J. Sandoval Palafox

-Ciencia e ingeniería de los materialesaskeland, Ronald r