Los metales

Los metales inician su historia cuando el hombre se siente atraído por su brillo y se da cuenta de que golpeándolos puede darles forma y fabricar así utensilios tan necesarios para su supervivencia. La humanidad se sucede en Edades, a las que se ha dado nombres de metales, y cuando se cierran las Edades del Cobre y Bronce, a las que se atribuye una duración de quinientos a dos mil años, comienza la Edad del Hierro. 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. Las primeras producciones se obtuvieron rodeando al mineral totalmente con carbón de leña con el que no era posible alcanzar la temperatura suficiente para fundir el metal, obteniéndose en su lugar una masa esponjosa y pastosa, mezcla de hierro y escoria, que había que martillar repetidamente al rojo vivo para eliminar la escoria y las impurezas. Este martilleo producía dos efectos, por un lado conseguía obtener un hierro puro al eliminar las escorias e impurezas, endureciéndolo por forja al mismo tiempo. Se obtenían así barras de hierro forjado resistente y maleable, que no eran otra cosa que un tipo muy primitivo de acero.

La evolución tecnológica orientó sus esfuerzos en tratar de aumentar la temperatura a la que se sometía al mineral de hierro, por medio de la utilización de hornos en los que se introducía una mezcla de mineral y carbón vegetal, lo que se traducía en un aumento de producción y en la lógica economía del sistema.

Sin embargo, cuando estos hornos se calentaban en exceso el mineral pasaba de la forma pastosa a la líquida pero con un contenido en carbono tan alto que no permitía la forja. Este producto era en principio no aprovechable, y requería un “afino”, término que se ha conservado hasta hoy en día y que se emplea para describir el proceso de transformación del hierro colado al acero. Con el paso del tiempo, se fue comprobando que la obtención accidental del hierro colado no era una desgracia, sino que por el contrario se trataba de una materia prima mejor para obtener posteriormente el acero, con todas las ventajas técnicas y económicas que implica el proceso.

En 1855 se produce un hecho trascendental en la producción y el futuro del acero: el invento del convertidor ideado por Henry Bessemer, que supuso el paso revolucionario de la obtención del acero a partir del hierro producido en el alto horno. Este invento trascendental se completa por Thomas en 1873, al conseguir convertir el hierro colado, de alto contenido en fósforo, en acero de alta calidad mediante un convertidor con recubrimiento básico. A partir de entonces las innovaciones en la producción del acero se han ido sucediendo hasta la actualidad, gracias a la participación de figuras como las de Martín, Siemens, Héroult, los técnicos de Linz y Donawitz y tantos otros. 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.

Una aleación es una sustancia compuesta por dos o más elementos químicos, de los cuales uno por lo menos es un metal y que presenta carácter metálico. Se denomina acero a las aleaciones del hierro con el carbono y otros elementos, que al calentarlas hasta altas temperaturas, pueden ser sometidas a la deformación plástica por laminado, estirado, forjado, estampado. El acero contiene hasta 2% de carbono y ciertas cantidades de silicio, manganeso y también impurezas nocivas: fósforo y azufre, las cuales no se pueden eliminan por completo del metal por los métodos metalúrgicos. Aparte de estas impurezas los aceros pueden contener algunos elementos de aleación: cromo, níquel, vanadio, titanio y otros.

El acero se elabora primordialmente por la transformación del hierro fundido en forma de arrabio. La tarea de la transformación del arrabio en acero se reduce a la extracción de las cantidades sobrantes de carbono, silicio, manganeso y las impurezas nocivas que contiene. Esta tarea se puede llevar a cabo porque el carbono y las otras impurezas, bajo la acción de altas temperaturas, se unen con el oxígeno de un modo más enérgico que el hierro y pueden extraerse con pérdidas insignificantes de hierro. El carbono del arrabio al reaccionar con el oxígeno se transforma en gas monóxido de carbono (CO) que se volatiliza.

Otras impurezas se transforman en óxidos (SiO2, MnO, y P2O5) que tienen una densidad menor que la del metal fundido y por tanto flotan formando la escoria. La cantidad de impurezas que se quita del metal determina la calidad final del acero fabricado. La fabricación del acero mediante proceso siderúrgico, parte del mineral de hierro, el carbón de coque y el sinter, que conforman la carga del Alto Horno. En él se lleva a cabo el proceso de reducción de los óxidos naturales del hierro, transformándose los minerales en arrabio, que se utiliza en estado líquido para la producción de acero. El arrabio líquido así obtenido es colado en el convertidor y los hornos, para luego ser transportado a la estación de ajuste químico y de temperatura. El Acero líquido se vierte en la máquina de colada continua que cuenta con un sistema de molde de ancho variable, permitiendo la transformación en desbastes. Los desbastes son cargados en los hornos de recalentamiento continuo del Laminador en Caliente, donde se elevará su temperatura hasta la requerida para el proceso de laminación. Cuando salen de los hornos, los desbastes pasan por el desescamador, los desbastadores y las series de cajas terminadoras que reducen su espesor hasta las dimensiones requeridas. El principal país productor de acero en la actualidad es China, que representa el 36,6% de la producción mundial de acero.

