Producción del Hierro y el Acero

Hace muchísimos años, el hierro era un metal raro y precioso. En la actualidad, el acero, una forma purificada del mineral del hierro, se ha convertido en uno de los servidores más útiles de la humanidad.

El acero puede hacerse lo suficientemente duro como para cortar el vidrio, plegable como el que se encuentra en el sujetapapeles, flexible como el de los muelles, o lo bastante fuerte como para soportar un esfuerzo muy grande. Puede estirarse para formar alambres de 0.02 mm de espesor o usarse para fabricar vigas gigantescas para construir edificios y puentes.

También es posible hacer que el acero sea resistente al calor, al frío, a la oxidación y a la acción de sustancias químicas.

Fabricación del Arrabio (Hierro de Primera Fundición)

El arrabio es una fundición de hierro que se obtiene en los altos hornos y se utiliza como materia prima para la fabricación de acero y hierro.

Los materiales básicos empleados para fabricar arrabio son mineral de hierro, coque y caliza.

• Coque: Combustible sólido, ligero y poroso que resulta de calcinar ciertas clases de carbón mineral. El coque se quema como combustible para calentar el horno, y al arder libera monóxido de carbono, que se combina con los óxidos de hierro del mineral y los reduce a hierro metálico.
• Caliza: Roca sedimentaria formada principalmente por carbonato de calcio y que se caracteriza por presentar efervescencia por acción de los ácidos diluidos en frío.
• Mineral de hierro: Rocas y minerales de los que se puede extraer hierro metálico. Existen cuatro clases principales de yacimientos de mineral de hierro: la hematita masiva (la que se extrae más comúnmente), la magnetita, la titanomagnetita y la roca de hierro pisolítica. El color de estos minerales varía de gris oscuro, amarillo brillante o púrpura intenso a rojo oxidado.

El arrabio está compuesto principalmente por hierro, pero también contiene otros elementos como carbono (4.5% aprox), silicio, manganeso y azufre.

El Alto Horno

El primer paso en la fabricación de cualquier hierro o acero es la producción del arrabio o hierro de primera fundición, en el alto horno.

Con aproximadamente 40 m de altura, es un enorme cascarón de acero recubierto con ladrillo resistente al calor.

Partes del Alto Horno

• Cuba: Parte superior o tronco del alto horno. Está compuesta por:
  • Tragante: Parte más alta de la cuba, por donde se introduce la materia prima.
  • Etalaje: Parte inferior del alto horno. Se separa de la cuba por el vientre. Es más ancho al principio y más estrecho al final.
• Vientre: Parte donde se deposita el hierro para el inicio de su transformación a hierro colado o arrabio. Está recubierto en su interior por materiales como el ladrillo refractario y en el exterior por acero, lo que permite la refrigeración.
• Crisol: Ubicado debajo del etalaje. Aquí se deposita el hierro líquido y la escoria. El hierro líquido sale por la bigotera y la escoria por la parte superior. El hierro líquido o arrabio se derrama en recipientes llamados cucharas.

Aleaciones de Cobre

El cobre se mezcla principalmente con los siguientes elementos: Zinc (Zn), Estaño (Sn), Aluminio (Al), Níquel (Ni), Berilio (Be), Silicio (Si), Cadmio (Cd), Cromo (Cr), entre otros, ya que cuenta con una alta capacidad de aleación metálica.

Estas aleaciones son casi tan resistentes a la corrosión y maleables como el cobre puro. Las más importantes son:

• Latón (Cobre + Zinc): Se usa en joyería, bisutería, galvanizado de elementos decorativos, armamento, calderería, soldadura, condensadores, terminales eléctricos, construcciones de barcos y en equipos pesqueros y marinos.
• Bronce (Cobre + Estaño): Se utiliza en aleaciones conductoras de calor, baterías eléctricas y en la fabricación de válvulas, tuberías y uniones de fontanería, entre otros.

Aleaciones de Aluminio

El aluminio y sus aleaciones destacan por su baja densidad y excelente resistencia a la corrosión. La incorporación de elementos aleantes permite aumentar considerablemente las propiedades mecánicas del aluminio.

Clasificación de las aleaciones de aluminio (según proceso de fabricación):

• Forja: Elevada resistencia mecánica (ej. series 2xxx (Al-Cu) y 7xxx (Al-Zn)).
• Moldeo: Series 3xx.x (Al-Si) por su excelente moldeabilidad y resistencia a la corrosión, y series 2xx.x (Al-Cu) por sus buenas propiedades mecánicas.

Usos: Industria del transporte, construcción, industria eléctrica, industria alimentaria.

Aleaciones de Titanio

El titanio destaca por su alta resistencia a la corrosión y su alta resistencia al índice de peso.

El titanio puro existe en dos formas alotrópicas: fase α (hexagonal compacta) y fase β (cúbica centrada en el cuerpo).

Los elementos aleantes en aleaciones de titanio se clasifican en: α-estabilizadores, β-isomorfos, β-eutectoides y neutros.

Usos: Aviones, helicópteros, blindaje, buques de guerra, naves espaciales y misiles.

Afino del Acero

El afino es el proceso de descarburización y eliminación de impurezas al que se somete el arrabio para la obtención del acero. Se busca reducir el carbono a un máximo de 2%.

Procesos Tecnológicos para la Obtención del Acero

• Convertidor Bessemer-Thomas:
  • Bessemer (ácido): Revestimiento se corroe por las escorias. Solo para arrabios silíceos con mínimos contenidos de fósforo y azufre.
  • Thomas: Para hierros ricos en fósforo. Revestimiento de dolomita.
• Horno Básico de Oxígeno (BOF): Cubeta basculante de acero. Se inyecta oxígeno mediante una lanza. Se añade fundente (caliza o dolomía).
• Horno de Arco Eléctrico: Funde el metal mediante la transmisión de corriente y la chispa del arco eléctrico entre la chatarra y electrodos de grafito. Permite fabricar aceros de alta especificación.