4. METALES FÉRRICOS

Obtención, propiedades y características.


Primero, hay que sacar el mineral de las minas que suelen ser subterráneas, aunque también las hay a cielo abierto ( este tipo de minas genera gran cantidad de residuos). Una vez obtenido, el mineral junto con otros minerales y rocas, se transporta hasta las industrias; esto implica mucho tráfico de vehículos y mucha contaminación. El hierro junto con los otros minerales, se procesa en los altos hornos; de estos hornos, se obtiene hierro metálico con muchas impurezas. Para quitar estas impurezas, se usan los convertidores, que con el calentamiento y la inyección de gases, convierten en hierro con impurezas en acero ( que es hierro con carbono y otros elementos si se desea).


Algunas de las principales propiedades del hierro son: gran dureza, elevados puntos de fusión y ebullición, es maleable, tiene propiedades magnéticas y buena conductividad eléctrica y térmica. El hierro en su estado natural es sólido y tiene aspecto metálico brillante.


Derivados del hierro: acero y fundiciones

Acero: es una aleación férrea con mucho contenido de carbono. Hay algunas aleaciones que no son ferromagnéticas.

Dependiendo del contenido en carbono, las aleaciones se clasifican en:


- Acero bajo en carbono: tiene menos del 0,25 % de carbono en peso. Son blandos pero dúctiles. Se utilizan en vehículos o tuberías.


- Acero medio en carbono: entre 0,25 % y 0,6 % de carbono en peso. Para mejorar sus propiedades se tratan térmicamente. Son más resistentes que los aceros bajos en carbono, pero menos dúctiles. Algunas de sus aplicaciones son piezas que requieren una alta resistencia mecánica y al desgaste.


- Acero alto en carbono: entre 0,60 % y 1,4 % de carbono en peso. Son aún más resistentes que los anteriores, pero menos dúctiles. Se añaden otros elementos para formar carburos ( que son muy duros). Estos aceros se emplean principalmente para fabricar herramientas.


- Aceros aleados: se fabrican para conseguir ciertas características de resiliencia, resistencia al desgaste, dureza o resistencia a determinadas temperaturas. Mediante el trabajo de uno o varios elementos de aleación en porcentajes adecuados se introducen modificaciones químicas y estructurales que afectan a características mecánicas, de resistencia a oxidación y otras propiedades.


Otro tipo de aceros:


Aceros inoxidables: vencen uno de los inconvenientes del hierro ( que se oxida con facilidad). Añadiendo un 12 % de cromo se considera acero inoxidable, ya 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 níquelpara impedir la formación de carburos de cromo.



Procedimientos de obtención del hierro y sus derivados


El hierro, tras ser sacado y transportado de las minas a las industrias, se procesa en hornos, de los cuales hay varios tipos:


-Horno de oxígeno básico: es un horno con forma de pera capaz de producir unas 300 toneladas de acero en 45 minutos. Es considerado como el sistema más eficiente para la producción de acero de alta calidad.


-Horno eléctrico: es el horno más versátil para fabricar acero y puede alcanzar una temperatura de 1930 °C, ( que se puede controlar eléctricamente). Existen hornos de arco eléctrico que pueden contener hasta 270 toneladas de material fundido.


-Horno de hogar abierto.


-Horno de cubilote.


-Horno de arco electrónico.


-Horno de refinación.


-Horno de inducción.


-Horno de aire.


-Horno Martin-Siemens: su capacidad es muy variable. Producen temperaturas de hasta 1800 ºC.








Clasificación de fundiciones


Fundiciones: son aleaciones de hierro con carbono donde el contenido de carbono es superior al 2,43 % en peso. Estas aleaciones son muy duras, pero frágiles. Hay varios tipos de fundiciones, dependiendo de sus aplicaciones, se dividen en:


Gris: lo que caracteriza a este procedimiento es que la mayor parte del contenido es carbono y adquiere forma de escamas o láminas de grafito. Son estas escamas y láminas las que le dan al hierro su color y propiedades como pueden ser que resulta fácil de maquinar, tiene capacidad de templado y buena fluidez para el colado.


