Significado de Metalurgia (Definición, Qué es, Concepto) [2021]
Significado de Metalurgia
Definición de Metalurgia y su Importancia
La palabra metalurgia designa a aquella técnica a través de la cual se obtienen los metales y asimismo a la elaboración de los mismos mediante los minerales que disponen. Cabe destacarse que en pos de su misión, la metalurgia también se encarga de estudiar el tema de las aleaciones, de controlar la calidad de todos los procesos y la corrosión.El proceso metalúrgico está compuesto por varias fases o estadios: primero se obtiene el metal a partir del mineral que lo posee en estado natural, y se lo separa de la ganga, que es como se llama a la mezcla de arcilla y de silicatos que se encuentran en el metal; luego se procede a la purificación del mismo, eliminando cualquier tipo de impureza residual que pueda quedar en el metal en cuestión; se sigue con la elaboración de aleaciones; y finalmente, según el caso, se realizan tratamientos al metal los cuales dependerán del producto que se desee obtener.
Existen antecedentes de la metalurgia desde la antigüedad, por ejemplo, hacia las postrimerías del período Neolítico, los hombres intervenían el cobre, la plata y el oro, con golpes, con la intención de dejarlos planos como el papel. En tanto, ha sido el cobre el primer material que trabajó el hombre y esto está en estrecha vinculación con la posibilidad de hallarlo en la naturaleza en estado puro.
Con el correr del tiempo llegarían técnicas más avanzadas para trabajar los metales, tal es el caso del moldeo a la cera perdida, el templado del acero, la soldadura, entre otras.
La necesidad que tenía el hombre de crear utensilios y herramientas que lo ayudasen en las realización de diferentes actividades y asimismo el querer lucir piezas que destaquen, desencadenaron ese afán humano de intervenir los metales.
Por otro lado, la palabra también se emplea para denominar a la disciplina que se ocupa de estudiar las propiedades que presentan los metales.
Y al conjunto de industrias dedicadas a la producción de metales se la conoce popularmente como metalurgia.
Concepto de Metalurgia y Qué es
1. [Ingeniería y Química] Arte de depurar los minerales y de extraer los metales que contienen.2. Ciencia y tecnología de los metales.
3. Industrias pesadas dedicadas a elaborar metales: el ramo de la metalurgia se encuentra en huelga.
Metalurgia
Metalurgia es la ciencia que estudia las propiedades y estructuras de los metales, así como los procesos para su obtención y manipulación. La metalurgia es una ciencia muy extensa, tanto como la variedad de metales presentes en la naturaleza susceptibles de poder ser utilizados por el hombre y, sobre todo, por las millones de aplicaciones distintas que el metal puede cubrir.
Metalurgia química o de proceso
Tiene por objeto la extracción de metales de sus minerales y la refinación de metales.
Una operación previa a la extracción de metales es la concentración de menas. Para ello se emplean métodos físicos -como lixiviación-, fisicoquímicos -flotación- y químicos -digestión-. Frecuentemente, durante el proceso de reducción, o de la transformación de la mena, se realiza la eliminación final de la escoria.
En muchos casos el metal bruto, obtenido directamente del proceso de reducción, se somete a operaciones de purificación, llamadas refino. Estas operaciones tienen interés técnico no sólo porque mejoran la calidad del metal principal, sino porque mediante ella se obtiene metales escasos que acompañan a aquel. El conjunto de operaciones que se realizan para obtener metales -desde el enriquecimiento de menas, a las operaciones de refino- constituye la llamada metalurgia extractiva. Incluye la producción de metales, a gran escala, como aluminio, cobre, etc, y la de metales muy escasos, que han adquirido importancia industrial.
Reducción de óxidos metálicos
Gran parte de los metales se encuentran en la naturaleza en forma de óxidos o de minerales que pueden transformarse en óxidos; carbonatos - por calcinación-, sulfuros -por tostación-. Por esta causa, un método muy general de obtención de metales es la reducción de óxidos. Los métodos de reducción de óxidos metálicos son: por descomposición térmica y mediante otro elemento.
-Reducción de óxidos por descomposición térmica. Sólo los óxidos de metales nobles pueden reducirse a metal por descomposición térmica. La mayoría de los óxidos metálicos funden o se volatilizan antes de descomponerse; lo que significa que sería necesario alcanzar temperaturas extremadamente altas para conseguir la descomposición térmica. Incluso para obtener un metal relativamente noble, como el cobre, sería necesario calentar el Cu2O por encima de 2000 K.
-Reducción de óxidos con otro elemento. Al restar dos reacciones de formación de óxidos se obtendrá una reacción -de reducción de un óxido por otro elemento- que, termodinámicamente, tiende a producirse espontáneamente.
El calor que se desprende en la reacción es muy superior a la energía de activación, por lo que, una vez iniciada, se propaga rápidamente, con gran desprendimiento de calor. Este es el fundamento de la operación llamada aluminotermia.
La reducción de óxidos metálicos con hidrógeno tiene importancia para la obtención de metales muy puros, o en estado de fina división, para su empleo como catalizadores. Se basa en los principios indicados anteriormente.
De mucha importancia para la práctica es la reducción de óxidos metálicos con C ó con CO. El agente reductor en el sistema carbono oxígeno es, a baja temperatura, el CO y, a alta, el C. Esto ocurre en el proceso siderúrgico del alto horno. El fundamento del uso del carbono, en presencia de oxígeno, en la reducción de óxidos metálicos, está en gran parte, en los equilibrios termodinámicos de las especies C, CO y CO2.
Estos métodos se pueden resumir en: descomposición térmica, reducción por hidrógeno, reducción por carbón, reducción mediante metales, electrólisis de óxidos fundidos.
Reducción de haluros
En este caso el C no puede emplearse, y el hidrógeno tiene aplicaciones muy limitadas. La reducción de fluoruros se realiza sólo en los casos que presenta ventajas sobre la reducción de óxidos. Por ejemplo, los óxidos de Zr y Ti tienen mucha mayor estabilidad que los cloruros, de modo que éstos son más fáciles de reducir por metales muy electropositivos, como Mg o Na.
Por otra parte, la obtención de metales muy electropositivos, como alcalino y alcalinotérreos, por electrólisis es más ventajosa con empleo de haluros fundidos que con óxidos, ya que se encuentran en la naturaleza en forma de cloruros, y éstos forman mezclas eutécticas de bajo punto de fusión, adecuadas para el proceso electrolítico.
Reducción de sulfuros
Su aplicación se limitaría, en principio, a metales que se encuentran en la naturaleza como menas sulfuradas, como: Zn, Fe, Pb, Cu, Hg, entre los más importantes. Sin embargo, reductores de bajo precio, como H2 y C, tienen en este caso aplicación muy limitada, de modo que habría que utilizar metales muy electropositivos, como el Ca, pero el procedimiento saldría muy costoso.
