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] Producción siderúrgica mundial. El 5% aproximadamente de la corteza terrestre está formado por mineral de hierro (véase, si se desea, más sobre este último termino en la plataforma general), que se encuentra combinado con ácido carbónico, azufre y oxígeno. El contenido de hierro supone un 30% del mineral, que se obtiene principalmente en la Unión Soviética, China comunista, Estados Unidos, Francia, Suecia, Canadá, Venezuela, Unión India, Brasil y Alemania Occidental.
Las características técnicas del proceso siderúrgico determina que ésta sea una actividad sólo realizable, en determinadas condiciones económicas, por empresas de elevadas dimensiones que se encuentran integradas verticalmente.
La producción mundial (o global) de hierro bruto ha pasado de 50.000 t., en el siglo XVI, a 170 millones de t. en 1953. Enla actualidad, la producción es suficiente para atender la gran demanda mundial.
La industria s. más importante de Europa occidental es la alemana, cuyo desarrollo comienza hacia 1840, al explotarse el carbón de la cuenca del Ruhr, que cubría el 50% del consumo. La industria pesada se concentró hacia 1871-74 con la financiación (o financiamiento) de la Banca. Los grandes complejos industriales, Stiennen y Krupp, entre otros, abarcaron astilleros, fábricas, fundiciones y minas. Por el tratado de Versalles, en 1919, Alemania perdió el 75% de las reservas de hierro, el 25% de las de carbón y el 20% de la capacidad de producción de hierro y acero. Poco a poco se recuperó y hoy día la industria s. de Alemania Occidental ocupa el cuarto lugar, después de la de Estados Unidos, la Unión Soviética y Japón.
En los Estados Unidos, la industria s. ocupaba el segundo puesto en la producción nacional, después de la agrícola. A raíz de la expansión ferroviaria y la entrada de capital europeo se produjo el boom siderometalúrgico de 1870-87. El núcleo industrial que había estado en Pittsburg (Pensilvania) se desplazó al centro-oeste, cerca del mineral de hierro de los Grandes Lagos. La concentración s. se llevó a cabo en los trusts, de los cuales el más famoso era el Carnegie (1880).Entre las Líneas En 1913, Estados Unidos ocupó el tercer puesto en la producción de hierro y acero. De 31 millones de t. de arrabio y 32 millones de t. de acero en 1913, se pasó a 42 millones de t. de arrabio y 57,3 millones de t. de acero en 1929. Los tres grandes trusts que controlan la indústria del acero son Bethlehem Stell Co., Republic Steel Co. y United States Corporation.
El desarrollo de la moderna industria s. en la Unión Soviética data de 1880-90, concentrándose en la Silesia polaca y los Urales.Entre las Líneas En 1913 se producía el 6% del total mundial (o global) de hierro y acero.
La primera acería japonesa data de 1875. Dependiente de la industria s. nació la de construcción naval. De 6.000 t. de acero y 50.000 t. de hierro en 1901 se pasó a 250.000 y 240.000 respectivamente en 1913. Del undécimo puesto que ocupaba en la producción de acero durante el periodo 1919-29 pasó al tercer puesto en 1968.
Gran Bretaña ha ido perdiendo puestos entre los grandes países siderúrgicos, debido a la escasa racionalización y reducido tamaño de las empresas, así como al agotamiento de los yacimientos de hulla, cuyos rendimientos resultan insuficientes. Del 39% de la hulla mundial (o global) en 1890, ha pasado al 21% en 1951. La producción nacional de mineral de hierro sólo cubre las necesidades de los 2/3 de la metalurgia, por lo que se importa mineral de África del Norte, España, Francia, Luxemburgo y Suecia. La única fusión siderúrgica de interés ha tenido lugar en las grandes empresas de armamento Vickers y Armstrom.