Sin embargo, las fundiciones grises son quebradizas y de baja resistencia a la tracción. Se las suele usar bastante en aplicaciones como bases o pedestales para máquinas, bastidores y bloques de cilindros para motores de vehículos, discos de frenos, por ejemplo.

Blanca: son aquellas en las que todo el carbono se encuentra combinado bajo la forma de cementita. Estas fundiciones se caracterizan por su dureza y por su resistencia al desgaste, siendo muy quebradiza y difícil de mecanizar. Esta fragilidad y falta de maquinabilidad limita sus usos; reduciéndolos a aquellos casos en que no se quiera ductilidad como en las partes interiores de las hormigoneras, molinos de bolas, algunos tipos de estampas de estirar y en las boquillas de extrusión. También se utiliza en grandes cantidades, como material de partida, para la fabricación de fundiciones maleables.








Atruchada: esta fundición tiene una base de fundición blanca combinada parcialmente con fundición gris. El carbono se encuentra libre y combinado, siendo difícilmente maquinable.


Maleable: se trata de hierros producidos a partir del tratamiento térmico de la denominada fundición blanca, la cual es sometida a estrictos controles que dan por resultado una microestructura en la que gran parte del carbono se combina con cementita. La fundición blanca se usa en cuerpos moledores gracias a su resistencia al desgaste. Su veloz enfriamiento ayuda a evitar la grafitización de la cementita aunque si se calienta la pieza colada a una temperatura de 870°C, el grafito se forma adoptando una forma característica denominada “carbono de revenido”, resultando la fundición maleable.


Las fundiciones maleables se usan en la producción de maquinarias.

Esferoidal: se produce en hornos cubilotes, con la fusión de arrabio y chatarra mezclados con coque y piedra caliza. Para producir la estructura esferoidal, el hierro fundido que sale del horno se mezcla con materiales como magnesio o cerio. Esto produce cualidades deseables como elevada ductilidad, además de buen maquinado, fluidez para la colada, resistencia, tenacidad. No puede ser tan dura como la fundición blanca, salvo que sea sometida a un tratamiento térmico.


Aplicaciones


Debido a su bajo precio y dureza, se utiliza en automóviles, barcos, maquinaria, herramientas, o componentes estructurales de algunos edificios.



Impacto ambiental


El empleo de productos ferrosos conlleva grandes impactos sobre el medio ambiente, que se pueden dividir en tres momentos:


- A la hora de obtener la materia prima. La mayoría de las minas que se explotan en la actualidad se hacen a cielo abierto. Ello ocasiona un impacto acústico, paisajístico y de destrucción de hábitats.
La fabricación del carbón de coque emite, los siguientes elementos contaminantes: CO, CO2, amoniaco, alquitrán, cenizas y humos, entre otros.


- Durante el transporte desde las minas hasta las industrias.


- Durante la transformación del mineral en producto comercial. Los desechos que se liberan en los altos hornos. Los principales son: metales pesados como plomo o mercurio que contaminan el aire, el agua y la tierra; gases residuales (CO, CO2, SOx, NOx), además de polvo.


Otros residuos son:

– Lodos procedentes de la depuración de los gases.
– Aguas residuales contaminadas con aceites, ácidos...
– Contaminación acústica.


Algunas de las medidas utilizadas para contrarrestar estos efectos son:


 – Aislamiento de las zonas en las que haya máquinas que emitan un gran ruido.
– Filtración de partículas, metales pesados y gases.
– Alejamiento de zonas industriales de núcleos urbanos.


Al desechar o reciclar un producto ferroso usado. El reciclado, también tiene impacto sobre el medio ambiente; pero los efectos son mucho menores que los ocasionados al fabricar el producto a partir del hierro.



Procesos de obtención



Este apartado, ya lo he explicado en el apartado de procedimientos de obtención del hierro y sus derivados.