Características de la Industria Siderometalúrgica

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Industria Siderometalúrgica en Relación a Economía de Finales del Siglo XX

En este contexto, a efectos históricos puede ser de interés lo siguiente: [1] (Nota: esto es una continuación del texto sobre industria siderometalúrgica que se haya en otra parte de esta plataforma online).Entre las Líneas En estos casos, está justificada la pelletización en mina o zona minera, técnica puesta a punto recientemente y consistente en producir, partiendo de los concentrados muy finos con superficies específicas (cm2 por grano) muy grandes y con aglomerante o sin él, unas bolas en verde de tamaño entre 10 y 15 nrm. de diámetro, con consistencia suficiente para llevarlas a una máquina de pelletizar, que seca las bolas, las precalienta y las calcina a temperaturas elevadas, del orden de los 1.200 a 1.300° C, y las enfría lentamente. La inversión en este tipo de equipo es tan considerable que sólo se justifica económicamente para producciones del orden de 2 millones de t. en adelante. Hay fundamentalmente tres procesos industriales en marcha: los hornos de cuba especiales, la parrilla continua para todo el proceso, y la parrilla continua para el secado y el precalentamiento, seguida de un horno rotativo para la fase final de la calcinación, a temperatura elevada.
El cok, otro de los elementos fundamentales de la carga sólida del alto horno, debe cumplir también unas condiciones: esencialmente, contener una elevada proporción de carbono fijo y, por tanto, ser muy bajo en cenizas y en materias volátiles; y desde el punto de vista físico debe ser duro, con un índice Micum (deterioración de tamaños en una prueba en tambor de dimensiones normalizadas) elevado, tener un tamaño mínimo y homogéneo, y ausencia de polvo.
Los fundentes pueden ser caliza o dolomía, y deben cumplir también determinadas especificaciones con un máximo pequeño de residuo insoluble (sílice más alúmina) y pequeñísimas impurezas de fósforo y azufre; en cuanto a sus condiciones físicas, los tamaños deben ser regulares, no muy grandes y con ausencia de polvo. Siempre que sea posible, pueden añadirse con ventaja los fundentes a los minerales, a sinterizar, o a pelletizar, haciendo que los materiales sean autofundentes.
El otro material que entra en el horno alto, el aire, teóricamente puede mejorar la marcha del horno alto, si se enriquece en oxígeno, si se le mantiene con una humedad constante coordinada con el contenido en oxígeno.

Otros Elementos

Por otro lado, hemos visto que se favorece la eficacia de la reducción de los óxidos de hierro con un aumento en la presión, por lo que incrementando la presión en el interior del horno alto se aumenta la producción de éste y se reduce el consumo específico de cok.Entre las Líneas En la práctica, esto se ha conseguido elevando la presión del viento en las soplantes, y estrangulando la salida de los gases por el tragante del horno alto.
d) Como aparato térmico.

Observación

Además de las funcionesmecánicas que el alto horno realiza, es uno de los más eficaces intercambiadores de calor entre los gases calientes que se producen en la parte baja y la carga que entra en la alta. Una representación de esta eficacia puede estimarse teniendo en cuenta que la temperatura frente a las toberas del horno alto es muy próxima a los 1.800° C y que modernamente, por aumento de la temperatura del aire a la entrada y que en los hornos altos modernos sobrepasa ligeramente los 1.000° C, tiende todavía a ser mayor, desciende hasta las proximidades de los 200° C a la salida del horno alto por la parte superior, con sólo un recorrido vertical del orden de los 30 m. y una duración de contacto de los 2 a 3 seg. El rendimiento térmico del horno alto en marcha normal es, por tanto, muy elevado, pues los gases de salida, además de este calor sensible, tienen un poder calorífico del orden de las 800 a 900 Kcal. por m3, ya que su composición puede oscilar entre los siguientes límites:COz . . . . . . . 10 a 141/o’CO . . . . . . . 26 a 29%NZ . . . . . . . . 60 a 7a°í,Una innovación reciente en la marcha de los hornos altos, en su aspecto térmico, la constituye la inyección de combustible especial por las toberas o zona baja del horno alto. La finalidad de esta técnica es que el cok, teniendo en cuenta que se carga en el horno alto, cumple la doble función de ser agente reductor de los óxidos y agente calorífico que proporciona las calorías necesarias, al nivel térmico conveniente; se ha pensado que este último papel podría realizarse, por lo menos parcialmente, mediante un combustible que fuese más económico que el cok siderúrgico. Los combustibles inyectados han sido: gas natural, fuel-oil, gas de hornos de cok y carbón pulverizado. Desde un punto de vista teórico, la inyección de cualquier combustible por las toberas necesita una elevación de la temperatura del aire para mantener una temperatura adecuada en el crisol; actualmente se ensayan los 1.1500C.

