Siderurgia y Materias Primas

La siderurgia comprende una serie de operaciones mediante las cuales se obtiene un metal ferroso, desde el proceso de extracción en la mina hasta su posterior afino y presentación comercial.

  • El mineral de hierro que se extrae de una mina no siempre se encuentra en estado puro.
  • Carbón de coque: De todos los carbones, solo algunos tipos de hullas son aptas para la fabricación de coque.
  • Los fundentes: A pesar de que el mineral de hierro (Fe) ya ha sufrido un tratamiento preliminar en el que se reduce parte de la ganga existente, quedan impurezas unidas.

El Proceso en el Alto Horno

Las tres materias primas se introducen en el alto horno por la parte superior en proporciones adecuadas.

  • Cada 2 horas se extrae la escoria que flota sobre el hierro fundido por un agujero llamado bigotera.
  • Periódicamente se sangra el horno; se vacía el crisol por un orificio en la parte de abajo del mismo, denominado piquera de arrabio.
  • El torpedo vierte el arrabio en cucharas que lo conducen a la acería para la transformación en acero.

Detalles Constructivos

Entre los elementos principales se encuentran la tolva de carga, el skip, el muro de etalaje y las toberas.

El Arrabio y su Transformación

El arrabio se obtiene del alto horno. Para poder transformarlo en acero o en producto final, tiene que pasar por el proceso de afinado del acero, donde se agregan elementos como cromo, níquel, vanadio, etc., utilizando el convertidor.

Chatarra de Acero

Además, la aportación de fundente y ferroaleaciones es importante para aportar nuevas propiedades al material.

  • El cubilote: Es un horno muy empleado para la obtención de hierro de segunda fusión destinado al moldeo, aunque actualmente ya no se utiliza con frecuencia.
  • El convertidor Thomas y Bessemer: Se alimenta casi exclusivamente de arrabio, raras veces con arrabio y chatarra. Se le suministra aire y oxígeno por la parte inferior del horno. Actualmente, el más usado es el horno eléctrico.

Colada y Laminación del Acero

Colada del acero: Para la transformación en productos útiles, es preciso solidificarlo mediante:

  • Colada directa.
  • Colada por sifón.
  • Colada continua.

Procesamiento de Lingotes

Horno de fosa: Los lingotes se solidifican en la superficie y lentamente en el centro; se colocan en un horno especial donde se recalientan hasta que todo el material quede solidificado uniformemente.

Tren de laminación desbastador: Estos lingotes solidificados se llevan a una serie de trenes de laminación en caliente para darles una forma adecuada.

  • Laminación en caliente: En el que la temperatura del material al terminar está comprendida entre 800 y 1250 ºC.
  • Laminación en frío: Se realiza a temperatura ambiente.

El Convertidor de Oxígeno Básico

Se trata de un horno de creación bastante reciente que permite la obtención de aceros de excelente calidad. Es conocido como horno de oxígeno básico.

Materiales Utilizados

  • Arrabio líquido (materia prima).
  • Chatarra.
  • Fundente: Ideal para que reaccione con las impurezas.
  • Ferroaleaciones.

Características del Horno

  • La parte interior está recubierta de ladrillo refractario.
  • Se usa para la obtención de acero de extraordinaria calidad.
  • La producción por hornada es de aproximadamente 300 toneladas de acero.

Funcionamiento

  1. El proceso de carga se efectúa colocando el horno en la posición indicada.
  2. Se añade al arrabio líquido los fundentes y/o chatarra.
  3. Finalmente, se añade el carbono y los elementos de aleación necesarios.

Horno Eléctrico

En este equipo se obtienen aceros finos de gran pureza y calidad; es un horno que permite un control de temperatura exacto.

Materia Prima Empleada

  • Se carga chatarra de acero seleccionada.
  • Materiales de aleación como níquel (Ni), cromo (Cr), molibdeno (Mo), etc.

Características y Funcionamiento

  • En el interior se pueden alcanzar temperaturas de hasta 3500 ºC.
  • Se suele construir para una carga de 100 toneladas; la operación de afinamiento dura entre 50 minutos y 1 hora.
  • El oxígeno necesario para la oxidación de las impurezas procede del aire en contacto con el baño.

Proceso operativo:

  1. Se introduce la chatarra más el fundente (cal).
  2. Se funde el metal mediante tres cilindros de grafito (electrodos).
  3. Se saca la escoria, se añade carbón y se sigue calentando la masa.
  4. Se añaden aleaciones de ferrosilicio, ferromanganeso, sílice y cal en abundancia para eliminar el azufre.
  5. Finalmente, se vierte el acero líquido sobre una cuchara especial que lo lleva al área de colada.

Propiedades del Hierro y el Acero

Hierro

Se designan dos tipos de productos:

  • El elemento hierro, que tiene un color blanco-grisáceo y resistencia a la tracción.
  • Producto siderúrgico que contiene 99,99% de Fe; el resto se considera impureza. El hierro puro no suele tener muchas aplicaciones industriales.

Acero

En el acero, elementos como el fósforo y el azufre son indeseables. Sin embargo, hay otros elementos que ayudan a obtener un acero de mejor calidad y evitan la oxidación en estado líquido.

Elementos utilizados en las aleaciones: Azufre, cobalto, cromo, manganeso, molibdeno, níquel, plomo, silicio, tungsteno (o volframio) y vanadio.

Nota: El hierro industrialmente puro suele tener pocas aplicaciones debido a sus bajas propiedades mecánicas y su costo de obtención.

Fundiciones

Es una aleación de hierro-carbono donde el contenido de carbono está comprendido entre el 1,76% y el 6,67%. El porcentaje determina la manera de presentación del carbono.

Clasificación de las Fundiciones

Se clasifican según su color y forma al romperse, sus propiedades y su composición:

  • Ordinarias: Blanca, gris y atruchada.
  • Aleadas.
  • Especiales:
    • Maleables: Blanca, negra (o americana) y perlítica.
    • Grafito esferoidal o nodular.