La reducción de sulfuros por metales se emplea en muy pocos casos, como en la obtención de antimonio. Por lo general, se somete a tostación el sulfuro para transformarlo, total o parcialmente, mediante reducción en el óxido correspondiente.
Obtención de metales
Obtención de los metales más electropositivos
El procedimiento general es la electrólisis de compuestos fundidos. Para la obtención de metales alcalinos y alcalinotérreos se emplean haluros fundidos. Para rebajar el punto de fusión se usan mezclas eutécticas de haluros. El Na se obtiene por electrólisis del NaCl (punto de fusión a 801 °C) mezclado con CaCl 2, que rebaja el punto de fusión hasta unos 600 °C. Se emplea ánodo de grafito y cátodo de hierro en un dispositivo que evita el contacto del Cl 2 con el Na.
El Mg se obtiene por electrólisis de MgCl2 fundido (700 °C) mezclado con otros haluros. El Ca, del CaCl2. Los demás elementos de estos grupos se obtienen de forma semejante; o bien, si son muy volátiles, como los alcalinos pesados, se obtienen tratando cloruro fundido con vapor de sodio.
El aluminio es uno de los metales que se obtienen industrialmente en mayor escala. La operación consiste en la electrólisis del óxido de aluminio con criolita Na3AlF6 ; ésta rebaja el punto de fusión del óxido (2000 °C) hasta una temperatura de fusión de 935 °C. Como ánodo se utilizan barras de carbón, unidas a un soporte movible para regular la distancia al cátodo y, por tanto, la resistencia del electrólito al paso de la corriente, a fin de mantener fundido el aluminio que se va depositando en el fondo de la cuba. El aluminio fundido se deja fluir, de tiempo en tiempo, sobre moldes de hierro, en los que solidifica como lingotes.
Tipos de metalurgia
Metalurgia física
Se ocupa de las propiedades físicas y mecánicas de los metales, de cómo son afectados por la composición, el trabajo mecánico y el tratamiento térmico.
Metalurgia mecánica
Tecnología que se ocupa de la manera en que los metales reaccionan a sus ambientes mecánicos.
Metalurgia de polvos
Denominada también pulvimetalurgia, es el arte de producir los polvos de metal y de utilizarlos para producir los materiales masivos y objetos moldeados.
Historia de la Metalurgia
Parece lógico que empecemos por delimitar qué se considera un metal. En un principio tendemos a considerar como metal toda aquella materia fuerte y dura, dotada de un brillo característico y buena conductora de la electricidad. A nivel intuitivo puede servir esta clasificación, pero nada más lejos de la realidad.
Dentro de la clasificación de los elementos químicos existentes en la naturaleza hay una gran variedad de metales dotados de características químicas y físicas muy distintas. Desde sustancias tan duras como el titanio o tan blandas como el sodio. Algunos son tan pesados como el oro o tan ligeros como el litio, capaz de flotar sobre el agua. O aún más sorprendente, el mercurio a temperatura ambiente se presenta como un líquido. Además, hay sustancias no metálicas que cuentan con características típicamente metálicas, como el carbón, que puede ser un buen conductor de la electricidad o el arsénico que cuenta con un aspecto metálico.
Hace falta una definición más precisa sobre el hecho que diferencia a sustancias metálicas de las que no lo son. De esta forma, los metales son todas aquellas sustancias que en disolución forman iones positivos, o lo que es lo mismo, átomos que han perdido uno o más electrones.
Esta es la definición más aproximada de como agrupar las sustancias conocidas como metales, con la salvedad del hidrógeno, que se comporta igual que un metal en esa circunstancia, aunque no lo es.
Independientemente de la definición química de lo que es un metal, lo que sabemos es que los metales han jugado un papel crucial en el desarrollo de la humanidad a lo largo de su historia.
El descubrimiento de nuevos metales, de métodos de extracción y purificación del mineral en donde está presente, de trabajo del metal hasta hacerlo útil y de la aleación con otros metales hasta encontrar las propiedades más adecuadas a las necesidades concretas del hombre, es lo que se verá a continuación.
Cobre
No es aventurado pensar que los primeros metales que pudo trabajar el hombre, en torno al año 10000 a.C., fueron los que podían encontrar directamente en la naturaleza. En este sentido hemos de aclarar que tanto el oro, la plata como el cobre tienen cierta tendencia a aparecer libres en la naturaleza, es decir, a no formar parte del mineral sino que pueden aparecer como pequeñas pepitas de oro, o grandes bloques de cobre bastante puros; es lo que se conoce como metales nativos. Estos tres son fáciles de trabajar a golpes para conferirles la forma deseada y se calientan fácilmente en hornos que facilitan su trabajo.
La primera utilidad de estos nuevos materiales viene dada por su magnífico aspecto, brillantes y capaces de adoptar multitud de formas distintas, para fabricar adornos personales. Pero el paso determinante en el avance de la humanidad se dio cuando se empezaron a utilizar los metales para la fabricación de diversos utensilios y armas. A partir de este momento, y durante milenios, los avances en el uso de los metales serán determinantes en la historia de la humanidad y en la caída y nacimiento de las civilizaciones.
Estos nuevos utensilios de cobre fueron un notable avance sobre los de piedra o el hueso. Sus filos son más duraderos y se pueden crear herramientas totalmente nuevas, ya que son fáciles de moldear. La posesión del secreto del cobre otorgaba a ciertos pueblos una superioridad técnica y militar decisiva, ya que ante las armas de metal poco podían hacer las de piedra o madera.
De todos modos, poco se puede hacer con un metal que sólo puede ser utilizado cuando se encuentra nativo y hacia el año 5000 a.C., en Egipto y Mesopotamia se empiezan a explotar minas de cobre en donde se podían encontrar algunas de las minas de este metal como la azurita, cuprita y malaquita. Se desarrollaron entonces los hornos y crisoles en donde reducir el óxido del mineral con carbón vegetal para obtener el cobre bastante puro que se podía moldear. La reacción química con el carbón a cierta temperatura hacía que el carbono desplazase al azufre y sobre todo al oxígeno. Este proceso posibilita por primera vez un uso del metal a cierta escala.
Bronce
El cobre será el primer paso de la metalurgia. El siguiente metal que obtienen los hombres será algo totalmente nuevo, que da una idea del nivel alcanzado por las técnicas de la época. El bronce ya no es una sustancia pura que se puede encontrar nativa, es una aleación realizada por el hombre en la búsqueda de nuevas propiedades que mejoren las del cobre.
Muy probablemente, el bronce nació de la casualidad, por la existencia de estaño en el mineral de donde se extraía el cobre. Se obtenía un nuevo metal resistente a la corrosión y sobre todo muy duro, de forma que una espada de bronce podía cortar fácilmente otra de cobre. Otra ventaja es que el nuevo metal fundido fluía con facilidad sobre los moldes, con lo que era más fácil crear nuevas formas, como estatuas y armas con filos mucho más duraderos y con frecuencia más afilados.
