El Hierro Ing José Manuel Ramírez Q. Ing. Q Docente

Antecedentes históricos del Hierro

El Hierro fue descubierto en la prehistoria y era utilizado como adorno, y para fabricar armas; el objeto más antiguo, aún existente, es un grupo de d cuentas oxidadas id d encontrado d en Egipto, E i y data d d l del 4.000 a.C. No se sabe a ciencia cierta quien descubrió el Hierro, lo cierto es que su historia se liga q g a la historia de la civilización humana. La verdadera edad de Hierro comienza cuando nuestros antepasados aprenden a extraer el Hierro de los minerales que lo contienen. Una vez obtenido, obtenido lo calentaban utilizando hornos de leña y le daban la forma deseada martillando repetidamente el material al rojo vivo.

Antecedentes históricos del Hierro

Por exigencias g de la p producción,, se dio paso al horno de carbón y mineral, el calor que producía era tal que el material pasaba a un estado liquido, liquido aunque al principio no supieron que hacer con él. Sin embargo habían descubierto un producto verdaderamente importante: el Hierro colado.

Hierro y mineral de hierro

El Hierro es un elemento metálico, metálico magnético, magnético maleable y de color blanco plateado. Tiene de número atómico 26 y se encuentra en el grupo 8 de la tabla periódica. Es obtenido de la naturaleza de dos fuentes diferentes: los Óxidos de Hierro y los carbonatos de Hierro. En los minerales de Hierro están mezcladas la Mena, Mena o parte útil compuesta de óxidos de Hierro, Hierro y la ganga, compuesta de Sílice, alúmina, cal, entre otros. El procesado moderno del Hierro comenzó en Europa central después é de la mitad del siglo XIV d.C.

Procedencia

El Hierro sólo existe en estado libre en unas pocas localidades, localidades en concreto al oeste de Groenlandia. También se encuentra en los meteoritos, normalmente aleado con níquel. En forma de compuestos q ímicos está distribuido químicos, distrib ido por todo el mundo, m ndo y ocupa oc pa el cuarto c arto lugar l gar en abundancia entre los elementos de la corteza terrestre; después del aluminio, es el más abundante de todos los metales. Los principales minerales de Hierro son las hematites. Otros minerales importantes son la magnetita, magnetita la siderita y el Hierro del pantano (limonita). La pirita, que es un sulfuro de Hierro, no se procesa como mineral de Hierro porque el Azufre es muy difícil de eliminar. También existen pequeñas cantidades de Hierro combinadas con aguas naturales y en las plantas; además, es un componente de la sangre.

Minerales de hierro

Hematita (Fe2O3): es el oxido de hierro deshidratado. Este mineral contiene entre 50% y 60% de hierro. Se reduce con mayor facilidad que el imán natural (magnetita)

Magnetita (Fe3O4): Contiene el hierro en forma de oxido ferroso y férrico. El contenido de hierro en este mineral oscila entre 45% y 70%.

Minerales de hierro

Limonita (FeO): es el oxido de hierro hidratado. El mineral contiene entre 20% y 60% de d hierro. hi S reduce Se d bi bien, l lo que hace económica la obtención del hierro colado incluso con minerales pobres.

Siderita (FeCO3): es la combinación del ácido carbónico con el hierro. El contenido de hierro en este mineral oscila entre 30% y 42%. El mineral tiene un color gris con matices de amarillo.

Procesamiento del arrabio

Esta etapa incluye la descarga, clasificación, pesaje y almacenamiento de las materias primas necesarias para la fabricación del acero, que básicamente son: • • •

Carbones Metalúrgicos ú Mineral de Hierro C li Caliza

El Arrabio producido en los altos hornos tiene la siguiente composición: un 92 % de Hierro, un 3 % o 4 % de Carbono, entre 0,5 % y 3 % de Silicio, de 0,25 % a 2,5 % de Manganeso, de 0,04 % a 2 % de Fósforo y algunas partículas de Azufre.

Coque

El coque se obtiene de un tipo de carbón llamado hulla. Ha sustituido como combustible siderúrgico al carbón vegetal utilizado hasta el siglo XIX. Se quema como combustible para calentar el horno, y al arder libera monóxido de Carbono, que se combina con los óxidos de Hierro del mineral y los reduce a Hierro metálico.

Coquización

Se conoce con el nombre de carbonización al proceso de destilación destructiva de sustancias i orgánicas á i en ausencia i de d aire i para dar un producto sólido rico en carbono, además de productos líquidos y gaseosos. La carbonización de cierto tipo de carbones minerales (carbones coquizables, i bl bit i bituminosos o hulla), h ll ) o mezclas de estos carbones, producen el coque. q En este caso el p proceso de carbonización es denominado coquización.

Caliza

La caliza de la carga del horno se emplea como fuente adicional de monóxido de Carbono y como sustancia i fundente. f d E Este material i l se combina con la sílice presente en el mineral (que no se funde a las temperaturas del horno) para formar silicato de Calcio, de menor punto de fusión. Sin la caliza se formaría silicato de Hi Hierro, con lo l que se perdería d í Hierro Hi metálico. táli El silicato de Calcio y otras impurezas forman una escoria q que flota sobre el metal fundido que se encuentra en la parte inferior del horno.

