Procesos Industriales de Fabricación y Transformación de Metales Ferrosos y No Ferrosos

Proceso de Fabricación del Acero

A través de la minería, se realiza una exploración para encontrar mineral de hierro. Este es sometido a un lavado y acondicionamiento (por ejemplo, trituración para obtener la granulometría adecuada), y luego puede pasar a:

• Sinterizado: donde se consigue el sínter, un producto poroso formado a partir de los finos del material de hierro (Proceso en altos hornos).
• Pelletización: se convierte en pellets, un producto esférico formado por el polvo del mineral del hierro (Método de reducción directa).

En el proceso en los altos hornos, el sínter se mezcla con el coque (también se añaden fundentes). Luego de su proceso a través de reacciones químicas, se obtiene un producto con pocas impurezas y alto contenido de carbono, llamado arrabio. También se obtiene escoria, que se utiliza para otros procesos industriales.

Posteriormente, se debe transformar el arrabio en acero; esto se realiza a través de convertidores, para luego pasar a la metalurgia secundaria donde se ajustarán las composiciones. Finalmente, a través de la colada continua, se solidificará el acero en moldes específicos para obtener, por ejemplo, los planchones de acero.

Obtención de Acero mediante Horno Eléctrico

El proceso de obtención de acero a través del horno eléctrico se diferencia del anterior en dos puntos fundamentales:

1. La principal materia prima es la chatarra, es decir, el propio acero reciclado al final de su vida útil.
2. El uso de hornos eléctricos, donde se carga la chatarra y se crea un arco eléctrico que salta entre los electrodos.

La forma de los productos de acero se obtiene a través del vaciado por el fondo. La mayor parte del acero obtenido por este procedimiento se destina a productos largos empleados en la construcción, como las palanquillas.

Procesos de Conformado de Metales Ferrosos

Los principales procesos incluyen la laminación, forja, trefilado, estampado, embutido y doblado.

Doblado

Consiste en deformar una chapa mediante un punzón para obtener un determinado ángulo. Este proceso no modifica significativamente el espesor del material. Sus aplicaciones incluyen perfiles, soportes, gabinetes eléctricos y chapas estructurales.

Laminación

Es el proceso que consiste en reducir el espesor o cambiar la sección transversal de una pieza mediante fuerzas de compresión aplicadas con un conjunto de rodillos.

Laminado en Caliente

Los planchones se calientan en hornos a muy altas temperaturas (aproximadamente arriba de 930 grados para evitar que recristalice). Estos circulan a través del horno y, al salir, siguen su recorrido hacia las cajas desbastadoras con cilindros, que reducen a presión los planchones hasta obtener las dimensiones requeridas. Finalmente, se cortan a la medida. Este laminado permite una gran variedad de formas y piezas de gran tamaño, utilizándose para elementos que no requieren formas precisas, como anclajes, estructuras de construcción y raíles de vías.

Laminado en Frío

Todas las piezas pasan primero por una laminación en caliente. Luego, previo a la laminación en frío, las bobinas producidas son decapadas para eliminar el óxido formado. El objetivo del laminado en frío es disminuir los espesores del laminado en caliente obteniendo además mayor uniformidad y planitud.

Es un proceso continuo de deformación a alta velocidad, manteniendo la temperatura por debajo del punto de cristalización. El cambio de volumen se produce en la dirección de laminado, a temperatura ambiente, aumentando la resistencia por endurecimiento del material y mejorando el acabado y las tolerancias. Se utiliza para partes de maquinarias, tubos de escape, sillas y electrodomésticos.

Formación de Tubos y Extrusión

Tipos de Tubos

• Con costura: se parte de una bobina tipo cinta que se va doblando progresivamente. Se produce una costura de soldadura, se retira la rebaba del cordón y se realiza un enfriamiento y test de resistencia hidráulica. La soldadura es un punto donde no hay continuidad y puede haber inicios de grieta.
• Sin costura: se parte de una barra de acero. Se calienta, se perfora y se reduce su espesor mediante rodillos. Se utiliza el proceso de extrusión. Son más resistentes y exigidos por ciertas normas de construcción.