La producción de carbón en Francia es insuficiente para la industria siderúrgica. Desde 1890 ha tenido lugar la concentración y creación de cárteles siderúrgicos, que en el periodo 1890-1914 permitió quintuplicar la producción de hierro y acero. De 9 millones de t. de hierro y 7,2 millones de t. de acero en 1913, se pasó a producir 10,4 millones de t. de hierro y 9,7 millones de t. de acero.Entre las Líneas En 1929 ocupaba el tercer puesto, después de Estados Unidos y Alemania, en la producción de hierro. Un paso importante fue la constitución de la CECA (véase en esta plataforma: COMUNIDAD EUROPEA DEL CARBÓN Y EL ACERO).
La industria siderometalúrgica en España.Entre las Líneas En 1797 se instaló en España el primer horno de carbón vegetal.Entre las Líneas En 1834 se instaló en Madrid una fundición, y en 1837 el primer horno alto de carbón mineral (en Marbella); a partir de aquí la producción de acero española fue en aumento, llegándose, en 1935, a obtener 637 t. de acero bruto. Esta cifra no llegó a alcanzarse de nuevo hasta 1951, después de que el Estado constituyera, en 1950, la Empresa Nacional Siderúrgica (ENSIDESA).
En 1963, en el I Plan de Desarrollo, se preveía el régimen de acción concertada, y en 1964 se elaboró el Programa Siderúrgico Nacional, para el periodo 1964-71. Dicho plan fue revisado en 1966 y ampliado hasta 1975, acordándose proceder a su revisión cada dos años.Entre las Líneas En la efectuada en mayo de 1971 se actualizan las previsiones de consumo para 1971-75, indicándose al mismo tiempo fines orientativos hasta 1980, según indica el siguiente cuadro:Las empresas s. se encuentran clasificadas en tres grupos: integrales, no integrales y de aceros especiales, señalándose las capacidades de producción que habrá de alcanzar cada grupo. Las principales zonas de localización de las empresas son: Norte, Levante y Cataluña.Entre las Líneas En la primera se encuadran Asturias (primera provincia siderúrgica), Vizcaya, Álava, Guipúzcoa, Navarra y Santander.Entre las Líneas En ella se encuentran las empresas Altos Hornos de Vizcaya, en la que, desde 1964, tiene participación la firma norteamericana United States Steel Corporation y que en 1969 absorbió a Basconia, S. A. Merecen citarse S. A. Echevarría y Euskalduna.Entre las Líneas En Asturias, además de ENSIDESA, se encuentra UNINSA, formada en 1961 por la unión de Fábrica de Mieres, Duro Felguera y Sociedad Industrial Asturiana Santa Bárbara.Entre las Líneas En Sagunto radica una factoría integral de Altos Hornos de Vizcaya. Cataluña cuenta con varias empresas dedicadas a producir aceros para las industrias de la región.Entre las Líneas En total hay 120 empresas siderúrgicas, de escaso volumen de fabricación, salvo UNINSA, ENSIDESA y Altos Hornos de Vizcaya.
La s. (del griego sideros, hierro, y ergon, obra) es el conjunto de procedimientos y técnicas que permiten producir y trabajar el hierro (véase, si se desea, más sobre este último termino en la plataforma general), la fundición y los aceros (véase, si se desea, más sobre este último termino en la plataforma general). Apenas hay actividad humana en la que no tenga un papel importante alguno de los muchos productos siderúrgicos.
1. Procesos siderúrgicos fundamentales. Reducción de los óxidos. La técnica siderúrgica actual más frecuente se basa en utilizar dos procesos en serie. Un primer proceso de reducción de los minerales de hierro, en general óxidos o convertidos en óxidos por un reductor, que en la práctica pueden ser el óxido de carbono o el hidrógeno, o mezclas de ambos gases; el alto horno es el aparato más idóneo para realizar este cometido. Se emplea el cok siderúrgico como primera materia para la producción de los gases reductores a alta temperatura, fundamentalmente óxidos de carbono, y se obtiene un producto al estado fundido, caracterizado por un gran contenido de impurezas, principalmente carbono, que alcanza aprox. el 3,5%, y contiene también, en cantidades más o menos importantes, silicio, manganeso, fósforo y azufre, y otras impurezas en menores proporciones.