Los diferentes tipos de acero se clasifican de acuerdo a los elementos de aleación que producen distintos efectos en el acero. Las propiedades físicas de los aceros y su comportamiento a distintas temperaturas dependen sobre todo de la cantidad de carbono y de su distribución. Antes del tratamiento térmico, la mayoría de los aceros son una mezcla de tres sustancias, Ferrita, Perlita y Cementita. La Ferrita, blanda y dúctil, es hierro con pequeñas cantidades de carbono y otros elementos en disolución. La Cementita, es un compuesto de hierro con el 7% de carbono aproximadamente, es de gran dureza y muy quebradiza. La Perlita es una mezcla de ferrita y cementita, con una composición específica y una estructura característica, sus propiedades físicas son intermedias entre las de sus dos componentes.

• Aceros al Carbono

Más del 90 por ciento de todos los aceros son aceros al carbono. Estos aceros contienen diversas cantidades de carbono y menos del 1,65 por ciento de manganeso, el 0,60 por ciento de silicio y el 0,60 por ciento de cobre. Entre los productos fabricados con aceros al carbono figuran máquinas, carrocerías de automóvil, la mayor parte de las estructuras de construcción de acero, cascos de buques, somieres y horquillas.

• Aceros aleados

Estos aceros contienen una proporción determinada de vanadio, molibdeno y otros elementos, además de cantidades mayores de manganeso, silicio y cobre que los aceros al carbono normales.

• Aceros de baja aleación

Esta familia es la más reciente de las cuatro grandes clases de acero. Los aceros de baja aleación son más económicos que los aceros aleados convencionales ya que contienen cantidades menores de los costosos elementos de aleación. Sin embargo, reciben un tratamiento especial que les da una resistencia mayor que la del acero al carbono. Por ejemplo, los vagones de mercancías (contenedores) fabricados con aceros de baja aleación pueden transportar cargas más grandes porque sus paredes son más delgadas que lo que sería necesario en caso de emplear acero al carbono. Además, como los vagones de acero de baja aleación pesan menos, las cargas pueden ser más pesadas. En la actualidad se construyen muchos edificios con estructuras de aceros de baja aleación. Las vigas pueden ser más delgadas sin disminuir su resistencia, logrando un mayor espacio interior en los edificios.

• Aceros inoxidables

Los aceros inoxidables contienen cromo, níquel y otros elementos de aleación, que los mantienen brillantes y resistentes a la oxidación a pesar de la acción de la humedad o de ácidos y gases corrosivos. Algunos aceros inoxidables son muy duros; otros son muy resistentes y mantienen esa resistencia durante largos periodos a temperaturas extremas. Debido a sus superficies brillantes, en arquitectura se emplean muchas veces con fines decorativos. El acero inoxidable se utiliza para las tuberías y tanques de refinerías de petróleo o plantas químicas, para los fuselajes de los aviones o para cápsulas espaciales. También se usa para fabricar instrumentos y equipos quirúrgicos, o para fijar o sustituir huesos rotos, ya que resiste a la acción de los fluidos corporales. En cocinas y zonas de preparación de alimentos los utensilios son a menudo de acero inoxidable, ya que no oscurece los alimentos y pueden limpiarse con facilidad.

El acero en sus distintas clases está presente en la vida cotidiana en forma de herramientas, utensilios, equipos mecánicos y formando parte de electrodomésticos y maquinaria en general, así como en las estructuras de las viviendas y en la gran mayoría de los edificios modernos. El mundo moderno está construido con la fortaleza del acero, cuyas características han permitido concretar las ideas arquitectónicas y las obras civiles más ambiciosas y complejos imaginadas por el hombre, el acero ofrece varias ventajas sobre otros materiales para la construcción, en principio por una mayor relación de resistencia y rigidez, además de ser un material homogéneo y que mantiene uniformidad de las propiedades mecánicas y físicas en el transcurso del tiempo. Tiene la ventaja de manejabilidad de los componentes estructurales en taller y campo, facilidad de transporte, así como ligereza, ductilidad, resistencia a la fatiga y gran capacidad de absorción de energía. El Acero también es muy usado en automóviles y maquinaria agraria, para actividades ferroviarias, en la industria fabricante de armamento, especialmente la dedicada a construir armamento pesado, vehículos blindados y acorazados.

El acero, una vez recuperado, es reciclable al 100% y se puede reciclar indefinidamente sin perder calidad. La tasa de reciclaje es el porcentaje de materiales que se retiran del servicio, se recuperan y se reutilizan. Esta tasa es muy alta en el acero, pero varía de producto a producto. El acero reciclado representa el 40% de los recursos férricos de la industria del acero en todo el mundo.

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