El Acero

Introducción:

El acero es un material importante para la fabricación de muchos materiales de construcción como por ejemplo en la fabricación de varillas de distintos diámetros que son usados para la elaboración de columnas y vigas.

El acero es una aleación de hierro y carbono que se produce en un proceso de dos fases. En la primera fase el mineral de hierro es reducido o fundido con coque y piedra caliza, produciendo hierro fundido que es moldeado como arrabio o conducido a la siguiente fase como hierro fundido. La segunda fase, la de acería, tiene por objetivo reducir el alto contenido de carbono introducido al fundir el mineral y eliminar las impurezas tales como azufre y fósforo, al mismo tiempo que algunos elementos como manganeso, níquel, cromo o vanadio son añadidos en forma de ferro-aleaciones para producir el tipo de acero demandado.
En las instalaciones de colado y laminación se convierte el acero bruto fundido en lingotes o en laminados; desbastes cuadrados (también llamados arrabios) o planos (también llamados flog ) y posteriormente en perfiles o chapas, laminadas en caliente o en frío.
¿Cómo se fabrica el acero?

Para empezar, el acero que conocemos es solo un acabado del acero bruto también llamado arrabio (producto semi acabado) el cual es tratado para producir acabados para distintos usos y de distintas calidades.
Producción De Arrabio:
Los materiales básicos empleados para fabricar arrabio son mineral de hierro, coque y caliza. El coque se quema como combustible para calentar el horno, y al arder libera monóxido de carbono, que se combina con los óxidos del miela del hierro y los reduce a hierro metálico. La ecuación de la reacción química fundamental de un alto horno es:
Fe2O3 + 3CO → 3CO2 + 2Fe
La caliza de la carga del horno se emplea como fuente adicional de monóxido de carbono y como sustancia fundente. Este material se combina con la sílice presente en el mineral (que no se funde a las temperaturas del horno) para formar silicato de calcio, de menor punto de fusión. Sin la caliza se formaría silicato de hierro, con lo que se perdería hierro metálico. El silicato de calcio y otras impurezas forman una escoria que flota sobre el metal fundido en la parte inferior del horno. El arrabio producido en los altos hornos tiene la siguiente composición: un 92% de hierro, un 3 o 4% de carbono, entre 0,5 y 3% de silicio, del 0,25% al 2,5% de manganeso, del 0,4 al 2% de fósforo y algunas partículas de azufre.
Un alto horno típico está formado por una cápsula cilíndrica de acero forrada con un material no metálico y resistente al calor, como asbesto o ladrillos refractarios. El diámetro de la cápsula disminuye hacia arriba y hacia abajo, y es máximo en un punto situado aproximadamente a una cuarta parte de su altura total. La parte inferior del horno está dotada de varias aberturas tubulares llamadas toberas, por donde se fuerza el paso del aire. Cerca del fondo se encuentra un orificio por el que fluye el arrabio cuando se vacía el alto horno. Encima de ese orificio, pero debajo de las toberas, hay otro agujero para retirar la escoria. La parte superior del horno, cuya altura es de unos 30 m, contiene respiraderos para los gases de escape, y un par de tolvas redondas, cerradas por válvulas en forma de campana, por las que se introduce la carga en el horno. Los materiales se llevan hasta las tolvas en pequeñas vagonetas o cucharas que se suben por un elevador inclinado situado en el exterior del horno.
Los altos hornos funcionan de forma continua. La materia prima que se va a introducir en el horno se divide en un determinado número de pequeñas cargas que se introducen a intervalos de entre 10 y 15 minutos. La escoria que flota sobre el material fundido se retira una vez cada dos horas, y el hierro se vacía cinco veces al día.
El aire insuflado en el alto horno se precalienta a una temperatura comprendida entre los 550 y los 900 ºC. El calentamiento se realiza en las llamadas estufas, cilindros con estructuras de ladrillo refractario. El ladrillo se calienta durante varias horas quemando gas de alto horno, que son los gases de escape que salen de la parte superior del horno. Después se apaga la llama y se hace pasar el aire a presión por la estufa. El peso del aire empleado en un alto horno supera al peso total de las demás materias primas.
El proceso de vaciado consiste en retirar a golpes un tapón de arcilla del orificio del hierro cercano al fondo del horno y dejar que el metal fundido fluya por un canal cubierto de arcilla para que luego caiga a un deposito metálico forrado del ladrillo, que puede ser una cuchara o una vagoneta capaz de contener hasta 100 toneladas de metal. Cualquier escoria o sobrante que salga del horno junto con el metal se elimina antes de llegar al recipiente. A continuación, el contenedor lleno de arrabio se transporta a la fábrica siderúrgica.
Productos acabados:

Algunos reciben un tratamiento térmico, conocido como "laminado en caliente”. Más de la mitad de las chapas finas laminadas en caliente vuelven a ser laminadas a temperaturas ambientes (proceso conocido como "laminado en frío"). Posteriormente pueden ser recubiertas con un material protector anticorrosión.
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Este es uno de los procesos mas comunes para producir acero:

1- Sinterización:
La planta de sinterización es donde se prepara el mineral de hierro: Se machaca el mineral de hierro y se calibra en granos que se "sinterizan", o se aglomeran. A continuación el mineral de hierro sinterizado se machaca y se introduce, por capas alternativas, con coque en el alto horno. Coque es el residuo sólido de carbón rico en carbono destilado y es extremadamente combustible

2- Alto horno:
El alto horno es donde el hierro se extrae del mineral de hierro. El mineral sólido y el coque se introducen en el horno desde arriba, mientras que una corriente de aire muy caliente (1.200° C) que proviene de abajo causa la combustión del coque, que prácticamente está compuesto por puro carbón. Se obtiene monóxido de carbono, que "reduce" el óxido de hierro al eliminar el oxígeno, y separa así el hierro. El calor creado por la combustión hace fundir el hierro y la ganga (agregado de componentes en un mineral) en un líquido. La ganga, que es más ligera, flota en la superficie del hierro fundido, llamado "arrabio". La escoria, que es el residuo creado por la ganga fundida, puede utilizarse en otras aplicaciones industriales, por ejemplo para la construcción de carreteras o la producción de cemento.

3- Horno de coque:

El coque es una sustancia combustible obtenida por la destilación en seco (gasificación de los componentes indeseables) de carbón en un horno de coque. El coque es prácticamente carbón puro, con una estructura porosa y una gran resistencia al machacado. Al arder en el alto horno, proporciona el calor y los gases necesarios para hacer fundir y reducir el mineral de hierro.

4- Convertidor:

El convertidor de oxígeno es donde el arrabio se convierte en acero. El arrabio fundido se vierte sobre una capa de chatarra férrea. Las sustancias indeseables, como carbón y residuos, se queman mediante inyecciones de oxígeno puro, para producir acero bruto. El residuo, o escoria, se retira de la superficie. Este acero bruto, así llamado porque todavía ha de recibir una etapa de afinado, se vierte en una cuchara de colada.

5- Horno de arco eléctrico:
La materia prima que se introduce en el horno puede ser chatarra seleccionada sin tratar (piezas de máquinas viejas, por ejemplo), o puede ser entregada como chatarra seleccionada, machacada y calibrada con un contenido mínimo en hierro del 92%. La chatarra se funde en un horno de arco eléctrico. Se consigue así el ACERO LÍQUIDO, que recibe entonces los mismos procesos de refinado y de mejora de la calidad que el arrabio. La chatarra está formada por envases en acero desechados, materiales de construcción, piezas de máquinas y vehículos o arrabio chatarra y acero recuperado de los procesos de fabricación del acero o de los procesadores de acero. Las materias primas deben ser cuidadosamente seleccionadas para cada calidad de acero. La selección depende del tipo de "impurezas" que pueda contener cualquier metal o mineral de la chatarra. Horno de arco eléctrico El proceso de fundición está accionado por potentes arcos eléctricos que "saltan" entre los electrodos y la materia prima en el horno. El residuo, o escoria, se recupera del horno. El producto final es acero fundido, que se transporta entonces al horno de la cuchara de colada y unidad de mejoramiento de la calidad.