Este producto se denomina arrabio y puede poseer características muy distintas, según su composición química y la proporción de carbono que contenga en estado combinado (cementita) o libre (grafito), y según el contenido, en la impureza, de fósforo, que puede condicionar el trabajo posterior del arrabio. Una parte pequeña del arrabio producido en el alto horno, entre el 10 y el 15%, se solidifica en máquinas a base de cadenas continuas de moldes pequeños (de unos 50 Kg.) metálicos, y puede usarse fundamentalmente como primera materia de cubilotes u otros hornos de fusión de arrabio, que con las mezclas adecuadas dan lugar a la fabricación de piezas moldeadas de arrabio de segunda fusión, con múltiples calidades y aplicaciones.
Además de las piezas normales, pueden entrar en esta clasificación los arrabios especiales, bien por su composición o su estructura, o por ambas condiciones simultáneamente. A medida que se ha profundizado en el estudio de los arrabios de segunda fusión, han surgido nuevas aplicaciones para ellos. Una de las derivaciones técnicamente más importantes en la actualidad es la fabricación de arrabios de segunda fusión con estructura de carbono grafítico en forma esferoidal (fundición nodular) y no laminar, como se presenta en los arrabios corrientes, para cuya fabricación es conveniente una determinada composición del arrabio de partida y una inoculación al arrabio fundido de magnesio o cerio, que se hace partiendo de aleaciones madres de estos metales con otros; el níquel es uno de los más frecuentes.
Este material sustituye con ventaja a lo que se conocía con el nombre de arrabio maleable o fundición maleable, cuyo lento proceso de fabricación consiste en someter un arrabio de composición adecuada y estructura blanca a un tratamiento térmico de temperatura moderada y de gran duración, en presencia de óxido de hierro o de arena, según lo que se desee, provocando así una descomposición parcial del carbono combinado (cementita) en carbono grafítico (en forma no laminar), cuya transformación cambia favorablemente las propiedades mecánicas del material, dotándolo de una mayor ductilidad.Si, Pero: Pero la mayor parte de la producción de arrabio en los altos hornos (85%) se utiliza al estado fundido para su transformación en acero fundido, por alguno de los procesos que describiremos y en los que las impurezas del arrabio se eliminan en su mayoría por oxidación, excepto en el caso del azufre, por lo que se les denomina procesos de oxidación.
Desde hace mucho tiempo se ha considerado la ventaja teórica que representaría poner a punto procesos que permitiesen obtener, partiendo de los minerales de hierro, productos directamente utilizables como acero, o por lo menos con menos impurezas que el arrabio producido en los altos hornos y cuya eliminación fuese más fácil que la de las que contiene el arrabio. Hay infinidad de patentes sobre estos procesos, que se llaman de reducción directa, y existen desde hace varios años algunas instalaciones industriales con escasa producción. Puede decirse que más que procesos en competencia con la producción de arrabio en el alto horno, responden a un aprovechamiento racional de las condiciones locales, poco apropiadas para la instalación de altos hornos.
Se trata, p. ej., de casos en los que se dispone de minerales de alta calidad, pero no de hullas coquizables que permitieran producir cok para alimentar los altos hornos; en cambio, se dispone de hullas no coquizableso de gas natural, primera materia muy favorable para producir mezclas de óxido de carbono e hidrógeno que pueden reducir los óxidos de hierro de los minerales a temperaturas suficientemente bajas para no impurificar el hierro reducido. Estos procesos, por su baja temperatura, producen esponja de hierro, bien al estado sólido, o todo lo más pastoso, y sustituyen a las chatarras, con la ventaja de que su composición es conocida y homogénea. A estas ideas responden, entre otros, los procesos Háganas y Wiberg desarrollados en Suecia, el de hojalata y lámina en México, y el R. N. en Estados Unidos.
