Siderurgia
Producción de acero
En España se produce acero en 22 plantas y hay 50 instalaciones de laminación y primera transformación. Una de las acerías es integral y el resto de arco eléctrico.
Aunque la mayor concentración se sitúa en la cornisa cantábrica, especialmente Asturias y País Vasco, como se puede ver en el mapa nuestra industria está muy extendida con fábricas en once de las Comunidades Autónomas.
Plantas de producción y transformación de acero en España
Modos de Producción
El acero se fabrica y recicla mediante dos rutas que son complementarias, dado que la primera parte del mineral de hierro y la segunda recicla los múltiples residuos de acero al final de su vida útil, comúnmente llamados chatarra de acero. El primero cubre el incremento de consumo mundial de acero, y el segundo cierra el ciclo del material con una eficiencia ambiental, económica y social altísima.
Baste decir que se reciclan más de 500 Millones de Toneladas de acero cada año, sin ningún tipo de necesidad de intervención sobre dicho ciclo, salvo la lógica exigencia de controles ambientales eficientes. España está a la cabeza, de entre los importante países productores de acero, con un mayor empleo de la ruta siderúrgica mediante reciclado.
Ruta integral
A partir de minerales de óxido de hierro que reducimos y fundimos a alta temperatura gracias a la reacción química inducida por coque (un carbón “especial”) y a ciertos fundentes en el Horno Alto.
En el horno alto, los óxidos férricos son sometidos a una corriente de CO originado a partir de coque siderúrgico, con gran capacidad reductora; suficiente para “robarle el oxigeno” a los óxidos de hierro del concentrado de mineral, y a su vez también fundirlo, y obteniendo una aleación de hierro de aproximadamente el 4% de carbono, denominada arrabio. Dado que debemos reducir este carbono para adecuarlo a los aceros que se estén produciendo, le sigue una decarburación en una acería con un Convertidor al Oxígeno, para obtener un acero que actúa de base. En dicho proceso se recicla una pequeña fracción de chatarra de acero que se emplea de refrigerante, como se hace con los hielos en un vaso de agua.
Finalmente, lo llevamos a cabo un afino mediante diversas tecnologías, en el proceso denominado metalurgia secundaria, para obtener exactamente el acero que brindará tras los tratamiento termo-mecánicos o superficiales las propiedades deseadas.
Pero para preparar la carga del horno alto, se cuenta con varias instalaciones previas:
- Parque de minerales: Los concentrados minerales de diversas procedencias, se van mezclando mediante maquinarias especiales para obtener mezclas homogéneas de composiciones conocidas.
- Parque de carbones: Los carbones (hullas) coquizables también se han de mezclar y homogeneizar para evitar cambios de composición que desestabilizarían el proceso del horno alto.
- Baterías de coque: Convierte la hulla coquizable, en coque, mediante una destilación térmica seca. El coque es un “carbón sintético” de alta pureza permeable a los gases, con alta resistencia mecánica y sin contenido en hidrocarburos volátiles.
- Plantas de sinterizado: Es un sistema para cargar mineral y reciclar los subproductos finos con contenido férrico que se producen en la planta e incrementar casi al 100% la eficiencia en el uso de las materias primas. En las parrillas de sinterizado se mezcla el mineral con los finos férricos para el reciclado así finos de carbón y caliza. Mediante una ignición, los finos de carbón al entrar en combustión funden parcialmente el resto de los materiales, produciendo un material duro y poroso, que aguantará la carga en el horno alto, y permitirá el paso de los gases.
Tanto en el horno alto, como en el convertidor al oxigeno, se producen una nata sobrenadante, que se producen por su utilidad metalúrgica, las denominadas Escorias de Horno Alto, y las Escorias de Convertidor LD. Adicionalmente existen otras escorias en mucha menor cantidad denominadas de desulfuración. Las primeras, tras salir del horno alto se procesan de dos formas diferentes según su enfriamiento: vitrificadas, si el enfriamiento es prácticamente instantáneo también denominadas GGBS (ground granulated blast furnace slag), o cristalizadas si se permite un enfriamiento más lento (ABS – aircooled blast furnace slag).
Ruta eléctrica
A partir de chatarra que fundimos en el Horno Eléctrico de Arco y afinamos en el Horno de Afino para lograr el acero deseado. También existen algunas variaciones para calidades específicas, como el convertidor AOD, que usamos para producir los aceros inoxidables.
Sin embargo, esto, aparentemente sencillo requiere en Europa de una elevadísima automatización y tecnificación en general para producir la limpieza del acero resultante y las productividades requeridas actualmente, combinándolo con unos óptimos niveles de seguridad y protección medioambiental.
