Hierro y Acero

 

Hierro y Acer Acero o  Información general Nombre, símbolo,, número número   Nombre, símbolo

Hierro, Fe, 26

Serie química

Metales de transición

Grupo,, período, Grupo período, bloque bloque  

8, 4, d 

Masa atómica

55,845  u  55,845

Configuración electrónica

[Ar ]3d64s2 

Dureza Mohs

4,0

Electrones por Electrones  por  nivel nivel  

2, 8, 14, 2 (imagen imagen)) 

Hierro puro Es un metal maleable, de color gris plateado y presenta propiedades  propiedades  magnéticas; magnéticas; es ferromagnético a temperatura ambiente y presión atmosférica. Es extremadamente duro y ferromagnético   pesado. Se encuentra en la naturaleza formando parte de numerosos minerales, entre ellos muchos óxidos, y raramente se encuentra libre. Para obtener hierro en estado elemental, los óxidos carbono  y luego es sometido a un proceso de  de refinado refinado   para para eliminar las se reducen con  con carbono impurezas presentes. Es el elemento más pesado que se produce exotérmicamente por fusión, y el más ligero que se produce a través de una fisión, debido a que su núcleo tiene la más alta energía de enlace  por  nucleón nucleón  (energía necesaria para separar del núcleo un neutrón o un protón); por lo tanto, el núcleo más estable es el del hierro-56 (con 30 neutrones). El hierro es el metal duro más usado, con el 95% en peso de la producción mundial de metal. El hierro puro (pureza a partir de 99,5%) no tiene demasiadas aplicaciones, salvo excepciones para utilizar su potencial magnético. El hierro tiene su gran aplicación para formar los productos  productos siderúrgicos, siderúrgicos, utilizando éste como elemento matriz para alojar otros elementos aleantes tanto metálicos como no metálicos, que confieren distintas propiedades al material. Se considera que una aleación de hierro es  es  acero acero  si contiene menos de un 2,1% de  fundición fundición..  de  de carbono; carbono; si el porcentaje es mayor, recibe el nombre de El hierro es el metal de transición más abundante en la corteza terrestre, y cuarto de todos Universo,, habiéndose encontrado  encontrado meteoritos  meteoritos que lo los elementos. También existe en el  el Universo contienen. Es el principal metal que compone el núcleo de la Tierra hasta con un 70%. Se

 

encuentra formando parte de numerosos minerales, entre los que destacan la  la hematites hematites   magnetita  (Fe3O4), la  la limonita  limonita (FeO (OH)), la  la siderita siderita  (FeCO3), la  la pirita   pirita (FeS2), (Fe2O3), la  la magnetita la  la ilmenita ilmenita  (FeTiO3), etcétera. Se puede obtener hierro a partir de los  los  óxidos  óxidos con más o menos impurezas. Muchos de los minerales de hierro son óxidos, y los que no, se pueden oxidar para obtener los correspondientes óxidos. La reducción de los óxidos para obtener hierro se lleva a cabo en un horno denominado comúnmente  alto horno (también, horno alto). En él se añaden los minerales de hierro en comúnmente calcio,, CaCO3, que actúa como escorificante.  presencia de  de coque  coque y carbonato de calcio Los gases sufren una serie de reacciones; el coque puede reaccionar con el oxígeno para formar dióxido de carbono: C + O2 → CO2  A su vez el dióxido de carbono puede reducirse para dar monóxido de carbono: CO2 + C → 2CO  Aunque también se puede dar el proceso contrario al oxidarse el monóxido con oxígeno  para volver a dar dióxido de carbono: 2CO + O2 → 2CO2  El proceso de oxidación de coque con oxígeno libera energía y se utiliza para calentar  (llegándose hasta unos 1900 °C en la parte inferior del horno). En primer lugar los óxidos de hierro pueden reducirse, parcial o totalmente, con el monóxido de carbono, CO; por ejemplo: Fe3O4 + CO → 3FeO + CO2  FeO + CO → Fe + CO2  Después, conforme se baja en el horno y la temperatura aumenta, reaccionan con el coque (carbono  carbono en su mayor parte), reduciéndose los óxidos. Por ejemplo: Fe3O4 + C → 3FeO + CO  El carbonato de calcio (caliza) caliza) se descompone: CaCO3 → CaO + CO2  Y el dióxido de carbono es reducido con el coque a monóxido de carbono como se ha visto antes. Más abajo se producen procesos de carburación: 3Fe + 2CO → Fe3C + CO2 

