1. Hierro y Acero
Información general
Nombre, símbolo, número Hierro, Fe, 26
Serie química Metales de transición
Grupo, período, bloque 8, 4, d
Masa atómica 55,845 u
Configuración electrónica [Ar]3d6
4s2
Dureza Mohs 4,0
Electrones por nivel 2, 8, 14, 2 (imagen)
Hierro puro
Es un metal maleable, de color gris plateado y presenta propiedades magnéticas; es
ferromagnético a temperatura ambiente y presión atmosférica. Es extremadamente duro y
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
se reducen con carbono y luego es sometido a un proceso de refinado para eliminar las
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 (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 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 acero si contiene menos de un 2,1%
de carbono; si el porcentaje es mayor, recibe el nombre de fundición.
El hierro es el metal de transición más abundante en la corteza terrestre, y cuarto de todos
los elementos. También existe en el Universo, habiéndose encontrado meteoritos que lo
contienen. Es el principal metal que compone el núcleo de la Tierra hasta con un 70%. Se

2. encuentra formando parte de numerosos minerales, entre los que destacan la hematites
(Fe2O3), la magnetita (Fe3O4), la limonita (FeO (OH)), la siderita (FeCO3), la pirita (FeS2),
la ilmenita (FeTiO3), etcétera.
Se puede obtener hierro a partir de los 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
presencia de coque y carbonato de calcio, CaCO3, que actúa como escorificante.
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 en su mayor parte), reduciéndose los óxidos. Por ejemplo:
Fe3O4 + C → 3FeO + CO
El carbonato de calcio (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

3. Finalmente se produce la combustión y desulfuración (eliminación de azufre) mediante la
entrada de aire. Y por último se separan dos fracciones: la escoria y el arrabio: hierro
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 Universo, habiéndose encontrado 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 hematites
(Fe2O3), la magnetita (Fe3O4), la limonita (FeO (OH)), la siderita (FeCO3), la pirita (FeS2),
la ilmenita (FeTiO3), etcétera.
Se puede obtener hierro a partir de los 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
presencia de coque y carbonato de calcio, CaCO3, que actúa como escorificante.
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 en su mayor parte), reduciéndose los óxidos. Por ejemplo:
Fe3O4 + C → 3FeO + CO
El carbonato de calcio (caliza) se descompone:

4. 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 de azufre) mediante la
entrada de aire. Y por último se separan dos fracciones: la escoria y el arrabio: hierro
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) 72.4% de hierro
Siderita (mena café pobre) 48.3% de hierro
Limonita (mena café) 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 son aleaciones férreas con un contenido máximo de carbono del 2%, el cual
puede estar como aleante de inserción en la ferrita y austenita y formando carburo de
hierro. Algunas aleaciones no son ferromagnéticas. Éste puede tener otros aleantes e
impurezas.
Aceros inoxidables: uno de los inconvenientes del hierro es que se oxida con facilidad.
Añadiendo un 12% de cromo se considera acero inoxidable, debido a que este aleante crea
una capa de óxido de cromo superficial que protege al acero de la corrosión o formación de
óxidos de hierro. También puede tener otro tipo de aleantes como el níquel para impedir la
formación de carburos de cromo, los cuales aportan fragilidad y potencian la oxidación
intergranular.

5. 1. PREPARACIÓN DE MATERIAS PRIMAS
La primera etapa para poder llevar a cabo la fabricación de un producto a partir de unmetal,
es obtener la materia prima. La materia prima se puede obtener a partir de la extraccióndel
mineral, o por otro lado, a partir de la chatarra o “acero viejo”, que tiene la cualidad de
serreciclable en su totalidad cuantas veces se quiera.En el primer caso, el procedimiento
conlleva una serie de operaciones, desde la extraccióndel mineral, mediante voladura, hasta
tratamientos de molienda, concentración y peletizaciónpara 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
deintroducirlos al proceso de producción de arrabio. El arrabio es un hierro de poca calidad,
sucontenido de carbón no está controlado y la cantidad de azufre rebasa los mínimos
permitidosen los hierros comerciales. Sin embargo, es el producto de un proceso conocido
como fusiónprimaria 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 antes de introducirse al
alto hornopara que tengan la calidad, el tamaño y la temperatura adecuada, esto se logra por
medio dellavado, triturado y cribado de los tres materiales.
En Cantabria, las instalaciones de fundición de metales emplean, en general, chatarracomo
materia prima en sus procesos, para lo que se realiza un exhaustivo control de la
chatarraque se recibe.
2. FUSIÓN DEL METAL:
La finalidad de esta etapa es calentar el metal a una temperatura lo suficientemente altapara
transformarlo completamente al estado líquido, para su posterior vertido en el molde
[14].En la fundición de hierro los hornos de fusión utilizados pueden ser de tres tipos:
hornoseléctricos de inducción de crisol, hornos de cubilotes y hornos rotativos de
oxicombustión. Porotro lado, para la fundición de acero, los hornos de fusión utilizados son
dos: hornos deinducción de crisol de media frecuencia y hornos de arco eléctrico. En la
fundición de acerotambién se utilizan en ocasiones los convertidores AOD. Aunque no son
hornos fusorespropiamente dichos, estos convertidores se emplean para desoxidar,
descarburar y ajustar lacomposición química de los aceros especiales que así lo necesitan
[15].El tipo de horno utilizado para la producción de acero a partir de chatarra es el horno
dearco eléctrico. Tras la carga del horno, éste se cierra y se introducen electrodos de grafito
através de los orificios situados en la bóveda. El arco eléctrico producido entre
loselectrodos y lacarga metálica genera una gran cantidad de calor que funde la chatarra.
Pueden añadirseelementos 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
afabricar. Cuando estas piezas tienen orificios internos se utilizan machos para obtener
laconfiguración interna de la pieza fundida hueca sin necesidad de un mecanizado posterior.
Losmoldes pueden ser de varios materiales, que incluyen arena, yeso, cerámica y metal,
siendo losmás elaborados los de arena. Los distintos tipos de procesos de fundición se
clasifican deacuerdo a los diferentes tipos de moldes, diferenciándose: moldes de arena en
verde, con capaseca, con arena seca, furánicos o de metal.