El control de calidad de la chatarra resulta esencial en el proceso. La acería eléctrica utiliza como materia prima fundamentalmente y hasta en un 100% chatarra férrica. La capacidad del horno eléctrico de arco puede ir de 300 toneladas a unas pocas toneladas, en el caso de hornos de peque¬ños talleres de moldeado. Pero lo habitual es una capacidad de entre 60 y 150 toneladas, con un tamaño de cuba de 5 a 8 metros.
La chatarra, almacenada en el parque de chatarra, se transporta hasta el horno en cestas que se abren por la zona inferior. Las cestas incluyen además los fundentes y agentes carbonosos. En el momento en que la chatarra de la primera cesta se ha cargado en el horno, se inicia la fusión. Cuando se ha completado parte de la fusión, se libera espacio en el horno y se añade entonces una nueva cesta de chatarra. Según el tamaño del horno y la densidad de la chatarra, se carga una tercera e incluso una cuarta cesta.
El proceso de fusión se completa con la oxidación de ciertas impurezas para eliminarlas, ayudado por la inyección de oxígeno. El proceso implica la formación de una costra de óxidos, que evita las pérdidas de energía y protege el acero líquido. Esta costra se retira posteriormente formando la denominada escoria, que tiene distintas aplicaciones. Después de la fusión, el acero pasa a un segundo horno más pequeño, en el cual se ajusta la composición de los múltiples aleantes que determinan cada tipo de acero.
La chatarra que se recicla debe cumplir con una serie de requerimientos de seguridad, como que no incluya elementos que puedan producir explosiones (depósitos cerrados…), la ausencia de materiales peligrosos e inflamables y estar libre de contaminación radioactiva. También ha de estar libre de elementos estériles no férricos y adecuadamente separada y clasificada para facilitar tanto su almacenamiento en el parque de chatarra de la acería como su posterior manipulación.
Al igual que en el caso de la ruta desde mineral, aquí también se acondiciona la formación de escorias para forzar ciertos procesos requeridos por la metalurgia, una primera escoria denominada negra, de fusión, u oxidante, y una segunda escoria denominada también blanca, de afino o reductora. Estas escorias además realizan una protección del baño metálico frente a la atmósfera, y la eficiencia energética del proceso.
Colada y laminación del acero
Tras la metalurgia secundaria, tanto desde mineral de hierro a través del horno alto y el convertidor, como si lo hemos producido por reciclado en Horno Eléctrico de Arco, el acero se ha de solidificar.
A continuación se vierte (cuela) para solidificar el acero líquido en el proceso de colada. Se puede colar el acero sobre moldes con la forma de la pieza que se quiere fabricar (acero moldeado) o bien sobre lingoteras para su transformación posterior por deformación en caliente (laminación, forja o extrusión.). Y hay un tercer método de colada, el más moderno y que en España representa el 90%, denominado colada continua, que consiste en colar el acero en un molde de fondo abierto, cuya sección transversal tiene la forma que se desea obtener, y del que se va extrayendo de modo continuo el acero solidificado, y que posteriormente se corta en la longitud deseada para producir palanquillas, redondos, planchones.
Sin embargo ciertos aceros especiales por las pequeñas cantidades o composiciones muy limitadas o aquellos que van a ir a formas circulares o forjas, se continúan colando en lingoteras.
Finalmente los aceros sufren tratamientos termo-mecánicos. Consisten en deformación mecánica combinando ciclos de calentamiento y enfriamiento controlados (laminación, extrusiones y forjas) laminación. Estos ciclos se diferencian entre los que se producen en caliente (por encima de la temperatura de recristalización del material) y en algunos casos también en frío.
Los semiproductos obtenidos a través de la colada se laminan en caliente, haciendo pasar el material entre dos rodillos. Hay multitud de maquinas encargadas de estos procesos, que normalmente se organizan en trenes. Esta técnica de laminación permite obtener productos de sección constante (perfiles, barras, alambrón.) y producto planos (chapas, bobinas). Existen asimismo acerías con más procesos de acabado, incluyendo las laminaciones o extrusiones en frio y los procesos de recubrimiento o tratamiento superficial.
En los años 90 se empezó a utilizar un proceso compacto de colada y laminación en línea de las bobinas en caliente, muy empleado en las acerías eléctricas. Este proceso reduce los costes y el consumo energético y permite tanto una mayor productividad como una mayor flexibilidad de producción y adaptación al mercado. La primera acería que utilizó este eficiente sistema en Europa fue una acería española.