 

azufre)) mediante la Finalmente se produce la combustión y desulfuración (eliminación de  de  azufre el arrabio arrabio:: hierro entrada de aire. Y por último se separan dos fracciones: la  la  escoria  escoria y el  fundido, que es la materia prima que luego se emplea en la industria. El arrabio suele contener bastantes impurezas no deseables, y es necesario someterlo a un  proceso de afino en hornos llamados convertidores . El hierro es el metal de transición más abundante en la corteza terrestre, y cuarto de todos los elementos. También existe en el  el Universo Universo,, habiéndose encontrado  encontrado meteoritos  meteoritos que lo contienen. Es el principal metal que compone el núcleo de la Tierra hasta con un 70%. Se encuentra formando parte de numerosos minerales, entre los que destacan la  la hematites  hematites  (Fe2O3), la  la magnetita magnetita  (Fe3O4), la  la limonita  limonita (FeO (OH)), la  la siderita siderita  (FeCO3), la  la pirita   pirita (FeS2), la  la ilmenita ilmenita  (FeTiO3), etcétera. Se puede obtener hierro a partir de los  los  óxidos  óxidos con más o menos impurezas. Muchos de los minerales de hierro son óxidos, y los que no, se pueden oxidar para obtener los correspondientes óxidos. La reducción de los óxidos para obtener hierro se lleva a cabo en un horno denominado comúnmente  alto horno (también, horno alto). En él se añaden los minerales de hierro en comúnmente calcio,, CaCO3, que actúa como escorificante.  presencia de  de coque  coque y carbonato de calcio Los gases sufrendeuna serie de reacciones; el coque puede reaccionar con el oxígeno para formar dióxido carbono: C + O2 → CO2  A su vez el dióxido de carbono puede reducirse para dar monóxido de carbono: CO2 + C → 2CO  Aunque también se puede dar el proceso contrario al oxidarse el monóxido con oxígeno  para volver a dar dióxido de carbono: 2CO + O2 → 2CO2  El proceso de oxidación de coque con oxígeno libera energía y se utiliza para calentar  (llegándose hasta unos 1900 °C en la parte inferior del horno). En primer lugar los óxidos de hierro pueden reducirse, parcial o totalmente, con el monóxido de carbono, CO; por ejemplo: Fe3O4 + CO → 3FeO + CO2  FeO + CO → Fe + CO2  Después, conforme se baja en el horno y la temperatura aumenta, reaccionan con el coque (carbono  carbono en su mayor parte), reduciéndose los óxidos. Por ejemplo: Fe3O4 + C → 3FeO + CO  El carbonato de calcio (caliza) caliza) se descompone:

 

CaCO3 → CaO + CO2  Y el dióxido de carbono es reducido con el coque a monóxido de carbono como se ha visto antes. Más abajo se producen procesos de carburación: 3Fe + 2CO → Fe3C

+ CO2 

Finalmente se produce la combustión y desulfuración (eliminación deel  azufre) ) :mediante el  azufre arrabio arrabio: hierro la entrada de aire. Y por último se separan dos fracciones: la  escoria  la  escoria yde  fundido, que es la materia prima que luego se emplea en la industria. El arrabio suele contener bastantes impurezas no deseables, y es necesario someterlo a un  proceso de afino en hornos llamados convertidores . El 90% de todos los metales fabricados a escala mundial son de hierro y acero. Los procesos para la obtención de hierro fueron conocidos desde el año 1200 AC. Los principales minerales de los que se extrae el hierro son: Hematita (mena roja) 70% de hierro Magnetita (mena negra) Siderita (mena café pobre) Limonita (mena café)

72.4% de hierro 48.3% de hierro 60-65% de hierro

Para la producción de hierro y acero son necesarios cuatro elementos fundamentales: Mineral de hierro Coque Piedra caliza  Aire