En muchos casos el bronce también contenía ciertas cantidades de antimonio y cinc en Egipto. Los sumerios serán los primeros que desarrollen la técnica de trabajo del nuevo metal hacia el tercer milenio, paro lo que desarrollaron hornos muy avanzados donde poder alcanzar las temperaturas necesarias para producirlo, entre los 780 y 900º C. Además, descubrieron que a diferentes aportaciones de estaño, las características del bronce cambiaban notablemente.
Si la aleación contenía poco estaño, un 5%, se podía trabajar en frío como el cobre, y según iba creciendo la proporción, hasta un 25%, se obtenía un metal cada vez más duro. La aparición del bronce marca un hito en la historia de la humanidad, ya que facilita herramientas de una dureza hasta el momento desconocida, tanto para el trabajo como para la guerra. Aunque la aparición del hierro y el acero acabarán por arrinconar al bronce, no debemos olvidar que hasta el siglo XIX los tubos de los cañones aún se fabricaban con este metal.
Cuando el hombre comienza a dominar el bronce ya hacía tiempo que era un experto en el trabajo y extracción del oro. El oro empezaba a buscarse no sólo en forma nativa, sino que se empezaban a explotar minas en donde se pulverizaba el mineral que contenía el oro, una vez labrado el mineral, queda la parte que contiene oro, que es fundida con plomo para extraer las impurezas. Con respecto al trabajo con el oro y la plata los egipcios alcanzas cotas de perfección realmente notables.
Logran desarrollar una depurada técnica para dorar distintos materiales, como la madera, partiendo de láminas muy finas de metal. También desarrollaron técnicas bastantes complejas de soldadura de metales utilizando como material de soldadura el estaño. Una muestra de su gran capacidad innovadora es que alrededor del 1500 a.C. inventaron el proceso de fundición de metales a la cera. Con este proceso, que aún se sigue empleando, se pueden fundir esculturas de una pieza completamente huecas, con el consiguiente ahorro de metal. Para realizarlo se crea un molde de arcilla, sobre el que se coloca una capa de cera moldeada con la forma definitiva que se quiere imprimir al metal final. Se cubre con arena de cuarzo como molde externo. A través de un orificio externo se procede a verter el metal fundido, que al penetrar funde la cera a la vez que la va expulsando hasta que cubre todos los huecos dejados por la cera. Una vez frío el metal, se procede a eliminar los moldes.
Hierro
El metal que mayor influencia ha tenido en la historia de la humanidad fue utilizado por primera vez para fabricar herramientas en torno al 2200 a.C., cuando en Mesopotamia e India trabajan el metal de procedencia meteórica, única forma de obtención, ya que no se conocía aún cómo conseguirlo del mineral en bruto. Era un metal duro pero muy difícil de trabajar, al contrario de lo que ocurre con el cobre, bronce, oro, plata, lo que limita su uso.
Habrá que esperar hasta el 1600 a.C. para que en Babilonia se realicen los primeros trabajos para conseguir hierro partiendo de su mena, aunque serán los hititas e indios los que lo logren satisfactoriamente. El problema es que para obtener el hierro fundido, o arrabio, se necesitan temperaturas de más de 1.200º C, mientras que los hornos disponibles no pasaban de los 1.100º C. La técnica para su obtención pasa por la creación de hornos recubiertos de arcilla o ladrillos en donde se carga el mineral y el carbón vegetal. Al final del proceso se consigue que el hierro se deposite en el fondo del horno.
Se trata de una masa porosa en la que además de nódulos de metal, hay gran cantidad de residuos. Este metal no es aún útil, así que hay que calentarlo de nuevo y golpear la masa hasta que sean expulsadas las impurezas y quede tan sólo el hierro. Se ha procedido a forjar el hierro. Este proceso de calentar hierro para luego golpearlo fuertemente produce un metal duro y de alta calidad con el que ya se pueden fabricar armas de superior calidad a las fabricadas en bronce, así como duras herramientas de trabajo. Este proceso de forja era el que también servía para darle su forma definitiva al metal.
Acero
Pero la revolución del hierro vendrá de nuevo de la mano de una aleación, como ocurrió con el bronce. Al parecer, el primer acero se obtiene en China alrededor del año 2200 a.C. El sistema por el que se obtiene acero del hierro se logra con el proceso conocido como cementación. Se trataba de forjar barras de hierro a base de martillazos calentándolas sobre un fuego de carbón vegetal que difundía carbono al metal, dando lugar a acero, mucho más duro, que permitía armas mucho más afiladas.
La cantidad de carbono oscila entre el 0,3% y el 1,5%, de esta forma el nuevo metal, el acero, es mucho más duro y tenaz que el anterior hierro. Pero pronto se suceden las nuevas técnicas para trabajar mejor el hierro y darle nuevas características. Surge así el temple, que no requiere más que calentar el hierro al rojo para proceder a enfriarlo de forma brusca por inmersión en agua; de esta forma el metal resultante ha ganado apreciablemente en dureza aunque se vuelve algo más frágil.
Para solventar el problema de la fragilidad del metal templado se procedía al revenido, otro avance, que consistía en volver a calentar el metal templado, para dejarlo enfriar lentamente, con lo que se evitaba crear un metal frágil, sin perder la dureza que se buscaba con el proceso de temple. De esta forma se logran piezas de gran dureza y calidad en la terminación.
Esta incipiente industria estará dominada durante años por los hititas, que no sólo fabrican el hierro, sino que lo transforman en armas e incluso explotan las minas de mineral para abastecer los hornos. Para entender la superioridad técnica alcanzada por este pueblo baste decir que los egipcios compraban armas fabricadas por los hititas durante mucho tiempo. El acero ya era conocido en Armenia hacia el año 1400 a.C.
En torno al año 1000 a.C., en Palestina se procedía a crear acero colocando barras de hierro dentro del horno con polvo de carbón a una temperatura de unos 1.000ºC durante una semana. Este metal es aún más adecuado para la fabricación de utensilios y armas que los ya vistos con anterioridad, lo que no significa que los sustituya, ya que el precio de los metales era prohibitivo, con lo que las antiguas herramientas de piedra o madera no son aún eliminadas del trabajo cotidiano.
Debemos aclarar que el hierro y el acero aún tardarán varios siglos en ser fundidos satisfactoriamente en hornos, por lo que aún era imposible obtener coladas de estos metales, ante la imposibilidad de lograr la suficiente temperatura como para fundirlos totalmente.
El hierro será el protagonista de los mayores avances a lo largo de los próximos siglos, ya que es el mejor metal para la mayor parte de trabajos y aplicaciones; el problema es lograr una mejor calidad y sobre todo un mejor precio, además de alcanzar un proceso más rápido y económico.
