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miércoles, 8 de marzo de 2017

Tecnología Industrial I - Actividades Tema 6.- Metales ferrosos

Actividades Tema 6.- Metales ferrosos

MAPAS MENTALES





CUESTIONARIO TEMA 6


1. Una aleación de hierro que contiene entre un 0,03 y un 1,76% de carbono se conoce con el nombre de:
a) Acero
b) Fundición
c) Grafito
d) Hierro

2. Indica cuál de los siguientes elementos no corresponde a un mineral de hierro:
a) Siderita
b) Hematites
c) Casiterita
d) Limonita

3. Cuando el espesor de las pletinas es muy pequeño y tienen gran longitud, se denominan:
a) Varillas
b) Tubos
c) Flejes
d) Tochos

4. Las carcasas de motores y bancadas de máquinas se fabrican generalmente de:
a) Fundición
b) Acero
c) Hierro
d) Grafito

5. Una aleación de hierro-carbono con un porcentaje de 1,76 a 6,67% de carbono se conoce como:
a) Fundición
b) Acero
c) Hierro
d) Grafito


6. ¿Qué elemento, junto al cromo, es el que se emplea para fabricar el acero inoxidable?
a) Cobalto
b) Wolframio
c) Molibdeno
d) Níquel

7. Señala qué elementos de los indicados a continuación no pertenecen a productos comerciales:
a) Barras
b) Lingotes
c) Perfiles
d) Palastros

8. Indica el elemento que no es utilizado corno materia prima en el horno alto:
a) Carbón de coque
b) Escoria
c) Cal
d) Mineral de hierro

9. El hierro obtenido del horno alto se denomina:
a) Fundición
b) Acero
c) Escoria
d) Arrabio

10. Señala qué tipo de fundición no se obtiene a partir de la fundición blanca:
a) Fundición maleable de grafito esferoidal
b) Fundición maleable de corazón blanco
c) Fundición maleable de corazón negro
d) Fundición maleable perlítica

11. Si tengo que fabricar una cazuela de acero inoxidable emplearé el siguiente acero aleado:
a) F-1000
b) F-3000
c) F-5000
d) F-8000

12. La parte del horno alto que se encuentra a mayor temperatura, cuando se está produciendo arrabio, se denomina:
a) Etalaje
b) Cuba
c) Crisol
d) Tragante


ACTIVIDADES TEMA 6


1. Busca el significado de los siguientes términos que aparecen en esta unidad:

  1. Mineral de hierro: es una concentración natural de metal que se puede explotar económicamente para extraer el hierro.
  1. Ferroaleaciones: son conocidas como aquellas aleaciones de hierro que poseen un elemento constitutivo además del carbón.
  1. Arrabio: Producto obtenido de la primera fusión del hierro en los altos hornos que contiene más carbono que el acero o que el hierro forjado y se rompe con mayor facilidad.
  1. Etalaje: Parte de la cavidad de la cuba en los altos hornos, inferior al vientre, donde se completa la reducción de la mena por los gases del combustible.
  1. Ganga: es el material que se descarta al extraer la mena de un yacimiento de mineral, por carecer de valor económico o ser demasiado costoso su aprovechamiento.
  1. Convertidor LD: es un método de producir acero en el cual el hierro fundido rico en carbono se transforma en acero.
  1. Lingotera: Molde en el que se vierte un metal o aleación fundidos para formar lingotes.
  1. Colada continua: es uno de los procesos más antiguos que se conocen para trabajar los metales, es el proceso que da forma a un objeto al entrar material líquido en una cavidad formada en un bloque que se llama molde y dejar que se solidifique el líquido.
  1. Fundición: acción de fundir o fundirse.
  1. Hierro: son aquellos productos ferrosos cuyo porcentaje de carbono está comprendido entre el 0,01 y el 0,03%.
  1. Acero semisuave: son aquellos productos ferrosos cuyo porcentaje de carbono está comprendido entre el 0,1 y el 0,2%.
  1. Fleje: tienen un espesor muy pequeño y gran longitud.
  1. Fundición atruchada: es un tipo de fundición intermedia entre la blanca y la gris.
  1. Fundente: Sustancia que se añade a otra para facilitar la fusión de esta última.
  1. Colada: operación que se realiza en un alto horno para dar salida a un chorro de metal.
  1. Crisol: cavidad en la parte inferior de un alto horno donde se recoge el metal fundido.
  1. Horno eléctrico: es aquel aparato para la cocción que funciona con energía eléctrica.
  1. Mena: es un mineral del que se puede extraer un elemento, un metal generalmente, por contenerlo en cantidad suficiente para ser aprovechado.
  1. Escoria: sustancia vítrea, formada por las impurezas, que flota en el crisol de los hornos metalúrgicos.

