Semana 5 materiales

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ESCUELA DE AUTOMOTORES
UNIDAD 2: SEMANA 5
MATERIALES FÉRREOS O FERROSOS

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A que se denomina un material ferroso.
Combinaciones en el mineral de hierro.
Unidad 2:

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Que el estudiante conozca sobre la tecnología de las propiedades y características de los
materiales más utilizados en la técnica automotriz, como son: los materiales ferrosos, no
ferrosos y plásticos. Todo esto orientado a las futuras labores de armado, desarmado,
reparación y diagnóstico dentro de las labores del servicio automotriz en las actividades de
taller.
OBJETIVO GENERAL:

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FERROSOS
Un material es ferroso o férrico cuando su componente principal es el hierro. Normalmente
posee pequeñas cantidades de C que se han incorporado en el proceso de obtención y otros
metales incorporados, para que la aleación resultante adquiera propiedades especiales.
El Fe puro no presenta buenas propiedades mecánicas, por lo que tiene muy pocas
aplicaciones técnicas.

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CARACTERÍSTICAS DEL HIERRO PURO
• Es un material magnético (ferromagnético).
• Color blanco azulado. - Muy dúctil y maleable.
• Punto de fusión: aproximadamente 1500 ºC
• Densidad alta (7,87 g/cm3 .)
• Buen conductor del calor y la electricidad.
• Se corroe y oxida con mucha facilidad.
• Bajas propiedades mecánicas (al corte, limado, conformado, etc).
• Es un metal más bien blando.

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En la industria, el hierro se emplea aleado con carbono y otros materiales, lo que mejora
mucho sus propiedades. Una aleación de Fe + C es un producto siderúrgico, que se define
como toda sustancia férrea que ha sufrido un proceso metalúrgico.

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¿DE DÓNDE SE EXTRAE EL HIERRO?
El hierro es uno de los metales más abundantes en la corteza terrestre, segundo después del
aluminio. Sin embargo, a nivel planetario, es el metal más abundante, ya que se encuentra en
grandes concentraciones en el núcleo terrestre.
El color del hierro es gris plateado. En la naturaleza raramente se encuentra libre, sino que
forma minerales y muchos óxidos.

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EXTRACCIÓN DEL HIERRO

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USOS DEL HIERRO
El hierro representa el 95% de la producción mundial de metal. Es utilizado por el ser humano desde hace
al menos seis mil años. Habitualmente no se lo utiliza en estado puro, con excepción de su uso magnético,
sino como elemento matriz de aleaciones con otros metales y con no metales.
•Uno de los principales usos del hierro es para formar acero, que es hierro con un porcentaje máximo de
2,1% de carbono.
•El hierro con carbono y 12% de cromo forma acero inoxidable.
•El hierro fundido, o hierro gris, es una aleación de hierro con más de 2% de carbono (por lo tanto no es
acero) y más de 1 % de silicio. En su composición también se encuentra manganeso, fósforo y azufre.
•El hierro forjado o hierro dulce es el tipo de hierro que permite ser forjado y martillado para tomar
diferentes formas cuando está sometido a altas temperatura, lo que suele llamarse “al rojo”. Si se enfría
rápidamente, el hierro forjado se endurece. Este tipo de hierro tiene mucho menos carbono que el acero
(entre 0,05 % y 0,25 %).

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EL HIERRO Y LA SALUD
El hierro es un elemento necesario en el organismo, ya que forma parte de proteínas y es
necesario para la oxigenación de los tejidos y el metabolismo de las células. Sin embargo,
un exceso de hierro es nocivo para la salud.
Por esa razón, hay dejado de fabricarse cañerías de agua de hierro fundido. El depósito
excesivo de hierro en los tejidos se denomina siderosis. Además, se ha comprobado que el
trabajo en la fundición de hierro y acero es un importante causante de cáncer.

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En la naturaleza existe una gran variedad de minerales de hierro, pero actualmente
solo se suelen aprovechar: Magnetita (Fig. 1), Hematites ( Fig. 2), Limonita ( Fig. 3), y
Siderita ( Fig. 4). Tienen la ventaja de ser abundantes y contener proporciones de
hierro puro elevadas.
TIPOS DE MINERALES DE HIERRO
Fig. 1 Fig. 2 Fig. 3 Fig. 4

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Se emplea en el alto horno para la fabricación del acero sirviendo como combustible y para
evitar los óxidos en el hierro.
CARBÓN DE COQUE

