Posteriormente, se aumentó la altura y el tamaño de los hornos. Este cambio técnico forzó el paso de gases de combustión por la mezcla de materias primas, facilitando la absorción del carbono por el hierro y generando el llamado arrabio. Una vez afinado el arrabio se obtenía el acero.
Colada de hierro en estado líquido en una fundición. El proceso de fabricación y refino del hierro hasta llegar al acero consiste en rebajar el contenido de carbono y otras impurezas. A su vez, según sea su futura utilización, pueden añadirse otros elementos para fabricar aceros que posean características especiales.
Horno de oxígeno básico
A partir del siglo XIX se emplean altos hornos para producir acero. Y con el convertidor Bessemer se inicia la producción de este metal en grandes cantidades.
En general, el proceso del oxígeno básico consiste en refinar el arrabio en un horno de forma troncocónica de gran altura –el alto horno–, haciendo pasar oxígeno a alta presión a través del metal fundido. El oxígeno se combina con el carbono y con los elementos no deseados e inicia una reacción de oxidación de las impurezas del arrabio.
Proceso para la fabricación del acero y sus distintos productos semielaborados a partir del mineral y de las chatarras.
A la vez se agrega cal y otros materiales, usados como fundentes, para generar una reacción química que produzca calor a una temperatura aproximada de 1650 °C. Cuando se obtiene la composición correcta de acero, comprobada a través de muestras, se vierte el acero fundido en la olla de colada continua.
Este proceso se utiliza para la fabricación a gran escala de aceros al carbono, gracias a que un horno de oxígeno básico puede generar hasta 300 toneladas de acero en apenas 45 minutos.
Horno de arco eléctrico
Con este horno, el calor necesario para la fusión del metal se obtiene de la electricidad, y no de la combustión de carbón. Dentro de una cámara hermética se forma un arco voltaico entre dos grandes electrodos. Este arco genera un calor intenso, hasta 1930 °C, que derrite la carga de metal. En ese momento se agregan a la masa derretida las cantidades exactas de los elementos de aleación necesarios.
La materia prima que se utiliza en este proceso es la chatarra de acero, la cual es previamente analizada y clasificada para que su contenido en aleación no afecte a la composición del metal refinado.
La ventaja más importante respecto a otros hornos es que la temperatura se puede controlar con gran precisión, automáticamente. Esto resulta muy útil principalmente en la fabricación de aceros especiales y aceros inoxidables, pues no se emplea ningún combustible que pudiera ocasionar impurezas en el acero.
Formas comerciales de los metales
L os metales se presentan en el mercado en forma de productos acabados. Se trata de barras de muy diversas secciones y tamaños llamados perfiles comerciales. Estos productos están normalizados dependiendo de su grado de transformación, de su forma, del acabado que tienen y del uso a que están destinados. Se suministran como productos semielaborados y productos acabados.
Los productos semielaborados son la materia prima empleada como punto de partida para ejecutar los productos acabados. Se consiguen por laminación en caliente del producto en bruto obtenido de la colada extraída de los altos hornos.
Tales productos son el desbaste, de sección cuadrada o rectangular, la palanquilla, de sección cuadrada, y el llantón, de sección rectangular. Todos ellos se elaboran sin aristas.
Los productos acabados se obtienen por diversos sistemas de conformado. Entre ellos destaca la laminación, la extrusión, la fabricación de tubos, el trefilado y el estirado.
Secciones de los productos semielaborados de acero a la salida de la primera laminación en caliente. Desbaste (A), palanquilla (B) y llantón (C).
Laminado
Laminar consiste en hacer pasar una masa metálica entre dos rodillos superpuestos y que giran en sentido inverso. Este procedimiento se puede realizar tanto en frío como en caliente.
Cuando el proceso se lleva a cabo en caliente se produce un efecto de forja continua. La laminación en caliente no produce acritud, es decir, el material no se endurece debido a la deformación. Además, ésta puede ser tan intensa como sea necesario si se mantiene el material a la temperatura adecuada, entre la de recristalización y la de fusión. También mejoran con este proceso las características estructurales y químicas del metal.
En la laminación en frío se trabaja a temperatura ambiente, lo que provoca que los metales adquieran acritud por la deformación. Esta característica se elimina efectuando un recocido al terminar el proceso.
De entre todos los metales, los aceros son los más utilizados en los procesos de laminado, tanto en frío como en caliente. También se obtienen gran variedad de perfiles con el cobre y sus aleaciones, el aluminio y sus aleaciones, las aleaciones de magnesio, el cinc o el plomo.
El conformado de los productos se realiza en cajas de laminación, formada, esencialmente, por dos o más cilindros superpuestos. Cuando estas cajas se disponen de manera que permitan el paso del material sucesivamente por cada una, con el objeto de obtener un determinado perfil, reciben el nombre de tren de laminación. Existen trenes de laminación desbastadores, de palanquilla, estructurales, de perfiles, etc., clasificados en función del producto que elaboran.
Los trenes comerciales se utilizan para la fabricación de perfiles de pequeño y medio peso. Están formados por cilindros acanalados repartidos en grupos con formas que se van acercando paulatinamente a la forma final del producto acabado. El producto semielaborado se hace pasar primero por el grupo desbastador, seguidamente por el preparador y, para finalizar, por el acabador.
La enorme presión de los rodillos de laminación produce variaciones en la estructura de los metales. Cuando la laminación se realiza a temperatura ambiente el metal se endurece y pierde plasticidad y elasticidad, volviéndose más frágil, por lo que es necesario aplicar un recocido posterior que le devuelva esas propiedades.
Si se realiza en caliente, se produce un efecto de forja continua que mejora propiedades como la tenacidad o la ductilidad del metal, volviéndolo más resistente a la rotura, la torsión, la tracción o la contracción.
Estirado y trefilado
Se trata de dos procesos de conformación de materiales dúctiles. Ambos deforman por medio del estiramiento a través de unos orificios calibrados, llamados hileras.
La diferencia entre uno y otro proceso radica en tres aspectos esenciales: la clase de material al que se aplican, el objeto de la operación y la realización de la misma.
El estirado se aplica a barras de diámetro superior a 10 mm, mientras que el trefilado trabaja con redondos de 5 a 8 mm de diámetro, obtenidos por laminación especialmente para este proceso.
Secciones sucesivas obtenidas en cada grupo de cajas laminadoras hasta conseguir un perfil angular.
Secciones obtenidas en cada grupo de cajas laminadoras para conseguir la laminación de carril.
El estirado tiene por objeto calibrar, endurecer