Acero

Los aceros son aleaciones de hierro y carbono. En este breve texto se tratan el acero y se compara con la fundición y el acero inoxidable. También se describe brevemente cómo se fabrica en la acería.

¿Qué es el acero?

El metal conocido como acero es una aleación de hierro y carbono. El contenido de carbono en el metal es pequeño, en concreto, superior al 0,08 % e inferior al 1.8 % del peso de la mezcla (otras fuentes aceptan hasta un 2.1 %). Si el porcentaje de carbono fuese superior, la aleación se designa con el nombre de fundición.

Diferencia entre acero, fundición y acero inoxidable

Fundiciones y aceros sin similares en algunos aspectos, pero muy diferentes en otros. La fundición, por ejemplo, es más quebradiza que el acero y por ello no se puede forjar (proceso de transformación del acero por deformación mecánica).

Por ser el hierro el principal constituyente del acero, este conserva sus características. Sin embargo, el carbono mejora ciertas propiedades físicas y químicas de la aleación. No obstante, la resistencia a la corrosión no es un rasgo mejorado por el carbono.

De esta manera, si se requiere que el acero soporte la oxidación y la corrosión, hay que alearlo con cromo, de lo que resulta el acero inoxidable. Como los aceros al carbono, las familias de aceros inoxidables poseen distintas propiedades físicas y químicas según sus constituyentes. Además del cromo, pueden incluir silicio, vanadio, molibdeno y otros elementos.

El acero se produce a partir del arrabio (pig iron en inglés). El arrabio es resultante de la fusión de menas de hierro en los altos hornos. Como combustible se usa en este proceso industrial un tipo de carbón: el coque. Para producir coque se destila carbón bituminoso a una temperatura de 500-1000 ºC sin contacto con el aire. La destilación limpia el carbón de alquitrán y gases, y elimina el agua.

¿Qué significa la palabra acero?

La palabra acero proviene del término en latín aciarium, que deriva a su vez de acies ‘filo’. La palabra se encuentra escrita por primera vez en documentos de la primera mitad del siglo XIII.

En efecto, esta aleación es por su resistencia el material más apropiado para fabricar cuchillos de cocina, herramientas de corte para bricolaje, etc. Según algunos historiadores, los primeros aceros provienen del este de África (cerca de 1400 a.C.).

¿Cómo se fabrica el acero?

Existen varios procesos industriales para fabricar acero. El que se describe a continuación es el proceso de fabricación básico al oxígeno (BOS).

En el proceso BOS se usa un recipiente en forma de pera, similar al usado en los convertidores Thomas-Bessemer. Este recipiente también se llama reactor y está compuesto por una gruesa carcasa de acero revestida en el interior con ladrillo refractario de magnesita o dolomita. Por el exterior, el reactor contiene dos muñones que se acoplan en un grueso anillo que permite bascular el contenedor.

Carga

Por la boca del horno pera se carga el arrabio fundido, procedente de los altos hornos, que llega en vagonetas hasta la acería (también se puede cargar arrabio sólido). Asimismo, se llena el contenedor refractario con chatarra de acero, caliza y fundente.

La chatarra sirve de refrigerante; su función es prevenir el sobrecalentamiento de la mezcla. Una vez cargada, la pera se bascula y se sitúa en vertical, con la abertura orientada hacia el techo de la acería.

Reducción del carbono

Una lanza de oxígeno con una boquilla refrigerada por agua será la responsable de reducir el carbono. Se hace descender la lanza por la boca del recipiente, hasta situarla a unos dos metros por encima del nivel del arrabio líquido. Puede bajar más durante el proceso, pero nunca toca el baño.

A continuación, la lanza inyecta oxígeno a gran velocidad. El chorro oxida el carbono y degrada las impurezas, que quedan flotando como escoria. Además, por la parte inferior de la pera se insufla argón o nitrógeno para agitar la mezcla. El ciclo típico de soplado de oxígeno dura unos 15 minutos.

Los gases residuales escapan por la parte superior del horno (monóxido y dióxido de carbono). La escoria aglutina las impurezas (fósforo, sílice y manganeso). Con este proceso se pueden producir entre 200-300 toneladas métricas de acero por hora.