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Está compuesto por piedra caliza, cuya misión es:
• Reaccionar químicamente con la ganga que haya podido quedar en el mineral,
arrastrándola hacia la parte superior de la masa líquida, y formando la escoria.
• Bajar el punto de fusión de la ganga para que la escoria sea líquida.
FUNDENTES

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● Hornos altos: son aquellos hornos que nos sirven para la
fabricación del acero a partir del mineral de hierro.
● Funcionamiento: se introduce la materia en la parte
superior y a medida que esta baja su temperatura aumenta
hasta llegar al etalaje. aquí su temperatura es de unos
1650ºC. provocando que la mena ( mineral de hierro) se
fundan y se depositen en el crisol.
La fundente reacciona con la ganga y forma la escoria que
flota sobre el hierro fundido. Por la piquera de escoria se
extrae, cada 2 horas, la escoria. Esta escoria se puede utilizar
para cemento, asfalto o como aislante térmico.
Periódicamente, se abre la piquera de arrabio y se extrae el
hierro líquido del crisol. Este hierro líquido se llama arrabio.
A la altura del etalaje se encuentra un anillo por el cual se
extrae aire caliente que se introdiuce en el horno a través de
las toberas.
HORNO ALTO

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● Arrabio: es el hierro que se obtiene de el horno alto el cual se obtiene en estado líquido
y contiene muchas impurezas,así como un exceso de carbono, por lo que normalmente
no tiene ninguna aplicación. ( Fig. 1)
Este arrabio se convierte en acero mediante el procedimiento LD.
● Escoria: es la parte de la ganga que ha reaccionado químicamente con la fundente. Se
puede utilizar para cemento, asfalto o como aislante térmico. ( Fig 2.)
ARRABIO Y ESCORIA
Fig. 1 Fig. 2

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CONVERTIDOR LD
● Como el arrabio obtenido del horno alto tiene demasiadas impurezas lo hace demasiado frágil
por lo que es necesario someterle a un procedimiento para eliminar esas impurezas, a través de
un convertidor LD.( Fig. 1)
El transporte del arrabio desde el horno alto hasta el convertidor se lleva a cabo en trenes
equipados con depósitos especiales llamados torpedos. (Fig. 2)
● Materia prima que emplea el convertidor LD:
- Arrabio líquido, aunque también se pueden añadir pequeñas cantidades de chatarra.
- Fundentes ( cal, que reacciona con las impurezas y forma la escoria).
- Ferroaleaciones, mejoran las propiedades del acero.
● Características del horno convertidor:
- Interiormente está recubierto de ladrillos refractarios.
- La producción por hornadas suelen ser de unas 300 toneladas de acero de gran calidad.
- Cada hornada dura aproximadamente 1 hora.
● Funcionamiento del horno convertidor. Su funcionamiento se muestra en la siguiente imagen.

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● Si en un momento determinado la demanda de productos ferrosos es baja y no tiene
salida comercial lo que se hace es colarlo en el interior de lingoteras y dejarlo enfriar.
Posteriormente, se extrae de la lingotera y se almacenan hasta que la demanda aumente.
COLADA SOBRE LINGOTERAS

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HIERRO
El MINERAL DE HIERRO lleva mezclados:
➢ La MENA o parte útil: óxidos de hierro
➢ La GANGA o parte no útil: sílices, cal, alúmina, etc.
MINERAL NOMBRE CIENTÍFICO % en Fe del mineral CARACTERÍSTICAS
ÓXIDOS
MAGNETITA
(Fe3O4)
72%
Mineral más puro y rico. Color gris-
negruzco, magnético.
HEMATITES
(Fe2O3)
70%
Tiene poco fósforo. Color rojizo,
gris
LIMONITAS
2Fe2O3 +3 H2O
60%
Color ocre. Blandas y fáciles de
reducir. Contiene fósforo.
CARBONATOS
SIDERITA
Fe CO3
48%
Debe calcinarse en horno de cuba
para pasar a óxido de hierro.
SULFUROS
PIRITA
Fe S2
< 48%
Mineral de hierro mezclado con
cobre. Color amarillo.

