Resumen de Proceso de fabricación del acero de Equipo de Héctor Vazquez y Armando Zepeda

Proceso de fabricación del acero

El acero se puede obtener a partir de dos materias primas fundamentales: 

•         El arrabio, obtenido a partir de mineral en instalaciones dotadas de alto horno (proceso integral)

• Las chatarras tanto férricas como inoxidables,

Los procesos en horno de arco eléctrico pueden usar casi un 100% de chatarra metálica, aun así, la media de las estadísticas actuales calcula que el 85% de las materias primas utilizadas en los hornos de arco eléctrico son chatarra metálica. Las estimaciones del porcentaje mundial de industrias que utilizan el convertidor con oxígeno en 1995 eran del 59% y de un 33% para las que utilizaban horno de arco. Las aleaciones de acero se realizan generalmente a través del horno de arco eléctrico, incluyendo el acero inoxidable. En algunos tipos de acero inoxidable se añade a su composición molibdeno, titanio, niobio u otro elemento con el fin de conferir a los aceros distintas propiedades.

La calidad de la chatarra depende de tres factores: 

·         Su facilidad para ser cargada en el horno - Su comportamiento de fusión (densidad de la chatarra, tamaño, espesor, forma) 

·         Su composición, siendo fundamental la presencia de elementos residuales que sean difíciles de eliminar en el proceso del horno 

Atendiendo a su procedencia, la chatarra se puede clasificar en tres grandes grupos:

·         Chatarra reciclada

·         Chatarra de transformación

·         Chatarra de recuperación               

Fabricación en horno eléctrico

El horno eléctrico consiste en un gran recipiente cilíndrico de chapa gruesa (15 a 30 mm de espesor) forrado de material refractario que forma la solera y alberga el baño de acero líquido y escoria. El resto del horno está formado por paneles refrigerados por agua.  La bóveda está dotada de una serie de orificios por los que se introducen los electrodos, generalmente tres, que son gruesas barras de grafito de hasta 700 mm de diámetro.
Los electrodos están conectados a un transformador que proporciona unas condiciones de voltaje e intensidad adecuadas para hacer saltar el arco. Otro orificio practicado en la bóveda permite la captación de los gases de combustión, que son depurados convenientemente para evitar contaminar la atmósfera.

Fase de fusión

Una vez introducida la chatarra en el horno y los agentes reactivos y escorificantés (principalmente cal) se desplaza la bóveda hasta cerrar el horno y se bajan los electrodos hasta la distancia apropiada.

Fase de afino

 El afino se lleva a cabo en dos etapas. La primera en el propio horno y la segunda en un horno cuchara. En el primer afino se analiza la composición del baño fundido y se procede a la eliminación de impurezas y elementos indeseables

La colada continúa

La colada continua es un procedimiento siderúrgico en el que el acero se vierte directamente en un molde de fondo desplazable, cuya sección transversal tiene la forma geométrica del semiproducto que se desea fabricar.

La laminación 

De forma simple, podríamos describir la laminación como un proceso en el que se hace pasar al semiproducto (palanquilla) entre dos rodillos o cilindros, que giran a la misma velocidad y en sentidos contrarios, reduciendo su sección transversal gracias a la presión ejercida por éstos. De ahí que la laminación en caliente se realice a temperaturas comprendidas entre 1.250ºC, al inicio del proceso, y 800ºC al final del mismo.  La laminación sólo permite obtener productos de sección constante, como es el caso de las barras corrugadas.  Generalmente estos hornos son de gas y en ellos se distinguen tres zonas: de precalentamiento, de calentamiento y de homogeneización. La atmósfera en el interior del horno es oxidante, con el fin de reducir al máximo la formación de cascarilla.

El tren de laminación se divide en tres partes: 

·         Tren de desbaste

·         Tren intermedio

·         Tren acabador

Las barras ya laminadas se depositan en una gran placa o lecho de enfriamiento. De ahí, son trasladadas a las líneas de corte a medida y empaquetado y posteriormente pasan a la zona de almacenamiento y expedición.  En el caso de la laminación de rollos, éstos salen del tren acabador en forma de espira, siendo transportados por una cinta enfriadora, desde la que las espiras van siendo depositadas en un huso, donde se compacta y se ata para su expedición, o bien se lleva a una zona de encarretado, dónde se forman bobinas en carrete. 
Durante la laminación se controlan los distintos parámetros que determinarán la calidad del producto final: la temperatura inicial de las palanquillas, el grado de deformación de cada pasada.

Flujos de materia del proceso de fabricación del acero 

Para producir una tonelada de acero virgen se necesitan 1500kg de ganga de hierro, 225kg de piedra caliza y 750kg de carbón (en forma de coque). Las reacciones químicas que se producen durante el proceso de fabricación del acero requieren temperaturas superiores a los 1000ºC para poder eliminar las sustancias perjudiciales, bien en forma gaseosa o bien trasladándolas del baño a la escoria

Principales reacciones químicas en el afín

Por cada tonelada de bloque de acero fabricado se generan: 145kg de escoria, 230kg de escoria granulada, aproximadamente 150 000 litros de agua residual y alrededor de 2 toneladas de emisiones gaseosas (incluyendo CO2, óxidos sulfurosos y óxidos de nitrógeno.
Los valores del desglose de las emisiones gaseosas de la tabla 5.2 han sido obtenidos a partir de las estadísticas de emisiones de la industria de hierro y acero del Reino Unido en el año 1997 y la producción de acero de dicha industria ese año (datos publicados por el gobierno del Reino Unido y actualizados según los factores de conversión indicados por el mismo).  

El reciclado de los materiales de construcción

El porcentaje de este tipo de residuos que actualmente  son reutilizados o reciclados en España es inferior al 5%, muy lejos de países como Holanda (90%), Bélgica (87%), Dinamarca (81%) o del Reino Unido (45%). 

Opciones de reciclado del acero.

Al ser un material de alta intensidad energética, el acero tiene un alto potencial para ser reciclado. El acero, se puede reciclar técnicamente un número indefinido de veces, casi sin degradación en la calidad.  Aun así, la oxidación reduce la cantidad de material no oxidado.
Mientras que prácticamente el 100% de los desechos de acero podrían ser re-introducidos en la industria, el porcentaje de acero reciclado se estima del 46%. Considerando la relativa facilidad con la que el acero puede ser reciclado y las ventajas obtenidas cuando se utiliza acero reciclado (requiere cuatro veces más energía producir acero de mineral virgen que reciclarlo. La naturaleza magnética de los metales férricos facilita la separación y manejo durante el reciclado.  
Además, la escoria generada en el proceso de producción del acero, también puede ser reciclada, y se usa actualmente como sustituto de cemento o áridos en la construcción de carreteras y muros. Esta utilización es enormemente beneficiosa debido, por un lado, a la significativa reducción en la emisión de dióxido de carbono que de otra forma seria generado debido a la calcinación del mineral calcáreo, y por otro lado, a la reducción de escoria residual.
Se estima que la creación de una tonelada de escoria (durante la producción de 3,5 toneladas de metal fundido) ahorra entre 3 y 5 GJ de energía y puede evitar la cocción de 1000 kg de calcárea, que tiene el potencial de generar entre 900 y 1200 kg de dióxido de carbono.