Obtención de arrabio (Proceso siderúrgico)

Las materias L t i primas i se cargan (o ( se vacían) í ) en la l parte t superior i del horno. El aire, que ha sido precalentado hasta los 1.030º C aproximadamente, p , es forzado dentro de la base del horno p para quemar el coque. El coque en combustión genera el intenso calor requerido para fundir el mineral y produce los gases necesarios para separar el Hierro del mineral. mineral El CO gaseoso, gaseoso a altas temperaturas tiene mayor atracción por el Oxígeno presente en el mineral de Hierro (Fe2O2) que el Hierro mismo, de modo que reaccionará con él para liberarlo. Químicamente í entonces, el Hierro se ha reducido en el mineral. Mientras tanto, la piedra caliza fundida se convierte en cal, la cual se combina con el Azufre y otras impurezas. Esto forma una escoria que flota encima del Hierro fundido.

Obtención de arrabio (Proceso siderúrgico)

El Hierro Hi recién ié colado l d se denomina d i A bi El Oxígeno Arrabio. O í h sido ha id removido, pero aún contiene demasiado Carbono ((aproximadamente p un 4%)) y demasiadas impurezas p ((Silicio,, Azufre,, Manganeso y Fósforo) como para ser útil. Por esta razón debe ser refinado, ya que el acero es esencialmente Hierro altamente refinado que contiene menos de un 2% de Carbono.

Hierro comercial

contiene ti pequeñas ñ cantidades tid d de d carbono b y otras t i impurezas que alteran sus propiedades físicas, pero éstas se pueden mejorar considerablemente añadiendo más carbono y otros elementos de aleación. Se utiliza para obtener láminas metálicas galvanizadas y electroimanes, pero la mayor parte del hierro se utiliza en formas sometidas a un tratamiento especial, especial como el hierro forjado, forjado el hierro fundido y el acero. Los compuestos de hierro se usan en medicina para el tratamiento de la anemia siendo el más importante el sulfato de Hierro (II), FeSO4.

Propiedades del Hierro

Color

blanco grisáceo.

F ibilid d Fusibilidad

punto t de d fusión f ió muy alto lt (1.538°C). (1 538°C)

Densidad

pesado (7,87 gr/cm3).

T i id d ((condiciones Toxicidad di i normales) l )

no es toxico. t i

Propiedades mecánicas

blando, dúctil, tenaz, maleable.

C d ti id d Conductividad

conduce d ell calor l y la l electricidad. l t i id d

Propiedades químicas

se oxida totalmente.

Magnetismo

posee propiedades magnéticas magnéticas.

Industrias siderúrgicas

Ha dos tipos de industrias Hay ind strias siderúrgicas: • Las siderúrgicas integradas, extraen el metal (llamado Arrabio) del mineral de Hierro y lo venden a otras empresas en los distintos formatos en que aparecen en el mercado, normalmente lingotes, estas utilizan para el proceso los altos hornos. proceso, hornos • Siderurgias semi-integradas: son las que a partir de cierta carga metálica, compuesta por chatarra de acero, chatarra de Hierro fundido y los lingotes de Arrabio fabricados en el alto horno, añaden Carbono y otros componentes p p para obtener aleaciones con p propiedades p mas ventajosas j p para su uso en la industria, como aceros y fundiciones. Estas utilizan los hornos convertidores.

El alto horno

La reducción del mineral para obtener Arrabio, se realiza en los Altos Hornos. Por el tragante (parte superior del horno) se cargan por capas los minerales de Hierro, la caliza y el coque. El objetivo del alto horno es la reducción del mineral de Hierro, entendiéndose como reducción, la separación de todas las sustancias indeseables que acompañan al metal, especialmente del oxigeno. Los lingotes de Arrabio o de primera fusión obtenidos en el alto horno, no podrían ser utilizados de inmediato en el taller, debido a la gran cantidad de Carbono que contiene y por su poca homogeneidad. homogeneidad

El alto horno

Productos obtenidos del alto horno

Arrabio La obtención del Arrabio es el objetivo principal de los altos hornos. E t compuesto Esta t en su mayor parte t por Hierro Hi (90% a 95%), 95%) Carbono C b (3% a 4,5%), Silicio (hasta un 2,5%).

Escoria La escoria esta compuesta por todos los elementos impuros del mineral de Hierro no útiles en la obtención de Arrabio, absorbe en gran medida el p g posible Azufre existente en la mezcla y regula g la temperatura del Arrabio.

Productos obtenidos del alto horno

Gases Como resultado de la combustión del coque con el mineral de Hierro, se producen d en ell horno h los l gases que escapan por lla parte t superior i del mismo. Estos gases, convenientemente filtrados, pueden ser utilizados para circuitos de calefacción en la propia empresa productora de Hierro.