Uno de esos avances se logró hacia el año 500 a.C. en lo que hoy es Austria. Se crearon unos hornos cerámicos en donde el metal de hierro logra fundirse totalmente, gracias a la posibilidad de insuflar aire en su interior mediante la adopción de un fuelle. La aportación extra de aire a la combustión hace que la temperatura sea lo suficientemente alta como para fundir el metal que sale del proceso sin las impurezas que producía el proceso hasta ese momento conocido.
El acero se difunde por el mundo y es conocido perfectamente en Grecia ya que en la Odisea de Homero se citan algunos de los procesos de trabajo del acero, iniciándose su extracción alrededor del año 900 a. de C.
El horno en donde se produce el hierro en Europa es de tipo muy concreto, una galería excavada en una pared, de unos dos metros de profundidad, revestida de arcilla. En su interior se coloca la mena de hierro y se procede a introducir aire a través de un canal. Cuando el horno alcanza la incandescencia se tapa parte del canal, con lo que el aire de entrada alcanza alta velocidad por el propio tiro de la combustión, permitiendo llegar a temperaturas de unos 1.000ºC.
Los metales en la era romana
Los romanos lo utilizaron con profusión, creando además una serie de herramientas muy útiles como la lima. También fueron expertos trabajadores del plomo que utilizaron en todo tipo de utensilios, como anclas de barcos, o en la fabricación de cañerías de conducción de agua por todo el Imperio. Estos tubos eran fabricados partiendo de planchas rectangulares que eran modeladas sobre un cilindro y luego se procedía a soldar las costuras.
Los romanos también aplicaron su carácter eminentemente práctico para la mejora de los procesos de obtención de los metales, y así introdujeron nuevos métodos en los trabajos llevados a cabo en las minas y fundaciones esparcidas por el Imperio, como el método de copelación para extraer la plata del mineral en bruto a partir de la fundición con plomo.
Es de destacar que Roma será la que mayor énfasis pondrá hasta el momento en el trabajo de los metales y sobre todo en su extracción, con minas repartidas por todo el Imperio, con unas instalaciones de tratamiento a un nivel jamás visto hasta ese momento.
Fueron los primeros en utilizar el mercurio obtenido en España para el trabajo con oro. El mineral donde se encontraba el oro era triturado y sobre él se colocaba el mercurio que se unía al oro para crear una amalgama que era destilada hasta lograr oro puro y de nuevo mercurio.
También el estaño vivió en Roma una época dorada, sobre todo el extraído en Gran Bretaña, en las minas de Cornualles. El estaño aleado con plomo dada como resultado el peltre, una aleación muy utilizada en los utensilios del hogar.
El latón es también una aleación nueva de cobre y cinc, dorada, resistente y fácil de trabajar en frío. Pero el mejor ejemplo de la difusión del acero y el hierro es que los soldados romanos cuentan con armaduras realizadas de placas de metal para su protección, la lóriga y la cota de malla también metálica. Es común el casco y las protecciones metálicas en otras partes del cuerpo. La mayor parte de estos avances han sido importados de otros pueblos, pero es la primera vez que un ejército es abastecido de tantos elementos metálicos por el propio estado, cosa general a la altura del siglo II de nuestra era.
Nuevos métodos de trabajo
La Edad Media traerá nuevos avances en el conocimiento de los metales gracias al trabajo de multitud de alquimistas que, en busca de alguna quimera como la fabricación artificial de oro, fueron descubriendo nuevos metales y aplicaciones.
El metal se instala definitivamente en la vida del hombre de la época y su producción empieza a especializarse. Las nuevas aplicaciones del metal traen aparejadas nuevas formas de trabajarlo. Hay verdadera necesidad de lograr piezas con una calidad mayor. Un ejemplo de las nuevas necesidades son los relojes mecánicos que necesitan piezas precisas y bien fabricadas, o las novedosas armas de fuego que también requieren una fabricación con tolerancias mínimas y piezas en algunos casos trabajadas al detalle. De esta forma no es raro que a finales de la Edad Media la producción estimada para toda Europa de hierro fuera de unas 60.000 t. Un ejemplo de los nuevos usos de los metales es que en 1378 ya se empiezan a utilizar bolas de metal como balas en los cañones, en sustitución de las de piedra.
También se había extendido la costumbre de crear armaduras con las que se vestían los caballeros, sus caballos, e incluso los perros de caza. Se trataba de piezas de metal que conformaban una protección completa mejorada mediante la utilización de la cota de malla, lo que da una idea de la calidad de los herreros en el trabajo del metal (véase armadura).
Una de las mayores aportaciones en el campo de la metalurgia surge con un nuevo modelo de producción de hierro o acero, mediante el método conocido como farga catalana y que es de uso común ya en el siglo XV. Se trata de una cavidad de forma troncopiramidal de unos 80 cm de altura y 60 por 50 cm de lado. En el fondo se colocaba carbón vegetal en polvo. Una vez caliente se procedía a añadir más carbón. Sobre esta capa se procede a introducir otra vertical de carbón colocada enfrente de una tobera para insuflar aire, mientras que en la otra parte se coloca otra capa vertical de mineral de hierro. La mayor originalidad del sistema es que el aire que se insufla dentro del horno es acelerado aprovechando una corriente de agua que fluye por un tubo. Al colocar un estrechamiento en el tubo, y aprovechando el efecto Venturi, se consigue que se aspire aire atmosférico que es canalizado a alta velocidad hasta la tobera del horno. De este forma se lograba alcanzar temperaturas de unos 1.200 º C. El proceso dura tan sólo unas 3 ó 4 horas, tras las que se consigue una bola de unos 100 kg de hierro o acero que ha de ser compactada para eliminar inclusiones de impurezas mediante el tratamiento de forja. Es un proceso sencillo y barato para producir gran cantidad de metal de calidad que permite de nuevo una mayor extensión del metal para diferentes usos que van naciendo a buen ritmo.
Por esta época se consigue por fin en Europa hierro colado, es decir, que no necesita ser forjado tras su obtención para conseguir el metal ya útil. Este metal se consigue al aumentar la temperatura del horno, con lo que el metal resultante es hierro puro que gotea y puede ser vertido sobre moldes para poder trabajarlo. Estos serán hornos de cierta altura en los que se colocaba el mineral y el carbón.
Precisamente, en el trabajo del metal colado se produce un gran avance con la aparición de los primeros talleres de laminado y cortado del metal en planchas. En estas instalaciones que aprovechan la fuerza del agua para mover las máquinas se consiguen fabricar planchas de metal presionándolo mediante rodillos hasta darle el grosor requerido.
Esta incipiente industrialización de la metalurgia se corresponde con una época de plena ebullición social y económica; no es de extrañar que en esta época, a mediados del siglo XVI, surja el primer tratado científico de historia sobre metalurgia, el De re metallica de 1556, del investigador alemán Georgius Agricola, que sienta las bases de esta disciplina científica. Se retoman metales ya olvidados como el antimonio y aparecen otros nuevos como el bismuto, muy útil como metal de imprenta. El latón también era muy utilizado aunque hasta mucho después no se supo que era el cinc el que confería sus especiales características al cobre.