  1. Lingote: trozo o barra de metal bruto fundido.

2. ¿Se puede utilizar el convertidor o procedimiento LD para obtener acero exclusivamente de chatarra? ¿Por qué?
No, porque el elemento principal que se utiliza en el procedimiento LD es el arrabio aunque se pueda utilizar pequeñas cantidades de chatarra.

3.¿Cuáles son las partes de un horno alto?
Pantalón, Anillo de viento, Toberas, Piquera de arrabio, Piquera de escoria, Crisol, Vientre, Etalaje, Cuba, Tragante.

4.¿Qué diferencia existe entre la ganga y la mena?
La ganga es la parte no útil (no aprovechable) de un mineral y la mena es la parte útil.

5.¿Qué tipos de mineral de hierro se emplean mayoritariamente en la actualidad para obtener productos férricos?
Se usa principalmente la magnetita, la hematites, la limonita y la siderita.



6. Señala la diferencia entre Altos Hornos y hornos altos.
Altos Hornos es un nombre (por ejemplo de una empresa) y hornos altos es un tipo de horno en el que se hacen la fundiciones.

Curiosidad: 

Altos hornos de Marbella


Jardín Botánico La Concepción, llamado así en honor de la primera ferrería marbellí.
Los altos hornos de Marbella fueron el segundo establecimiento siderúrgico de España, fundados en 1826, solo después del de Sargadelos creado en 1794.
Los altos hornos surgieron en Marbella tras la aparición de un yacimiento de hierro descubierto en Ojén y debido a la disponibilidad de carbón vegetal (árboles) de la sierra Blanca y el paso de agua del río Verde, ya que los altos hornos necesitaban de un buen caudal para las tareas de fabricación. Así, en agosto y septiembre de 1826 surgen dos sociedades llamadas La Concepción y El Ángel, promovidas por Manuel Agustín Heredia, la primera y Juan Giró -un balear vecino de Málaga- la segunda.
En los altos hornos marbellíes se llegó a fabricar el 75 por ciento del hierro que se fundía en España, que luego se afinaba en la ferrería de La Constancia de Málaga. Pero la producción en hornos de carbón vegetal resultaba mucho más cara que la obtenida por medio de carbón de coque y la industria siderúrgica de Marbella se hundió finalmente por la competencia de la siderurgia del norte.
En honor a la primera ferrería de su padre, Amalia Heredia Livermore, hija del industrial, le puso La Concepción a su residencia en Málaga.(Fuente Wikipedia)
7. Explica, paso a paso, el funcionamiento del procedimiento LD.
-Se inclina el horno y se le añade el arrabio, el fundente y, a veces, chatarra.
-Se pone en vertical y se baja la lanza para inyectar oxígeno en el metal fundido. Las impurezas se queman.
-Se inclina el horno y se saca la escocía que flota sobre el acero.
-Se vierte el acero sobre la cuchara y se añade carbono.

8. ¿Qué son las cucharas torpedo?
La cuchara torpedo se ocupa de llevar el arrabio desde el horno alto hasta la acería. Se emplea como medio de transporte en largas distancias.

9.Señala los pasos que deben seguirse a la hora de obtener acero a partir de la chatarra.
-Se levanta la tapadera del horno (eléctrico).
-Se introduce chatarra seleccionada (que no lleve otros metales).
-Se añade fundente (cal).



10. Haz un dibujo en tu cuaderno de un horno eléctrico, señalando cada una de sus partes.



11. Indica en qué se diferencia un acero de un hierro, de una fundición y de un grafito.
Se diferencian en el porcentaje de carbono que tienen:
-Hierro: de 0,01% a 0,03%.
-Aceros: Contienen entre 0,03 y 1,76% de Carbono. Normalmente contienen otros elementos químicos.
-Fundición: de 1,76% a 6,67%.
-Grafito: más de 6,67%.
12. ¿Qué ventajas e inconvenientes tienen los aceros que llevan mucho carbono?
Ventajas: Son muy duros.
Inconvenientes: Son muy fragiles.