Aceros Los aceros Los  aceros  son aleaciones férreas con un contenido máximo de de  carbono  carbono del 2%, el cual ferrita  y austenita  austenita y formando  formando carburo carburo  de  puede estar como aleante de inserción en la  la  ferrita hierro. Algunas  Algunas aleaciones aleaciones  no son  son ferromagnéticas. ferromagnéticas. Éste puede tener otros aleantes e impurezas..  impurezas Aceros inoxidables: inoxidables: uno de los inconvenientes del hierro es que se oxida con facilidad. considera acero inoxidable inoxidable,, debido a que este aleante crea Añadiendo un 12% de  de cromo  cromo se considera  corrosión  o formación de una capa de óxido de cromo superficial que protege al acero de la  la  corrosión para impedir la óxidos de hierro. También puede tener otro tipo de aleantes como el  el  níquel  níquel  para formación de carburos de cromo, los cuales aportan  aportan fragilidad fragilidad  y potencian la oxidación intergranular.

 

 

1. PREPARACIÓN DE MATERIAS PRIMAS La primera etapa para poder llevar a cabo la fabricación de un producto a partir de un metal, es obtener la materia prima. La materia prima se puede obtener a partir de la extracción del mineral, o por otro lado, a partir de la chatarra o “acero viejo”, que tiene la cualidad de ser  reciclable en su totalidad cuantas veces se quiera. En el primer caso, el procedimiento conlleva una serie de operaciones, desde la extracción del mineral, mediante voladura, hasta tratamientos de molienda, concentración y peletización para reducir las impurezas del mineral que contiene el metal. Para la producción de hierro y acero son necesarias cuatro materias primas fundamentales: - Mineral de hierro - Coque - Piedra caliza - Aire Los tres primeros se extraen de minas y son transportados y preparados antes de introducirlos al proceso de producción de arrabio. El arrabio es un hierro de poca calidad, su contenido de carbón no está controlado y la cantidad de azufre rebasa los mínimos  permitidos en los hierros comerciales. Sin embargo, embargo , es el producto de un proceso conocido como fusión primaria del hierro y del cual proceden todos los hierros y aceros comerciales  proceden. A la caliza, el coque y el mineral de hierro se les prepara pr epara antes de introducirse al alto horno para que tengan la calidad, el tamaño y la temperatura adecuada, esto se logra  por medio del lavado, triturado y cribado de los tres materiales. En Cantabria, instalaciones metales encontrol general,dechatarra como materia prima las en sus procesos, de parafundición lo que sederealiza un emplean, exhaustivo la chatarra que se recibe. 2. FUSIÓN DEL METAL: La finalidad de esta etapa es calentar el metal a una temperatura lo suficientemente alta  para transformarlo completamente al estado líquido, para su posterior pos terior vertido en el molde [14]. En la fundición de hierro los hornos de fusión utilizados pueden ser de tres tipos: hornos eléctricos de inducción de crisol, hornos de cubilotes y hornos rotativos de oxicombustión. Por otro lado, para la fundición de acero, los hornos de fusión utilizados son dos: hornos de inducción de crisol de media frecuencia y hornos de arco eléctrico. En la fundición de acero también se utilizan en ocasiones los convertidores AOD. Aunque no son hornos fusores propiamente dichos, estos convertidores se emplean para desoxidar, descarburar y ajustar la composición química de los aceros especiales que así lo necesitan [15]. El eléctrico. tipo de horno parahorno, la producción de acero partir de chatarra es el de arco Trasutilizado la carga del éste se cierra y se aintroducen electrodos dehorno grafito a través de los orificios situados en la bóveda. El arco eléctrico producido entre los electrodos y la carga metálica genera una gran cantidad de calor que funde la chatarra. Pueden añadirse elementos de aleación durante el proceso de transformación. 3. MOLDEO En la etapa de moldeo se elaboran los moldes con las huellas de las piezas que se van a fabricar. Cuando estas piezas tienen orificios internos se utilizan machos para obtener la configuración interna de la pieza fundida hueca sin necesidad de un mecanizado posterior. Los moldes pueden ser de varios materiales, que incluyen arena, yeso, cerámica y metal, siendo los más elaborados los de arena. Los distintos tipos de procesos de fundición se clasifican de acuerdo a los diferentes tipos de moldes, diferenciándose: moldes de arena en verde, con capa seca, con arena seca, furánicos o de metal.