Sidelurgia

Question 1

Què és la siderúrgia?

Answer 1

La siderúrgia és la part de la metal·lúrgia que estudia el ferro i els seusaliatges.

Question 2

En quins apartats podem classificar la siderúrgia?

Answer 2

• Acers, que són l’aliatge de ferro i carboni, amb un contingut de carboni menor del 2% .
• Foses, són aliatges dels mateixos elements, amb continguts de carboni del 2% al 5%.
• Aliatges especials : aliatges de ferro …

Question 3

Quin és el metall més abundant de l’escorça terrestre?

Answer 3

L’alumini i després el ferro

Question 4

A on es troben els principals jaciments d’aquest metall?

Answer 4

Els principals paisos on trobem la mena de l’alumini són: Brasil, Jamaica i Australia

Question 5

A on es troben el principals jaciments de ferro?

Answer 5

En Suïssa (Kiruna), Chile (La serena) i Teruel

Question 6

En quina forma es troben a la natura els minerals utilitzats en els processos siderúrgics?

Answer 6

Els trobem en forma oxidada (combinat amb oxigen)

Question 7

Amb quin altre element els podem trobar barrejats?

Answer 7

Silice

Question 8

En què consisteix la reducció dels metalls?

Answer 8

És el procés en el qual es separa l’oxigen del metall

Question 9

Quin és el principal element reductor en siderurgia?

Answer 9

Es el Carboni (C)

Question 10

Per què es el principal element reductor?

Answer 10

Perque te molta afinitat amb l’oxigen (té una tendència molt alta de combinar-s’hi amb l’oxigen)

Question 11

Quines són les fases del procés d’obtenció de l’acer i les foses?

Answer 11

Consta de dues fases:

1. Obtenció del ferro colat a l’alt forn.
2. En una segona fase, depenent del material que es vulgui obtenir, hi han diferents camins a seguir

Question 12

Explica aquestes fases

Answer 12

• Primera fase, obtenció del ferro colat a l’alt forn. El ferro colat conté un alt contingut en carboni i impureses.
• En la segona fase, depenent del material que es vulgui obtenir:
  • Foses: El ferro colat es porta a uns altres forns, on s’afina fins obtenir la fosa desitjada
  • Acer: En estat encara líquid es porten a convertidors, on s’elimina part del carboni i impureses fins obtenir l’acer

Question 13

Què és un alt forn?

Answer 13

Es una estructura d’acer recoberta interiorment per material ceràmic refractari. Té forma de dos troncs de con units per la part més ampla, amb 30m d’alçària i uns 6m de diàmetre.

Question 14

Quines són les matèries primeres que intervenen en l’alt forn?

Answer 14

• El mineral de ferro
• Carbó de coc
• Pedra calcària (CaC0₃₎

Question 15

Quina és la funció d’aquests elements en el procés?

Answer 15

Mineral de ferro: Aporta el ferro oxidat. L’oxigen d’aquest mineral es combina amb el carboni i sortirà en forma de CO₂(gasós).

Carbó de coc: Utilitzat per obtenir les elevades temperatures en l’alt forn. Actua com a combustible i aporta el carboni necessari per a la reducció del ferro

Pedra calcària: Es combina amb el silici del mineral i forma el compost CaSiO_3,principal element de l’escòria. L’escòria extreta te un aprofitament més endavant per a la fabricació de ciment, formigó, etc…

Question 16

Quines són les zones de l’alt forn?

Answer 16

En un alt forn podem distingir 4 zones:

• Zona de deshidratació
• Zona de reducció
• Zona de carburació
• Zona de fusió

Question 17

Explica breument cadascuna d’aquestes zones

Answer 17

• Zona de deshidratació: A uns 400ºC, s’elimina l’humitat de les matèries primeres
• Zona de reducció: A uns 700ºC, la combustió produida pel carbó de coc forma 2CO_(gas),que es combina amb l’oxigen del metall
• Zona de carburació: A uns 1200ºC, els carboni es combina amb el ferro formant l’aliatge fèrric
• Zona de fusió: A uns 1800ºC, es produeix la fusió del ferro, que s’escola en forma liquida. L’escòria queda surant damunt del ferro colat

Question 18

Què és el fero colat?

