Producción de Acero: Del Horno Alto al Convertidor y Horno Eléctrico

Materia Prima del Horno Alto

La materia prima, compuesta 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, el mineral de hierro se somete 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 obtiene artificialmente a partir de la hulla. Su función dentro del horno alto es doble:

1. 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.
2. 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 cal (siempre que el mineral tenga composición ácida), cuya misión es:

1. 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.
2. Reducir el punto de fusión de la ganga para que la escoria sea líquida.

Funcionamiento del Horno Alto

Una vez encendido, el horno alto está en funcionamiento ininterrumpidamente hasta que es necesario hacerle una reparación. A medida que se introduce la carga por la parte superior, esta va descendiendo y su temperatura aumentando hasta llegar al etalaje. Aquí la temperatura ronda los 1650 °C, suficientes para que el mineral de hierro (mena) se transforme en gotitas de hierro que se depositan en el crisol. 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 para balastros de vías de tren y como aislante térmico. Periódicamente, se abre la piquera de arrabio y se extrae el hierro líquido del crisol. Este hierro líquido se llama arrabio o hierro de primera fusión y contiene muchas impurezas, así como un exceso de carbono, por lo que no tiene aplicación directa.

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.

Transformación del Arrabio en Acero: Convertidor LD

El arrabio posee un exceso de impurezas que lo hace demasiado frágil y poco adecuado para la fabricación de piezas industriales. La solución consiste en eliminar la mayoría de esas impurezas en hornos adecuados, denominados hornos de afino. El horno más empleado en el afino del acero se denomina convertidor o procedimiento LD.

El transporte del arrabio desde el horno alto hasta el convertidor se lleva a cabo mediante trenes equipados con depósitos especiales, llamados torpedos.

Materia Prima que Emplea el Convertidor LD

1. Arrabio líquido, aunque también se le pueden añadir pequeñas cantidades de chatarra.
2. Fundente (cal, que reacciona con las impurezas y forma la escoria que flota sobre el metal fundido).
3. Ferroaleaciones, que mejoran las propiedades del acero.

Características del Horno Convertidor

1. Interiormente está recubierto de ladrillo refractario.
2. La producción por hornada suele ser de unas 300 toneladas de acero de gran calidad.
3. Cada hornada suele durar aproximadamente una hora.

Funcionamiento del Horno Convertidor

1. Se inclina el horno y se añade el arrabio, el fundente y, a veces, chatarra.
2. Se pone en posición vertical y se baja la lanza para inyectar oxígeno en el metal fundido. Las impurezas se queman.
3. Se inclina el horno y se extrae la escoria que flota sobre el acero.
4. Se vierte el acero sobre la cuchara y se añaden ferroaleaciones y carbono.

Producción de Acero en Horno Eléctrico

Materias Primas del Horno Eléctrico

1. Chatarra seleccionada que, prácticamente, no lleve otros metales no ferrosos, como cobre, aluminio, plomo, etc.
2. Fundente (cal).
3. Ferroaleaciones, como Ni, Cr, Mo, etc., para fabricar aceros especiales.

Características del Horno Eléctrico

1. Interiormente está recubierto de ladrillo refractario.
2. En el interior del horno se pueden alcanzar hasta los 3500 °C.
3. La carga del horno es de 100 toneladas.
4. Cada hornada dura aproximadamente 50 minutos.

Funcionamiento del Horno Eléctrico

1. Se quita la tapadera y se introduce la chatarra y el fundente.
2. Se cierra el horno y se acercan los electrodos a la chatarra, para que salte el arco eléctrico y comience a fundir la chatarra.
3. Cuando la chatarra está fundida, se inyecta oxígeno para eliminar los elementos indeseables.
4. Se inclina el horno y se extrae la escoria. A continuación, se añade el carbono y las ferroaleaciones, y se sigue calentando hasta que las adiciones se disuelvan y se uniformice la composición del baño.
5. Se inclina y se vierte el acero en la cuchara, que lo llevará al área de moldeo.

Colada de Acero

El acero líquido obtenido a través del horno eléctrico o utilizando el convertidor se solidifica empleando alguno de los siguientes métodos de colada:

• Colada convencional (moldeo): Consiste en verter el acero líquido sobre moldes con la forma de la pieza que se desea obtener. Posteriormente, se deja enfriar el metal y más tarde se extrae la pieza.
• Colada continua: Es el procedimiento de colada más moderno y económico que existe. Consiste en verter el acero líquido sobre un molde sin fondo ni tapadera, con forma curva y sección transversal con la forma geométrica del producto a obtener.
• Colada sobre lingoteras: Si la demanda es baja (ocurre pocas veces), se solidifica en el interior de lingoteras (moldes prismáticos de fundición) y se deja enfriar.