2. El horno alto. A pesar de otros posibles procesos directos, el horno alto sigue siendo desde su iniciación, hace unos 200 años, el aparato siderúrgico normalmente más conveniente para la reducción de los minerales de hierro y la producción del producto intermedio e impuro (arrabio), que sirve de base por lo menos en un gran porcentaje para la producción de acero por la casi totalidad de los procesos que pueden utilizarse para ello.
El horno alto es un horno de cuba, cada vez de mayores dimensiones, en el que se distinguen varias zonas y cuya misión fundamental es recibir por la parte superior la carga sólida compuesta fundamentalmente de cok siderúrgico, mineral de hierro y fundentes para escorificar las cenizas del cok y la ganga de los minerales de hierro, en la forma más conveniente a la marcha del horno alto, y por la parte inferior aire caliente en determinadas condiciones de presión, volumen, humedad y temperatura.
Como consecuencia de la reacción a alta temperatura entre el oxígeno del aire que entra por la parte inferior y el cok incandescente que ha alcanzado en su descenso la zona baja del horno, se produce una intensa combustión de carbono del cok que ha alcanzado la zona de toberas, con producción instantánea de anhídrido carbónico (C02), que también con gran velocidad de reacción se transforma en presencia del exceso de cok en óxido de carbono, el cual tiene un gran poder reductor. De la misma forma, la humedad del aire reacciona con el cok incandescente produciendo en la zona baja del horno alto hidrógeno y óxido de carbono, aunque estas reacciones son cuantitativamente mucho menos importantes. Por otra parte, el nitrógeno existente en la proporciónde un 79% en el aire inyectado no entra en las reacciones y sólo produce una dilución del contenido en gases reductores, y como consecuencia se produce una temperatura inferior a la que se lograría soplando oxígeno o aire enriquecido en oxígeno, y una velocidad menor en el desarrollo de las reacciones de reducción de los óxidos de hierro contenidos en los minerales.
Como consecuencia de esto, el horno alto tiene como cometidos esenciales: a) Como aparato mecánico. Permite la carga de los materiales sólidos por la parte superior o tragante del horno, los distribuye y permite un descenso regular de los mismos en toda su altura. Igualmente permite que los materiales fundidos se reúnan en la parte inferior o crisol del horno alto y se decanten por densidades, quedando el arrabio en la parte inferior y la escoria en la superior.Entre las Líneas En la zona baja del horno hay orificios acondicionados para dar salida, a diferentes niveles, a ambos productos.
También como aparato mecánico el horno alto está dispuesto para dar entrada al aire a presión y temperatura elevadas y en el volumen adecuado en forma regularmente distribuida por la parte baja del horno, a un nivel superior al de las salidas de escoria de que se ha hablado. La entrada del viento caliente se hace por medio de toberas, que son de cobre y se refrigeran interiormente mediante una circulación de agua.
b) Como aparato químico. Los gases producidos en la parte inferior por la combustión del cok con el viento caliente ascienden en el horno alto en contracorriente con la carga, y así como ésta en su descenso encuentra cada vez mayor temperatura y atmósfera más reductora, y tarda varias horas (a veces 24) en recorrer la altura del horno alto, los gases por el contrario se van enfriando y se va haciendo más estable el que contengan una proporción mayor de anhídrido carbónico (CO2), según puede verse en la curva de Bondouard, de equilibrio entre el CO y el CO2, a distintas temperaturas, y que puede ampliarse al estudio de este equilibrio también a diferentes presiones. De estas curvas se deduce que la estabilidad del óxido de carbono (CO) se favorece con altas temperaturas y bajas presiones; y la del anhídrido carbónico, con bajas temperaturas y altas presiones.