6- Unidad de Afinado (descarburación) e inclusión de aditivos químicos:
Estas dos operaciones ocurren en un contenedor cerrado al vacío. El acero se hace girar entre la cuchara de afinado y el contenedor mediante argón, un gas neutro. Este proceso permite un ajuste de gran precisión de la composición química del acero para producir calidades específicas de acero.

7- Colada continua:

Se ve aquí la escoria que está siendo colada. El acero fundido se vierte continuamente en un molde sin fondo. A medida que es estirado, el acero entra en contacto con la superficie interior del molde, enfriada por agua, y empieza a solidificarse. Se estira entonces hacia abajo el metal colado, guíandolo mediante una serie de rodillos, mientra continúa a enfriarse. Cuando llega al final del proceso, el acero está completamente solidificado y se corta inmediatamente a las longitudes requeridas.

8- Tren laminador:

Transformación de los formatos en productos acabados: Aquí, un desbaste colado está siendo convertido en una chapa fina. El desbaste se recalienta primero en un horno. Se vuelve así más maleable, lo que facilita los procesos de trefilado y conformado. A continuación el formato pasa a través de los cilindros de la unidad para "reducirlo", o hacerlo progresivamente más delgado.


Metodos De Refinado De Hierro:
Aunque casi todo el hierro y acero que se fabrica en todo el mundo se obtienen a partir de arrabio producido en altos hornos, hay otros métodos de refinado del hierro que se han practicado de forma limitada. Uno de ellos es el denominado método directo para fabricar hierro y acero a partir del mineral, sin producir arrabio. En este proceso se mezclan mineral de hierro y coque en un horno de calcinación rotatorio y se calientan a una temperatura de unos 950 ºC. el coque caliente desprende monóxido de carbono, igual que en un alto horno, y reduce los óxidos del mineral a hierro metálico. Sin embargo, no tienen lugar las reacciones secundarias que ocurren un alto horno, y el horno de calcinación produce la llamada esponja de hierro, de mucha mayor pureza que el arrabio. También puede producirse hierro prácticamente puro mediante electrólisis, haciendo pasar una corriente eléctrica a través de una disolución de cloruro de hierro(II). Ni el proceso directo ni el electrolítico tienen importancia comercial significativa.
Acabados del acero:
Tubos:
Los tubos más baratos se forman doblando una tira plana de acero caliente en forma cilíndrica y soldando los bordes para cerrar el tubo. En los tubos más pequeños, los bordes de la tira suelen superponerse y se pasan entre un par de rodillos curvados según el diámetro externo del tubo. La presión de los rodillos es suficiente para soldar los bordes. Los tubos sin soldaduras se fabrican a partir de barras sólidas haciéndolas pasar entre un par de rodillos inclinados entre los que está situada una barra metálica con punta, llamada mandril, que perfora las barras y forma el interior del tubo mientras los rodillos forman el exterior.
Hojalata:
El producto del acero recubierto más importante es la hojalata estañada que se emplea para la fabricación de latas y envases. El material de las latas contiene más de un 99% de acero. En algunas instalaciones, las láminas de acero se pasan por un baño de estaño fundido (después de laminarlas primero en caliente y luego en frío) para estañarlas. El método de recubrimiento más común es el proceso electrolítico. La chapa de acero se desenrolla poco a poco de la bobina y se le aplica una solución química. Al mismo tiempo se hace pasar una corriente eléctrica a través de un trozo de estaño puro situado en esa misma solución, lo que el estaño se disuelva poco a poco y se deposite en el acero. Con este sistema, medio kilogramo de estaño basta para recubrir 20 metros cuadrados de acero. En la hojalata delgada, la chapa recibe un segundo laminado en frío antes de recubrirla de estaño, lo que aumenta la resistencia de la chapa además de su delgadez. Las latas hechas de hojalata delgada tienen una resistencia similar a las ordinarias, pero contienen menos acero, con lo que reduce su peso y coste. También pueden fabricarse envases ligeros adhiriendo una delgadísima lámina de acero estañado sobre papel o cartón.
Otros procesos de fabricación de acero son la forja, la fundición y el uso de troqueles.