Altos hornos
El carbón vegetal en las fundiciones de hierro y acero empezó a ser caro ante la desaparición de los bosques, debido a las altas necesidades energéticas, por lo que se pasó a utilizar hulla, lo que permitió hacer más altos los hornos sin que la carga interior los derribase. Se llegaba hasta alturas de 9 metros. A esto hemos de añadir la utilización de fuertes corrientes de aire creadas mediante mecanismos hidráulicos, lo que permitía obtener mayores temperaturas en el interior y por fin lograr hierro fundido en un proceso totalmente común. Además, este horno era capaz de estar alimentado continuamente por su parte superior y funcionar ininterrumpidamente.
Esta tecnología para aprovisionarse de hierro colado dio cierta ventaja a Inglaterra, en donde se fabricaron los primeros cañones realizados de hierro colado. Pero el hierro colado tenía un inconveniente; aunque las impurezas eran eliminadas totalmente gracias a las altas temperaturas, se creaban de forma paralela restos de fósforo y sulfuro en el hierro lo que lo inutilizaba para la forja. Esto provocó que durante mucho tiempo el hierro forjado fuera preferido al colado. En cuanto a los procesos de creación de acero se siguió realizando a pequeña escala frente a la alta producción de hierro colado que se podía obtener mediante los altos hornos. Uno de los procedimientos era sumergir hierro en hierro colado con alto contenido de carbono. Otro proceso para lograr barras de acero era calentarlo dentro de un horno parecido al utilizado en panadería, en presencia de carbón entre 5 y 7 días. El siguiente paso para la obtención del hierro colado de calidad será la sustitución del carbón vegetal y la hulla por el coque, resultado de realizar un tratamiento térmico a la hulla en bruto. El resultado es el coque, un combustible limpio y energético. Ya en 1713 se realizó la primera experiencia de fundir hierro utilizando coque.
Este nuevo combustible será determinante para la aparición del primer alto horno surgido de un proyecto del británico Abraham Darby. Como el coque permite cargar mayor cantidad de mena y combustible, se tiende a hacer crecer el horno hasta conseguir un alto horno. El alto horno es una instalación de fusión de hierro que crece en altura.
La parte interna está fabricada con ladrillos refractarios que pueden aguantar muy altas temperaturas sin fundirse. Por la parte superior del horno se carga el mineral de hierro y el coque, haciendo que pase una corriente de aire desde la base, con lo que se logra una mayor temperatura dentro del recipiente. El resultado es escoria, que flota sobre el hierro fundido que, una vez listo, es retirado y vertido sobre moldes que le darán su forma definitiva de bloques macizos de metal.
El coque era altamente útil, pero la revolución llegó en 1748 cuando Abraham Darby II logró el primer hierro colado apto para la fragua. Lo logró seleccionando la mena de mineral de hierro de menor contenido en fósforo, dando un gran paso en la metalurgia moderna.
Este tipo de hornos crecerán hasta el establecimiento del considerado como primer alto horno moderno, construido por el alemán Friedrich Harkort en 1826, una instalación de 16 m de altura. Este horno ya no estaba fabricado en mampostería, sino de hierro recubierto en su interior con una capa resistente al calor. Gracias al coque, el horno es capaz de alcanzar temperaturas de 1.600º C. y lograr un metal puro en la base de la instalación.
Un avance posterior a esta instalación básica y adoptada pronto en todo el mundo será la de sustituir la aportación de aire frío exterior por la de aire caliente, aprovechando el calor desprendido en el trabajo del alto horno. Con esta innovación se logra disminuir el aporte de coque para la combustión hasta en un 60%, lo que redunda en una mayor economía del proceso de fusión del metal. En cuanto a España hemos de destacar que hasta 1848 no se instala el primer alto horno alimentado con coque, en Trubia, obra del militar Francisco Antonio Elorza y Aguirre.
En 1708, nació otro proceso para conseguir objetos de fundición. Se trata de la técnica de arena húmeda. Con este sistema se crea un molde de madera encerrado en un bloque de arena húmeda; si se divide el molde en dos, se mantiene la forma original del bloque de madera, y ya sólo basta verter el metal fundido que tomará la forma. Las nuevas necesidades de metal durante el siglo XVIII obligan a una mayor mecanización e industrialización de los procesos metalúrgicos. El británico Henry Cort crea la primera industria de laminado de hierro. En esta industria se logran fabricar láminas o perfiles de hierro según el tipo de uso que se vaya a hacer de estas piezas de metal. Estas instalaciones, que empiezan a ser movidas por ruedas hidráulicas, pasarán pronto a ser alimentadas por máquinas de vapor.
Pudelado
El mismo Cort introdujo un nuevo método de afinado del hierro a partir de hierro bruto, ya que el arrabio que sale del alto horno tiene aún gran cantidad de impurezas. Se trata de carbono, azufre o fósforo que obligan a un proceso de afino para eliminarlas. En este proceso conocido como pudelado, se procede a calentar el hierro sin que entre en contacto con el coque, además de remover el metal fundido para provocar su descarburación, es decir, eliminar parte del carbono y convertirlo en acero. El resto de impurezas pasan a la escoria o se transforma en inclusiones que quedan dentro del metal, del que hay que sacarlas mediante golpes. Sin embargo, no será hasta 1849 cuando se logre con este proceso crear aceros más puros y aleables con otras sustancias.
Tratamiento del metal
También en el siglo XVIII, pródigo en novedades en el campo de la metalurgia, aparece el primer proceso efectivo para combatir uno de los principales problemas que afecta al hierro y al acero, la oxidación. Este nuevo proceso es el de cincado, es decir, sumergir la chapa de acero en un baño de cinc a alta temperatura después de un tratamiento químico de su superficie. El resultado es una chapa de acero recubierta de una ligera capa de cinc, metal resistente a la oxidación.
Ya a principios del siglo XIX el hierro colado se utiliza en la construcción de puentes. En 1805 nació un elemento indispensable para el trabajo con el metal, el soplete oxhídrico. Este invento, realizado por el británico Stone, cuenta con dos recipientes, uno lleno de oxígeno y otro de gas de hulla. Cuando se juntan y liberan ambos arden a temperaturas muy altas, que permiten fundir el acero. Para cortar el acero se procede a inyectar mayor cantidad de oxígeno de la necesaria para que el metal se mantenga a gran temperatura. Se trata de un sistema cómodo y fácil de utilizar para trabajar con el acero.
