Metales y procesos siderúrgicos: del Pilar de Delhi a los hornos Stückofen

Metales en los que la civilización se ha basado

Los metales en los que la civilización se ha basado son: oro (600 a. C.), cobre (4200 a. C.), plata (4000 a. C.), plomo (3500 a. C.), titanio (1750 a. C.), hierro fundido (1500 a. C.) y mercurio (750 a. C.). De éstos, cinco se podían encontrar en su estado nativo: oro, cobre, plata, hierro (procedente de meteoritos) y mercurio.

Pilar de Delhi

El Pilar de Delhi (300 a. C.) se encuentra en la ciudad de Lal Kot. Está muy estudiado por su resistencia a la corrosión. Fue forjado mediante soldadura por calda, lo que fue una gran proeza dadas sus dimensiones. La calda (también llamada soldadura por calda o soldadura por forja) consiste en la unión de dos piezas a partir de forja. En principio, el material tiene que estar austenizado con una estructura FCC a temperaturas de alrededor de 800-900 ºC, ya que así es más fácil deformarlo. Se colocan las dos partes austenizadas juntas y se unen mediante deformación.

El cloruro de bórax es una sal que se utiliza como fundente para ablandar el material; el amonio se utiliza para la misma función. Su propósito es reducir el punto de fusión de las impurezas oxidadas del hierro. Estos dos fundentes estaban presentes en el Pilar de Delhi. Su composición era:

• 0,15 % C
• 0,25 % P
• 0,005 % S
• 0,05 % Si
• 0,05 % Mn
• 0,05 % Ni
• 0,03 % Cu

Hornos Stückofen

Los hornos Stückofen aparecen en Suecia aproximadamente en el siglo XIV. Lo característico de estos hornos para la producción de hierro es su disposición vertical. Cuanto más alto sea el horno, mayor cantidad de fundición y de mejor calidad se producirá (estos hornos siempre se cargaban por la parte superior). El arrabio (producto obtenido de la primera fundición de hierro en los hornos altos, que contiene más carbono que el acero o que el hierro forjado y que se rompe con facilidad) que salía por la parte inferior del horno se solía volver a introducir en el horno para mejorarlo.

Se necesita una gran cantidad de aire para su funcionamiento. El aire era generado por energía hidráulica; por este motivo las acerías se situaban cerca de ríos. Los hornos fueron creciendo hasta alcanzar alturas de unos 9 metros.

Reacciones químicas en hornos de afino

Las reacciones típicas de reducción de óxidos de hierro con monóxido de carbono en los procesos de afino son:

• Hematita: 3 Fe2O3 + CO → 2 Fe3O4 + CO2
• Magnetita: Fe3O4 + CO → 3 FeO + CO2
• Wüstita: FeO + CO → Fe + CO2

Planta siderúrgica

La primera parte de las siderúrgicas son las materias primas. Se toma el mineral de hierro para su sinterización y la creación de pellets para su posterior introducción en hornos altos. El carbón se transforma en coke (coque) en hornos especiales. Por último, se emplea caliza como fundente. Todos estos materiales se introducen en el interior del horno alto, que produce el arrabio o fundición.

El arrabio se transporta y se lleva a un mezclador, donde se combina con chatarra y elementos de aleación para obtener distintos tipos de fundiciones y aceros. A partir del arrabio se obtiene carbono (C): aproximadamente el 80 % del material se destina a producir fundición y el 20 % se comercializa. Otra empresa (fábrica de aceros especiales, que incluso producen aceros al carbono más limpios y de mayor calidad) compra ese acero con mayor contenido de carbono, le añade chatarra y obtiene otro tipo de acero. Estos aceros se obtienen en formas como blooms o palanquillas (forma cuadrada), también en forma de planchón o incluso en forma de lingote.

Componentes del arrabio y componentes de la escoria resultantes de un horno alto

• Arrabio: C, Si, Mn, P, S.
• Escoria: SiO2, CaO, Al2O3, MgO, MnO, S.