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Practica realizada en lavoratorio
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Ingeniera de Materiales Metlicos
Prctica N 5:
Alumnos:
Amado Santiago Leonardo
Blanco Chaires Guillermo
Cuellar Brcenas Sergio Alejandro
Fernndez del ngel Armando
Profesor:
Ing. Zavala Hernndez Rafael
Grupo: 2514C
Fecha realizada: 22 de abril de 2015 Ing. Mecnica
Fecha de entrega: 29 de abril de 2015 2do Semestre
Instituto Tecnolgico De Ciudad Madero
Metal Mecnica
Laboratorio de Ingeniera Mecnica
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INDICE
Objetivo ................................................................................................................ 3
Consideraciones tericas ..................................................................................... 2
Desarrollo ............................................................................................................. 7
Clculos y resultados ........................................................................................... 8
Observaciones ..................................................................................................... 11
Conclusiones ........................................................................................................ 11
Bibliografas .......................................................................................................... 12
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a) Objetivo.
Que el alumno conozca las materias primas que se usan en el alto horno y
los productos que se obtienen del mismo observando sus propiedades
fsicas ms relevantes, por inspeccin visual y palpacin.
b) Consideraciones tericas.
- Investigar sobre: Breve desarrollo histrico de la metalurgia, Qu es
metalurgia?, Qu es metalurgia extractiva? Y Qu es metalurgia
fsica?, Pre beneficios (preparacin de minerales) y beneficio de los
minerales de Fe, Propiedades de los minerales de Fe, fundentes y
combustibles (coque), Propiedades de los arrabios y escorias del alto
horno, as como el uso y aprovechamiento de los gases del alto horno.
Breve desarrollo histrico de la metalurgia
Los principios de la metalurgia son un misterio para la ciencia moderna, como
poco que queda del desarrollo temprano de las herramientas necesarias para la
fabricacin de objetos metlicos. En algn momento de la prehistoria, el hombre
logr determinar que al fundir ciertas rocas, podran amoldarlas en nuevos objetos
con funcionalidad y mayor durabilidad. Cun pronto esto ocurri tras la capacidad
del hombre de crear fuego se desconoce, pero los arquelogos especulan que
pudo haber sido tan pronto como una generacin. Se sabe que algunos de los
primeros artefactos conocidos son de carcter decorativo, como simples collares y
anillos.
Qu es metalurgia?
La metalurgia es la tcnica de la obtencin y tratamiento de los metales a partir de
minerales metlicos. Tambin estudia la produccin de aleaciones, el control de
calidad de los procesos. La metalrgica es la rama que aprovecha la ciencia, la
tecnologa y el arte de obtener metales y minerales industriales, partiendo de sus
menas, de una manera eficiente, econmica y con resguardo del ambiente, a fin
de adaptar dichos recursos en beneficio del desarrollo y bienestar de la
humanidad.
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Qu es metalurgia extractiva?
Metalurgia extractiva es el estudio de los procesos utilizados en la separacin y
concentracin de las materias primas. El campo es una ciencia aplicada, que
cubre todos los aspectos de los procesos fsicos y qumicos utilizados para
producir los materiales minerales que contienen y metlicos, a veces al uso directo
como un producto acabado, pero ms a menudo en una forma que requiere un
procesamiento ms fsica que es generalmente el tema de la metalurgia fsica,
cermica, y otras disciplinas dentro del amplio campo de la ciencia de los
materiales.
Qu es metalurgia fsica?
Es la ciencia que se ocupa de las caractersticas fsicas y mecnicas de los
metales y aleaciones y las causas que la originan como la composicin qumica y
la estructura interna (cristalina), as como el tratamiento mecnico y trmino.
Pre beneficios (preparacin de minerales) y beneficio de los minerales de Fe
Preparacin y enriquecimiento del mineral.
A las operaciones de preparacin y enriquecimiento del mineral pertenecen: la
tritu-racin, clasificacin, calcinacin, lavado, separacin electromag-ntica y
tostacin. El proceso de fusin en los altos hornos, el gasto de combustible y la
calidad del hierro colado que se obtiene, dependen de la calidad de preparacin
del mineral.
La trituracin se realiza en molinos de mandbulas o de cono; el mineral triturado
se clasifica en cribas o tamices de estructura especial; los pedazos grandes se
separan de los finos, los cuales se someten posteriormente a la tostacin.
Tostador de minerales
Los pedazos de gran tamao, de 30 a 100 mm, se clasifican en grupos y se
envan a la fusin. Para hacer mineral poroso de fcil reduccin y libre de
impurezas perjudiciales, se somete a calci-nacin en hornos especiales. Los
minerales que tienen mucha arcilla, arena, tierra arcillosa, etc. se lavan con agua.
