Producción y Tipos de Acero: Propiedades de Metales Ferrosos, Estaño y Cobre

Metales Ferrosos

Los metales ferrosos contienen hierro como elemento base y pueden llevar además pequeñas proporciones de otros metales.

Procesos de Obtención del Acero

Los productos férreos se obtienen principalmente mediante dos procedimientos:

• Horno Alto: Se enciende y funciona ininterrumpidamente hasta que es necesario hacerle una reparación. El arrabio producido en él posee un exceso de impurezas que lo hacen demasiado frágil y poco adecuado para la fabricación de piezas industriales. Esas impurezas se eliminan posteriormente en hornos de afino. El más empleado se llama convertidor LD (Linz-Donawitz).
• Horno Eléctrico de Arco (HEA): Es el principal horno que se emplea para convertir chatarra (y/o hierro de reducción directa) en acero.

Colada del Acero

Una vez obtenido el acero líquido, se solidifica mediante diferentes procesos de colada:

• Colada Convencional (en Moldes): Consiste en verter el acero líquido sobre moldes con la forma de la pieza que se desea obtener. Después se deja enfriar el metal y más tarde se extrae la pieza solidificada.
• Colada Continua: Es el método más moderno y económico para grandes producciones. Se vierte el acero líquido sobre un molde sin fondo (lingotera refrigerada), con la forma de la sección transversal del producto semiacabado que se quiere obtener (palanquilla, blum, desbaste plano). El acero se solidifica progresivamente a medida que atraviesa la máquina y se va enfriando mediante rociado de agua.
• Colada sobre Lingoteras (Convencional Discontinua): Si la demanda de productos férreos es baja o para ciertos tipos de aceros especiales, se cuela el acero líquido en el interior de moldes individuales llamados lingoteras y se deja enfriar completamente. Después se extrae el lingote, que se almacena o procesa posteriormente (por ejemplo, mediante laminación).

Laminación del Acero

La laminación consiste en pasar el material (acero solidificado, ya sea proveniente de colada continua o de lingotes precalentados) entre dos o más rodillos que giran a la misma velocidad pero en sentido contrario. De esta manera, se reduce su sección transversal y se aumenta su longitud, conformando el producto final.

• Laminación en Caliente: Se realiza a alta temperatura (típicamente por encima de los 900-1000 °C), aprovechando la mayor ductilidad del acero.
• Laminación en Frío: Se realiza a temperatura ambiente, generalmente después de un laminado en caliente y un decapado. Permite obtener tolerancias dimensionales más precisas, mejores acabados superficiales y aumenta la dureza y resistencia del material (por acritud).

La cantidad de pasadas por los rodillos (agrupados en 'cajas' o 'trenes' de laminación), así como la forma de dichos rodillos, dependerá del producto que se quiera obtener. Siempre habrá uno o varios trenes desbastadores (para reducir groseramente la sección) y trenes acabadores, además de secciones de enfriamiento controlado.

Tipos de Productos Férreos (Según % Carbono)

• Hierro (Técnicamente Puro): Tiene un porcentaje de carbono muy bajo, comprendido generalmente entre 0,008% y 0,03%. Es muy blando y difícil de obtener, por lo que tiene pocas aplicaciones industriales directas como material estructural.
• Aceros: Son aleaciones de hierro y carbono, donde el porcentaje de carbono está entre 0,03% y 1,76% (aunque convencionalmente se considera hasta 2,11%). Pueden contener otros elementos químicos añadidos para modificar sus propiedades.
• Fundiciones: Son aleaciones de hierro y carbono con un porcentaje de carbono superior al del acero, típicamente entre 1,76% (o 2,11%) y 6,67%. Son más fáciles de colar que los aceros pero generalmente más frágiles.
• Grafitos (en el contexto de aleaciones Fe-C): Se refiere a la fase de carbono puro (grafito) que puede aparecer en las fundiciones. Un porcentaje de carbono superior al 6,67% corresponde al cementita pura (Fe3C), no a un material férreo utilizable. Materiales con contenido de carbono extremadamente alto no tienen aplicaciones prácticas como material estructural y son muy frágiles.

Clasificación de los Aceros

Se clasifican principalmente en:

• Acero no Aleado (o Acero al Carbono): Son aquellos en los que, además del carbono, el contenido de otros elementos de aleación se mantiene por debajo de ciertos límites máximos especificados por normativas. Sus propiedades dependen principalmente del contenido de carbono.
• Acero Aleado: Son aceros que, además de hierro y carbono, contienen uno o más elementos de aleación (como cromo, níquel, molibdeno, vanadio, manganeso, silicio, etc.) añadidos intencionadamente en proporciones superiores a los límites establecidos para los aceros no aleados, con el fin de mejorar propiedades específicas (resistencia mecánica, dureza, tenacidad, resistencia al desgaste, resistencia a la corrosión, resistencia a altas temperaturas, etc.).

