Metalurgia del Acero: Propiedades, Obtención y Hornos Industriales

Propiedades Fundamentales de los Materiales

Comprender las propiedades de los materiales es crucial en ingeniería y metalurgia, ya que definen su comportamiento y aplicaciones.

Propiedades Mecánicas y Físicas

• Esfuerzo a la Torsión: Se define como la capacidad de un objeto para resistir la deformación o rotura cuando se somete a fuerzas de torsión alrededor de un eje fijo.
• Ductilidad: Es la propiedad de algunos materiales, como las aleaciones metálicas, que bajo la acción de una fuerza, pueden deformarse plásticamente de manera sostenible sin romperse, permitiendo obtener alambres o hilos de dicho material.
• Dureza: Es la propiedad que presenta la oposición que ofrecen los materiales a alteraciones físicas como la penetración, la abrasión y el rayado.
• Conductividad Eléctrica: Es la medida de la capacidad de un material o sustancia para dejar pasar la corriente eléctrica a través de él.
• Resistencia al Impacto: Capacidad del material para absorber energía sin romperse cuando se somete a una carga repentina o choque.

El Acero: Definición, Obtención y Composición

El acero es uno de los materiales más utilizados en la industria moderna debido a su versatilidad y resistencia.

Definición y Proceso de Obtención

• Acero: En ingeniería metalúrgica, el término acero se refiere comúnmente a una aleación de hierro con una cantidad de carbono variable entre el 0,008 % y el 2,11 % en masa de su composición, dependiendo del grado.
• Obtención del Acero: El acero se obtiene principalmente a partir de la fundición de mineral de hierro con carbono y otros elementos aleantes como cromo o tungsteno.
• Obtención del Hierro: El hierro es un metal que no se encuentra en estado puro en la naturaleza, sino que forma parte de numerosos minerales. Se extrae y procesa a partir de estos minerales.
• Arrabio: Es un producto intermedio del proceso de fundición de las menas del hierro, tratadas con coque como combustible y caliza como fundente. Es la materia prima principal para la producción de acero.

Elementos Aleantes del Acero

La adición de estos elementos mejora significativamente las propiedades del acero:

• Aluminio
• Boro
• Cobalto
• Cromo
• Molibdeno
• Nitrógeno
• Níquel
• Plomo
• Silicio

Clasificación del Acero

El acero se clasifica de diversas maneras según sus características y aplicaciones.

Clasificación General

• Según el Modo de Fabricación:
  • Acero Eléctrico
  • Acero Fundido
  • Acero Calmado
  • Acero Efervescente
  • Acero Sinterizado
  • Acero Estirado
• Según el Modo de Trabajado:
  • Acero Moldeado
  • Acero Forjado
  • Acero Laminado
• Según la Composición y la Estructura:
  • Aceros Ordinarios
  • Aceros Aleados o Especiales
• Según los Usos:
  • Acero para Imanes o Magnético
  • Acero de Corte
  • Acero Inoxidable
  • Acero para Construcción

Tipos de Hornos Metalúrgicos para la Producción de Acero

La producción de acero y arrabio se realiza en diferentes tipos de hornos, cada uno con características y aplicaciones específicas.

Hornos Principales

• Alto Horno

  Un alto horno es un horno especial donde tiene lugar la fusión de los minerales de hierro y su transformación química en un metal rico en hierro llamado arrabio. Está constituido por dos troncos en forma de cono unidos por sus bases mayores. Mide de 20 a 30 metros de alto y de 4 a 9 metros de diámetro; su capacidad de producción puede variar entre 500 y 1500 toneladas diarias.

  Partes del Alto Horno:

  • La Cuba
  • El Etalaje
  • El Crisol
  • Las Cucharas (para la escoria y el arrabio)

  Materiales que Entran:

  • Mineral de Hierro
  • Carbón de Coque
  • Piedra Caliza (como fundente)

  Productos que Salen:

  • Humos y Gases Residuales
  • Escoria
  • Fundición, Hierro Colado o Arrabio

• Horno Bessemer

  El sistema Bessemer permite convertir el hierro en acero mediante un proceso de descarburación, gracias a la introducción de chorros de aire caliente a través del metal fundido.

• Horno de Arco Eléctrico (HAE)

  Se utiliza para obtener acero o acero inoxidable a partir de chatarra y ferroaleaciones, mediante la fusión de la carga por arco eléctrico con electrodos de grafito. Es ideal para la producción de aceros especiales y reciclaje.

• Horno de Inducción

  Es un horno eléctrico en el que el calor es generado por la inducción electromagnética en un medio conductivo (un metal) dentro de un crisol, alrededor del cual se encuentran enrolladas bobinas magnéticas. Se usa para fundir metales con alta eficiencia.

• Horno de Hogar Abierto (Siemens-Martin)

  Este horno semeja una gran piscina larga y poco profunda (aproximadamente 6m de ancho, por 15m de largo, por 1m de profundidad) en su hogar o fondo. Fue un método importante para la producción de acero a gran escala, aunque hoy en día es menos común que otros procesos.