Durante el lavado, la ganga se separa por medio de un chorro fuerte de agua. Los
minerales que poseen propiedades magnticas se clasifican en instalaciones
especiales, en las cuales unos imanes elctricos separan las partculas del mineral
de hierro, rechazando la ganga no magntica. Los pedacitos de mineral y cisco de
coque se someten a tostacin con objeto de obtener pedazos ms grandes. El
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equipo para tostar consta de una transportadora, compuesta de carros que se
mueven por una va cerrada.
La mezcla humedecida del mineral y del combustible desmenuzado se carga
sobre las parrillas de los carros, formando una capa de 250 mm, el combustible se
inflama por medio de un quemador y se hace pasar aire de arriba hacia abajo. Al
quemarse el combusti-ble, la temperatura se eleva a 1 2001 300 C, con lo cual
los peque-os trozos del mineral se aglomeran en pedazos porosos (aglomerado),
adecuados para la fusin en los altos hornos.
Actualmente se ha empezado a emplear la tostacin de la mezcla e mineral,
combustible y fundente (bsico) con el objeto de obtener un aglomerado
enriquecido en fundente. Esta medida aumenta considerablemente la capacidad
de produccin de los altos hornos y disminuye el gasto de combustible en la
obtencin de hierro fundido.
Beneficio de los minerales de hierro
La extraccin de los minerales se realiza de maneras muy diversas segn las
circunstancias que concurren en cada caso. En general, como el mineral se suele
presentar formando grandes masas, siempre suele ser necesario emplear
importantes cantidades de explosivos para romperlas y facilitar su extraccin. Para
arrancar el mineral se emplean potentes mquinas excavadoras y luego se
machacan, trituran y criban los trozos de mineral hasta obtener tamaos
apropiados para su transporte o utilizacin. Las explotaciones se hacen a cielo
abierto o en galeras subterrneas.
Los minerales despus de ser extrados deben sufrir, segn sea su calidad,
tratamientos diversos. A veces es necesario lavarlos para eliminar las materias
terrosas o arcillas con las que suelen estar mezclados. Otras veces los carbonatos
son calcinados para transformarlos en xidos y tambin, a veces, se calcinan
ciertas magnetitas muy duras y compactas para transformarlas en xido frrico de
ms fcil reduccin y aumentar su porosidad o para eliminar algo del azufre que
contienen.
Los minerales despus de ser machacados, triturados y molidos, se clasifican por
cribado o por procedimientos magnticos. Posteriormente, los tamaos finos de
riqueza aceptable se suelen aglomerar o sinterizar antes de su carga en los
hornos altos. Cuando la humedad que contienen es muy elevada, se secan en
hornos rotatorios para reducir el porcentaje de agua que les acompaa.
Propiedades de los minerales de Fe, fundentes y combustibles (coque)
Propiedades del hierro
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El estado del hierro en su forma natural es slido (ferromagntico). El hierro es un
elemento qumico de aspecto metlico brillante con un tono grisceo y pertenece
al grupo de los metales de transicin. El smbolo qumico del hierro es Fe. El punto
de fusin del hierro es de 1808 grados Kelvin o de 1535,85 grados Celsius o
grados centgrados. El punto de ebullicin del hierro es de 3023 grados Kelvin o
de 2750,85 grados Celsius o grados centgrados.
El metal de hierro es fuerte, pero tambin es muy barato. Por lo tanto, es el metal
de uso ms comn hoy en da. La mayora de los automviles, mquinas,
herramientas, los cascos de los buques de gran tamao y la mayora de las piezas
de las mquinas estn hechas de hierro.
Fundente:
Puede ser piedra caliza o arcilla. El fundente se combina qumicamente con la
ganga para formar escoria, que queda flotando sobre el hierro lquido, por lo que
se puede separar. Adems ayuda a disminuir el punto de fusin de la mezcla.
Combustibles:
Combustible: que generalmente es carbn de coque. Recuerda. El carbn se
obtiene por destilacin del carbn de hulla y tiene alto poder calorfico. El carbn
de coque, adems de actuar como combustible provoca la reduccin del mineral
de hierro, es decir, provoca que el metal hierro se separe del oxgeno.
El carbono, en su forma industrial de coque, se mezcla con el mineral, con cuyo
oxgeno se combina, transformndose, primero en monxido de carbono (CO) y
luego en dixido carbnico (CO2).
Propiedades de los arrabios y escorias del alto horno, as como el uso y
aprovechamiento de los gases del alto horno.
