Tipos de hierro

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El hierro puro es demasiado suave y reactivo para ser de uso real, por lo que la mayor parte del “hierro” que tendemos a usar en la vida diaria es en realidad en forma de aleaciones de hierro: hierro mezclado con otros elementos (especialmente carbono) para fortalecerlo y formas más elásticas del metal, incluido el acero. Hablando en términos generales, el acero es una aleación de hierro que contiene menos de un 2 por ciento de carbono, mientras que otras formas de hierro contienen aproximadamente un 2-4 por ciento de carbono. De hecho, hay miles de diferentes tipos de hierro y acero, todos contienen cantidades ligeramente diferentes de otros elementos de aleación.

Arrabio

El hierro en bruto básico se llama arrabio porque se produce en forma de bloques gruesos moldeados conocidos como cerdos. El arrabio se produce calentando un mineral de hierro (rico en óxido de hierro) en un alto horno: una enorme chimenea industrial, con forma de cilindro, en la que se introducen grandes corrientes de aire caliente en “explosiones” regulares. Los altos hornos son a menudo espectacularmente grandes: algunos tienen entre 30 y 60 m barras de hierro(100-200 pies) de altura, contienen docenas de camiones con valor de materia prima y, a menudo, funcionan continuamente durante años sin desconectarse ni enfriarse.
El arrabio es en realidad una forma muy básica de hierro fundido, pero se moldea solo de forma muy cruda porque normalmente se funde para fabricar acero. Dentro del horno, el mineral de hierro reacciona químicamente con el coque (una forma de carbón rica en carbono) y la piedra caliza. El coque “roba” el oxígeno del óxido de hierro (en un proceso químico llamado reducción), dejando atrás un hierro líquido relativamente puro, mientras que la piedra caliza ayuda a eliminar las otras partes del mineral rocoso (incluyendo arcilla, arena y piedras pequeñas) ), que forman una suspensión de residuos conocida como escoria. El hierro hecho en un alto horno es una aleación que contiene aproximadamente 90-95 por ciento de hierro, 3-4 por ciento de carbono y restos de otros elementos como el silicio, el manganeso y el fósforo, dependiendo del mineral utilizado. El arrabio es mucho más duro que el hierro puro al 100 por ciento, pero aún demasiado débil para la mayoría de los usos cotidianos.

Hierro fundido

El Capitolio de Washington DC tiene una de hierro fundido

El hierro fundido es simplemente hierro líquido que se ha vertido: se vierte en un molde y se deja enfriar y endurecer para formar una forma estructural acabada, como una tubería, un engranaje o una gran viga para un puente de hierro.  El alto contenido de carbono del hierro fundido (el mismo que el arrabio, aproximadamente el 3-4 por ciento) lo hace extremadamente duro y quebradizo: grandes cristales de carbono incrustados en hierro fundido impiden que los cristales de hierro se muevan. El hierro fundido tiene dos grandes inconvenientes: primero, porque es duro y quebradizo, es prácticamente imposible de darle forma, incluso cuando se calienta; en segundo lugar, se oxida con relativa facilidad. Vale la pena señalar que en realidad hay varios tipos diferentes de hierro fundido, incluidos los hierros blancos y grises (llamados así por la coloración del producto final causado por la forma en que se comporta el carbono en su interior).

Foto: Uno de los edificios de hierro más famosos del mundo, el Capitolio de Washington DC tiene una cúpula hecha de 8,909,200 libras de hierro fundido.

Hierro forjado

El hierro fundido asume su forma final en el momento en que la aleación de hierro líquido se enfría en el molde. El hierro forjado es un material muy diferente hecho mezclando hierro líquido con algo de escoria. El resultado es una aleación de hierro con un contenido de carbono mucho más bajo. El hierro forjado es más suave que el hierro fundido y es mucho menos resistente, por lo que puedes calentarlo para darle forma con relativa facilidad y también es mucho menos propenso a la oxidación. Sin embargo, ahora se produce relativamente poco hierro forjado, ya que la mayoría de los objetos originalmente producidos a partir de él ahora están hechos de acero, que es a la vez más barato y de calidad más uniforme. El hierro forjado es lo que la gente solía usar antes de que realmente dominara la fabricación de acero en grandes cantidades a mediados del siglo XIX.

Hierro reducido directo

El hierro de reducción directa (HRD) se produce mediante la reducción de mineral de hierro (en forma de grumos o gránulos) mediante carbón no coquizable o un gas reductor producido por la reforma del gas natural. El gas reductor también puede ser producido por la gasificación del carbón. El proceso de reducción se lleva a cabo a alta temperatura pero sustancialmente por debajo del punto de fusión del hierro. Dado que la reacción de reducción tiene lugar en estado sólido, el gránulo o gránulo conservan su forma original, pero son considerablemente más ligeros debido a la eliminación del oxígeno del mineral. Por lo tanto, el hierro reducido directo producido tiene una estructura altamente porosa. Esta estructura porosa le da al HRD la apariencia de una esponja y, debido a esto, DRI también se conoce como hierro esponjoso.
Como HRD se produce mediante la reducción de gases, tiene una forma porosa similar a una esponja. En consecuencia, tiene un área de superficie grande en relación con su masa, lo que mejora su reactividad. Si se moja, se oxida y libera gas de hidrógeno del agua. Esto es particularmente cierto si el agua contiene sales disueltas tales como cloruro de sodio (por ejemplo, agua de mar). Como parte de la reacción, se calienta significativamente, lo que estimula aún más la oxidación de los grumos o gránulos aún secos, lo que produce una reacción en cadena que se propaga rápidamente por toda la pila de HRD. Cuando hay suficiente oxígeno disponible, la temperatura puede llegar a los 1500 grados centígrados. Si se almacena en un entorno cerrado, como la bodega de un barco, el hidrógeno liberado forma una mezcla potencialmente explosiva. Además, la ventilación para eliminar el hidrógeno mejora la oxidación y, por lo tanto, el sobrecalentamiento.

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