Fabricación de acero en 2023: de la minería a la pieza final para fabricación
Resulta casi imposible imaginar un mundo sin acero. Nuestras casas tienen acero en su estructura, y también los transportes que cogemos (coche, moto, tren, autobús, avión, barco…). La energía que usamos para hacer funcionar estos mismos transportes y los electrodomésticos e instalaciones de nuestras casas también dependen del acero: las plantas petroleras y gasísticas tienen […]
Última modificación: 28 octubre 2023
Resulta casi imposible imaginar un mundo sin acero. Nuestras casas tienen acero en su estructura, y también los transportes que cogemos (coche, moto, tren, autobús, avión, barco…). La energía que usamos para hacer funcionar estos mismos transportes y los electrodomésticos e instalaciones de nuestras casas también dependen del acero: las plantas petroleras y gasísticas tienen estructuras de acero, como también las turbinas eólicas o los paneles solares, entre otros.
De no disponer de acero de repente, el desarrollo tal como lo conocemos se pararía: las ciudades probablemente no tendrían la misma capacidad porque no podrían construir edificios igual de altos, ni ofrecerían las mismas comodidades en cuanto a transportes, mobiliario urbano, etc; el comercio, sustentado en el movimiento de personas y mercancías, se vería afectado por vehículos hechos con otros materiales más pesados, que harían que rindiesen menos; incluso nuestras necesidades básicas podrían verse afectadas, como calentarnos en invierno, cocinar, conservar los alimentos, entre otros, porque la energía podría escasear por la ausencia de acero en las estructuras que la transforman y la hacen llegar a hogares y empresas, y a su vez, electrodomésticos como las neveras o las cocinas también están hechos de acero. Y todo esto, por poner tan sólo algunos ejemplos.
La importancia de la fabricación de acero en el mundo actual
El mundo, por lo tanto, es altamente dependiente del acero. Según la asociación World Steel, en la Unión Europea, se estima que cada persona, de media, hace uso de 344 kilos de acero en productos acabados. Eso supone un reto en lo que concierne a la preservación del medio ambiente, porque la fabricación de acero, como parte importante de la metalurgia en general, tradicionalmente supone un consumo de energía y un volumen de emisiones de gases de efecto invernadero considerables. El reciclado de acero es un paso para hacer de esta actividad fundamental en la vida humana tal como la conocemos una actividad más sostenible, y avanzar hacia el cierre del círculo para que no haya residuos en un paso final que no se puedan recuperar.
Como explicamos en nuestro post dedicado precisamente al reciclado de acero, lo que elimina esta recuperación del acero usado para que no acabe en vertederos como residuo es la necesidad de extraer el mineral del hierro de las minas, que es una actividad con un elevado impacto medioambiental. Por eso, cuando hablemos en los siguientes apartados sobre la fabricación del acero, hay una parte que es común entre la que utiliza mineral del hierro virgen como materia prima y la que vuelve a fundir productos de acero reciclados. De hecho, un 30% del acero que se usa en la industria o más es reciclado, y se sigue produciendo acero de minerales vírgenes en parte porque todavía no se recicla todo el acero que podría reciclarse (aunque en la UE prácticamente un 90% de este material se recupera) pero también porque la chatarra de acero no cubre las necesidades totales de este metal en la industria.
Los 6 pasos principales de la fabricación de acero
El acero se fabrica con mineral de hierro, que es un compuesto de hierro, otros minerales presentes en la naturaleza y oxígeno. Los procesos que se usan para transformar estos materiales en acero son dos: los altos hornos y los hornos de arco eléctrico (proceso de reducción directa de hierro o DRI que describiremos más adelante), que han experimentado notables mejoras en los últimos años para reducir sus emisiones de gases de efecto invernadero. Los pasos principales en la fabricación del acero son:
1. Minería
La minería consiste en la exploración de nuevos depósitos de minerales y en la perforación del suelo en minas ya existentes para concretar el potencial. En este paso también se llevan a cabo proyecciones para planificar la extracción de recursos que ya se han identificado para sacar de forma óptima sus minerales. Este análisis de datos previo contribuye a reducir el impacto ambiental de la minería porque la hace más eficiente, interfiriendo sólo en los recursos necesarios. Además, el uso responsable del agua y la puesta en práctica de iniciativas de conservación para preservar la biodiversidad ayudan a mitigar el impacto ambiental.
