Metalurgia.

Metalurgia, el Acero y su Industria

La metalurgia es la disciplina encargada del estudio, producción y procesamiento de metales y aleaciones. Dentro de este campo, el acero se destaca como un material indispensable en la industria por su resistencia, versatilidad y durabilidad.

El proceso inicia con la extracción de minerales de hierro como la magnetita, hematita y siderita. Estos minerales se reducen en altos hornos mediante la combinación con coque (carbón) y fundentes, generando arrabio, un hierro fundido con un 1,5% a 4% de carbono y otras impurezas. Para convertir el arrabio en acero, se somete a refinamiento, eliminando impurezas y ajustando el contenido de carbono a valores entre 0,16% y 2%, dependiendo de las propiedades deseadas.

Procedimientos de Fabricación

1. Cementación

Un método antiguo donde se introducía hierro dulce en un ambiente rico en carbono y se calentaba a altas temperaturas. El carbono se difundía en la superficie del hierro, creando una capa dura de acero mientras el núcleo permanecía blando.

El hierro dulce se fundía con carbón en crisoles de arcilla refractaria, obteniendo un acero de alta calidad, usado en herramientas como tijeras.

Ideado por Henry Bessemer, revolucionó la industria del acero al producirlo en grandes cantidades y a bajo costo. Consiste en inyectar aire comprimido a través del arrabio en un convertidor Bessemer. El oxígeno oxida el carbono y otras impurezas, elevando la temperatura y permitiendo la eliminación del exceso de carbono. El resultado es un acero refinado que se ajusta añadiendo ferromanganeso. Sin embargo, el proceso no elimina el fósforo, lo que se soluciona con el convertidor Thomas, revestido de material básico como la dolomita.

Utiliza un horno de reverbero donde las llamas calientan la carga metálica indirectamente. Es más lento que el proceso Bessemer (10 horas) pero permite usar chatarra de hierro y ajustar con precisión la composición del acero, obteniendo un producto de alta calidad.

Estos métodos modernos permiten obtener aceros muy puros. Existen dos tipos principales:

• Horno de arco eléctrico: Genera calor mediante arcos eléctricos entre electrodos y la carga metálica.
• Horno de inducción: Utiliza corrientes electromagnéticas para fundir el metal.

Los aceros se clasifican principalmente según su contenido de carbono y otras aleaciones:

• Acero extradulce: Menos de 0,15% de carbono. Es muy maleable, utilizado en clavos y tornillos.
• Acero dulce: 0,15% a 0,30% de carbono. Se emplea en estructuras livianas y alambres.
• Acero duro: 0,45% a 0,65% de carbono. Tiene mayor dureza y se usa en herramientas y rieles.
• Acero extraduro: Más del 0,65% de carbono. Se utiliza en resortes y cables de acero.

Además del carbono, los elementos de aleación como el cromo, níquel, molibdeno y vanadio modifican las propiedades del acero, otorgándole mayor resistencia, dureza y durabilidad.

1. Aceros al Cromo: Resisten la corrosión. Ejemplo: acero inoxidable con 13% de cromo.
2. Aceros al Cromo-Níquel: Resisten altas temperaturas y ambientes corrosivos.
3. Aceros Rápidos: Mantienen su dureza a elevadas temperaturas, ideales para herramientas cortantes.
4. Aceros al Vanadio: Utilizados en piezas de automóviles por su resistencia.

El acero refinado se vierte en lingoteras donde se enfría y solidifica en lingotes de hasta dos metros. Estos lingotes se envían a laminadoras donde se comprimen y alargan, adoptando diversas formas como barras en I, L, T, U o perfiles redondos y hexagonales. De un lingote puede obtenerse un carril de hasta 50 metros de largo.

A mediados del siglo XX, se predijo la disminución de la importancia del acero debido a la aparición de plásticos y aleaciones ligeras como el aluminio. Sin embargo, el acero ha mantenido su relevancia por las siguientes razones:

1. Propiedades mecánicas: Alta resistencia, dureza y tenacidad.
2. Disponibilidad y costo: Es abundante y económicamente viable.
3. Reciclabilidad: El acero es altamente reciclable, lo que reduce su impacto ambiental.
4. Versatilidad: Es utilizado en construcción, automoción, maquinaria, infraestructura y electrodomésticos.

