El acero: fabricación y los procesos de transformación en caliente

EL ACERO: FABRICACIÓN Y LOS PROCESOS DE TRANSFORMACIÓN EN CALIENTE

1.) DEFINICIÓN DE ACERO:

Según la norma UNE 36-004 es la siguiente:

"Material en el que el hierro es predominante y cuyo contenido en carbono es, generalmente, inferior al 2% y contiene otros elementos. Aunque un limitado número de aceros puede tener contenidos en carbono superiores al 2% este es el límite habitual que separa el acero de la fundición".

2.) ORÍGENES DEL ACERO:

Nuestros antepasados metalúrgicos se las ingeniaron para producir la "reducción directa" del mineral que contenía el hierro, rodeándolo totalmente de carbón de leña y provocando la combustión de este último.

Los métodos rudimentarios de que disponían para activar la combustión, no permitían lógicamente obtener una temperatura lo suficientemente elevada para fundir el metal. En su lugar, obtenían una masa esponjosa, pastosa, mezcla de hierro y escoria, que había que martillear repetidamente al rojo vivo, para eliminar la escoria e impurezas. Estos martilleos, además, lo endurecían, consiguiendo así barras de hierro forjado resistente y maleable, que no eran otra cosa que un tipo primitivo del acero.

Más tarde conseguirían pasar el mineral a la forma líquida ("hierro colado") con la combustión del carbono vegetal. Para llegar al acero que ahora conocemos, hubo que sustituir el carbono vegetal por el coque, aumentar (progresivamente) las alturas de los hornos y aumentar la ventilación para avivar la combustión.

3.) FABRICACIÓN DEL ACERO:

El acero se obtiene a partir de dos materias primas fundamentales: el arrabio obtenido en horno alto y la chatarra.

La fabricación del acero en síntesis se realiza eliminando las impurezas del arrabio y añadiendo las cantidades convencionales de Mg, Si y de los distintos elementos de aleación.

Los métodos más importantes de fabricación de aceros son los siguientes:

Métodos antiguos: Hornos de Reverbero (Siemens-Martin); Convertidor Bessemer.

Métodos modernos: Convertidor L.D.; Hornos eléctricos de arco H.E.A.; Convertidor A.O.R.; Horno de inducción.

Métodos actuales: Metalurgia secundaria en cuchara.

Sin embargo, sólo me voy a referir a los métodos actuales.

La metalurgia secundaria se lleva a cabo en equipos diversos, tales como cucharas, convertidores u hornos especiales. Según el objeto que tratan de conseguir se clasifican en tres grandes categorías:

A.) Tratamiento de desgasificación: El acero contiene elementos perjudiciales que deben eliminarse. Entre éstos están los gases disueltos durante el proceso de fabricación; Hidrógeno; Oxígeno; Nitrógeno. Para reducir el tamaño al máximo del contenido de estos gases, en especial el Hidrógeno, se somete al acero líquido al vacío, según distintos procesos, que pueden agruparse en tres técnicas principales:

A.1.) Desgasificación del chorro de colada: Consiste en situar el recipiente receptor del acero líquido (cuchara o lingotera) en una cámara de vacío, sobre la que se ajusta la cuchara que contiene el acero líquido. El chorro de acero, por efecto del vacío, se fracciona en gotas que favorecen las eliminación de los gases.

A.2.) Desgasificación del acero en la cuchara: La cuchara se sitúa previamente en una cámara de vacío. Para facilitar la desgasificación, el acero se remueve por una corriente de gas inerte (Argón) o electromagnéticamente.

A.3.) Desgasificación por recirculación: Consiste en hacer circular repetidas veces el acero por un recipiente que actúa de cámara de vacío.

B.) Tratamiento de afino de los aceros inoxidables: La chatarra se funde en un horno eléctrico de arco de inducción. Después de colada la cuchara con el acero fundido en la cámara y hecho el vacío, se inyecta oxígeno con una lanza situada en la parte superior, que elimina el carbono con un mínimo de oxidación metálica. Al mismo tiempo, se pasa Argón a través de un tapón poroso situado en el fondo de la cuchara, para homogeneizar la masa del acero líquido.

C.) Tratamiento de homogeneización por barboteo: Consiste en la agitación del baño mediante la inyección de un gas inerte, generalmente Argón, a través del fondo de la cuchara o por una lanza.

D.) Tratamientos de desulfuración y desoxidación: Se insuflan estos productos en polvo, a través de una lanza, por medio de un gas inerte. Los productos más frecuentes para insuflar son el (SILICIO-CALCIO) "Si-Ca" y diversas escorias sintéticas. La agitación del acero por el paso del gas produce excelente homogeneidad de composición y temperaturadel baño y una mejora de la limpieza.