El carbono hace que el acero sea más duro y tenga mucha más resistencia. El inconveniente es que a partir de un cierto punto se hace mucho más quebradizo, pierde su resistencia y se hace más frágil.

13. Supón que tienes una pletina de hierro y otra de acero de 1,6% de carbono. Las empiezas a calentar en un horno que va aumentando su temperatura progresivamente hasta 1550C. ¿Cuál de las dos pletinas se empezaría a fundir antes? ¿Por qué?
El acero de 1,6% porque al tener menos carbono su punto de fundición es mas bajo.

14. ¿En qué se diferencia un acero aleado de otro que no lo es?
Se diferencia en que al aleado le han mejorado algunas características lo que hace que sea mejor que el otro.

15. Indica cómo se denominan los aceros no aleados en función del tanto por ciento de carbono que contienen.
En función de su porcentaje de carbono podemos obtener aceros extrasuave, suave, semisuave, semiduro, duro y extraduro.

16. Indica qué propiedades se mejoran cuando a un acero se le añaden (en forma de ferroaleación) vanadio y cobalto.
Vanadio: Proporciona un aumento a la resistencia de fatiga.
Cobalto: Aumenta la dureza del acero en caliente y la de la abrasión.

17. Señala cuáles son las presentaciones comerciales del acero.
Perfiles, palastros y barras.

18.Señala en qué contenedor, de los que coloca el ayuntamiento de tu localidad, se deberán depositar los productos ferrosos (tales como botes y latas de hojalata).
Se depositan en el contenedor amarillo.

19. Indica al menos tres razones por las que se deben reciclar los productos ferrosos que ya han finalizado su ciclo de vida.
-Reducen la contaminación de las aguas y del aire.
-Se ahorra el gasto de conseguir más productos ferrosos.
-Reducen la destrucción del paisaje.

20. Realiza un listado de al menos veinte objetos fabricados con metales férreos que se encuentren en tu instituto.
Farolas, cables, canasta, puertas, grifos, tapaderas de alcantarilla, estanterías, vallas, herramientas...

21. Busca objetos antiguos fabricados con productos férreos y compáralos con esos mismos objetos fabricados en la actualidad en los que se utilizan otros materiales. Trata de encontrar al menos cinco de esos objetos y anota las diferencias más significativas.

22. Explica en qué consiste la designación convencional numérica. ¿A qué productos ferrosos se aplica? ¿Qué criterios de selección emplea? Pon un caso e indica un ejemplo real.
Es un sistema para clasificar los aceros según sus propiedades. A los aceros.
F-4000 aceros de emergencia.

23. Señala qué tipos de aceros no aleados emplearías si tuvieses que fabricar alguno de los siguientes elementos: alicate, pinza, cortafríos, llave de bujías y chinchetas.
Alicate: Acero duro.
Pinza: Acero suave.
Cortafríos: Acero extra duro.
Llave de bujías: Acero duro.
Chincheta: Acero extra suave

24. ¿A qué se denomina acero inoxidable? ¿Qué elementos químicos debe tener? ¿Cómo se puede diferenciar un acero inoxidable de un acero que no lo es?
Es acero resistente a la oxidación. Debe de tener níquel y cromo. Se diferencia que uno se oxida y el otro no.

25. Haz un dibujo del horno alto, indicando sus partes así como las diferentes temperaturas a las que se encuentra sometido. Explica el proceso de funcionamiento.
Tragante; parte superior de un horno alto por donde se introduce la materia prima.
Cuba; zona del horno situada entre el tragante y el vientre, por donde la temperatura oscila entre 400ºC y 1300ºC (aumenta a medida que se acerca al vientre).
Vientre; zona central del horno donde se produce el límite de temperatura del acero antes de que se funda.
Etalaje; parte del horno donde el mineral de hierro (la mena) se transforma en gotitas que se depositan en el crisol.

Crisol; recipiente de material refractario que sirve para fundir un metal a temperaturas muy altas, usado en la industria química y metalúrgica. Es una cavidad en los hornos que recibe el metal fundido. Es la parte más baja del horno.

El proceso de funcionamiento es continuo, y los altos hornos funcionan sin parar, día y noche, durante un período de 5 años, pasado el cual se desmantelan parcialmente, para proveerlos de un nuevo recubrimiento de ladrillos refractarios.

