Mineria: extracció del mineral d’un jaciment adequat i la seva preparació, separant la part rica en metalls d’altres que l’acompanyen.
Metal•lúrgia: Separació del metall d’altres elements amb els quals el metall es troba combinat químicament.
Indústries Metàl•liques: elaboració del metall obtingut per l’obtenció d’articles útils.
El conjunt de processos que porten a l’obtenció dels metalls es coneix amb el nom de metal•lúrgia. Actualment també es poden obtenir metalls a partir del reciclatge de productes usats.
Els minerals
Els compostos més comuns que formen combinant els minerals químicament són: òxids, sulfurs i carbonats.
Un mineral està format per una part aprofitable i rica en el metall buscat, anomenada mena, i per una altra no aprofitable perquè és molt pobra en metall, anomenada ganga.
Per separar el metall d’altres elements calen processos químics aplicats amb temperatures elevades. En el cas dels òxids per exemple, cal un element que sigui capaç de combinar-se amb l’oxigen del mineral per tal d’aïllar el metall. Aquesta reacció química es coneix amb el nom de reducció.
Un mineral es forma per una part aprofitable del metall que es busca anomenada mena i per una altra part no aprofitable perquè és molt pobra en metall, anomenada ganga.
El primer procés després de l’extracció és l’enriquiment i consisteix en la màxima possible separació d’aquests dos components (mena i ganga). No sempre és econòmicament aprofitable la separació d’aquest metall.
Els aliatges
Els metalls es caracteritzen per tenir una elevada conductivitat, tan elèctrica com tèrmica, una gran resistència mecànica, ser opacs i lluents i fondre’s a temperatures elevades.
Un aliatge és un producte obtingut a partir de la unió de dos o més elements químics (com a mínim un dels dos ha de ser un metall) i que, un cop format, presenta les característiques pròpies d’un metall.
Solidificació dels aliatges
Els metalls purs tenen un valor fix de temperatura de fusió. Mentre que es solidifica el metall la temperatura es constant i quan s’ha solidificat completament disminueix de forma constant. No obstant això la temperatura dels aliatges no es fixa, depèn de les proporcions del metall en aquests.
• Àrea de fase líquida: Per damunt de la línia de líquid, l’aliatge sempre es trobarà en fase líquida.
• Àrea de fase líquida+sòlida: Per a qualsevol punt situat en aquesta àrea, l’aliatge sempre contindrà una part de la massa en fase sòlida i l’altra part en fase líquida.
• Àrea de fase sòlida: Per sota de la línia de sòlid, l’aliatge sempre es trobarà en fase sòlida.
---
Per a una determinada proporció de la mescla, es pot definir una temperatura per sota de la qual tot aliatge es trobarà en fase sòlida, un interval de temperatures en el que l’aliatge es trobarà en dues fases (sòlida+líquida) i una temperatura a partir de la qual tot l’aliatge es trobarà en fase líquida.
Hi ha aliatges que tenen un diagrama d’equilibri diferent de l’anterior. Es tracta d’aliatges en el que els components són totalment solubles en estat líquid i insolubles en estat sòlid.
En aquests aliatges els diagrames d’equilibri presenten una línia mínima a la línia de líquids. La proporció que correspon a aquest punt és molt important i s’anomena proporció eutèctica. Paral•lelament el punt s’anomena punt eutèctic i la temperatura que li correspon es coneix amb el nom de temperatura eutèctica.Els aliatges de proporcions eutèctiques són importants :
• Temperatura de solidificació constant (en lloc de fer-lo amb un interval.
• La temperatura de solidificació o de fusió és la més baixa de totes les possibles amb els component que formen la mescla.
• Són mescles finíssimes i intimes de cristalls purs ideals per fabricar peces per a emmotllament perquè omplen millor els motllos i donen peces més homogènies.
Els productes metal•lúrgics
Actualment la indústria disposa d’una gran varietat de productes metal•lúrgics amb propietats molt diverses. De tots aquests materials, que poden ser metalls purs o aliatges els més utilitzats són els que es mencionen a la taula:
El ferro i els seus aliatges
anomenem ferro a gran varietat d’aliatges però en realitat el ferro put no té aplicacions industrials ja que té les següents característiques:
– Punt de fusió: 1539 ºC.
