El Acero
INGREDIENTES DEL ACERO
Las materias primas fundamentales para fabricar acero son el mineral de hierro y el carbón.
– el mineral de hierro es una roca compuesta fundamentalmente por óxidos y carbonatos de hierro (hierro+oxígeno y hierro+carbono). Es necesario aglomerarlo a alta temperatura con la ayuda de fundentes como la caliza. Se obtiene así el «sinter», que es la carga principal del horno alto.
– el carbón constituye la materia prima del coke siderúrgico, combustible utilizado en la fabricación del acero. Los carbones de calidad adecuada se destilan en el horno de coquización, una cámara cerrada que trabaja en ausencia de aire y a altas temperaturas. Varios de estos hornos conforman las baterías de coke, de donde se obtienen subproductos como el gas, el alquitrán o el benzol.
– los fundentes son unos elementos que se añaden al proceso para facilitar la formación de escorias y la correcta fusión. Las calizas son las más importantes.
Estos tres materiales constituyen la carga del horno alto.
EL HORNO ALTO
El horno alto es la pieza clave del proceso siderúrgico. Se trata de un enorme reactor térmico que proporciona la base para obtener el acero bruto.
Cuando el mineral se carga en el horno alto con coke, el aire insuflado a alta tempeatura (más de 1.200ºC) activa la combustión y permite depurar el mineral. Los óxidos de hierro se reducen a hierro puro al perder su oxígeno. La combinación inmediata con el carbono contenido en el coke produce una colada líquida, denominada arrabio, que a la salida del horno tiene una temperatura de 1.350ºC.
El arrabio se cuela periódicamente por el crisol, que es la parte inferior del horno. Esto permite separar la escoria, menos densa y compuesta por los desechos del proceso. La escoria se aprovecha y se utiliza, por ejemplo, para firmes de carretera.
EL CONVERTIDOR
La masa fundida en el alto horno se vierte después en el convertidor, un gran recipiente cilíndrico revestido de material refractario. Allí tiene lugar el proceso fundamental de oxidación-reducción de los contenidos en carbono, manganeso, silicio, fósforo y azufre.
Una inyección de oxígeno causa la transformación química del arrabio, quemando el carbono y las impurezas residuales que todavía tiene la colada. Provoca un enorme aporte calórico (hasta 1.700ºC) que ha de ser controlado con la adición de chatarra (del 20% al 30%) para mantener la temperatura precisa. La chatarra procede de la propia industria siderúrgica y de aportes externos, entre ellos los envases usados de hojalata.
El producto resultante es el acero bruto, cuyo punto de fusión es de unos 1.600ºC. También se obtiene una escoria reutilizable y gas depurado de alto valor energético.
EL CARBONO
El contenido en carbono es lo que determina la diferencia entre el hierro, la colada y el acero, tres categerías que no deben confundirse entre sí, aunque las tres son combinaciones químicas de hierro y carbono.
- el hierro tienen una tasa ínfima de carbono. Es un material blando y maleable que constituye el punto de partida del «acero dulce» que se obtuvo primero en las forjas y, más recientemente, por laminación.
- la colada tiene una tasa alta de carbono, que ronda el 4 por ciento. Existen varias calidades que van desde la «dura y resistente» a la «maleable y dúctil». Se moldea en estado líquido.
- el acero tiene una tasa de carbono que varía entre el 0,02 por ciento y el 1 por ciento como máximo. Es a la vez resistente y maleable. Con menos carbono es más «plástico» y manejable, mientras que si aumenta la tasa se muestra más duro y resistente.
El hombre ya se había dado cuenta de esta relación entre el mineral y el carbón de leña: golpeando la pasta de hierro en contacto con carbón de madera se obtenía un material diferente, más duro de lo habitual. Hubo que esperar varios siglos para llegar a entender el papel del carbono en este proceso.
LA COLADA CONTINUA
El acero bruto es objeto de una operación de afino para mejorar su composición química mediante aditivos como el aluminio y el manganeso.
La colada procedente del convertidor se vierte en moldes rectangulares de donde sale de forma continua, con el exterior ya solidificado, por medio de rodillos. Al final de la instalación, los lingotes se han solidificado por completo y son una gruesa lámina de acero de entre 20 y 25 cm de espesor. Seguidamente se cortan en planchones de la medida deseada.
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LAMINACION EN FRIO Y EN CALIENTE
De camino hacia el tren de bandas de laminación en caliente, los grandes planchones de acero se recalientan a 1.200ºC para que de nuevo se ablanden. Se van estirando y afinando al pasar por los cilindros de laminación, que comprimen la plancha. Al final de este proceso termodinámico, el espesor de la lámina de acero, enrollada en bobinas, se sitúa entre 1,2 y 5 mm.
Un segundo proceso de laminación, pero esta vez en frío, sirve para que el acero tenga el espesor exacto requerido por el cliente. De nuevo se ve estirado y aplastado y el espesor final puede ser hasta 10 veces menor que el de las bobinas anteriores. En el caso del acero para envases, el calibre es de tan sólo 0,09 mm.
Concluida esta segunda laminación, el producto es objeto de un recocido final: calentado a 800ºC, el metal recobra las propiedades mermadas durante la laminación en frío, en especial su ductilidad.