En 1809, aparece una nueva modalidad de fabricación de objetos huecos de metal; en vez de fabricar un molde llenado con algún tipo de sustancia, como arcilla, el sistema que propuso el alemán Eckardt era crear un molde hueco que giraba a gran velocidad mientras se vertía el metal fundido. Gracias a la fuerza centrífuga el metal se depositaba en las paredes del molde de una forma uniforme, hasta que se enfriaba y podía ser retirado.
También es importante destacar en el campo de la transformación del metal la creación en 1828 de la primera chapa ondulada de la historia, una nueva presentación de la chapa, que logra una resistencia muy superior a la de la chapa lisa. En esa línea hay que señalar que en 1841 se crea una forjadora mecánica para la fabricación de clavos.
Aluminio
A principios del siglo XIX empiezan las primeras pruebas con un nuevo metal, el aluminio, difícil de conseguir y que en sus primeras fases era un auténtico metal precioso por lo costoso de su producción. Es importante en este proceso el descubrimiento, en 1821, de la mena bauxita, muy rica en este metal.
Trabajar con el nuevo metal es tan difícil que, hasta 1827 no se logró producir puro nada más que en pequeñas cantidades. Ese año el químico alemán Friedrich Wöhler consigue ciertas cantidades de ese metal puro tras un complejo proceso químico. De todos modos el precio del metal sigue siendo prohibitivo, lo que lo convertía en una auténtica rareza. Además, sus características de ligereza aún no era muy apreciadas, al ser demasiado blando y tenaz.
Habrá que esperar hasta 1859 para que el francés Henri Sainte-Claire Deville encuentre un proceso más barato de lograr el metal puro, haciendo reaccionar el mineral de aluminio con sodio.
Expansión de los usos del metal
Ya se ha visto cómo la industria del metal ha logrado hacerse con un instrumento, el alto horno, capaz de conseguir mayores cantidades de metal y a precios más bajos, como requieren las masivas aplicaciones del acero y el hierro, barcos de metal, ferrocarril, arquitectura, herramientas, etc.
El siguiente reto es la modernización de la industria de transformación. En ese sentido, en 1839, nace el primer martinete accionado por vapor. Se trata de una máquina creada por el escocés James Nasmyth, que cuenta con un gran bloque de hierro que se puede desplazar arriba y abajo sobre un gran bastidor. El bloque de metal al rojo es colocado bajo el martinete que golpea con fuerza el bloque repetidas veces ayudado en su desplazamiento por la fuerza del vapor. De esta forma el martinete de accionamiento hidráulico es arrinconado ante la mayor capacidad del vapor de producir trabajo.
La metalurgia estaba abierta a innovaciones surgidas de otros campos de la ciencia y de la técnica. Otro de los grandes campos de investigación del siglo XIX, la electricidad, llegará en auxilio de la producción del metal para lograr nuevos productos y para la mejora de los procesos en uso.
En este sentido hemos de citar los procesos de recubrimiento de metales mediante el paso de una corriente eléctrica realizado en una cuba llena de otro metal, proceso conocido como galvanización. Se coloca el metal a recubrir en una cuba en donde está disuelto el metal de recubrimiento y se hace pasar una corriente eléctrica, actuando la pieza a recubrir como cátodo. El metal en disolución en el baño tiende a depositarse en el cátodo recubriéndolo con una capa uniforme y muy resistente. De esta forma se logra dar un nuevo aspecto a los metales. La aplicación más importante de este proceso es la de evitar la oxidación de un metal añadiendo una capa de otro metal resistente a este proceso. En 1850 el proceso de estañado del acero ya es plenamente operativo, haciendo de este metal no sólo resistente a la corrosión, sino además mucho más atractivo.
Además, la electricidad tendrá una gran importancia en la producción del metal en sí. Ya en 1849, el francés César Mansuète Despretz ideó un sistema de fusión de metal partiendo de la electricidad. Sin idea, parte de los arcos voltáicos, es decir, un sistema en el que un recipiente fabricado en carbón funciona como ánodo, mientras que se introduce en dicha cuba de carbón un cátodo, o barra del mismo material. Entre ambas se puede producir un arco eléctrico, chispas que saltan de un polo a otro. De esta manera se pueden alcanzar temperaturas de hasta 7.000ºC, con lo que la fusión de los metales no sólo es posible sino que además se realiza a temperaturas nunca antes alcanzadas. Aunque el diseño básico estaba establecido, aun se tardó más de 30 años en construir el primer modelo eficaz, dada la inexistencia de fuentes de corriente eléctricas lo suficientemente potentes.
Ya hemos visto con anterioridad como se lograba, mediante el sistema de pudelado, lograr aceros de calidad y con contenido de carbono bajos. Aún era un proceso relativamente caro y lento el de transformar el metal salido del alto horno. El proceso de pudelado había sufrido ciertas mejoras, como la adición de mineral de hierro al hierro fundido, logrando una mayor oxidación de las impurezas.
Acero industrial
La innovación definitiva en este campo vendrá de la mano del convertidor Bessemer, creado por el británico Henry Bessemer. Consistía en verter el arrabio dentro de un recipiente metálico con forma de pera y con un recubrimiento interior antirrefractario de tipo ácido. A la vez se hace pasar aire desde la base del recipiente, lo que provoca que la oxidación de las impurezas y del hierro, unido al efecto de las reacciones químicas con la pared ácida aumente la temperatura del interior sin tener que aportar más calor exterior. Concretamente, se lograba alcanzar más de 1.500º C. No sólo se lograba un acero de mejor calidad, sino que lo produce en gran cantidad y en un tiempo mínimo. El coste del método cae enormemente.
Al gran éxito del convertidor Bessemer le seguirá otro nuevo horno de afino creado en 1864 por los alemanes Wilhelem y Friedrich Siemens. En este caso hay dos cámaras que se van calentando alternativamente, pudiendo alcanzar temperaturas tan altas que se puede aprovechar la chatarra para conseguir nuevo metal. El nuevo sistema será conocido, por sus inventores y los primeros en llevarlo a cabo, los franceses, Pierre y Émile Martin, como proceso Siemens-Martin.
De todos modos subsiste un problema, la eliminación del fósforo. Cuando el mineral de hierro contenía altos niveles de fósforo, era inútil para su utilización como base para conseguir metal, lo que obligaba a desaprovechar los yacimientos donde el mineral era rico en fósforo. Este problema no será solucionado hasta que en 1878 aparecen los convertidores Thomas.
Estos hornos de afino tienen un funcionamiento similar al convertidor Bessemer, con la diferencia que el recubrimiento refractario se realiza con una sustancia básica. Al arrabio líquido, que aumenta su temperatura por la oxidación de las impurezas, se le añade óxido de calcio, que al reaccionar con el fósforo produce una escoria con alta concentración de fosfato cálcico. De esta forma ya se pueden aprovechar las minas de hierro con alto contenido de fósforo que antes eran desechadas, ya que el acero con fósforo es quebradizo.
