Monografia Del Acero

Introducción:

El presente trabajo trata sobre el acero, su historia, forma de obtención, composición, costos y su utilización en la ingeniería civil.

Durante la historia el hombre ha tratado de mejorar sus materias primas para sus construcciones, añadiendo materiales orgánicos como inorgánicos, para obtener así los resultados ideales para sus diversas obras.

Dado el caso de que los materiales más usados en la construcción no se encuentran en la naturaleza en estado puro, por lo que para su empleo hay que someterlos a una serie de operaciones metalúrgicas cuyo fin es separar el metal de las impurezas u otros minerales que lo acompañen. Pero esto no basta para alcanzar las condiciones óptimas, entonces para que los metales tengan buenos resultados, se someten a ciertos tratamientos con el fin de hacer una aleación que reúna una serie de propiedades que los hagan aptos para adoptar sus formas futuras y ser capaces de soportar los esfuerzos a los que van a estar sometidos.

No se conoce con exactitud la fecha en que se descubrió la técnica de fundir mineral de hierro para producir un metal susceptible de ser utilizado. Los primeros utensilios de hierro descubiertos por los arqueólogos en Egipto datan del año 3.000 a.C., y se sabe que antes de esa época se empleaban adornos de hierro. Los griegos ya conocían hacia el 1.000 a.C. la técnica, de cierta complejidad, para endurecer armas de hierro mediante tratamiento térmico.

Las aleaciones producidas por los primeros artesanos del hierro (y, de hecho, todas las aleaciones de hierro fabricadas hasta el siglo XIV d.C.) se clasificarían en la actualidad como hierro forjado. Para producir esas aleaciones se calentaba una masa de mineral de hierro y carbón vegetal en un horno o forja con tiro forzado. Ese tratamiento reducía el mineral a una masa esponjosa de hierro metálico llena de una escoria formada por impurezas metálicas y cenizas de carbón vegetal. Esta esponja de hierro se retiraba mientras permanecía incandescente y se golpeaba con pesados martillos para expulsar la escoria y soldar y consolidar el hierro. El hierro producido en esas condiciones solía contener un 3% de partículas de escoria y un 0,1% de otras impurezas. En ocasiones esta técnica de fabricación producía accidentalmente auténtico acero en lugar de hierro forjado. Los artesanos del hierro aprendieron a fabricar acero calentando hierro forjado y carbón vegetal en recipientes de arcilla durante varios días, con lo que el hierro absorbía suficiente carbono para convertirse en acero auténtico.

Después del siglo XIV se aumentó el tamaño de los hornos utilizados para la fundición y se incrementó el tiro para forzar el paso de los gases de combustión por la carga o mezcla de materias primas. En estos hornos de mayor tamaño el mineral de hierro de la parte superior del horno se reducía a hierro metálico y a continuación absorbía más carbono como resultado de los gases que lo atravesaban. El producto de estos hornos era el llamado arrabio, una aleación que funde a una temperatura menor que el acero o el hierro forjado. El arrabio se refinaba después para fabricar acero.

La producción moderna de acero emplea altos hornos que son modelos perfeccionados de los usados antiguamente. El proceso de refinado del arrabio mediante chorros de aire se debe al inventor británico Henry Bessemer, que en 1855 desarrolló el horno o convertidor que lleva su nombre. Desde la década de 1960 funcionan varios mini hornos que emplean electricidad para producir acero a partir de chatarra. Sin embargo, las grandes instalaciones de altos hornos continúan siendo esenciales para producir acero a partir de mineral de hierro.

Marco Teórico:

El Acero:

El acero es un material indispensable de refuerzo en las construcciones, es una aleación de hierro y carbono, en proporciones variables, y pueden llegar hasta el 2% de carbono, con el fin de mejorar algunas de sus propiedades, puede contener también otros elementos. Una de sus características es admitir el temple, con lo que aumenta su dureza y su flexibilidad.

Los aceros están conformados por conglomerados de átomos unidos por enlaces covalentes por lo que tiene un comportamiento físico que se puede explicar a nivel atómico. Si un elemento es cargado y puede recuperar su forma inicial se conoce como deforma elástica la cual se da cuando no se rompe el equilibrio de las fuerzas internas entre átomos y estas pueden regresan a su punto de equilibrio. El módulo de elasticidad a nivel atómico está directamente relacionado con la separación máxima entre átomos, siendo los materiales con enlaces fuertes los que presentan módulos elásticos con mayor capacidad. Los bajos módulos de elasticidad en algunos aceros, es debido a formaciones cristalinas dentro de la estructura y el tipo de falla que presentan es por deslizamiento de planos de átomos adyacentes, estos deslizamientos ocurren cuando las fuerzas cortantes alcanzan niveles críticos y un plano de átomos se mueve en relación a su contraparte. Este movimiento de planos se da de forma escalonada debido a las imperfecciones propias de cada estructura cristalina del acero. En la curva de deformación del acero se encuentra un punto máximo en la deformación, superado este máximo el acero comienza a fluir de forma plástica lo que impide recuperar completamente su estado inicial. Conocido como acero corrugado, es un acero al carbono laminado en caliente y diseñado para formar armaduras que serán recubiertas con concreto, este proceso se conoce como concreto armado o concreto reforzado.

Proceso de Fabricación del Acero:

El proceso de fabricación se divide básicamente en dos fases: la fase de fusión y la fase de afino.

 Fase de fusión:

Una vez introducida la chatarra en el horno y los agentes reactivos y escorificantes (principalmente cal) se desplaza la bóveda hasta cerrar el horno y se bajan los electrodos hasta la distancia apropiada, haciéndose saltar el arco hasta fundir completamente los materiales cargados. El proceso se repite hasta completar la capacidad del horno, constituyendo este acero una colada.

 Fase de afino:

El afino se lleva a cabo en dos etapas. La primera en el propio horno y la segunda en un horno cuchara.

En el primer afino se analiza la composición del baño fundido y se procede a la eliminación de impurezas y elementos indeseables (silicio, manganeso, fósforo, etc.) y realizar un primer ajuste de la composición química por medio de la adición de ferroaleaciones

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