Historia de la Fabricación del acero

Los conocimientos sobre el hierro se pueden situar alrededor del año 1500 AC, edad de hierro. Se cree que la fuente de hierro eran los meteoritos (esta etapa pertenece al período neolítico y se la conoce como edad temprana del acero, donde se trabajaba fundamentalmente el cobre por su maleabilidad) debido a que poseen un hierro muy puro, el material era lo suficientemente maleable para ser trabajado dándole la forma de los utensilios, fabricación de elementos de caza y defensa. Deberíamos aclarar algunos términos:

Llamamos hierro al elemento puro que se encuentra en la tabla periódica utilizada en química. Es un metal que posee brillo metálico, de color grisáceo, siendo sus propiedades mecánicas pobres, es decir es blando para utilizarlo en los actuales procesos de fabricación.

Si le adicionamos otro elemento de la tabla periódica como el carbono obtenemos una aleación, una mezcla de elementos, para formar un material con mejores propiedades mecánicas, llamado acero, que técnicamente es una solución sólida de carbono en hierro (alfa) con un contenido de carbono menor al 2 %. Si el contenido de carbono es mayor al 2 % obtenemos las llamadas fundiciones de hierro, que poseen un punto de fusión menor al del acero, y con propiedades mecánicas inferiores, es decir tienen menos resistencia a los esfuerzos, pero como contrapartida poseen buenas propiedades térmicas (debido a esto se las usa para la fabricación de campanas de freno, discos de frenos, block de automóviles, de la industria automotriz entre otras cosas).

Se dio un gran salto cuantitativo en la fabricación del acero en el período Romano debido a las necesidades civiles y fundamentalmente militares (en excavaciones se encontraron grandes cantidades de escorias, que es un subproducto derivado de la fabricación del acero).

El proceso de fabricación del hierro pasó por varias etapas hasta alcanzar los conocimientos ó el desarrollo de la era actual, siendo con la revolución industrial ( 1720 a 1850) donde se alcanza un salto cualitativo en su fabricación ya que se cambió el combustible, carbón mineral por el coke (sub producto de la destilación del petróleo) con lo cual se lograron mayores temperaturas, se mejoraron la eficiencia de los hornos debido al gran avance que hubo sobre los refractarios (material que aísla el calor en los hornos y mejora su rendimiento térmico) y fundamentalmente se modificó el proceso de fabricación ya que hasta esa época se partía de fundición de hierro, que posee un menor punto de fusión con respecto al acero (con alto carbono, silicio e impurezas), calentándoselo en una fragua (en estado sólido) para oxidarlo y así bajar el contenido de carbono para que se asemeje a un acero, luego se lo golpea (forja). Al forjarlo salta la cascarilla (que es el hierro oxidado) dejando la superficie del metal decarburada (se elimina el carbono superficial asemejándolo al acero), se lo dobla y calienta una y otra vez. Este proceso fue famoso en Toledo (España) y se lo conoció como forja catalana, siendo utilizado para la fabricación de espadas.

En 1783 (Onion) desarrolla un horno (el horno de Onion) para producir hierro pudelado, el cual partía de fundición blanca en estado líquida, le insuflaba aire frío (con lo cual oxidaba el metal, eliminando el carbono) y luego lo forjaba con un martillo.

Entre los años 1850 a 1880 se fabricaron cantidades importantes de acero pudelado. Este proceso tenía un inconveniente que no podían controlar el contenido de carbono. En 1898 se clasificaba al hierro pudelado en 3 grados a saber:

- Grado A: con contenido de carbono entre 0,9 % a 0,75%.
- Grado B: con contenido de carbono entre 0,75% a 0,65%.
- Grado C: con contenido de carbono menor que 0,6%.

Llegándose a pagar un bono extra a los aceristas que obtenían hierros en grados A y B.
En la segunda mitad del siglo 19 y la primera mitad del siglo 20 se puede destacar las contribuciones de Bessemer, Siemens, y Thomas en la fabricación del acero de bajo carbono (mild steel).

En Inglaterra por los años 1860 existían alrededor de 3400 hornos de pudelado, los que fabricaban 1,6 T/día de hierro en proceso discontinuo (batches) de 6 a 7 cargas de 250 kg, siendo el responsable de la mitad de la producción mundial de hierro pudelado.
El aporte de Siemens fue el de trabajar con la eficiencia del combustible, adoptando este proceso prontamente en Sheffield, pero en las otras acerías se siguió con el antiguo proceso.

En Francia los hermanos Martins funden y deforman el acero en hornos de solera abierta, dando el certificado de defunción del proceso de hierro pudelado.
En Inglaterra Bessemer y Kelly en USA. Utilizan el soplado de aire a la fundición para reducir el contenido de carbono, naciendo el primer convertidor al oxígeno en Londres en 1856 produciendo 5 T/hora contra 250 Kg cada dos hora del horno de pudelado, pero el proceso de soplado tenía dificultades técnicas ya que al soplar se producen reacciones exotérmicas por el consumo del carbono y de las impurezas elevando la temperatura (sin fuente externa ) hasta los 1600° C, donde el fósforo podía revertirse hacia el baño, cosa que no ocurría con el horno de pudelado debido a que las temperaturas son menores.

El proceso Siemens fue más adaptable que el Bessemer, debido a su versatilidad, ya que podía partir de scrap, hierro pudelado ó refundir aceros. Pero tenía el inconveniente que no podía hacer acero de buena calidad si partía de fundición, ó arrabio de alto fósforo, cosa que sí se podía hacer con el Bessemer.

En 1873 se producía 500.000 Toneladas por el proceso Bessemer contra 77.500 Toneladas por el Siemens. Fue Thomas en 1870 quien se propuso estudiar el problema de la neutralización del P2O5 (ácido) y la escoria básica y fue hacia 1877- 1878 que llevó a cabo experimentos en acerías con revestimiento básicos y utilizando fluxes básicos, pudiendo remover el P2O5.

El reemplazo del hierro trabajado ó pudelado por el hierro Siemens ó Bessemer llevó unos años ya que el proceso Bessemer tuvo mala reputación desde el vamos (uso de revestimiento ácido, y no se podía controlar la química del proceso por falta de metalurgista) y porque ambos procesos tenían dificultades en la soldadura por recalque (proceso utilizado por más de 1500 años) debido a que se obtenía un metal más limpio (sin escoria ó arena pegada, siendo estas de fundamental importancia para evitar la oxidación superficial). Este problema se fue sobrellevando y hacia 1879 se construyeron cuatro puentes con aceros obtenido por el proceso Siemens, llegando en 1890 a usarse 54.000 Toneladas de acero (obtenido por el proceso Siemens), en la construcción de La Torre Eiffel que se terminó de construir en 1889 usando dicho material.

Luego de la segunda Guerra Mundial se desarrolló la colada continua de aceros. La primera vertical es de 1964 (Inglaterra) y en ese año se desarrolló la 1° curvada (concast) en Alemania. Siendo el proceso de fabricación más utilizado en la actualidad para fabricar chapa, redondos, etc.

Referencias:
• History of metallurgy ( 1976). P. F. Tylecote. The metals Society. London Metals Handbook. Vol 15. ASM.1988

Ing: Jorge Grau
jorgeegrau@yahoo.com.ar