Otros Elementos

Por otro lado, y también desde un punto de vista teórico, el carbón pulverizado sería el más conveniente, y así funciona un horno alto en Weirton (Estados Unidos), pero las dificultades prácticas de orden mecánico que produce la inyección de combustible sólido son mucho mayores que cuando se inyecta gas natural o fuel-oil, por lo que la mayor parte de los numerosos hornos altos que funcionan hoy día con inyección de combustible por las toberas están equipados para trabajar con alguno de estos dos combustibles.
Con la aplicación de estas orientaciones los modernos hornos altos, dimensionados en cuanto a su perfil, constituido por el crisol, parte troncocónica invertida o etalajes, vientre o parte cilíndrica de diámetro máximo y poca altura, cuba o parte troncocónica y tragante o parte superior, se obtienen hoy en hornos altos adecuados y con las instalaciones auxiliares de preparación de cargas, soplantes (hoy casi todas turbosoplantes axiales), dando suficiente volumen y presión de aire y estufas con suficiente superficie de caldeo y peso de refractarios, producciones de 4.000 t. de arrabio en 24 h. con crisoles de 9,5 a 9,8 m. de diámetro, y se proyectan plantas con hornos altos para producir 6.000 t. de arrabio en 24 h. El volumen de materiales sólidos a transportar, así como la producción de arrabio y escoria y el manejo de los gases sobrantes, exigen una cuidada organización, que tiende a ser programada y automatizada.
Entre los sustitutos de combustible que pueden emplearse en la reducción de los óxidos de hierro contenidos en los minerales, podría considerarse la energía eléctrica.Entre las Líneas En los países escandinavos, Suiza, Canadá y Norte de Italia, desde hace muchos años se introdujo el horno alto con calentamiento eléctrico. Posteriormente se sustituyó el horno alto eléctrico por el horno de cuba baja eléctrico, utilizando con las debidas adaptaciones los hornos que se empleaban para la fabricación de ferroaleaciones. Versiones modernas de esta idea son los hornos de cuba baja de reducción de minerales de Mo-i-Rana en Noruega y de la Siderurgia Nacional de Venezuela. Esta solución es de dudosa aplicación práctica; únicamente en el casode contar con energía eléctrica muy barata y que no tenga una aplicación más lógica (fabricación de aluminio, ferroaleaciones, industria química, etc.), por lo que la evolución de estos procesos no parece tener futuro, ante las enormes mejoras tecnológicas que se vienen produciendo en los hornos altos convencionales.

3. Procesos de oxidación del arrabio y su conversión en acero fundido. El arrabio obtenido en el horno alto tiene unas aplicaciones muy limitadas como tal; su mayor importancia reside en que es el producto intermedio fundamental para la fabricación de acero en los procesos hoy utilizados, excepto la producción de acero en horno eléctrico, partiendo únicamente de chatarra de acero, procedimiento que tiene una importancia práctica creciente y que representa aprox. de un 10 a un 15% de la producción total de acero en el mundo, aunque la mayor parte se dedica a la fabricación de aceros finos y especiales, y sólo en pocos casos para la obtención de acero común. Prescindiendo de antiguos procedimientos, los actualmente en uso son:a) De afino por el viento.Entre las Líneas En estos procesos, el oxígeno del aire, que se inyecta por orificios de poco diámetro a través de un espesor reducido (del orden de 60 cm.) de arrabio fundido, oxida las impurezas del arrabio, dejando al final de la operación un metal soplado y una escoria. El metal soplado está excesivamente oxidado (exceso de Feo) y no tiene la composición adecuada a las aplicaciones a que se destina, por lo que se hacen las adiciones finales que desoxidan el baño y le dan el contenido en carbono, manganeso, silicio, fósforo y azufre de acuerdo con las especificaciones.
El proceso puede llevarse a cabo en recipientes de forma especial, que pueden volcarse o colocarse en posición vertical, y que están revestidos de material refractado con un espesor considerable, lo cual les permite realizar unas 400 operaciones; como el fondo se desgasta más rápidamente, se cambia. El revestimiento puede ser ácido (a base de sílice), como en los primeros convertidores Bessemer, en cuyo caso el arrabio debe contener: un mínimo de silicio (entre 1,2 y 2,5%) para que pueda realizarse bien la operación, y el máximo de fósforo y azufre admitido por las especificaciones, pues estas impurezas no son climinables durante el proceso. Al disminuir de una manera tan notable las calidades del arrabio fundido por este proceso, la importancia del mismo es hoy día muy pequeña y limitada a condiciones favorables locales, como la de Altos Hornos de Vizcaya en Baracaldo. Si el revestimiento del convertidor se construye con material básico (en la práctica dolomía preparada), entonces las condiciones que debe cumplir el arrabio utilizable en el proceso son:Si, no más del 1% y mejor por debajo de 0,5%. Mn, por encima del 1%. P, entre 1,8 y 2,5%. S, lo más bajo posible y no superior al 0,05%.
Éste es un arrabio especial llamado arrabio Thomas, así como los convertidores en que se realiza el trabajo. Existen diferencias no solamente en la carga, sino también en la conducción de la operación de conversión entre el Bessemer (ácido) y el Thomas (básico). Para llevar a cabo la operación de este último, es preciso trabajar con minerales cuyo contenido en fósforo sea suficiente para que el arrabio tenga alrededor del 2%.Entre las Líneas En el convertidor básico, además del arrabio fundido y eventualmente alguna proporción de chatarra, que es lo que se carga en el Bessemer, es preciso cargar una cantidad suficiente de cal, que sirva para escorificar el fósforo en forma de fosfatos cálcicos.