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FUNDENTES
Su misión es:
➢ Combinarse con la ganga y bajar su punto de fusión, para hacer
que la escoria se encuentre fluida.
➢ Combinarse con las impurezas, pasándolas a ganga.
Los fundentes más utilizados: sílice, caliza (carbonato cálcico) y la dolomía
(carbonato magnésico).
La cantidad de fundente y su naturaleza debe establecerse con mucho
cuidado, dependiendo de la naturaleza y composición de la ganga y la
proporción de impurezas.
Si ganga ácida SiO2 → fundente básico Al2O3, MgO, CaO
Si ganga básica MgO, CaO → fundente ácido SiO2
Si ganga neutra → fundente neutro CrO

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LA CHATARRA
• La chatarra de acero es otra materia utilizada para la fabricación de acero.
• Conjunto de piezas, partes metálicas, etc., de acero, inservibles y sin ninguna utilidad
industrial.
• Puede ser: reciclada, de trasformación, de recuperación.

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ELALTO HORNO
❑ Es un horno de cuba formado por dos troncos de cono desiguales unidos por sus
bases mayores.
❑ Parte interior de mampostería de ladrillos refractarios de 60-100 cm de espesor
❑ Parte exterior revestida de plancha de acero reforzada con zunchos.
Partes del alto horno: (de arriba abajo)
a) Tragante
b) Cuba
c) Vientre
d) Etalajes
e) Crisol

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❑ En la parte superior de la cuba se produce el secado, precalentamiento y
deshidratación a Tª 200 – 450ºC
❑ En la parte inferior de la cuba, es la zona de reducción 400 – 1200ºC
❑ En los etalajes zonas de carburación y fusión 1800ºC
❑ La ganga se ha combinado con el fundente formando la escoria que sale
por la bigotera.
❑ Por la piquera sale el arrabio
PROCESO DE OBTENCIÓN DELARRABIO

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MATERIALES FERROSOS

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PRODUCTOS DELALTO HORNO
❑ ARRABIO, producto principal del Alto Horno. 90-95% de hierro. Puede ser
de dos tipos:
a) Hematites, para piezas fundidas en molde
b) Básico, para fabricación de acero en convertidor soplado por oxígeno.
❑ ESCORIA, material de desecho que sobrenada el arrabio en el crisol, por
su menor densidad. Sus aplicaciones son:
a) Áridos para hormigón
b) Aislantes térmicos
c) cementos

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El PROCESO DE REDUCCION DIRECTA DE
MINERALES DE HIERRO
INTRODUCCION
• El hierro de esponja se define como hierro en forma porosa o que contiene muchos
espacios gaseosos; específicamente es hierro crudo obtenido sometiendo la mena de
oxido a una reducción gaseosa sin fundir.
• La principal ventaja de la reducción de la mena, para dar un producto solido es el hecho
de que el oxido de hierro se convierte en un producto metálico sin aleación simultanea
del hierro con el fosforo, azufre, manganeso y silicio.
• Generalmente en el proceso de la esponja de hierro se reduce alrededor del 90% del
oxido a hierro metálico.

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GENERALIDADES ACERCA DE LOS METALES
Todos los metales excepto el mercurio, poseen unas características comunes que dependen
de su estructura interna como:
• Superficie brillante.
• Elevada conductividad al calor y a la electricidad
• Elevada resistencia mecánica, maleabilidad y ductilidad.
• Carácter reciclable ya que se pueden volver a fundir y conformar de nuevo.

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• El hierro es un metal químicamente activo (se combina con halógenos, S, P, C y Si) y
expuesto al aire se corroe formando el orín (Fe2O3·H2O).
• Existen cuatro variedades alotrópicas del hierro (diferentes tipos de estructuras
cristalinas) estables a diferentes intervalos de temperatura y de contenido en carbono,
que condicionan sus propiedades.

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PRODUCTOS FÉRREOS INDUSTRIALES
Según el contenido en carbono se distinguen los siguientes productos férreos industriales:
• Hierro dulce.
• Cuando el porcentaje de carbono es inferior a 0,03 %. Acero.
• Cuando el contenido de carbono está comprendido entre 0,03 y 1,67 %. Fundición.
El porcentaje de carbono está comprendido entre 1,67 y 6,67%. Las aleaciones con un
contenido de carbono superior al 5% carecen de interés industrial, ya que son
extremadamente frágiles.

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EL PROCESO SIDERÚRGICO
La siderurgia comprende una serie de operaciones mediante las cuales se obtiene un
metal férreo. Abarca desde el proceso de extracción del mineral de hierro, hasta el
posterior afino y presentación comercial.
Hay dos formas de obtener el hierro según la energía utilizada para fundirlo:
• A partir del alto horno usando carbón de coque
• Mediante hornos eléctricos o magnéticos.