E.) Desoxidación del acero por el carbono en el vacío o (VCD): Al ser tratado el acero en el vacío conteniendo carbono y oxígeno disueltos estos elementos reaccionan entre sí, dando origen a CO, de esta forma se elimina el oxígeno del acero sin dejar residuos sólidos (inclusiones no metálicas). El CO (gas) es eliminado del sistema (vacío), siguiendo la reacción hasta prácticamente la eliminación total del oxígeno. La deshidrogenación también es más elevada, al ser ayudada por el desprendimiento de burbujas de CO, que facilitan el arrastre del hidrógeno.

F.) Tratamientos de afino con calentamiento de acero en cuchara: Por este proceso pueden conseguirse aceros con muy bajo contenido de azufre y gases, muy limpios y con control de la morfología de las inclusiones. También se consigue excelente control de la composición y la temperatura. Las cucharas se montan con tampones porosos por los que se inyecta Argón. Una vez obtenido el grado de desulfuración deseado se añaden las ferroaleaciones requeridas obteniéndose el acero programado.

G.) Adición de Aluminio y Calcio por medio de alambre o de proyectiles: El alambre se introduce a gran velocidad en el acero mediante un mecanismo especial. Al mismo tiempo se remueve el acero de la cuchara inyectando Argón. En el caso de adición por proyección, los proyectiles se lanzan a una velocidad controlada para que almacenen el fondo de la cuchara, por medio de un aparato que funciona como una metralleta de aire comprimido.

H.) Refusión por arco bajo vacío (VAR) y bajo escoria electroconductora (E.S.R.): Por estos métodos se producen lingotes de acero de gran pureza. Ambos métodos consisten en la refusión de un electrodo de la composición química deseada, en un crisol enfriado por agua, realizándose simultáneamente la fusión del electrodo y la solidificación del acero.

4.) LA COLADA DEL ACERO

Permite pasar directamente del acero líquido a un semiproducto transformable posteriormente por laminación.

A.) La colada del acero en lingotera: (recipientes de paredes gruesas construidos normalmente con fundición).Las lingoteras se colocan sobre unas placas de hierro fundido que tienen una serie de canales o ramificaciones, en donde se colocan los conductores de ladrillo reflactario y el bebedero o "REINA".

A los lingotes de aceros especiales siempre se les pone en la parte de la cabeza lo denominado mazarota, que consiste en una pieza de cerámica revestida interiormente de un material exotérmico y a la que ese adiciona en el momento de la llegada del acero al final del llenado, nuevamente material exotérmico, con el fin de aumentar la temperatura en esa zona y ser la parte de enfriamiento lento del lingote, de manera que se concentre en esa zona el fenómeno de contracción del paso líquido a sólido (rechupe). También en esta zona es donde más concentración existe de segregación principal y donde quedan decantadas las inclusiones no metálicas más gruesas, que por ser de menor densidad que el acero flotan en las zonas líquidas que solidifican últimamente.

Durante la colada se debe proteger el chorro de acero entre la cuchara y el bebedero para evitar oxidaciones del chorro y por tanto disminución de las inclusiones óxidas.

Durante la ascensión del caldo, para impedir el contacto de la superficie del acero con el aire, se adicionan productos llamados "pielizantes", que también cumplen la labor de lubricar el contacto caldo-lingotera; formando una nueva película , que posteriormente mejora la superficie de la piel de los lingotes, favoreciendo las transformaciones posteriores. El acero después de la colada se deja reposar durante un tiempo determinado en la lingotera para que termine de solidificar y después se "desmoldean", procurando siempre que la temperatura sea superior a los 800º C, trasladándolos a continuación a los hornos de calentamiento para transformación por laminación o forja.

B.) La colada continua: De la cuchara se vierte el chorro en una "ARTESA" (es una especie de distribuidor del caldo) y de la artesa se vierte en un molde de fondo desplazable y cuya sección transversal tiene la forma de palanquilla o semiproducto que se quiera fabricar.

Se denomina continua porque el producto sale sin interrupción de la máquina, hasta que la cuchara o cucharas de alimentación se hayan agotado.

El chorro, tanto al pasar de la cuchara a la artesa como al pasar de ésta al molde, es protegido de la atmósfera con buzas sumergidas.

Para iniciar la operación de la colada continua, se cierra el fondo del molde con un cabezal metálico que tiene la sección del molde unido a una barra metálica

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