El acero es un componente que está presente en multitud de elementos de nuestra sociedad. Edificios, infraestructuras, automóviles, electrodomésticos, etc. La lista de artículos que contienen acero es prácticamente infinita. Tantos como tipos de acero pueden llegar a producirse, a través de sofisticados métodos de fabricación que se han desarrollado en los últimos años. A continuación vamos a explicar en qué consiste el proceso de producción de acero, así como los elementos que intervienen para generarlo.
Hierro, la base del acero
En primer lugar, es importante tener en cuenta que para producir acero es necesario contar con el metal del hierro. Lo que se busca durante el proceso de fabricación es eliminar las impurezas del hierro, añadiendo posteriormente carbono u otros elementos, que compondrán la aleación final.
Básicamente, existen dos metodologías para fabricar acero. Bien a partir de chatarra, o bien con la utilización de arrabio. En cualquiera de las dos circunstancias, podemos obtener un producto final que contenga la proporción necesaria de elementos para poder considerarlo como acero. Es decir, una aleación de hierro y carbono, en donde este último componente ocupe menos del 2,1%
La producción de acero a través de chatarra es uno de las metodologías más comunes. Resulta más económica y, además, es respetuosa con el medio ambiente. En el apartado de Usos y productos de acero de esta misma página web, hemos descrito que una de las principales ventajas que ha aportado tanta fama al acero es su capacidad de reciclaje.
Es, sin duda, un elemento estrella en este sentido, llegándose a cifras de recuperación de material impensables en otro tipo de industria. De hecho, más del 70% de la producción de acero actual está basada en deshechos de materiales anteriores. Es decir, prácticamente 3/4 partes del acero que se fabrica en el planeta es reciclado.
Por otro lado, también debemos diferenciar entre el alto horno tradicional, y los hornos eléctricos, que son ya una realidad en la industria. Vamos a partir del proceso de alto horno, para entender todos los componentes que entran en juego. Es más fácil visualizar el porqué de ciertos procesos desde la fabricación en un alto horno. En el horno eléctrico, como veremos, es similar, sólo que mejorando algunos procesos que le han convertido en el elemento más utilizado en la actualidad para crear esta aleación.
Tanto en el procedimiento en horno eléctrico, como en los altos hornos, se realizan diversas mediciones por parte de operarios. Extraen muestras para comprobar en qué punto de composición química se encuentra el acero. De este modo, se pueden tomar medidas correctoras en función del acabado final que busquemos. Ambos sistemas permiten esta manipulación, tan importante para el éxito del acero en una gran cantidad de industrias.
Producción de acero: chatarra en un alto horno
Las industrias que se encargan de fabricar este material reciben en sus instalaciones cientos de toneladas de chatarra, que pasarán a ser fundidas a altas temperaturas, dentro de unos potentes hornos que superarán los 1.650 grados centígrados. De todos los deshechos que comienzan en la parte inicial de este proceso, un 80% volverá a ser acero de primera calidad. Listo para usarse de nuevo en cualquier tipo de industria.
Dicha temperatura será capaz de fundir todo el material y aportarle un estado de liquidez. En primer lugar, se introduce por la zona superior el metal, que se pondrá en contacto con el acero licuado. Las cantidades de humo que se producen son muy elevadas, por lo que este tipo de instalaciones necesitan de fuertes sistemas de extracción, que sean capaces de liberar toda la cantidad de humo generada durante el proceso. Según un documental emitido en la cadena de televisión Discovery Channel, con este sistema es posible fundir 60 toneladas de metal en una hora.
A partir de este momento, se introduce oxígeno en el proceso de producción del acero. El objetivo es acelerar la fabricación de este material, reducir el contenido de carbono y homogeneizar la mezcla.
Después llega la fase de colada. A este espacio cae el acero líquido. También se introducen aditivos y elementos, en función de la finalidad o características del acero que se busquen potenciar.
En la sección de composición del acero de esta página web, encontrarás los diferentes tipos de aleaciones y elementos que se pueden añadir. Estos potenciarán o minimizarán sus características base, en función de si queremos un acero final que sea más o menos elástico, dúctil, con más o menos maquinabilidad, etc.
Tras este proceso, el acero fundido cae en unos moldes. Comienza aquí la fase de enfriamiento. El líquido recupera su forma sólida, con una morfología que dependerá del envase o soporte en el que sea depositado.
Esta nueva pieza se denomina palanquilla. Puede ser cortada a gusto del consumidor final, en función de su destino y uso. Comienza aquí una fase de recalentamiento del acero, por encima de los 1.000 grados centígrados, durante dos horas. Después, se procede a enfriar de nuevo el acero, a través de chorros de agua.
Por último, las palanquillas se aplanan, tras realizar la correspondiente numeración y clasificación del material, a modo de inventario del acero creado. Esta fase de prensado o aplane del acero se realizará en función de la forma final buscada. Después, se dejará enfriar completamente.
El proceso descrito se realiza en los altos hornos. Por norma general, estos hornos cuentan con una cápsula en forma de cilindro, que es capaz de soportar sin deformarse, y sin escapes, las altas temperaturas mencionadas; para proceder a la fusión del metal. Cuenta con aberturas que permiten la entrada de oxígeno, denominadas toberas, que se utilizan para encender el coque.
Este proceso de coquización tiene el objetivo de elevar la concentración de carbono, que es uno de los elementos fundamentales que deben estar presentes en el material final para ser considerado como acero. En la coquización, también se consigue incrementar el poder calorífico.