La metalurgia utiliza diversos tipos de hornos para fundir metales y realizar tratamientos térmicos:

• Hornos de reverbero: Las llamas calientan el metal indirectamente.
• Hornos de mufla: El material no entra en contacto con el combustible, ideal para procesos como la refinación de plata.
• Hornos de arco eléctrico: Utilizan arcos eléctricos para alcanzar altas temperaturas.
• Hornos eléctricos de resistencia: Generan calor por resistencia eléctrica.
• Hornos de inducción: Calientan el material mediante inducción electromagnética.

Las aleaciones mejoran las propiedades de los metales puros. Por ejemplo:

• Bronce: Cobre y estaño, fuerte y duro.
• Latón: Cobre y zinc, utilizado en instrumentos y tuberías.
• Cuproníquel: Cobre y níquel, empleado en monedas.
• Acero inoxidable: Hierro, cromo y níquel, resistente a la corrosión.

Las aleaciones se obtienen fundiendo y mezclando los metales en estado líquido. Algunas aleaciones importantes son:

• Ferrosas: Aceros especiales, inoxidables y hierro colado.
• No ferrosas: Aleaciones de aluminio, magnesio, titanio, bronce y latón.

Términos destacados :

1. Acero (Steel)
2. Acero inoxidable (Stainless Steel)
3. Aleaciones (Alloys)
4. Aleación de aluminio (Aluminum Alloy)
5. Aleación de magnesio (Magnesium Alloy)
6. Aleación intermetálica (Intermetallic Alloy)
7. Arco eléctrico (Electric Arc)
8. Arrabio (Pig Iron)
9. Bronce (Bronze)
10. Carbono (Carbon)
11. Carril (Rail)
12. Cementación (Cementation)
13. Chatarra (Scrap Metal)
14. Convertidor Bessemer (Bessemer Converter)
15. Corrientes de Foucault (Eddy Currents)
16. Crisol (Crucible)
17. Cromo (Chromium)
18. Cuproníquel (Cupronickel)
19. Descarburación (Decarburization)
20. Dolomita (Dolomite)
21. Dureza (Hardness)
22. Electrodos (Electrodes)
23. Escoria (Slag)
24. Escoria Thomas (Thomas Slag)
25. Fósforo (Phosphorus)
26. Fundentes (Fluxes)
27. Fusión (Melting)
28. Hierro colado (Cast Iron)
29. Hogar abierto (Open Hearth)
30. Horno de arco eléctrico (Electric Arc Furnace)
31. Horno de inducción (Induction Furnace)
32. Horno de mufla (Muffle Furnace)
33. Industria automotriz (Automotive Industry)
34. Infraestructura (Infrastructure)
35. Laminadora (Rolling Mill)
36. Latón (Brass)
37. Lingotera (Ingot Mold)
38. Maleabilidad (Malleability)
39. Materiales dúctiles (Ductile Materials)
40. Metalurgia (Metallurgy)
41. Molibdeno (Molybdenum)
42. Níquel (Nickel)
43. Oxidación (Oxidation)
44. Propiedades mecánicas (Mechanical Properties)
45. Reciclabilidad (Recyclability)
46. Reducción de minerales (Ore Reduction)
47. Refractario (Refractory)
48. Resistencia a la corrosión (Corrosion Resistance)
49. Resistencia a la tracción (Tensile Strength)
50. Retorta (Retort)
51. Solidificación (Solidification)
52. Temperatura elevada (High Temperature)
53. Tenacidad (Toughness)
54. Tratamientos térmicos (Heat Treatments)
55. Vanadio (Vanadium)

Conclusión

La metalurgia y la industria del acero han sido pilares fundamentales del desarrollo industrial. Gracias a los avances tecnológicos, el acero sigue siendo un material clave, adaptable a las necesidades actuales por su reciclabilidad, bajo costo y propiedades mecánicas excepcionales. La combinación de tratamientos térmicos y elementos de aleación permite obtener aceros con características específicas, asegurando su uso en una amplia gama de aplicaciones industriales y tecnológicas.