Presentaciones Comerciales del Acero

• Planchas, Chapas o Palastros: Productos planos laminados. Las chapas suelen tener espesores menores (hasta unos 5-6 mm) y las planchas, mayores. Se suministran en hojas cortadas (por ejemplo, 1x2 m, 1.5x3 m) o en bobinas.
• Barras: Productos macizos, más largos que anchos, y de secciones transversales diversas. Las barras más utilizadas tienen sección redonda, cuadrada, hexagonal, rectangular (pletina) o semicircular.
• Perfiles Estructurales: Piezas con secciones transversales específicas, diseñadas para soportar cargas en construcción y otras aplicaciones. Su longitud suele estar entre 6 y 12 metros (o más). Los perfiles más usuales son: Angular (L), Perfil I (IPN, IPE, HEB), Perfil U (UPN), Perfil T.
• Perfiles Huecos (Tubulares): Piezas huecas con sección redonda, cuadrada o rectangular.
• Otros Perfiles: Existen otros perfiles, llamados especiales, que se emplean para usos específicos como carpintería metálica (ventanas, puertas), automoción (componentes de carrocería), estructuras de aviones, rieles de ferrocarril, etc.

Otros Metales: Estaño

Es un metal relativamente escaso en la corteza terrestre. Se encuentra principalmente en el mineral casiterita (óxido de estaño, SnO2), aunque la riqueza del mineral en las minas suele ser baja.

Características del Estaño

• El estaño puro tiene un color blanco plateado muy brillante. A temperatura ambiente se oxida superficialmente al aire, perdiendo algo de brillo.
• A temperatura ambiente es muy maleable y dúctil, aunque poco resistente. Pueden obtenerse hojas muy finas (papel de estaño).
• En caliente (cerca de su punto de fusión) se vuelve frágil y quebradizo.
• Por debajo de 13,2 °C (no -18°C), el estaño blanco (beta) estable a temperatura ambiente, comienza a transformarse lentamente en estaño gris (alfa), que es un polvo no metálico. Este fenómeno se conoce como la "peste del estaño".
• Cuando se dobla una barra de estaño puro, se oye un crujido característico ("grito del estaño"), debido a la fricción de los cristales que la componen.

Aleaciones Comunes del Estaño

• Bronce: Principalmente cobre y estaño.
• Soldaduras Blandas: Tradicionalmente plomo y estaño, aunque por razones medioambientales se usan cada vez más aleaciones sin plomo (estaño con plata, cobre, bismuto, etc.).
• Aleaciones de bajo punto de fusión: Usadas en fusibles, rociadores automáticos, etc. Ejemplos: Metal de Wood, aleación de Darcet, Cerrolow.
• Peltre: Aleación de estaño (principal componente) con cobre, antimonio y/o bismuto.

Otros Metales: Cobre

Es uno de los metales más importantes y utilizados por la humanidad. Se encuentra en la naturaleza en diversas formas: como cobre nativo (metal puro), en minerales sulfurados (como calcopirita, bornita, calcosina) y en minerales oxidados (como cuprita, malaquita, azurita).

Características del Cobre

• Es de color rojizo característico y posee un brillo metálico.
• Es muy dúctil y maleable, lo que permite transformarlo fácilmente en hilos y láminas.
• Posee una excelente conductividad eléctrica y térmica, solo superada por la plata.
• Es relativamente resistente a la corrosión.

Métodos de Obtención del Cobre

Existen dos rutas metalúrgicas principales:

• Vía Seca (Pirometalurgia): Se utiliza generalmente para minerales sulfurados con un contenido de cobre relativamente alto (típicamente > 0.5-1%, tras una etapa de concentración por flotación). El proceso es complejo e incluye etapas como tostación (opcional), fusión en hornos (reverbero, flash, etc.) para obtener mata (sulfuros de cobre y hierro fundidos), conversión de la mata para eliminar el hierro y el azufre y obtener cobre blíster (98-99% Cu), y refino final (habitualmente refino a fuego seguido de refino electrolítico) para alcanzar alta pureza (>99.95% Cu).
• Vía Húmeda (Hidrometalurgia): Se emplea preferentemente para minerales oxidados o minerales sulfurados de baja ley. Consiste en disolver el cobre del mineral triturado utilizando una solución acuosa apropiada (lixiviación), generalmente ácido sulfúrico diluido. Luego, el cobre disuelto en la solución se purifica y concentra mediante extracción por solventes (SX) y finalmente se recupera como cátodos de cobre de alta pureza mediante electroobtención (EW - Electrowinning), que es un proceso electrolítico.