EL ACERO

EL ACERO

La historia del acero nos cuenta que ya existen registros de este material desde tiempos remotos en diversas partes del planeta. Sin embargo, no hay dudas de que un fenómeno tan único como la Revolución Industrial contribuyó en gran manera con la producción masiva de acero que luego era destinado a un sinfín de industrias y ramas de la producción. Con los avances industriales, el hombre pudo finalmente en el siglo XIX acceder a la producción en grandes cantidades de este producto gracias al uso de hornos de fundición de gran capacidad y tamaño.

El acero es normalmente conocido como un metal pero en realidad el mismo es una aleación de un metal (el hierro) y un metaloide (el carbono) que puede aparecer en diferentes proporciones pero nunca superior al dos por ciento del total del peso del producto final.

El término acero sirve comúnmente para denominar, en ingeniería metalúrgica, a una aleación de hierro con una cantidad de carbono variable entre el 0,03 % y el 1,075 % en peso de su composición, dependiendo del grado. Si la aleación posee una concentración de carbono mayor al 2,0 % se producen fundiciones que, en oposición al acero, son mucho más frágiles y no es posible forjarlas sino que deben ser moldeadas.

No se debe confundir el acero con el hierro, que es un metal relativamente duro y tenaz, con diámetro atómico (dA) de 2,48 Å, con temperatura de fusión de 1535 °C y punto de ebullición 2740 °C. Por su parte, el carbono es un no metal de diámetro menor (dA = 1,54 Å), blando y frágil en la mayoría de sus formas alotrópicas (excepto en la forma de diamante). La difusión de este elemento en la estructura cristalina del anterior se logra gracias a la diferencia en diámetros atómicos, formándose un compuesto intersticial.

La diferencia principal entre el hierro y el acero se halla en el porcentaje del carbono: el acero es hierro con un porcentaje de carbono de entre el 0,03 % y el 1,075 %, a partir de este porcentaje se consideran otras aleaciones con hierro.

Cabe destacar que el acero posee diferentes constituyentes según su temperatura, concretamente, de mayor a menor dureza, perlita, cementita y ferrita; además de la austenita (para mayor información consultar un Diagrama Hierro-Carbono con sus constituyentes).

El acero conserva las características metálicas del hierro en estado puro, pero la adición de carbono y de otros elementos tanto metálicos como no metálicos mejora sus propiedades físico-químicas.

Existen muchos tipos de acero en función del elemento o los elementos aleantes que estén presentes. La definición en porcentaje de carbono corresponde a los aceros al carbono, en los cuales este no metal es el único aleante, o hay otros pero en menores concentraciones. Otras composiciones específicas reciben denominaciones particulares en función de múltiples variables como por ejemplo los elementos que predominan en su composición (aceros al silicio), de su susceptibilidad a ciertos tratamientos (aceros de cementación), de alguna característica potenciada (aceros inoxidables) e incluso en función de su uso (aceros estructurales). Usualmente estas aleaciones de hierro se engloban bajo la denominación genérica de aceros especiales, razón por la que aquí se ha adoptado la definición de los comunes o "al carbono" que además de ser los primeros fabricados y los más empleados, sirvieron de base para los demás. Esta gran variedad de aceros llevó a Siemens a definir el acero como «un compuesto de hierro y otra sustancia que incrementa su resistencia».

OBTENCIÓN DEL ACERO

En la actualidad, los productos ferrosos se obtienen, casi en su totalidad, de dos maneras, dependiendo de la materia prima empleada. Estos procedimientos son a través del horno alto (usando mineral de hierro) y a través del horno eléctrico (empleando chatarra).

A continuación, se explica el funcionamiento de estos procedimientos:

A-Materia prima del horno alto:

La materia prima, formada por mineral de hierro (60%), carbón de coque (30%) y fundente (10%), se introduce en el horno alto por la parte superior.

• Mineral de hierro. Antes de ser introducido en el horno alto se debe someter a una serie de tratamientos preliminares. Estos tratamientos consisten en triturar y moler el mineral, para posteriormente separar la parte útil (mena) de la no aprovechable (rocas, cal, sílice, tierra, etc.), que constituye la ganga.

 Carbón de coque. Se ha creado artificialmente a partir de la hulla. Su misión, dentro del horno alto, es la siguiente:

– Producir, por combustión, el calor necesario para fundir la mena y generar las reacciones químicas necesarias para que el óxido de hierro (mineral de hierro) se convierta en arrabio.

– Soportar el peso de la materia prima introducida, permitiendo que no se aplaste, para que pueda arder en la parte inferior y salgan los gases hacia la parte superior del horno.

 Fundente. Compuesto por piedra caliza o, lo que es lo mismo, cal (siempre que el mineral tenga composición ácida), cuya misión es:

– Reaccionar químicamente con la ganga que haya podido quedar en el mineral, arrastrándola

hacia la parte superior de la masa líquida, y formando lo que se denomina escoria.

– Bajar el punto de fusión de la ganga para que la escoria sea líquida.

B- Funcionamiento del horno alto:

El horno alto, una vez encendido, está funcionando ininterrumpidamente hasta que es necesario hacerle una reparación.

A medida que se introduce la carga por la parte superior, ésta va bajando y su temperatura aumentando hasta llegar al etalaje (imagen inferior). Aquí la temperatura ronda los 1 650 °C, suficientes para que el mineral de hierro (mena) se transforme en gotitas de hierro que se depositan en el crisol (imagen inferior).

La cal (fundente) reacciona químicamente con la ganga formando la escoria, que flota sobre el hierro fundido. Por un agujero, llamado bigotera o piquera de escoria, se extrae, cada dos horas, la escoria. Esta escoria se emplea en la fabricación de cementos, balastros de vías de ferrocarril y aislante térmico.

Periódicamente, se abre la piquera de arrabio y se extrae el hierro líquido que hay en el crisol. Este hierro líquido se llama arrabio o hierro de primera fusión (5) y contiene muchas impurezas, así como un exceso de carbono, por lo que normalmente no tiene ninguna aplicación.

Casi la totalidad del arrabio se convierte en acero a través del convertidor o procedimiento LD. A veces, el arrabio se solidifica en moldes especiales, formando lingotes.

Rodeando al horno, alto a

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