1. TEMA 12- METALES FERROSOS LUCÍA PRADA 1ºCTA
Enlace metálico
Es un enlace químico que mantiene unidos los átomos (unión entre núcleos atómicos y
los electrones de valencia, que se juntan alrededor de éstos como una nube) de los
metales entre sí. Estos átomos se agrupan de forma muy cercana unos a otros, lo que
produce estructuras muy compactas.
Se trata de líneas tridimensionales que adquieren estructuras tales como: la típica de
empaquetamiento compacto de esferas (hexagonal compacta), cúbica centrada en las
caras o la cúbica centrada en el cuerpo. En este tipo de estructura cada átomo metálico
está dividido por otros doce átomos (seis en el mismo plano, tres por encima y tres por
debajo).
Además, debido a la baja electronegatividad que poseen los metales, los electrones de
valencia son extraídos de sus orbitales. Este enlace sólo puede estar en sustancias en
estado sólido.
Todos los metales tienen características comunes:
1.Elevada conductividad térmica y eléctrica
2.Considerable resistencia mecánica
3.Gran plasticidad (capacidad de deformación antes de la rotura).
4.Elevada maleabilidad (capacidad de laminación)
5.Carácter reciclable
Metales son los elementos químicos en los que sus sales forman cationes en disolución.
Se presentan en dos estados:
Cristalino. Están constituidos por átomos perfectamente ordenados en el espacio.
Amorfo. Solamente presentan una ordenación espacial a corta distancia.
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Según los valores de sus aristas y ángulos, existen diferentes sistemas cristalinos.
•Cúbica centrada en el cuerpo (BCC)
•Cúbica centrada en las caras (FCC)
•Hexagonal compacta (HCP)
DEFECTOS EN LA RED CRISTALINA
Una Estructura cristalina es una forma sólida, en la que los constituyentes, átomos,
moléculas, o iones están empaquetados de manera ordenada y con patrones de
repetición que se extienden en las tres dimensiones del espacio.
En las de los metales existen imperfecciones del tipo:
•Imperfecciones puntuales: por átomos del mismo o de otro metal en un punto que no
pertenece a la red.
•Imperfecciones lineales: que disminuyen la
resistencia mecánica de los metales.
•Imperfecciones superficiales: a estas zonas
se les llama cristales o granos, y la zona
límite entre dos de ellos se la conoce como
junta de grano. Su formación se produce
durante el proceso de solidificación. Una vez
concluida la cristalización de un metal,
existen diversas zonas ordenadas que están
separadas por juntas de grano.
La orientación de los granos es aleatoria,
originándose de esta manera materiales
isótropos (con las mismas propiedades en todas las direcciones).
METALES FERROSOS
Los materiales férricos o ferrosos contienen como elemento base el hierro (Fe). Es
dúctil y maleable. Su punto de fusión es variado, de aproximadamente 1535ºC. Es un
buen conductor del calor y de la electricidad.
Expuesto al aire se corroe, formando orín. Hay cuatro variedades alotrópicas.
Se utiliza aleado con carbono, porque el hierro puro tiene aplicaciones muy limitadas.
Tipos de metales ferrosos
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•Hierro industrial: tiene bajo contenido en carbono y posee características mecánicas
inadecuadas, por lo que apenas se emplea industrialmente.
•Acero: duro y resistente a la tracción. Es dúctil, maleable, y
se oxida con facilidad. También se encuentran en el acero otros
elementos (azufre, cobalto, cromo, manganeso, molibdeno,
níquel, etc).
•Fundición: aleación de carbono y hierro con muy poco contenido en carbono.
También tiene presentes al silicio, manganeso, azufre y fósforo. Pueden ser ordinarias,
aleadas o especiales.
PROCESO SIDERÚRGICO
Operaciones que hay que realizar para obtener un metal férreo de unas determinadas
características.
Va desde la extracción del mineral de hierro en las minas hasta la fabricación de un
producto comercial.
Obtención del mineral de hierro
El mineral que se extrae de las minas
de hierro contiene una parte de óxidos
carbonatos o sulfuros de hierro,
acompañada de ganga. Se tritura el
mineral, y la mena se separa de la
ganga, aprovechando sus
comportamientos frente a campos
magnéticos.
Obtención del carbón de coque
En el proceso siderúrgico actúa como combustible y
como reductor de óxidos de hierro.
Se obtiene industrialmente eliminando la materia
volátil del carbón de la hulla y aglutinándolo después.
Cuando termina el proceso se extrae el carbón de
coque siderúrgico de las baterías y se rocía con agua
para evitar su combustión, ya que arde
espontáneamente al entrar en contacto con el oxígeno
del aire.
Sinterización del mineral de hierro
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Sirve para lograr un material poroso, de forma que el tamaño de los granos que se
introduzcan después en el alto horno ofrezcan una alta permeabilidad a los gases.
El mineral de hierro se mezcla con el carbón de coque y con granos de materiales, que
reducen el mineral de hierro que se lleva a cabo en el alto horno.
Obtención del arrabio (alto horno)
El alto horno es de acero y en él se produce la reducción del mineral de hierro, por lo
que se le introducen:
•Aportadores de hierro: suministran la materia prima de la cual se obtendrá hierro
metálico.
•Fuel, actúa como combustible, calentando el conjunto.
•Carbón de coque: actúa como combustible, al igual que el fuel.
•Fundentes: forman la escoria, para disminuir el punto de fusión.
•Aire caliente: para realizar la combustión del coque y del fuel.
•Escoria: se emplea como firme de carreteras y para la fabricación de cementos.
•Gas de alto horno: con mucho CO2, calienta en los procesos de laminación en
caliente, en hornos de coque.
•Tragante: por ella se introducen los materiales sólidos (minerales, fundentes y coque).
•Cuba: en ella los materiales se secan y calientan.
•Vientre: se realiza la reducción.
•Etalajes: aquí se inyecta aire caliente y fuel, se produce combustión del coque y del
fuel.
•Crisol: de él se extraen el arrabio y la escoria a través de la piquera.
Después se transforma el arrabio en acero, en un convertidor, suministrándole
oxígeno, de manera que se verifique la combustión del exceso de carbono.
La metalurgia secundaria modifica la composición del acero para acomodarlo a unas
necesidades, sometiéndolo a ajuste de la composición, desulfuración, desgasificación
y calentamiento.
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Con la colada convencional se trasvasa el acero a unas lingoteras de forma
troncopiramidal para su solidificación.
Con la colada continua se solidifica el acero en productos de sección constante.
Laminación del acero en caliente
El acero obtenido se somete a un proceso de laminación para darle forma y
características mecánicas necesarias.
Laminación del acero en frío
Se verifica a temperatura ambiente, cuando el espesor de la chapa es pequeño y se
precisa un buen acabado superficial.
Decapado
Elimina la cascarilla que sale de las bobinas laminadas en caliente. Se pasa la chapa por
rodillos que la agrietan y se lava con agua, se seca y se recubre con aceite, para su
protección.
Recocido
Para regenerar de nuevo la estructura interna del acero, que ha cambiado en la
laminación en frío. Se calienta el material y se mantiene a temperatura elevada durante
cierto tiempo, y enfriarlo luego controladamente.
Temperizado
Se le comunica dureza superficial al acero recocido. Se pasa la chapa por un tren de
laminación especial. Reduce su espesor.
Recubrimientos de los aceros
Es preciso recubrir los aceros con metales protectores porque estos presentan fuerte
tendencia a la oxidación. Puede hacerse por inmersión o por electrólisis.
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