Una vez se empieza la extracción del mineral, se suele perforar la roca y hacer explotar el material que contiene el mineral con explosivos. Luego se usa maquinaria pesada como excavadoras para recolectar el mineral resultante de la explosión. Esto se hace en el caso del hierro, en el caso del carbono, necesario para la posterior fabricación del acero, se suele acceder a pozos de mina verticales para acceder a este mineral depositado en capas o “costuras” bajo tierra. Este carbón luego se convertirá en coque metalúrgico.
El mineral que contiene el mineral del hierro se lleva en camiones que pueden cargar incluso 450 toneladas métricas (sus ruedas pueden tener diámetros de hasta 4 metros) a plantas de procesamiento cercanas.
En esas plantas de procesamiento, el material extraído de la mina se transforma en materia prima. El procesamiento implica triturar el material y luego concentrarlo, y esto puede ser mediante molienda, flotación o separación magnética, e incluso se puede ir más allá en el procesado y hacer pellets, como se hace con el plástico.
2. Procesado de minerales extraídos
Para fabricar el acero se necesitan dos materiales, que son el mineral del hierro y el carbón, aunque cada vez más, son tres, si le añadimos chatarra de acero del proceso de reciclado. Desde la planta de procesamiento, el material que contiene el mineral de hierro (que se deberá separar) y el carbón metalúrgico se suelen cargar en barcos para entregarlos, mediante grandes grúas desde la bodega, a enormes pilas, que se transportarán en trenes de mercancías a plantas siderúrgicas.
Las materias primas se apilan según su grado, es decir, según su composición química (que puede ser, por ejemplo, con bajo contenido en carbono, o con carbono, cromo y níquel, etc.). Pueden haber decenas de miles de grados de aceros distintos, y contínuamente se crean grados nuevos. Este apilamiento lo hacen máquinas de enormes dimensiones llamadas apiladoras-recuperadoras, que primero recogen las materias primas y luego las depositan en cintas transportadoras para luego ser depositadas según el grado.
Antes de calentar el acero en el alto horno, el procesado de materias primas implica convertir el carbón en coque. El coque es un residuo de la quema del carbón y tiene un papel dual en el proceso de fabricación de acero: por un lado, proporciona el calor necesario para derretir el mineral de hierro en el alto horno, y por otro, al quemarse toma el oxígeno del mineral de hierro, convirtiéndolo en hierro puro (ya que con oxígeno se oxidaría). El coque se produce al calentar el carbón en ausencia de oxígeno, hecho que elimina sus impurezas, y a su vez se generan subproductos que tradicionalmente se descartaban como residuos y actualmente se pueden aprovechar para hacer el proceso más sostenible: el gas se puede convertir en gas ciudad para reutilizarse en el calentamiento de los mismos hornos de coque, mientras que el alquitrán, azufre, amoníaco, naftaleno, benzoilo, etc., se pueden usar en industrias como la química. Una vez eliminadas las impurezas del carbón se obtiene el coque, que es un carbón poroso, muy puro.
El siguiente paso es la sinterización, que busca obtener un mineral de hierro óptimo para ser procesado en un alto horno. Este material, el sinterizado, resulta de la quema de una mezcla de polvo de mineral de hierro, fundentes y sustancias recicladas para crear una sustancia consistente de grano abierto. Luego se tritura, se enfría y se filtra para eliminar el polvo. Si se necesita el mineral de hierro en forma de gránulos, entonces el proceso termina aquí, y el mineral puede usarse para fabricar acero por el método de reducción directa de hierro (DRI)
3. Fabricación de hierro y acero en hornos
En este paso del proceso es donde entra en juego el alto horno que muchos tenemos en mente cuando hablamos de metalurgia. Allí deben fundirse los materiales para obtener hierro líquido. Sin embargo, también se puede usar el método de reducción directa de hierro, que prescinde del alto horno.
El método DRI no usa el material sinterizado que describíamos al final del párrafo anterior, sino que usa el mineral de hierro peletizado del que hablábamos en el paso de la planta de procesado tras la extracción. Sin embargo, este método tiene en común con el sinterizado que debe eliminarse el oxígeno mediante “reducción” en un horno DRI, que en vez de usar el coque como fuente de energía, usa gas natural, que algunas siderúrgicas extraen precisamente de la generación de coque en el método de fabricación con alto horno. El resultado de la reducción es hierro líquido que se traslada a un horno de arco eléctrico sobre transportadores.