Otros Elementos

Por otro lado, la marcha del soplado es distinta, eliminándose las impurezas en el orden siguiente: Si; Mn, que queda residualmente en el metal soplado; C, y sólo cuando la casi totalidad del C ha quedado eliminado se puede eliminar el fósforo con un sobresoplado.

Pormenores

Las adiciones finales se hacen de forma análoga al caso Bessemer.
b) De afino con oxígeno. Una variante tecnológica muy moderna es el soplado con oxígeno. Esta idea, iniciada después de la II Guerra mundial (o global) en Linz (Austria), ha tenido gran aceptación; no sólo las nuevas instalaciones adoptan casi exclusivamente este proceso, sino que también se realizan grandes inversiones en transformar otras instalaciones y sustituirlas por los convertidores de revestimiento básico soplado con oxígeno.

Detalles

Los aceros obtenidos por los procedimientos Bessemer y Thomas, además de necesitar arrabio muy específico, son de poca calidad para muchas aplicaciones, fundamentalmente por la contaminación del baño con el nitrógeno del aire, que lo atraviesa a temperatura elevada.Entre las Líneas En el nuevo proceso, el oxígeno se introduce por la parte superior o boca del convertidor, cuando éste se encuentra en posición vertical, después de realizada la carga de arrabio, chatarra y cal. El fondo del convertidor es macizo, sin orificio alguno, y el oxígeno actúa sobre el baño, porque sale a gran velocidad y presión.
En estas condiciones, el orden de eliminación de las impurezas no es el mismo, porque localmente la temperatura es suficientemente alta como para que se altere; se elimina el carbono simultáneamente con el silicio y manganeso, quedando al final del soplado mayor manganeso residual, lo que reduce el consumo de ferroaleaciones y produce un metal soplado sin contaminación de nitrógeno que puede ponerse a punto con las adiciones finales. El arrabio utilizable en este proceso, llamado L. D. convencional, puede tener cualquier contenido en silicio (mejor bajo) y manganeso, puesto que el C, prácticamente constante, sirve de elemento termógeno, pero el contenido en fósforo no debe sobrepasar el 0,3%, por lo que quedan excluidos los minerales con contenidos en fósforo relativamente bajos (0,2%). Para obviar esta dificultad, se han desarrollado modificaciones del proceso L. D., unas a base de inyección de cal en polvo en suspensión en el oxígeno introducido, y otras con procesos que, aun utilizando oxígeno, emplean hornos rotativos bien inclinados (Kaldo) u horizontales (Rotor), en los cuales es posible tratar arrabios con mayores contenidos en fósforo.
c) De afino sobre solera. Los procedimientos de conversión por aire u oxígeno necesitan un gran porcentaje de arrabio fundido y de características muy específicas para cada caso, lo que se compagina mal con la flexibilidad que en muchas ocasiones desea tener el siderúrgico. Por estas razones, se puso a punto el procedimiento de afino sbre solera en hornos especiales llamados SiemensMartin-Siemens, los cuales, si tienen revestimiento básico como es corriente, pueden admitir teóricamente cualquier tipo de carga, desde 100% de chatarra hasta 100% de arrabio en los casos límites, y pueden admitir el arrabio fundido o sólido y prácticamente de cualquier composición. Con revestimiento ácido se emplea únicamente para fabricaciones especiales, como piezas para forja o acero moldeado.
La expansión de este proceso ha sido extraordinaria, ha sobrepasado a todos en importancia y aun hoy día, a pesar del impacto de los hornos eléctricos y más modernamente de los convertidores básicos soplados con oxígeno, sigue siendo el procedimiento por el cual se obtiene mayor tonelaje de acero en el mundo.