Hierro forjado:
El proceso antiguo para fabricar la aleación resistente y maleable conocida como hierro forjado se diferencia con claridad de otras formas de fabricación de acero. Debido a que el proceso, conocido como pudelización, exigía un mayor trabajo manual, era imposible producir hierro forjado en grandes cantidades. El desarrollo de nuevos sistemas con convertidores Bessemer y hornos de crisol abierto permitieron producir un volumen mayor de hierro forjado.
Clasificación Del Acero:
Los diferentes tipos de acero se agrupan en cinco clases principales: aceros al carbono, aceros aleados, aceros de baja aleación ultra resistentes, aceros inoxidables y aceros de herramientas.
 Aceros al carbono:
Más del 90% de todos los aceros son aceros al carbono. Estos aceros contienen diversas cantidades de carbono y menos del 1,65% de manganeso, el 0,6% de silicio y el 0,6% de cobre. Entre los productos fabricados con aceros al carbono figuran máquinas, carrocerías de automóvil, la mayor parte de las estructuras de construcción de acero, cascos de buques y horquillas o pasadores para el pelo.
 Aceros aleados:
Estos aceros contienen una proporción determinada de vanadio, molibdeno y otros elementos, además de cantidades mayores de manganeso, silicio y cobre que los aceros al carbono normales. Estos aceros se emplean, por ejemplo, para fabricar engranajes y ejes de motores, patines o cuchillos de corte.
 Aceros de baja aleación ultra resistentes:
Esta familia es la más reciente de las cinco grandes clases de acero. Los aceros de baja aleación son más baratos que los aceros aleados convencionales ya que contienen cantidades menores de los costosos elementos de aleación. Sin embargo, reciben un tratamiento especial que les da una resistencia mucho mayor que la del acero al carbono. Por ejemplo, los vagones de mercancías fabricados con aceros de baja aleación pueden transportar cargas más grandes porque sus paredes son más delgadas que lo que sería necesario en cada caso de emplear acero al carbono. Además, como los vagones de acero de baja aleación pesan menos, las cargas pueden ser más pesadas. En la actualidad se construyen muchos edificios con estructuras de aceros de baja aleación. Las vigas pueden ser más delgadas sin disminuir su resistencia, logrando un mayor espacio interior en los edificios
 Aceros inoxidables:
Los aceros inoxidables contienen cromo, níquel y otros elementos de aleación, que los mantienen brillantes y resistentes a la herrumbre y oxidación a pesar de la acción de la humedad o de ácidos y gases corrosivos. Algunos aceros inoxidables son muy duros; otros son muy resistentes y mantienen esa resistencia durante largos periodos a temperaturas extremas. Debido a sus superficies brillantes, en arquitectura se emplean muchas veces con fines decorativos. El acero inoxidable se utiliza para las tuberías y tanques de refinerías de petróleo o plantas químicas, para los fuselajes de los aviones o para cápsulas espaciales. También se usa para fabricar instrumentos y equipos quirúrgicos, o para fijar o sustituir huesos rotos, ya que resisten a la acción de fluidos corporales. En cocinas y zonas de preparación de alimentos, los utensilios son a menudo de acero inoxidable, ya que no oscurezca los alimentos y puede limpiarse con facilidad.
 Aceros de herramientas:
Estos aceros se utilizan para fabricar muchos tipos de herramientas y cabezales de corte y modelado de máquinas empleadas en diversas operaciones de fabricación. Contiene volframio, molibdeno y otros elementos de aleación, que les proporciona mayor resistencia, dureza y durabilidad.
Conclusiones
Hemos descrito como es el acero, como es que se fabrica, como se clasifican los productos acabados y cual es el procedimiento para su obtención es por ello que determinamos que el mejor acero que podría ser utilizado para una construcción seria el aceros de baja aleación ultra resistentes debido a que presenta una mayor dureza que podría ser útil para la construcción de columnas y vigas

Bibliografía.
· http://www.mem.gob.pe/nuevo/pub/dgm/hierro1.htm.
· http://www.arcelor.com/index.php?lang=es&page=152
· http://es.wikipedia.org/wiki/Siderurgia#Producci.C3.B3n_del_acero
· http://www.arqhys.com/arquitectura/acero-historia.html