Extrusión de Metales

Es un proceso mediante el cual se hace pasar a presión una barra-lingote de metal por una matriz de diseño especial para producir tubos huecos u otros perfiles de alta definición.

• Extrusión en caliente: se utiliza cuando los metales carecen de suficiente ductilidad a temperatura ambiente para reducir las fuerzas requeridas. Se producen tubos, perfiles estructurales y varillas.
• Extrusión en frío: se utiliza para lograr un mejor acabado superficial, control de tolerancias dimensionales y un material endurecido.

Trefilado

Este proceso consiste en disminuir el diámetro de un alambre (comúnmente de cobre o aluminio) a través de un juego de dados que poseen forma cónica en su interior. Las variables importantes son la temperatura y la velocidad. Se pueden realizar procesos conjuntos, primero de extrusión y luego de trefilado.

Fundiciones: Procesos y Moldes

Es el proceso de fabricación de piezas mediante la fusión y posterior solidificación del metal en moldes. Es uno de los métodos más antiguos y permite obtener formas complejas de gran tamaño en una sola operación.

Se utilizan hornos de tipo eléctrico, crisol o cubilote, cargados con metal en lingotes, chatarra y fundentes. Los defectos más comunes incluyen porosidad, rechupes, inclusiones, grietas, falta de llenado, sopladuras y deformaciones.

Modelo y Molde

• Macho: se utiliza para producir fundiciones con cavidades o pasajes internos.
• Molde: pieza con cavidades que da forma al material en su transición líquido-sólida.

Tipos de Moldes

1. Moldes desechables: fabricados en arena, yeso o cerámica con aglutinantes. Se rompen para retirar la pieza.
2. Moldes permanentes: fabricados con metales resistentes al calor (matrices metálicas). Se usan repetidamente.
3. Moldes compuestos: combinan materiales permanentes y desechables.

Etapas del Proceso de Moldeo

1. Colocar un modelo en arena para hacer una impresión.
2. Realizar un sistema de alimentación para verter el metal líquido.
3. Retirar el modelo y llenar la cavidad con metal fundido.
4. Enfriamiento y solidificación.
5. Separar el molde de arena y retirar la fundición.

Forja: Deformación Plástica

Consiste en deformar plásticamente un metal mediante esfuerzos de compresión (martillos o prensas). A diferencia de la fundición, el metal no se funde. Los granos del material se orientan siguiendo la geometría, mejorando las propiedades mecánicas.

Ventajas: elimina porosidades, mejora la resistencia a la fatiga y aporta mayor tenacidad. Desventajas: matrices costosas y limitaciones geométricas.

Clasificación de la Forja

• Forja en caliente: por encima de la temperatura de recristalización. Permite grandes deformaciones con menor esfuerzo. Ejemplos: cigüeñales, bielas y ejes.
• Forja en frío: a temperatura ambiente. Ofrece alta precisión y acabado superficial. Ejemplos: bulones, tornillos y remaches.
• Forja libre: el metal se comprime entre superficies planas. Ideal para piezas grandes o producción unitaria.
• Forja en matriz cerrada: el material ocupa una cavidad mecanizada. Es el proceso más utilizado en la industria automotriz.

Metales No Ferrosos

Representan el 20% de los metales utilizados en la industria. Sus características fundamentales son la resistencia a la tensión, resistencia a la corrosión, conductividad eléctrica y maquinabilidad. Suelen utilizarse en exteriores sin necesidad de recubrimientos.

Procesos de Producción

• Extracción: obtención de minerales en yacimientos superficiales o subterráneos.
• Refinado o concentrado: separación y preparación del mineral para eliminar impurezas.
• Fusión: uso de altos hornos (menores que los de arrabio) o hornos de reverbero (donde la llama ilumina la carga).
• Afinado: proceso para lograr alta pureza, utilizando técnicas como las tinas electrolíticas.