Siendo la misión química fundamental del horno alto la reducción de los óxidos de hierro, cada átomo de carbono que salga en los gases en forma de CO2 tiene un efecto reductor útil doble del que salga como CO, y, por tanto, el horno alto habrá trabajado tanto mejor como reductor, su principal misión, cuanto los gases de salida tengan mayor proporción de CO2. La acción en contracorriente de los gases sobre la carga debe ser muy rápida, pues el tiempo de permanencia de los gases, y, por tanto, de contacto entre cargas y gases, no pasa de 2 a 3 seg. Se comprende la importancia que una buena distribución de la carga y una buena permeabilidad de la misma pueden tener sobre la marcha del horno alto. El exceso de CO2 en determinados niveles del horno alto sobre lo correspondiente al equilibrio en aquellas temperaturas, exceso que puede proceder de la descomposición de los carbonatos de cal o magnesio que constituyen los fundentes, puede perturbar la marcha del horno alto, puesto que dicho exceso de C02 podrá reoxidar hierro ya reducido, o en todo caso, en presencia de cok incandescente y en zona baja del horno alto y, por tanto, a altas temperaturas puede reaccionar con el carbono incandescente para producir óxido de carbono, aumentando sensiblemente el consumo de cok necesario a la operación. De este conjunto de circunstancias se deducen unas consideraciones que teóricamente mejorarían las condiciones técnico-económicas de marcha de los hornos altos, y que orientan las mejoras tecnológicas que constantemente se producen en el horno alto.
c) Minerales. Conviene: 1) que sean de tamaño regular, no muy grandes y con la mínima proporción de finos y menudos; 2) que el contenido en hierro sea lo más alto posible; 3) que sean lo más fácilmente reducibles y, por tanto, que tengan cierta porosidad. Estas condiciones las cumplen los minerales de alta ley en hierro, los minerales sinterizados de alta ley, y los pellets de alta ley. Las modificaciones de los minerales utilizados en el horno alto, llegando a pellets regulares de más de 65% de contenido en hierro, han producido mejoras muy importantes en la productividad de los hornos altos. Con ello han quedado en condiciones de gran inferioridad los minerales naturales sin clasificar, o mal clasificados, con leyes medias (50% de Fe) o bajas, por lo que en los casos posibles se ha desarrollado una técnica muy importante de preparación adecuada de los minerales de hierro.
Cuando se trata de minerales naturales de alta ley, los gruesos son los que presentan menos complicaciones; basta hacer una clasificación por tamaños por medio de cribas y una homogeneización de composición por medio de parvas adecuadas, provistas del equipo mecánico conveniente. Los mentidos y finos de minerales, bien naturales o producidos durante el proceso de clasificación y homogeneización de los gruesos, encuentran aplicación en forma de sinterizados, que normalmente se obtienen en las plantas siderúrgicas, que de esta forma utilizan también polvos del tragante, finos de cok y otros materialesfinos, que de otro modo serían desperdicios engorrosos para poderlos evacuar.
Otros minerales que al estado natural serían inutilizables por su baja ley y alto contenido en impurezas, principalmente sílice, alúmina y azufre, pueden ser apreciados si reúnen las siguientes condiciones: a) tener una gran cubicación, que permita la explotación de gran volumen durante tiempo suficiente para poder amortizar las costosas instalaciones; b) ser preferentemente explotables a cielo abierto; e) que sea posible realizar un enriquecirniento importante del mineral de que se trate, de forma económica. Este enriquecimiento es posible cuando, cumplidas las condiciones anteriores, el mineral es magnético.Entre las Líneas En este caso, basta una molienda hasta la liberación del mineral de la ganga y una separación magnética adecuada, para conseguir leyes muy altas en hierro y rendimientos elevados en metal, y, por consiguiente, pocas pérdidas en los estériles; d) una vez enriquecido el mineral, si el grado de molienda a que ha habido que llegar es muy elevado, puede ser dificultosa la sinterización y, por otra parte, si estas operaciones se hacen en las minas como es lógico, entre otras por razones de transporte, la sinterización podría no ser factible o ‘no ser aconsejable por deteriorarse en el transporte gran parte del material sinterizado. [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
- 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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