Puntualización

Sin embargo, la mayor inversión que se necesita por t. de capacidad de producción en el proceso, al que es necesaria una aportación importante de calorías y, sobre todo, el menor ritmo de producción que puede conseguirse en el proceso (25 a 40 t/h.), sobre todo en comparación con los grandes convertidores soplados con oxígeno moderno, con capacidades de 300 t., que pueden producirse en 40 ó 45 min., hace pensar que el futuro de los procesos sobre solera, y concretamente del horno Siemens, sea muy poco prometedor.
d) Fabricación de acero en hornos eléctricos. Aunque conocido el proceso hace casi 100 años, los únicos hornos (v.) eléctricos prácticos hoy día para esta fabricación son los de arco trifásico con «solera» no conductora, propuestos por Heroult a finales del pasado siglo, y el horno de inducción sin núcleo de frecuencia media (unos 1.000 ciclos por seg.). El primer tipo vale para toda clase de trabajos; hace un verdadero afino de las chatarras, que son su primera materia esencial, y pueden fabricar cualquier tipo de acero. Los segundos se utilizan exclusivamente para la refundición de chatarras conocidas y de calidad.
Aunque los dos tipos se emplean principalmente para la fabricación de aceros especiales, los de arco han evolucionado tecnológicamente, aumentando de tamaño, incrementando la potencia eléctrica aplicable, así como el voltaje, mejorando los dispositivos de carga y de vuelco de los hornos y los sistemas de regulación automática de los electrodos, de forma que hoy día se pueden alcanzar capacidades de horno de 150 t., y cuando se trabaja con una sola escoria, fabricando acero común, este tonelaje puede producirse en tiempos cortos (del orden de 2 h.), consiguiéndose así una competitividad con cualquiera de los otros procesos de producción masiva de acero común, si las circunstancias de aprovechamiento de chatarras y precios de la energía eléctrica son favorables.
4. Paso del acero líquido a sólido.Entre las Líneas En todos los procesos considerados se obtiene acero líquido; para continuar el proceso de fabricación, que permita convertir el acero en productos siderúrgicos comercialmente útiles, es preciso solidificar el acero, dándole forma adecuada por medio de cualquiera de los procesos de forja o laminación. Durante muchos años, se ha trasvasado el acero desde los hornos a unas cucharas especiales provistas de un dispositivo que permitía vaciarlas por la parte inferior, pasando al acero en forma de chorro cilíndrico desde las cucharas a lingoteras verticales. Los lingotes eran bastante heterogéneos en su composición, y tenían defectos superficiales más o menos subsanables.
Modernamente, mediante el soplado con oxígeno, se está introduciendo para la solidificación del acero el proceso llamado de colada continua, cuyas mejoras tecnológicas avanzan rápidamente, y que puede considerarse práctica y comercialmente resuelto para el caso de los aceros calmados, y a punto de resolverse para los aceros efervescentes. El proceso consiste en vaciar la cuchara, por la parte inferior, de la colada del acero que contiene, que pasa a una artesa que sirve para mantener un nivel constante del acero y, por tanto, la salida es a velocidad constante desde la artesa al molde; éste consiste en una pieza de cobre refrigerada, de forma interior de acuerdo con la que se desea obtener.
El material se solidifica en el molde y, aunque quede en el interior un cono de material todavía líquido, al salir del molde la refrigeración directa por aspersión, termina de solidificar el material antes de proceder al corte transversal del mismo. Todo el conjunto necesita una gran altura, y hay sistemas diferentes de curvar el material, o se utilizan moldes de cobre curvos, y se efectúan cortes distintos, bien sobre el material todavía vertical, o ya sobre el material en posición horizontal. La adición de una instalación de vacío y eliminación de gases del acero, previamente a la colada continua, puede constituir un progreso importante en esta tecnología.
La colada continua presenta sobre la convencional las siguientes ventajas: 1) Se elimina todo el parque de lingoteras, su limpieza y preparación previa a la colada. 2) Se mejora la calidad del acero y la de su superficie. 3) Se obtiene un rendimiento mucho mayor en acero útil, al reducir enormemente los despuntes de los lingotes. 4) Elimina la necesidad de hornos para recalentar los lingotes convencionales, que tradicionalmente se realiza en grandes y costosas baterías de hornos en fosa. 5) Elimina la necesidad de las enormes instalaciones de trenes desbastadores, tanto blooming como slabting, pudiendo pasar directamente el material a los trenes acabadores, tanto de productos alargados como de productos planos.
El mayor inconveniente residía en que la colada continua en su iniciación no se prestaba a las producciones masivas de las modernas plantas integrales, pero esto se ha ido subsanando, así como la seguridad en el trabajo, y ya hoy se están construyendo instalaciones de colada continua para slabs de 1.500.000 t. de capacidad anual en nuevas plantas, sin otro sistema de colada previsto en la planta.
5. Trabajo del acero solidificado. Las mejoras tecnológicas en este aspecto no han sido tan revolucionarias últimamente como en el caso de la fabricación de acero con oxígeno o la colada continua. Más bien han sido mejoras progresivas de aumento de velocidad, y, por tanto, capacidad, mejora de calidad superficial y de precisión de medidas, aumento de productividad por empleo creciente de la automación, etc.Entre las Líneas En forja, ha habido pocas novedades; en laminación en caliente, se emplean trenes de gran velocidad para redondos con discos alternantes situados a 1200, y trenes Sindzimir planetarios para productos planos, que permiten una enorme reducción de espesores en una sola caja y una sola pasada, aunque la calidad de los productos no alcance, por ahora, la de los trenes semicontinuos o continuos convencionales.Entre las Líneas En cuanto a la laminación en frío de los productos planos, siguen dominando los trenes continuos de 4, 5 y 6 cajas en cuarto en tándem, aunque para determinadas calidades y circunstancias puede ser interesante el Sindzimir de laminación de banda en frío.
El desarrollo más importante de la laminación ha sido en el campo de los productos planos, de acuerdo con la demanda del mercado. El decapado del material indispensable entre el material laminado en caliente y el laminado en frío, que tradicionalmente se venía haciendo con disoluciones de ácido sulfúrico, está evolucionando hacia el ácido clorhídrico, como consecuencia de una mejor calidad del material, una posible recuperación parcial del ácido clorhídrico y una disminución de los problemas que produce la evacuación de los residuos del decapado a los ríos.
6. Consideraciones finales. También ha habido mejoras tecnológicas importantes en el tratamiento y el recubrimiento de las superficies de los productos planos, en los controles de calidad, en el desarrollo de nuevas aleaciones de aceros para aplicaciones muy específicas, como resistencia a determinadas corrosiones, a temperaturas elevadas, a esfuerzos cíclicos, en los tratamientos térmicos, etc. Existe la posibilidad de realizar el afino continuo del arrabio a base de oxígeno, directamente a la salida del horno alto, según procesos que están en estudio y experimentación por el IRSID en Francia, y por la BISRA en Inglaterra. Las dos ideas más revolucionarias y de mayor trascendencia de los últimos tiempos, el empleo del oxígeno en fabricación de acero y la colada continua, son europeas, aunque el país que más las ha aprovechado ha sido Japón, que ha alcanzado el tercer puesto en la producción mundial (o global) de acero, muy por encima de Alemania, y a continuación de EE. UU. y la URSS (v. SIDEROMETALÚRGICA, INDUSTRIA). [rbts name=”economia”]