Fundicin, hierro colado o arrabio
Es el producto propiamente aprovechable del alto horno y est constituido por
hierro con un contenido en carbono que vara entre el 2% y el 5%. Se presenta en
estado lquido a 1800 C. En ocasiones, a este metal se le denomina hierro de
primera fusin.
Escoria
Es un residuo metalrgico que a veces adquiere la categora de subproducto, ya
que se puede utilizar como material de construccin, bloques o como aislante de
la humedad y en la fabricacin de cemento y vidrio. La escoria, como se coment
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anteriormente, se recoge por la parte inferior del alto horno por la piquera de
escoria.
Humos y gases residuales
Se producen como consecuencia de la combustin del coque y de los gases
producidos en la reduccin qumica del mineral de hierro que, en un elevado
porcentaje, se recogen en un colector situado en la parte superior del alto horno.
Estos gases son, principalmente, dixido de carbono, monxido de carbono y
xidos de azufre.
c) Desarrollo.
Material y/o equipo:
Minerales de Fe: Hematita,
Combustibles: coque, carbn vegetal.
Fundentes: piedra caliza, dolomita, magnecita, cuarzo, calcedonia,
cuarcitas, fluorita, etc.
Arrabio.
Ferroaleaciones: Fe Mn, Fe Si, Fe Si Mn.
Escoria.
Cuaderno de notas con lpiz o bolgrafo.
Cmara fotogrfica.
Imn.
Procedimiento:
1. Presentar las muestras de las materias primas y productos del alto horno a
los lados del dibujo del alto horno.
2. Observar sus propiedades fsicas y relevantes como; color, brillo,
transparencia, peso especfico, magnetismo, etc.
3. Hacer una tabla separando materias primas de productos del alto horno
describiendo cada una de las muestras en base al formato ya establecido.
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d) Clculos y resultados.
Materiales del alto horno
Productos del alto horno
Material Formula Color Brillo Transparencia
Peso Magnetismo
Hematita Fe2O3 Rojo No No Ligero No
Magnetita Fe2+(Fe3+)2O4 Gris oscuro Si No Pesado Si
Limonita FeO(OH)nH2O Amarillo No No Ligero No
Pirita FeS2 Verde Si No Pesado No
Cuarzo SiO2 Caf No No Medio No
Calcita CaCO3 Blanco Si No Pesado No
Fluorita CaF2 Transparente Si Si Ligero No
Coque C Negro No No Ligero No
Coque vegetal
C2H5 Negro No No Ligero No
Coque ref. de petrleo
Negro Si No Ligero No
Briquetas Negro No No Ligero No
Sinter Caf con negro No No Pesado No
Material Formula Color Brillo Transparencia
Peso Magnetismo
Arrabio Caf No No Pesado Si
Escoria Verde con gris
Si, poco No Pesado Un poco
Ferromanganeso FeMn Negro No No Pesado No
Ferrosilicio FeSi Gris Si No Ligero No
Ferrosiliciomanganeso
FeSiMn Gris oscuro Si No Pesado No
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Evidencia fotogrfica
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e) Observaciones
Las materias primas de un alto horno presentado en la prctica presentaban
algunas caractersticas que se mencionan a continuacin:
Un terrn de coque desprenda pequeas partculas que al tocarlo se te quedaba
impregnado en la mano, el cual al momento de aadirlos al alto horno este se va
desintegrando fcilmente en el transporte el cual no es favorable; mientras que el
otro terrn de coque mantena su consistencia el cual es el apropiado para el
fundicin del acero.
Tambin algunas materias presentaban magnetismo (como la magnetita) y su
textura era spera con un tono de color pardo oscuro, mientras que otros (la
mayora) no lo presentaban.
El brillo solo se presentaban en materiales con una textura lisa, por ejemplo el
carbn vegetal tiene una textura spera el cual no emite nada de brillo.
El peso tambin se pudo sentir al tocar los materiales por ejemplo el carbn
vegetal tena muy poco peso mientras que la magnetita tena un peso elevado en
relacin a su tamao.
f) Conclusiones
El objetivo de la prctica se cumpli ya que al poder tener relacin con las
materias primas y productos del alto horno, se pudo obtener una inspeccin y
anlisis de las propiedades fsicas ms relevantes por medio visual, y su peso
especfico por palpacin.
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g) Bibliografa
http://www.ehowenespanol.com/historia-metalurgia-sobre_260896/
http://es.wikipedia.org/wiki/Metalurgia
http://docsetools.com/articulos-utiles/article_103171.html
http://www.monografias.com/trabajos67/proceso-fabricacion-metales-
ferrosos/proceso-fabricacion-metales-ferrosos2.shtml
http://www.ecured.cu/index.php/Producci%C3%B3n_de_Hierro_fundido
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