En este paso entra en juego el acero reciclado, que como explicamos en el post sobre este tema puede reciclarse infinitamente. La chatarra de acero se suele fundir en un horno de arco eléctrico o EAF (del inglés Electrical Arc Furnace) o en un horno de oxígeno básico o BOF, que permite controlar mejor el calor. El horno de arco eléctrico se carga con chatarra de acero, que usa arcos eléctricos de alta potencia para derretirla, y también derrite el hierro de reducción directa en acero líquido. A ese hierro fundido se le inyecta oxígeno, lo que hace variar su contenido en carbono, y se le añade chatarra. De ahí se extrae el acero del recipiente del horno que probablemente todos evocamos cuando pensamos en este tipo de industria con una gran cuchara, listo para su fundición, y se eliminan residuos que pueden resultar valiosos si se introducen de nuevo en el círculo de la economía (o no se dejan salir, mejor dicho), por ejemplo, en forma de gases para generar energía. En estos hornos se puede ajustar la composición química de la masa para lograr el grado de acero requerido. En otro post hablamos de grados muy usados en la industria, como el 304 y el 316.
4. Fundición y laminación
Hemos extraído el acero de un horno en estado líquido, y se lleva a la colada continua en una cuchara. La colada continua es un sistema que consiste en vaciar el acero (u otro material) en recipientes para que se solidifique de forma uniforme: el camino vertical que sigue i el molde van haciéndose gradualmente más horizontales a medida que el metal se enfría, vovliéndose una losa continua de acero, sólido pero al rojo vivo. Esta misma losa se corta a medida en productos semiacabados que se pueden llamar tochos o losas.
Estos tochos o losas se vuelven a calentar a más de 1.000°C, es decir, por encima de la temperatura de recristalización, de manera que se forma más fácilmente: se le elimina la cascarilla y se enfría antes de laminarlo en caliente para crear productos largos como secciones, tubos, alambres, etc. En el caso de productos de acero con dimensiones más precisas y mejores acabados superficiales (paneles de carrocería para coches, componentes de motor, latas de bebidas, etc.), se procede a la laminación en frío. Esta laminación logra mediante un ácido calentado eliminar incrustaciones que se forman en la laminación previa en caliente, para darle a las piezas cualidades estructurales o de resistencia concretas.
5. Acabado
Del proceso de laminado en frío y en caliente obtenemos perfiles, tubos y láminas metálicos y alambre. Estas materias primas listas para ser transformadas para cumplir las características de fabricación de productos (medidas, acabado superficial, etc.) pasan por procesos como el recocido, el galvanizado y el recubrimiento orgánico, entre otros.
Para saber más acerca de algunos de estos procesos de acabado de piezas metálicas, tenemos posts dedicados a ello, como por ejemplo:
- Galvanizado: se trata de cubrir el acero con una capa de zinc generando una aleación entre ambos metales, para protegerlo del oxígeno y la humedad, algo especialmente útil en acero que debe estar expuesto a condiciones adversas.
- Zincado: es un proceso en el que el acero también se recubre de zinc, usado en piezas más pequeñas (tuercas, tornillos, etc.) con técnicas diferentes, como el baño electrolítico, más económico y adecuado para usos no tan exigentes.
Esta parte de la fabricación de tubos también tiene retos de cara a la sostenibilidad, como por ejemplo el uso de elevadas temperaturas y grandes cantidades de energía. Sin embargo, la incorporación, entre otros, de tecnologías como el vacío permite reducir el punto de calentamiento necesario y la energía que requiere, porque en una atmósfera de la que se ha extraído prácticamente toda la materia, la presión de vapor requerida para que una sustancia hierva se reduce, hay menos moléculas de gas alrededor de la sustancia que se está calentando que por lo tanto no experimentan la misma atracción molecular en la superficie del material que a presión ambiental y eso hace que las moléculas abandonen la superficie y entren en fase gaseosa más fácilmente.
6. Fabricación de productos finales
Una vez las piezas como tubos, perfiles, alambre, bobinas, etc., salen de fábrica, se suelen trasladar a plantas de mecanizado como Ferros Planes, que se encargan de dar a esas formas primarias una forma y un tamaño final requeridos para la fabricación de productos que forman parte de nuestro día a día, desde automóviles hasta puentes o turbinas eólicas, y desde edificios altos o cercas hasta máquinas pesadas como excavadoras o electrodomésticos como lavadoras.
Ferros Planes, fabricante de tubos de acero
En Ferros Planes abarcamos desde la fabricación de tubos de acero hasta su mecanizado para entregar las piezas a las industrias que las usan en productos finales, como la automobilística, de mobiliario o de construcción, entre otras, con la máxima calidad, rapidez y preocupación por el impacto medioambiental.