Answer 18

És un aliatge de ferro i carboni amb un contingut aproximat del 4% de carboni, 2% de silici i petites quantitats de fòsfor, sofre i oxigen

Question 19

Què és la descarburació del ferro colat?

Answer 19

Consisteix en reduir les quantitats de carboni del ferro per arribar al % desitjat

Question 20

Per què es fa?

Answer 20

Per tal d’aconseguir un contingut aproximat del 4% de carboni en el ferro

Question 21

Què és un convertidor?

Answer 21

És un proces en la producció d’acer a partir del ferro colat

Question 22

Quins tipus de convertidor hi ha?

Answer 22

Hi han de 2 tipus:

• Thomas-Bessemer
• D’oxigen

Question 23

Explica les seves característiques fonamenals

Answer 23

Thomas-Bessemer: El seu principi clau es la retirada de impureses del arrabi mitjançant l’oxidació

D’oxigen: Es carrega ferro colat, ferralla i calç i, insuflant oxigen i mitjançant reaccions quimiques s’aconseguiex reduir el carboni i les impuereses.

Question 24

Escriu les reaccions quimiques principals que es produeixen en un convertidor d’oxigen

Answer 24

El carboni del ferro colat es combina amb l’oxigen

• C+O2–>CO2+Calor

El silici es combina amb l’oxigen

• Si+O₂–>SiO₂+Calor

L’oxid de silici es combina amb el calç, formant l’escòria

• SiO₂+CaO–>CaSiO₃

El fòsfor es combina amb l’oxigen i posteriorment amb el calç, formant l’escòria

• P₄+5O₂–>P₄O₁₀
• P₄O₁₀+6CaO–>2Ca₂(PO₄)₂

Question 25

Com justificaries el fet que no s’utilitzi cap combustible en aquest procès per tal de mantenir el ferro en estat líquid?

Answer 25

Degut que amb el calor produït en les dues primeres reaccions, s’aconsegueix mantenir tota la massa en fase líquida

Question 26

Què és un forn siderúrgic?

Answer 26

Són forns on hi ha una aportació de calor, ja sigui en forma de combustió de gas, o bé en forma d’arc voltaic

Question 27

Quins tipus de forns siderúrgics hi ha?

Answer 27

N’hi han de dos tipus:

• Martin-Siemens
• Elèctric

Question 28

Explica les seves característriques fonamentals

Answer 28

Forn Martin-Siemens

• Cosisteix en una bòveda que es calenta exteriorment. Els gassos de la combustió es re-dirigeixen fins a l’interior de la bòveda per tal d’aconseguir temperatures molt elevades. A aquesta temperatura, s’eliminen les impureses.

Forn eléctric

• Consisteix en un recipient d’acerrefrigerat externament per un circuit d’aigua. Aquest recipient es tanca amb una coberta que té 3 elèctrodes de grafit als quals és aplicat un fort corrent.

Question 29

Com es realitza la solidificació dels acers en fase líquida?

Answer 29

Hi ha dos procediments:

• Colar-los en un motlle i deixar-los refredar. Posteriorment es donarà una altra forma
• Colar-los en uns canals per on els donen forma de barra de secció circular

Question 30

Per què no s’utililitza el primer mètode?

Answer 30

Perquè s’utilitza més energia, ja que cal escalfar una altra vegada el metall i per tant no és tant econòmic

Question 31

Què vol dir que les característiques dels productes siderúrgics estan normalitzades?