En su parte inferior van provistos de un crisol, en donde irá a depositarse el hierro fundido junto con la escoria formada que, debido a su menor peso, flota en la superficie. Tienen la forma de dos troncos de cono unidos por sus bases mayores.

La altura del primer cono es mucho mayor que la del otro que, naturalmente, está invertido, por lo que el alto horno presenta su mayor diámetro, aproximadamente, a 1/5 de su altura total, cerca de la base. A nivel del suelo, y próximo al horno, existen tolvas especiales, en las que se almacenan las respectivas cargas de coque, caliza y mineral de hierro.

Las tres tolvas, por orden, dejan caer su contenido en una tolva general, cuyo orificio de salida está situado sobre una vagoneta fija a una cinta transportadora, que eleva la carga hasta la parte superior del alto horno.

La carga de mineral, coque y piedra caliza se vierte mecánicamente en una tolva especial situada en el extremo superior del horno, que termina en una campana cónica. Esta tolva va provista de un mecanismo que puede hacerse funcionar desde abajo. Esto hace posible la ausencia de operarios en esta zona del alto horno.

26 ¿En qué casos se emplea el procedimiento o convertidor LD para el afino de aceros y en cuáles el horno eléctrico?
LD: En la obtención del hierro.
Horno eléctrico: En la obtención del acero.

27. Indica las aplicaciones a las que se destinan las fundiciones ordinarias y especiales.
Fundiciones ordinarias: Estan principalmente compuestas por hierro y carbono, con cantidades muy pequeñas de otros metales.
Fundiciones especiales: Son ordinarias pero les mejoran sus características, es decir, les mejoran sus propiedades.
28. Busca algún tipo de estructura de tu entorno que tenga una forma distinta a las estudiadas en los apartados anteriores. Señala para qué se usa y justifica su forma de acuerdo a su empleo.
29. Observa alguna herramienta de acero cromo-vanadio (por ejemplo, llaves de tubo fijas). Justifica porqué se emplean estos dos elementos de aleación en esas aplicaciones concretas.
Las propiedades físicas, químicas y mecánicas del cromo vanadio le da tolerancias de , resistencia a la corrosión y dureza


30. Un horno eléctrico que consume 600 000 A y que esta conectado a una tensión de 900 V tiene una producción de 120 t de acero cada 50 min. Sabiendo que el kWh de electricidad cuesta 0,15 € y el kilo de chatarra 0,12 €, determina:
a) Potencia del horno.
P=I*V → 600000A * 900V = 540000000W = 540000kW
b) Energía gastada en cada hornada.
1 hornada = 50min; 50min = 0,83h;
540000kW * 0,83h = 448200kWh
c) Precio del kilogramo de acero obtenido, si las ferroaleaciones cuestan 400 € por hornada. Se supone que toda la chatarra que se introduce se convierte en acero.
S: a) 540000 kw; b) 450000 kW h; c) 0,69 €/kg
31. Sabiendo que el calor específico del arrabio es igual a 0,118 kcal/Kg • C y suponiendo que este valor sea igual al del mineral de hierro, el fundente y la ganga, y se mantenga constante hasta la temperatura de fusión del producto ferroso, determina:
  1. La cantidad de carbón de coque que es necesario aportar diariamente a un horno alto si queremos obtener una producción de 8000 t de arrabio diarios. Supondremos que el poder calorífico del carbón coque es de 6 500 kcal/Kg.
    S: 299 t
  2. La potencia del horno alto.
S: 94,02 MW
Nota: a efectos prácticos de cálculo, supondremos que el 80% de la energía total empleada se usa para fundir el mineral de hierro. El resto (20%) es el empleado para fundir el fundente y la ganga. La temperatura a la que se eleva el acero es de 1650ºC y la temperatura ambiente de 3ºC.
32. Suponiendo que no se produzcan pérdidas de energía para fundir la chatarra de una aleación de hierro-carbono (4,3% de C) en un horno eléctrico, determina la intensidad de la corriente eléctrica gastada si la carga del horno es de 90 t de hierro (Ce =0,105 kcal/kg •0C), la temperatura ambiente es de 30ºC y el voltaje de 900 V. El tiempo de calentamiento es de 50 minutos.
    S: 16093 A





Realizado por: Naim Barka Abisdris 1BachC
Comprobado por: Francisco Díaz Uceda

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