– Color: blanc grisós.
– Densitat: 7.87 g/cm3.
– Propietats mecàniques: dúctil i mal•leable.
– Altres propietats: és conductor i magnetitzable.
Industrialment s’anomena ferro pur l’aliatge ferro carbònic quan al contingut d’aquest últim és inferior al 0.03%. L’aplicació industrial del ferro pur és per les seves propietats magnètiques (xapes, per a nuclis de transformadors elèctrics).
Solidificació del ferro.
• Comença desde la fase líquida.
• Varietats al•lotròpiques:
– Delta: 1539 ºC – massa sòlida.
– Gamma: 1539 - 1390 ºC – Massa cristal•lina.
– Beta: 1390 - 900 ºC.
– Alfa: 900 - 750 ºC.
Les varietats al•lotròpiques són les propietats que tenen uns materials en funció de la seva distribució d’àtoms. Aquestes propietats en el ferro es representen mitjançant les 4 primeres lletres de l’alfabet grec.
Aliatges ferro-carbònic
La combinació del ferro en una de les varietats al•lotròpiques, una forma del carboni i la velocitat de refredament s’anomenen constituents dels aliatges ferro-carboni.
Els productes siderúrgics: acers i fosses.
El ferro és útil quan s’alia amb el carboni i dona lloc a acers i fosses. Són acers el aliatges de ferro amb carboni quan el contingut d’aquest oscil•la entre el 0.1 i 1.76%, i fosses quan el contingut de carboni esta entre el 1.76 i 6.67% + silici. Per donar forma als metalls es fan servir diversos procediments:
• Forja: massa sòlida de metall entre dues meitats d’un motllo i aplicant un esforç de compressió fins que adopta la seva forma.
• Emmotllament: introducció d’un metall en fase líquida a l’interior d’un motlle tancat i desmuntar-lo un cop sòlid.
En general es pot dir que l’acer es forjable i fon a temperatures elevades per sobre de 1400ºC. En canvi, la fossa no es forjable, fon a temperatures més baixes 1130ºC.
Els elements d’aliatges s’afegeixen voluntàriament per millorar les propietats de l’aliatge (crom, vanadi, níquel)
Hi ha elements que apareixen de forma involuntària durant el procés de l’aliatge i provoquen un empitjorament de les propietats, s’anomenen impureses (antimoni, arsènic, estany, hidrogen, oxigen)
2; Siderúrgia: processos d’obtenció del ferro colat i de l’acer.
El ferro és després de l’alumini el metall més abundant de l’escorça terrestre. Es troba combinat amb minerals formant diferents compostos químics.
Com que el ferro es troba en el mineral en forma oxidada en el procés d’obtenció del ferro haurem de separar l’oxigen del metall, aquesta operació s’anomena reducció del metall. El principal element reductor en siderúrgia es el carboni.
La obtenció de l’acer i les fosses és un procés que consta de dues fases. La primera comença amb la seva obtenció i la segona amb les seves respectives separacions.
Obtenció de l’acer
Per obtenir acer cal descarburar el ferro colat de l’alt forn. També conté moltes impureses que el fan més fràgil (fòsfor) i mal•leable(sofre).
Per aquest procés es poden utilitzar dues instal•lacions (l’una o l’altra)
1.- Convertidor: s’introdueix el ferro colat líquid (no hi ha escalfament extern ni combustió del carbó)
2.- Forn: hi ha un escalfament extern amb l’ajuda de la combustió d’un gas o per la producció d’un arc voltaic (forn elèctric)
Convertidor d’oxigen.
Recipient cilíndric i tronc cònic revestit interiorment per ceràmica refractària.
Procés: s’introdueix el ferro colat, ferralla i calç (òxid de calci) i s’injecta oxigen a pressió. (això disminueix el contingut de carboni i impureses al ferro colat.
El ferro colat es combina amb l’oxigen i desprèn calor. El silici es combina amb l’oxigen i ens dona l’escòria. El fòsfor combinat amb l’oxigen i després amb la calç ens dona origen a l’escòria. Amb el calor que es produeix els materials es mantenen líquids durant tot el procés. Durant el procés podem regular els materials per obtenir l’acer que es vol. (afegint mes o menys ferralla i/o calç.) L’escòria s’utilitza per fertilitzar els camps de conreu.