La transformación del metal en bruto en piezas tiene una gran impulso con la creación, a mediados del siglo XIX, del torno de revolver. Se trata de un tipo de torno para trabajar metales, en el que las cabezas herramientas para trabajar sobre el metal en movimiento van dispuestas en un cabezal giratorio de tipo revolver, con lo que la pieza puede sufrir varios procesos de transformación en la misma máquina, añadiendo además una mayor homogeneidad en las medidas y trabajos de la pieza obtenida. Este adelanto facilitará piezas más precisas y a menor coste ya que la nueva máquina es más rápida y versátil.
Es importante citar que los nuevos metales descubiertos en el siglo XVIII y XIX empiezan a ser utilizados aleándolos con otros como forma de añadir nuevas propiedades. Una de estas primeras aleaciones especiales fue la del acero y cromo, que confería al metal una mayor resistencia. Pero será la aleación con wolframio la que demuestre ser más interesante, ya que aumenta la dureza del metal resultante en gran medida, además de aumentar la resistencia al desgaste. Este descubrimiento fue realizado por el alemán Oxland en 1858.
La aleación más importante llegará, no obstante, algunos años más tarde, en 1882, cuando el británico Robert Abbot Hadfield consiguiera un acero extremadamente duro al alearlo con manganeso y templarlo. Este nueva aleación será muy utilizada en herramientas en las que prima la dureza.
Nacimiento de la gran industria metalúrgica
La metalurgia es una industria absolutamente establecida que requiere grandes instalaciones para poder hacer frente a la demanda creciente de metal. Un ejemplo de los nuevos tiempos para esta industria es la famosa empresa alemana Krupp, que desde la segunda mitad del siglo XIX se convierte en la empresa más innovadora en el trabajo con metales en sus grandes instalaciones.
A principios del siglo XX las industrias metalúrgicas han alcanzado dimensiones monstruosas y sus instalaciones también. Los hornos de afino son capaces de producir cargas de metal de hasta 100 t. Además, se producen piezas metálicas de un sólo bloque cada vez más grandes y complejas, chapas laminadas como la presentada por Krupp en 1902, con una superficie de 93,8 m2 y más de 29 t. de peso.
Otro avance, éste en el campo de la organización industrial, es el del trabajo continuo de laminación, en el que el metal es calentado una sola vez, para pasar directamente a la laminación u otro proceso de transformación sin parada intermedia.
Los logros de la empresa Krupp durante décadas son superlativos. Ya en 1861 se presenta un martinete de vapor con una masa de 50 t, capaz de trabajar con grandes cantidades de metal. Pero el hito llegará con la forja hidráulica de 15.000 t, una máquina capaz de elaborar lingotes en bruto de hasta 300 t de peso. Como exponente de esta constante innovación baste decir que en 1862 esta empresa ya trabajaba con convertidores Bessemer.
Esta nueva forma de trabajar los metales trajo consigo la creación de grandes industrias que necesitan de inmensas instalaciones, lo que redunda en mayores inversiones y adopción de mejoras técnicas en busca de mejores procesos y precios. El resultado fue que el acero, en 1877, era una tercera parte más barato que el que se producía sólo tres años antes, en 1873.
Otro paso fundamental para la industria que ha de trabajar con metales es la puesta a punto de la soldadura eléctrica, descubierta por el norteamericano Elihu Thomson en 1867. Su principio se basa en el calentamiento del metal como resultado de la resistencia al pasar la corriente eléctrica, lo que puede llegar a generar temperaturas superiores a los 2.000ºC. Años más tarde, en 1885, se presenta la soldadura de arco eléctrico.
Este tipo de soldadura se basa en conectar las piezas a soldar a una fuente de alimentación eléctrica. A su vez, el otro electrodo es un alambre de soldado. Al aproximar los dos electrodos se produce un arco voltáico que calienta el metal y el cable de soldado. Y ya en 1900 hace su aparición la soldadura autógena, en la que se puede quemar acetileno o hidrógeno y oxígeno sin añadir ningún tipo de sustancia soldante.
En la década de los 80 del siglo XIX se hizo de uso común el acero en la construcción de buques, eliminando el hierro de ese cometido. Otro hito en la transformación del metal llegó en 1885 cuando los hermanos alemanes Mannesmann logran fabricar los primeros tubos metálicos sin costuras, realizados laminando bloques macizos de metal incandescente.
La industria del aluminio
Como ya dijimos, el aluminio presentaba unas características muy prometedoras para diversos empleos, pero su complejo proceso de extracción había impedido su difusión. Entre las grandes ventajas que tiene el aluminio está su ligereza, en comparación con otros metales, y su resistencia a la oxidación, en lo que aventaja claramente el acero.
Hasta 1886, este metal se resistió a ser producido en grandes cantidades, siendo el último metal común en ser trabajado por el hombre, a pesar de ser el más abundante sobre la corteza terrestre, aproximadamente el 8%, frente al 5% de hierro.
El proceso industrial de obtención del aluminio puro fue puesto a punto de manera independiente por el norteamericano Charles Martin Hall y el francés Paul Louis Héroult. Ambos llegaron a la conclusión que la única forma de lograrlo era mediante electrólisis para separar el oxígeno y el aluminio del óxido de aluminio. Antes se ha tenido que tratar la mena para extraer el óxido de aluminio puro.
El siguiente paso es disolverlo en criolita, otra mena de aluminio para conseguir que funda a una temperatura baja, ya que el aluminio puro no funde hasta los 2.000ºC. Cuando ya se tienen estos minerales fundidos se pasan a una cuba de electrólisis. A continuación se hace circular la corriente eléctrica entre ánodos y cátodos de carbón que pasan por el metal líquido. De esta forma el aluminio puro se deposita en los cátodos, mientras que en los ánodos se libera oxígeno.
Este es el sencillo proceso, que abaratará en gran medida la obtención de un metal que, a partir de este momento, entra en el mercado de los metales, tanto para sustituir ventajosamente a otros en ciertas aplicaciones como para crear nuevas aplicaciones que antes eran imposibles de solventar. Hemos de añadir que el proceso de obtención del aluminio hace una utilización muy intensiva de la electricidad. Sin embargo, el aluminio puro también tiene un inconveniente, es mucho menos duro y resistente que el acero o el hierro, por lo que no podía competir con éste en ciertas aplicaciones.
De nuevo la solución vino de la mano de las aleaciones, concretamente aleando el aluminio con cobre y magnesio se logró un metal que sigue siendo muy ligero, pero mucho más duro y resistente. Este nueva aleación desarrollada por el alemán Alfred Wilm será conocida como duraluminio y empleada a partir de ese momento con profusión en aquellos casos donde la ligereza es un elemento básico. Pronto la aviación y la construcción serán campos abonados para su uso.