Answer 31

Significa que hi ha organismes internacionals que fixen les característiques de cadascun dels productes i els donen una denominació per distingir-los

Question 32

Si les parets d’un alt forn són d’acer, per qué no
es fonen amb lestemperatures tan elevades a qué
estan sotmeses?

Answer 32

Perque estan recobertes amb acer refractari

Question 33

Posa’n un exemple d’organisme normalitzador

Answer 33

AENOR (Instituto de Racionalización y Normalización)

Question 34

Què són els tractaments tèrmics de l’acer?

Answer 34

Consisteixen a sotmetre l’acer a uns canvis controlats de temperatura per tal de variar les proporcions dels seus components

Question 35

Quins són els tractaments tèrmics més importants?

Answer 35

El tremp, el revingut, la recuita i el normalitzat

Question 36

Quins són els 2 tipus principals de temperatures? Explica’ls breument

Answer 36

Temperatura AC₁: Temperatura on comença a apareixer austentita

Temperatura AC₃: Temperatura a la qual tota la massa d’acer s’ha transformat en austentita

Question 37

En què consisteix el tremp?

Answer 37

Consisteix en escalfar l’acer fins que es transformi en austentita. S’ha de refredar ràpidament per tal que tota l’austentita es transformi en martensita.

Cal controlar la velocitat de refredament per tal que la peça no es deformi o s’esquerdi

Question 38

Quan s’aplica el tremp?

Answer 38

Quan es col aconseguir acer amb una elevada duresa i resistència mecànica. Format per acer amb una gran proporció de martensita

Question 39

Què aporta la martensita en el tremp de l’acer?

Answer 39

Fragilitat, a més de duresa, i això pot ser un inconvenient greu en molts casos

Question 40

En què consisteix el revingut?

Answer 40

Consisteix en un escalfament a temperatura inferior als 723ºC (per evitar al formació d’austentita) i un refredament posterior a l’aire

Question 41

Quins avantatges/inconveniets presenta el revingut?

Answer 41

Amb el revingut, s’augmenta la tenacitat i es redueixen les tensions internes, però, disminueix la duresa, la resistència mecànica i el límit elàstic

Question 42

En què consisteix la recuita?

Answer 42

Consisteix bàsicament en un escalfament fins a temperatura de austenitització (800-925 ° C) seguit d’un refredament lent.

Question 43

Quan s’utilitza la recuita?

Answer 43

Quan es vol disminuir la duresa i incrementar la plasticitat d’un acer per poder-lo defromar i treballar fàcilent.

Question 44

Nombra dos tipus de recuita

Answer 44

Globular supercrítica i Estovament

Question 45

Explica els dos tipus anteriors

Answer 45

Globular supercrítica: S’utilitza per acers aliats i per a eines

Estovament: Identic al revingut, utilitzat per acers revinguts de gran resistència

Question 46

En què consisteix el normalitzat?

Answer 46

Consisteix en un escalfament fins a la temperatura d’austenització i un refredament a l’aire (a velocitat més lenta que el tremp però més ràpida que la recuita)

Question 47

Es pot aplicar el tractament de calor normalitzat a tots els acers?

Answer 47

No, nomès s’aplica als acers amb baix contingut en carboni (entre el 0’15 i 0’5%)

Question 48

Quins objectius te el tractament tèrmic per normalització?

Answer 48

Té com a objectiu principal eliminar les posibles tensions internes produïdes per la deformació i retornar-los les propietats originals.

Un altre objectiu que es busca és l’afinament de l’estructura granular (reducció de la grandària dels grans d’acer)

Question 49

Què és l’acritud?

Answer 49

Consisteix en l’enduriment i l’augment de la fragilitat d’un metall quan es deforma en fred.

Question 50

Quina es la principal diferencia entre un convertidor i un forn elèctric?

Answer 50

El convertidor no necessita energia externa ja que aconsegueix el calor mitjançant processos químics, mentres que el forn elèctric necessita energia externa per mantenir el calor