Basado en la experiencia de varios autores, mis opiniones, perspectivas y recomendaciones se expresarán a continuación (o en otros lugares de esta plataforma, respecto a las características en 2026 o antes, y el futuro de esta cuestión):

Recursos

Notas y Referencias

1. Basado parcialmente en el concepto y descripción sobre industria siderometalúrgica en la Enciclopedia Rialp (f. autorizada), Editorial Rialp, 1991, Madrid

Véase También

Bibliografía

C. CHAUSSIN y G. HILLY, Metalurgia. I. Aleaciones metálicas, Bilbao 1971; J. HERENGUEL, Metalurgia especial. II. El cobre y sus aleaciones, Bilbao 1971; H. STUDEMANN, Ensayo de materiales y control de defectos en la industria del metal, Bilbao 1971; T. E. TIETE y J. W. WILSON, Comportamiento y propiedades de los metales refractarios, Bilbao 1971; W. TRINKS y M. H. MAWHINNEY, Hornos industriales, Bilbao 1971; R. H. GEAVES, Metalografía microscópica práctica, Bilbao 1967; W. C. WINEGARD, Introducción a la solidificación de metales, México-Barcelona 1967; L. COLOMBIER, Aceros inoxidables, aceros refractarios, Bilbao 1967; E. CAPELLO, Tecnología de la fundición, Barcelona 1967; H. LE BRETON, Defectos de las piezas de fundición, Bilbao 1967; W. E. CLASON, Diccionario de metalurgia, Bilbao 1967.

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