1.2. Afino del acero

El hierro colado o arrabio obtenido del alto horno es un producto que todavía no está listo para ser utilizado industrialmente.
  • Por un lado contiene impurezas de elementos como azufre o silicio.
  • Por otro lado contiene un porcentaje demasiado alto de carbono y por último todavía arrastra restos de óxidos de hierro.

Todas estas sustancias hacen que las propiedades del producto no sean las deseables. Es necesario pues tratar este hierro, el proceso por el que esto se lleva a cabo se llama colado.

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Colado:

Proceso por el que se eliminan las impuerzas y se reduce la cantidad de carbono presente en el arrabio para transformarlo en un acero apto para la actividad industrial. Las impurezas eliminadas generan una escoria.

Acero:

Aleación de hierro y carbono en la que el porcentaje de carbono no supera el 2%.


En la actualidad existen dos métodos diferentes para realizar el colado del arrabio.  Por un lado está el método convertidor LD y por otro el horno eléctrico. 

CONVERTIDOR LD u Horno de afino de oxígeno básico.

Este sistema está formado por en una olla de acero recubierta en su interior con material refractario en la que se deposita el arrabio a tratar. A través de una lanza situada en la parte superior se inyecta oxígeno al recipiente. Debido a las altas temperaturas de trabajo, la lanza se enfría continuamente a través de serpentines de agua interiores para evitar que se funda. La carga y la descarga de la olla se hacen por la parte superior por lo que la olla está montada en ejes rotatorios que permiten su volcado.
Imagen 9. monografias.com. Copyright

Cuando el horno se ha cargado de arrabio procedente del torpedo y con chatarra seleccionada se coloca en posición vertical, se hace descender en su interior la lanza de oxígeno hasta unos 2 m por encima de la carga. A continuación se inyectan en el horno gran cantidad de oxígeno a elevada presión. El oxígeno reacciona con el carbono y otros elementos no deseados e inicia una reacción que quema con rapidez las impurezas del arrabio produciendo una escoria. Esta, al tener menor densidad, se sitúa en la parte superficial.

Normalmente el chorro de oxígeno contiene polvo de piedra caliza que sirve para eliminar impurezas, entre las que destaca el fósforo.

Terminado el proceso se inclina el horno para extraer la escoria, quedando abajo el acero afinado.

Una vez obtenido el acero afinado, se le pueden añadir los elementos que formarán las distintas ferroaleaciones, o bien hacerlo más tarde cuando el acero afinado sea vertido en la cuchara. El proceso tarda unos 50 minutos, y estos sistema están dimensionados para poder producir unas 275 toneladas de acero por hornada.

Una de las grandes ventajas que desde un principio se observó en estos convertidores fue su capacidad para aceptar hasta un 20% de "chatarra junto con la carga de arrabio líquido.

Imagen 10. Fuente propia

 

Horno eléctrico
 
En estos hornos el calor aportado procede de un arco eléctrico que se hace saltar entre unos electrodos de grafito y la superficie de la chatarra con que se carga el horno, la resistencia del metal al flujo de corriente genera calor, que junto con el producido por el arco eléctrico funde el metal con rapidez. Las condiciones de afinado pueden ser estrictamente reguladas.

Cada hornada produce en torno a 100Tm y el proceso tarda en torno a una hora.

Los hornos eléctricos se emplean para producir acero inoxidable y aceros aleados de extraordinaria calidad que deben ser fabricados según especificaciones muy exigentes. El afinado se produce en una cámara hermética, donde los parámetros que intervienen en el proceso son controlados rigurosamente con dispositivos automáticos. En las primeras fases de este proceso de refinado se inyecta oxígeno de alta pureza a través de una lanza, lo que aumenta la temperatura del horno y disminuye el tiempo necesario para producir el acero. La cantidad de oxígeno inyectada se puede regular con precisión, lo que evita oxidaciones no deseadas.

La carga es chatarra seleccionada, porque su contenido en aleaciones afecta a la composición del acero afinado. También se añaden otros materiales, como pequeñas cantidades de mineral de hierro y fundente, para contribuir a eliminar el carbono y otras impurezas. Los elementos adicionales para la aleación se introducen con la carga o después, cuando se vierte a la cuchara el acero afinado.
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Un horno de afino eléctrico está alimentado por una tensión de 900 V, con una corriente eléctrica de 700 kA,  se carga con 120 Tm de  chatarra cada hornada que transcurre en 55 minutos.
Si el precio de la chatarra es de 0,08 €/kg, se produce el 10% de escoria y el precio de la energía eléctrica es de 0,12€/kWh. Con estos datos calcula:
a) Potencia del horno expresada en W y en CV.
b) Energía eléctrica consumida en cada hornada.
c) Precio del kg de acero producido si los elementos añadidos para las ferroaleaciones presentan un coste de 250 €, y en cada hornada se producen unas pérdidas del 10% en escoria de la chatarra empleada.


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Una vez afinado, el acero se vierte sobre una cuchara recubierta de material refractario. Llega ahora el momento de transformar el producto obtenido y que todavía está fundido en láminas o piezas de acero sólido a partir de las cuales poder fabricar los objetos que sea necesario. Este proceso recibe el nombre de colada y puede hacerse de dos formas, convencional o continua.

Colada convencional

Es uno de los procesos más antiguos que se conocen para trabajar los metales. El proceso consiste en dar forma a un objeto al verter el material líquido en una cavidad formada en un bloque de arena aglomerada u otro material que se llama molde y dejar que se solidifique el líquido.

Colada continua
Cuando se requiere un material de sección constante y en grandes cantidades se puede utilizar el método de la colada continua.
En este método el contenido de la cuchara se vierte en un crisol que mediante una válvula va suministrando una cantidad constante de arrabio sobre un molde con la forma requerida. Por gravedad el material fundido pasa por el molde. Mediante un sistema de refrigeración por agua a medida que el acero se va alejando del punto de vertido se va convirtiendo en un material pastoso que adquiere la forma del molde.
Posteriormente el material es conformado al hacerlo pasar por una serie de rodillos que al mismo tiempo lo arrastran hacia la parte exterior del sistema. Una vez conformado el material con la forma necesaria y con la longitud adecuada el material se corta y almacena.
Es este un método muy útil para fabricar perfiles, varillas y barras de diferentes secciones y láminas o placas de varios calibres y longitudes.
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