¿Qué diferencia hay entre el hierro dulce, la fundición y el acero?

La diferencia está en el contenido de carbono: el hierro dulce tiene menos del 0.1%, el acero entre 0.1% y 1.76%, y la fundición entre 1.76% y 6.67%. Esto determina su dureza, su fragilidad y si pueden forjarse.

¿Para qué sirve la caliza en el horno alto?

La caliza actúa como fundente: arrastra la ganga y las cenizas y forma la escoria, que además protege el arrabio de la oxidación.

¿Qué es el arrabio?

El arrabio es el hierro de primera fusión, el principal objetivo del horno alto y la materia prima para obtener fundiciones.

Metalurgia del hierro: minerales, productos siderúrgicos y horno alto

Resumen

El documento describe los principales minerales de hierro (óxidos, carbonatos y sulfuros) con su porcentaje de hierro y sus características. Después explica los productos siderúrgicos derivados del hierro: hierro dulce, fundiciones y aceros, junto con el efecto de los elementos de aleación. Por último, detalla la estructura, la carga y las zonas del horno alto, donde se obtiene el arrabio.

Puntos clave

Los óxidos (magnetita, hematites y limonita) y los carbonatos son las menas más importantes; la pirita, un sulfuro, casi no se usa como mena de hierro.
La magnetita tiene alrededor del 72.4% de hierro y el oligisto alrededor del 70%.
El hierro dulce tiene menos del 0.1% de carbono, es dúctil, maleable y admite forja.
Las fundiciones contienen entre 1.76% y 6.67% de carbono, son muy duras pero frágiles, y no admiten forja ni soldadura.
El acero es una aleación de hierro y carbono con entre 0.1% y 1.76% de carbono.
El horno alto obtiene arrabio a partir de mineral de hierro, carbón de coque y caliza (fundente), y funciona de forma continua.

Ponte a prueba

Minerales de Hierro y su Composición

A continuación, se detallan los principales tipos de minerales de hierro, su composición y características:

Tipo Mineral	Nombre	% Hierro	Características Destacadas
Óxidos	Magnetita	72.4%	Mineral oscuro, excelente mena, pero poco abundante.
Óxidos	Hierro Oligisto (Hematites Roja)	70%	Masas compactas de color rojo, más abundante que la magnetita.
Óxidos Hidratados	Limonita	60%	Procede de la alteración de otros minerales de hierro. Bajo contenido de hierro.
Carbonatos	Siderita	48.3%	Color amarillento, algunos fragmentos presentan brillo.
Carbonatos	Esferoidita	48.3%
Sulfuros	Pirita	46.3%	Abundante en España, color amarillento con brillo metálico. Apenas se utiliza como mena de hierro.

Productos Siderúrgicos Derivados del Hierro

1. Hierro Dulce

Composición: Carbono (C) inferior al 0.1%.
Características: Color plateado.
Obtención: Mediante electrólisis.

Propiedades del Hierro Dulce

Ventajas (+)

Gran permeabilidad.
Dúctil y maleable.
Admite forja.
Conductor eléctrico (utilizado en aplicaciones eléctricas).

Desventajas (-)

Muy poroso.
Se oxida con facilidad.
Presenta grietas internas.

2. Fundiciones

Materia Prima: Arrabio.
Obtención: En horno alto.
Características: Muy duro.
Composición: Carbono (C) entre 1.76% y 6.67%.

Desventajas (-)

Frágil y quebradizo.
No admite forja ni soldadura.

Tipos según impurezas:

Fundición Gris (contiene silicio).
Fundición Blanca (contiene manganeso).

3. Aceros

Es una aleación de hierro y carbono en la que el contenido de carbono oscila entre el 0.1% y el 1.76%. Puede contener en su composición otros elementos metálicos o no metálicos que le confieren propiedades específicas.

Elementos de Aleación y sus Propiedades

Carbono: Aporta dureza y resistencia.
Silicio: Aporta elasticidad y buena conductividad magnética.
Manganeso: Aporta dureza y resistencia al desgaste.
Cobalto: Aumenta la dureza del acero en caliente, resistencia a la corrosión, oxidación y desgaste.
Cromo: Aporta dureza, resistencia al calor y al rozamiento.
Níquel: Aumenta la tenacidad y la resistencia a la tracción y a la corrosión.
Plomo: Favorece el mecanizado por arranque de viruta.
Molibdeno y Vanadio: Aportan dureza y resistencia al desgaste mecánico en caliente.
Volframio (Tungsteno): Aporta tenacidad y resistencia al calor y a la corrosión.

El Horno Alto: Proceso de Obtención de Arrabio

El principal objetivo del horno alto es la obtención de arrabio (hierro de primera fusión).

Estructura del Horno

El cuerpo central del horno se compone de:

Dos troncos de cono unidos por su base más ancha.
Dimensiones: Altura entre 30 y 80 m; Diámetro entre 10 y 14 m.
Pared Interior: Ladrillo refractario.
Parte Exterior: Acero.
Posee canales de refrigeración entre ambas capas.

Componentes Clave y Alimentación

Tragante: Parte superior del horno. Contiene dos tolvas en forma de campana para la carga.
Alimentación (Carga): Se compone de tres elementos esenciales:

Mineral de Hierro: Lavado y desmenuzado.
Carbón de Coque: Necesario para la fusión y la reducción del mineral.
Fundente (Caliza): Arrastra la ganga y las cenizas, formando la escoria.

Proceso de Fusión y Zonas del Horno

Cuba: Zona superior donde ocurre el primer calentamiento, la eliminación de humedad y la calcinación de la caliza.
Vientre: La parte más ancha, donde se produce el proceso de fusión del hierro y la escoria.
Etalaje: Parte inferior. Es el depósito donde se acumulan el hierro y la escoria. La separación se realiza por densidad, y la escoria protege el arrabio de la oxidación.

Extracción y Funcionamiento

Bigotera: Punto de extracción de la escoria.
Piquera: Punto de extracción del arrabio.

El horno funciona de manera continua, con ciclos de carga y descarga que se realizan cada 3 o 4 horas.