Aleaciones especiales
El acero al cromo aparece en 1888 como elemento especialmente adecuado para la fabricación de corazas. Si estas anteriores aleaciones eran sencillas, en 1900 dos ingenieros norteamericanos crearon el acero rápido, una compleja aleación en la que buscaban un acero con características muy especiales de dureza, para ser utilizado en herramientas de corte.
La aleación que se presenta como acero rápido se produce aleando al acero, titanio, wolframio, molibdeno y/o cromo. Además, durante tiempo esta aleación fue probada con diferentes porcentajes de estos metales para obtener nuevas propiedades, como resistencia a la presión. Del constante perfeccionamiento de la nueva aleación surgió en 1906 otra nueva a la que además se le había añadido vanadio, lo que producía una mayor dureza al metal.
A principios de siglo se hace común el uso de los procedimientos electrolíticos para la obtención de diversos metales que hasta ese momento eran refinados mediante complejos procesos químicos y físicos. Así se empezará a conseguir cobre puro de una forma rápida y barata partiendo de la electrólisis, con la ventaja de aprovechar otros metales asociados.
También el oro, la plata, el plomo, etc., son tratados mediante este proceso. En cuanto al cobre, no debemos olvidar que a principios de siglo su demanda creciço enormemente debido a las crecientes aplicaciones de la electricidad y a su difusión por todo el mundo, para lo que son necesarios los cables fabricados en este metal.
Otro nueva aleación se añade a las ya conocidas, el nuevo acero inoxidable. Se trata de un desarrollo de la empresa alemana Krupp en 1912, que aleando acero con cromo y níquel obtiene un nuevo metal brillante y resistente a la oxidación. Se trata de una aleación muy resistente a la acción de ácidos y calor, lo que la hace especialmente adecuada para diversos trabajos en la industria, sobre todo la química. Además, su cualidad de no oxidarse la hace especialmente adecuada para realizar utensilios de uso doméstico, como los cubiertos que mejoran claramente de aspecto, además de abaratar su producción.
Un año más tarde, un británico logra otro acero inoxidable añadiendo tan sólo cromo. Otro metal que encuentra nuevas aplicaciones es el wolframio, que su variante de carburo de wolframio es un material extremadamente duro y muy adecuado parar herramientas de corte, en donde demuestra sus altas características de resistencia y dureza.
Gracias a la extensión de las nuevas aleaciones y metales y a la gran capacidad productiva de la industria metalúrgica, en la Primera Guerra Mundial se dio el mayor uso de los metales que se ha hecho en una guerra, aplicándola en la artillería, armas de fuego y nuevos vehículos fabricados en su mayor parte de distintos tipos de acero, latón, cobre, bronce, etc.
En los años 30 se desarrolló un nuevo tipo de tratamiento para crear piezas de formas complejas partiendo de chapas: se trata del proceso de embutido, mediante el cual el metal una plancha lisa es sometido a presión en una prensa, en la que hay unas matrices con la forma en negativo y positivo. Al presionar sobre la chapa se consigue dotarlos de la forma requerida manteniendo su grosor uniforme, para lo que se necesitan aleaciones más elásticas. La estampación será de gran utilidad para la industria del automóvil.
En la década de los 50 del siglo XX se adoptó en la industria, de forma generalizada, el sistema de colada continua para el trabajo con acero. Una vez que se ha completado el proceso de afino se vierte directamente la colada en un molde enfriado a base de agua; en este molde el metal ya adopta una forma. El metal ya conformado va avanzando a través de unos rodillos en donde se va enfriando con chorros de agua. Según se va enfriando la pieza, que fue originalmente conformada en sentido vertical, va cambiando su dirección hasta llegar a la completa horizontalidad al final de este proceso y, aún caliente, llega a un laminador que le da la forma definitiva y se realiza su corte. De esta forma se logra un mayor rendimiento y ahorro de tiempo.
Últimos avances
Entre las grandes innovaciones de los últimos años hay que citar los hornos de inducción, en donde el metal se funde gracias al paso de una corriente. Estos hornos, conocidos como UHP o ultra high power, fueron instalados por primera vez en la empresa alemana Krupp y eran capaces en 1978 de producir 105 t de acero en 111 minutos.
Casi 10 años después, en 1987, la misma empresa pone en funcionamiento el primer horno de plasma. Mediante esta nueva técnica el metal se licua según el principio de arco voltáico. Este nuevo sistema de fundición es más barato, rápido y silenciosos que los anteriores.
En 1948 aparece el oxiconvertidor, de parecido funcionamiento a los convertidores ya conocidos, pero que utiliza una corriente de oxígeno puro, conocido como procedimiento LD. Una vez que se ha extraído el mineral se procede a su purificación es decir, librarlo de las impurezas que acompañan al mineral de hierro, lo que se puede hacer por varios sistemas. Una vez que el mineral es lo suficientemente rico pasa al alto horno.
Esta instalación suele estar fabricada de acero recubierta en su interior por un material antirrefractario, o sea resistente al calor. El nombre de alto horno viene dado por la forma alargada y que puede sobrepasar los 60 m de altura. El mineral es mezclado con el coque y caliza, que servirá como fundente y también para absorber impurezas.
Dentro del horno se puede superar los 1.600ºC, con lo que el carbono del coque se combina con el oxígeno liberando al hierro puro. En la base de la estructura se inyecta aire caliente. Para calentarlo, se recupera parte del calor de los gases desprendidos por la instalación. Cuando el hierro ya está puro y las impurezas se combina con la caliza, tiende a bajar al fondo del horno donde pasa al crisol. Sobre el hierro se deposita la caliza y las impurezas que son menos densas que el hierro.
Este metal puede ser vertido en bloques para conformar, una vez frío, lingotes, o lo más común pasa directamente al proceso de afino aún caliente. Como sabemos, el metal obtenido del alto horno no es aún aprovechable por su contenido de impurezas y de carbono, por lo que pasa a unos hornos especiales que acabarán por producir el metal definitivo. De todos modos no se elimina todo el carbono del metal y se deja una cantidad variable, hasta el 1,5%, con lo que obtenemos acero.
Básicamente en la actualidad hay tres tipos de hornos de afino:
-El primero es el oxígeno. Dentro del recipiente se coloca el arrabio, chatarra y cal, tras lo que se pasa a inyectar en su base oxígeno puro a velocidad supersónica, con lo que se combina con el carbono para quemarse, mientras que la cal se combina con las impurezas. En tan sólo 40 minutos se puede vaciar el acero y la escoria por separado.
-El sistema de arco eléctrico sólo utiliza chatarra para producir acero. En este caso, el calor es producido por un arco eléctrico creado entre dos electrodos de carbón colocados en el techo. Para eliminar impurezas se añade mineral de hierro bruto y cal, resultando acero de alta calidad, añadiendo oxígeno para mejorar el proceso.
-El otro sistema es el de crisol abierto. Se trata de un recipiente calentado con gas o aceite añadiendo además aire caliente, pero se trata de un proceso mucho más lento que los anteriores descritos.