La fabricación de acero a partir de arrabio
Con todos los pasos anteriores, los minerales del hierro se reducen, obteniendo un metal con una presencia de carbono en torno al 4%, junto a otras impurezas. Esto es lo que se conoce como hierro bruto o arrabio. Tal y como lo encontramos en este punto, no podremos manipularlo posteriormente para su venta. Es decir, es imposible proceder a forja, soldadura u otras opciones para darle forma, puesto que nos encontramos ante una masa quebradiza.
Es por eso que se le lleva a su punto de fusión, con el objetivo de oxidar el producto y librarlo de impurezas, hasta llevarlo a la cantidad de carbono adecuada. En la parte baja del horno, encontramos un orificio por donde obtenemos el arrabio.
Previamente se habrá retirado la escoria, a través del filtrado que se realiza por un orificio situado ligeramente por encima. En los altos hornos resulta esencial la zona superior, en donde se encuentra respiradores que permiten la salida de gases. Aquí, también encontramos un orificio de entrada para introducir el hierro que entrará a formar parte del posterior proceso de fundición.
A continuación se transporta el hierro fundido (arrabio líquido) a través de torpedos, y se alea con el carbono. Los fabricantes de acero estiman que este punto puede resultar fundamental para conseguir un componente sin defectos. Los lingotes resultantes pueden tener malformaciones, generadas por un transporte demasiado brusco, o derivado de cambios de temperatura que puedan generar formatos que no sean los deseados.
Y, como hemos comentado anteriormente, llegamos a la fase final, en donde se mezcla el proceso de enfriamiento con la aportación de forma final que se desee para el acero fabricado. Hablamos de aportar acciones de martillo, presión o laminación, que deben realizarse en un intervalo térmico en su punto crítico inmediatamente superior. Resulta clave para mejorar mecánicamente el producto final.
De hecho, el proceso de laminado es uno de los que tiene mayor importancia dentro de la producción de acero. Esta metodología es la más rápida y tiene un coste menor. Se realiza en trenes que darán formas externas diferentes, en función del uso final de venta, la industria y el destino. Hablamos de crear varillas, chapas, tubos, perfiles de diversas apariencias estéticas, etc. Estos procesos de deformación final intencionada se realizan en caliente.
Pero, también pueden realizarse trabajos en frío. En este caso, serían los realizados por debajo del intervalo térmico crítico. Se trabaja la parte más superficial, con el objetivo de mejorar la ductilidad del acero resultante. También mejora otras características como la fluencia y la resistencia a la tracción. De nuevo volvemos a toparnos con una de las principales ventajas del acero como producto. Incluso en retoques superficiales en frío, puede conseguirse afinar o restar relevancia a unas características u a otras, en función del objetivo final.
Evolución de la producción de acero
El proceso descrito es el tradicional. El que se ha llevado a cabo en altos hornos. Sin embargo, desde hace años, la industria acerera ha apostado por el uso de hornos eléctricos. Como hemos analizado en diversas ocasiones, la gran diversidad de cualidades y características del acero ha generado diferentes opciones de producción final. Todas ellas, derivadas de procesos de innovación y desarrollo, en función de las necesidades finales del cliente. ¿Por qué? Porque, por poner un ejemplo, el tipo de acero que necesita la industria automovilística no es el mismo que el que necesitará un arquitecto que prime la flexibilidad de los materiales.
Dentro de todo este proceso de innovación y reestructuración del sector, se ha tendido a los hornos eléctricos, en sustitución de los tradicionales altos hornos, de larga tradición en España.
De hecho, a nivel mundial, ya se produce el 75% del acero a través de esta metodología basada en la electricidad. Sin embargo, el proceso descrito con anterioridad tiene ciertas similitudes con el actual. En realidad, en muchos aspectos, la base de trabajo y explicación de los procesos es prácticamente la misma. Sólo que se producen una serie de mejoras y ventajas con la aplicación del horno eléctrico. Beneficios que vamos a diferenciar y resaltar a continuación.
En primer lugar, el reciclaje en este tipo de hornos es mucho mayor. La chatarra es el elemento fundamental, de manera que se produce un menor impacto sobre el medioambiente. Por otro lado, se prima el uso de la energía eléctrica por encima del carbón. Esto reduce las emisiones de anhídrido carbónico.
Como contrapartida, tenemos una mayor dependencia de la electricidad. Con la consiguiente variación de precios de esta fuente de energía, que acaba repercutiendo en una subida de los precios del producto final fabricado en España. Teniendo en cuenta la alta competitividad de otros países en la producción de acero, esto puede jugar en contra del mercado del acero en España y sus posibilidades de venta en el exterior.
Sin embargo la calidad del producto final es mejor que en la utilización de altos hornos. Con los hornos eléctricos se puede mejorar el acero con más facilidad, y llevarlo a los niveles deseados sin complejidad. Por ejemplo, la pureza del producto es mayor. También hay una mayor eficiencia térmica, hasta el punto de que se puede medir y controlar la temperatura de forma mucho más precisa que en un alto horno.
Novedades e innovaciones del horno eléctrico para fabricar acero
Para conseguir que todo el producto incluido dentro del horno eléctrico sea capaz de adquirir la misma temperatura, se utilizan bobinas electromagnéticas. Estas generan una especie de agitación que permite que todo el material que se encuentre en la zona baja de la carga pueda subir a un área más elevada.
De este modo, se consigue una temperatura uniforme para toda la chatarra. Es, de hecho, el mejor proceso para este tipo de contenido, dado que un horno eléctrico se puede cargar con mayor facilidad, y actúa con igual incidencia tanto en chatarra sin precalentamiento como en metal ya líquido. Aquí tenemos otra ventaja. No importa la base de material que vayamos a trabajar. El acabado será de mucha calidad en cualquiera de los dos casos.