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EVOLUCIÓN HISTÓRICA DE LA SIDERURGIA

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ELALTO HORNO
Hoy en día, el hierro se obtiene principalmente de sus óxidos mediante un proceso de
reducción química que se lleva a cabo en el alto horno. Esta reducción la produce el coque
incandescente, que sirve también para proporcionar el calor necesario para fundir el mineral.
El producto obtenido es un hierro con mucho carbono y otros elementos aleantes, como
fósforo y silicio, llamado arrabio y que sirve como materia prima para obtener acero y
fundición.
En la página anterior se muestra el proceso que se sigue para la obtención del acero.
Veremos cada uno de esos pasos.

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LA MATERIA PRIMA DELALTO HORNO
HORNO ALTO E INSTALACIONES AUXILIARES

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(1) El hierro es un mineral muy abundante en la naturaleza (constituye el 4,7 % de la
superficie de la Tierra) y se encuentra en forma de óxidos, carbonatos y sulfuros. Al
extraerlo de la mina no se encuentra en estado puro, sino combinado con otros elementos.
El primer tratamiento, antes de introducirlo en el horno, consiste en separar la parte útil
(mineral de hierro) llamada mena, de la no aprovechable (tierra, rocas, sílice…) llamada
ganga.

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DEL MINERAL DE HIERRO
El hierro se encuentra normalmente en la naturaleza sólo como mineral, en combinación
química con otros elementos. Los minerales de hierro se componen, sobre todo, de
combinaciones de hierro y oxígeno (óxidos) que se hallan mezclados con impurezas. Para
obtener el hierro hay que disolver esta unión química. A fin de separar el oxígeno del hierro,
es decir, para reducir el mineral de hierro, se necesita una sustancia apropiada que se
combine con el oxígeno del mineral, por ejemplo, el coque, el carbón, el gas del carbón o el
hidrógeno. Las gangas se aglutinan formando la escoria. Para el proceso de reducción se
requiere calor.

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TIPOS DE MATERIALES FERROSOS
La totalidad de los metales ferrosos encajan en alguno de estos tres tipos, de acuerdo a los
elementos que los componen:
• Hierro puro y hierro dulce. Con bajísimas cantidades de carbono o, aunque poco
frecuente, en estado de pureza.
• Aceros. Aleaciones de hierro y otros materiales (carbono y silicio, principalmente), en
los que este último material no excede nunca el 2% del contenido.
• Fundiciones. Con presencia de carbono u otros materiales en una medida superior al
2%.

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FORMAS ALOTRÓPICAS DEL HIERRO
Hierro alfa (α): Cristaliza a 768 ºC. Su estructura cristalina es BCC con una distancia
interatómica de 2.86 Å. Prácticamente no disuelve en carbono.
Hierro gamma (γ): Se presenta de 910ºC a 1400ºC. Cristaliza en la estructura cristalina FCC
con mayor volumen que la estructura cristalina de hierro alfa. Disuelve fácilmente en carbono
y es una variedad de Fe amagnético.
Hierro delta (δ): Se inicia a los 1400ºC y presenta una reducción en la distancia interatómica
que la hace retornar a una estructura cristalina BCC. Su máxima solubilidad de carbono es
0.007% a 1487ºC. No posee una importancia industrial relevante. A partir de 1537ºC se inicia
la fusión del Fe puro.

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EJEMPLOS DE MATERIALES FERROSOS
1. Hierro puro.
Este material, de los más abundantes del planeta, es un metal gris plateado de capacidad
magnética, gran dureza y densidad. Se le considera puro cuando se integra en un 99,5%
de átomos del mismo elemento y, sin embargo, no es demasiado útil, dada
su fragilidad. (es quebradizo), su punto de fusión elevado (1500 °C) y veloz oxidación
a condiciones normales.

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HIERRO DULCE
También llamado hierro forjado, posee un contenido de carbono ínfimo (no alcanza el
1%) y es una de las variedades comerciales más puras que existen del hierro. Es útil para
aleaciones y para la forja, tras calentarlo a altísimas temperaturas y martillado al rojo
vivo, pues enfría y endurece muy rápidamente.

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FUNDICIONES DEL HIERRO.
Se llama así a las aleaciones de alto contenido de carbono (entre 2,14 y 6,67%
típicamente) a las que se somete al hierro, para obtener sustancias de mayor densidad y
fragilidad (fundiciones blancas) o más estables y mecanizables (fundiciones grises).

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PERMALLOY.
Aleación magnética de hierro y níquel en diversas proporciones, caracterizado por una alta
permeabilidad magnética y resistencia eléctrica, que lo hace ideal para elaborar sensores,
cabezales magnéticos y otros implementos del ramo.

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