El forn elèctric
Consisteix en un recipient d'acer refrigerat externament per un circuit d'aigua internament recobert per ceràmica refractària. Aquest recipient es tanca amb una coberta que disposa de tres elèctrodes de grafit als quals se’ls aplica un fort corrent elèctric.
Procés: dins del forn s'introdueixen totes les matèries (ferro colat en estat líquid, ferralla i calç).
- Ferralla: ens aporta l'oxigen necessari, perquè és ferro oxidat.
- Calç: ens aporta el silici per formar l'escòria.
Apliquem descàrregues elèctriques per augmentar la temperatura. Afegim o traiem més ferralla i/o més calç per assolir l'acer desitjat. Colem l'acer en motlles.
El forn elèctric permet un control molt precís de la temperatura i composició de l'acer.
Formes comercials dels acers
Quan surten del convertidor o els forns, els acers es troben en fase líquida. Per ser comercialitzats cal solidificar-los amb la forma adequada. Per a fer-lo hi ha dos procediments:
• Colar-los en un motlle i deixar-los refredar. D’aquesta manera s’obté un lingot.
• Colar-los en uns canals per on donem forma de barra de secció rectangular mentre circulen fins a la secció de laminatge, on es deixen refredar totalment.
Actualment el primer procediment està en desús. El segon procés estalvia energia ja que no cal escalfar l’acer dos cops. Les característiques dels productes siderúrgics estan normalitzades, hi ha organismes internacionals que fixen les característiques d’aquest productes i els donen una denominació per distingir-los.
Les indicacions següents serveixen per interpretar la informació subministrada pel fabricant:
Densitat lineal: massa que té el perfil per unitat de llargària. G (kg/m)
Secció del perfil: la superfície de tall transversal. A(mm2)
Superfície lineal: la superfície total exterior per cada unitat de llargària. AL (m2/m)
Superfície màssica: la superfície total exterior per cada tona de massa. Ag (m2/t)
4- Tractaments tèrmics.
La importància de l’acer en el món de la indústria està justificada ja que és un material que ens proporciona una gran varietat de propietats amb el mateix material. Una gran part d’aquestes propietats es deguda als tractaments tèrmics (tractament en que es sotmet l’acer a uns canvis controlats de temperatura). Hi ha 4 tipus:
• El tremp: s’utilitza per aconseguir acer amb una elevada duresa i resistència mecànica, du una gran proporció de martensita. La martensita és un constituent. El tractament del tremp consisteix en escalfar l’acer fins que es transforma en austenita. I refredament ràpid perquè tota austenita es transformi en martensita.
segons la velocitat de refredament es fan servir diversos mitjans: aigua, minerals, plom fos, mercuri, sals fosses, aire a temperatura ambient.
• Revingut: s’augmenta la tenacitat i es disminueixen les tensions internes, però es redueixen la duresa, la resistència mecànica i el límit elàstic. Escalfament a temperatures inferior al 723ºC i un refredament posterior a l’aire.
S’aconsegueix:
o Tenacitat.
o Reducció de tensions internes.
o Menys duresa, resistència mecànica i límit elàstic.
• Recuita: serveix per disminuir la duresa i augmentar la plasticitat. Consisteix en escalfar a temperatura elevada i refredar lentament. Es diferencien 4 tipus de recuita segons la temperatura màxima a la que ha estat sotmesa i la velocitat de refredament.
o De regeneració: carboni > 0.6%
o Globular supercrítica: Acers aliats i eines. Tª màx. superior a la formació d’austenita.
o Estovament: Similar al revingut però en peces no trempades prèviament. Resistència.
o Contra acritud: S’elimina l’acritud produïda durant els processos de conformació en fred.
*S’utilitza per:
– Disminuir la duresa.
– Augmentar la plasticitat.
• Fàcilment deformable i, per tant, treballable
• Normalitzat: tractament que només s’aplica als acers amb un baix continngut de carboni (0.15% i 0.5%). Serveix per suprimir tensions internes i serveis per reduir la gràndaria dels grans de l’hacer millorant les seves propietats mecàniques.
----
.
Cap comentari:
Publica un comentari a l'entrada