METALES FÉRRICOS

EL HIERRO:

El hierro o fierro es un elemento químico de número atómico 26 situado en el grupo 8, periodo 4 de la tabla periódica de los elementos. Su símbolo es Fe y tiene una masa atómica de 55,6 u.

Vamos a ver como ejemplo la obtención del mineral de hierro, y su transformación en las distintas formas de hierro y acero; a esto se le denomina siderurgia.

Primero hay que sacar el mineral de la mina, que suele ser subterránea en el caso del mineral de hierro, el transporte del mineral dentro y fuera de la mina obliga al uso de gran número de vehículos. Cuando llega el mineral de hierro a la industria, se procesa junto a caliza y carbón en los altos hornos*, de forma semejante a grandes chimeneas, donde ocurren las reacciones que transforman el óxido de hierro inicial en hierro metálico. Los altos hornos consumen una enorme cantidad de energía, y producen muchos gases que terminan, en mayor o menor medida, en la emisión de gases que se difunden en la atmósfera circundante. El hierro así obtenido contiene una gran cantidad de impurezas, entre ellas el carbono, que si excede cierta proporción, convierte a la aleación en frágil y muy dura. Para eliminar las impurezas y el carbono en exceso se usan los convertidores, que mediante calentamiento e inyección de gases convierten la mezcla en acero, que no es más que hierro con carbono, al que se puede añadir la proporción deseada de otros elementos.

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Características principales

Es un metal maleable, de color gris plateado y presenta propiedades magnéticas; es ferromagnético a temperatura ambiente y presión atmosférica. Es extremadamente duro y denso. 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.

DERIVADOS DEL HIERRO

Aceros

Los aceros son aleaciones férreas con un contenido máximo de carbono del 2 %, Algunas aleaciones no son ferromagnéticas. Éste puede tener otros aleantes e impurezas.

Dependiendo de su contenido en carbono se clasifican en los siguientes tipos:

[if !supportLists]Acero bajo en carbono: menos del 0,25 % de C en peso. Son blandos pero dúctiles. Se utilizan en vehículos, tuberías, elementos estructurales, etc, tienen una mayor resistencia mecánica y pueden ser trabajados fácilmente.

[if !supportLists]Acero medio en carbono: entre 0,25 % y 0,6 % de C en peso. Para mejorar sus propiedades son tratados térmicamente. Son más resistentes que los aceros bajos en carbono, pero menos dúctiles; se emplean en piezas de ingeniería que requieren una alta resistencia mecánica y al desgaste.

[if !supportLists]Acero alto en carbono: entre 0,60 % y 1,4 % de C en peso. Son aún más resistentes, pero también menos dúctiles. Se añaden otros elementos para que formen carburos, por ejemplo, con wolframio se forma el carburo de wolframio, WC; estos carburos son muy duros. Estos aceros se emplean principalmente en herramientas.

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.

El uso más extenso del hierro es para la obtención de aceros estructurales; también se producen grandes cantidades de hierro fundido y de hierro forjado. Entre otros usos del hierro y de sus compuestos se tienen la fabricación de imanes, tintes (tintas, papel para heliográficas, pigmentos pulidores) y abrasivos (colcótar).

Fundiciones

El hierro es obtenido en el alto horno mediante la conversión de los minerales en hierro líquido, a través de su reducción con coque; se separan con piedra caliza, los componentes indeseables como fósforo, azufre, y manganeso.

Los gases de los altos hornos son fuentes importantes de partículas y contienen óxido de carbono.

Cuando el contenido en carbono es superior a un 2.43 % en peso, la aleación se denomina fundición. Este carbono puede encontrarse disuelto, formando cementita o en forma libre. Son muy duras y frágiles. Hay distintos tipos de fundiciones:

[if !supportLists]·Gris: es el que da la coloración gris a las superficies de ruptura de las piezas elaboradas con este material.

[if !supportLists]·Blanca: Se distingue de la gris por que al fracturarse presenta un color blanco brillante.

[if !supportLists]·Atruchada: Es un tipo de fundición intermedia entre la blanca y la gris, su fracturapresenta ambos colores característicos.

[if !supportLists]·Maleable americana: al calentar la fundición blanca a temperaturas entre 800 y 900 º C por un período de tiempo prolongado y en una atmósfera neutra (para evitar laoxidación) se obtiene una descomposición de la cementita, formándose grafito, que se presenta en forma de uvas o rosetas rodeados de una matriz ferrítica o perlítica, dependiendo de la velocidad de enfriamiento, y se conoce con el nombre de fundición maleable.

[if !supportLists]·Esferoidal o dúctil: La fundición dúctil es una aleación de hierro, carbono y silicio. Gracias a la adición de magnesio durante el proceso de fabricación, se consigue que el grafito forme esferas en vez de láminas. Con esta transformación se consigue eliminar la posible fragilidad y consigue un material dúctil y resistente.

[if !supportLists]·Vermicular

Sus características varían de un tipo a otra; según el tipo se utilizan para distintas aplicaciones: en motores, válvulas, engranajes, etc.

Por otra parte, los óxidos de hierro tienen variadas aplicaciones: en pinturas, obtención de hierro, en aplicaciones magnéticas, etc.

Alto horno: El alto horno es la construcción para efectuar la fusión y la

reducción de minerales de hierro, con vistas a elaborar la fundición.

Mineral de coque: El coque es un combustible sólido formado por la destilación de carbón bituminoso calentado a temperaturas de 500 a 1100 °C sin contacto con el aire. El proceso de destilación implica que el carbón se limpia de alquitrán, gases y agua.

Escoria: Las escorias son un subproducto de la fundición de la mena para purificar los metales. Suele utilizarse como un mecanismo de eliminación de residuos en la fundición del metal, ayudar en el control de la temperatura durante la fundición y minimizar la reoxidación del metal líquido final antes de pasar al molde.

Arrabio: Es un producto intermedio del proceso de fundición de las menas del hierro tratadas con coque como combustible y caliza como fundente. También se han usado como combustibles el carbón vegetal y la antracita. Se obtiene como material fundido en un alto horno mediante reducción del mineral de hierro.