El acero en la contracción.
La construcción metálica, de tan arraigada tradición en los piases desarrollados, esta alcanzando un papel significativo en el campo de las estructuras de edificación, sobre todo en aquellos proyectos en que la disposición de espacio útil y la versatilidad de la distribución interior son condicionamientos esenciales.
La hipótesis acerca de la perfección del acero, posiblemente el más versátil de los materiales estructurales, parece más razonable al considerar su gran resistencia, poco peso, fabricación sencilla, y muchas otras propiedades deseables.
En particular el acero laminado por su gran resistencia, alta fiabilidad y por su concordancia en el comportamiento con las hipótesis básicas de la Resistencia de Materiales, puede considerarse el material técnico por excelencia.
Si se tuviesen que agrupar los materiales modernos de construcción con los clásicos, se debería asociar el acero laminado con la madera al presentar indudables similitudes.
- Buena resistencia tanto a tracción como a compresión.
- Presentarse en obra en piezas prismáticas rectas.
- Problemas de enlace, etc.
En cuanto a la elección del material mas adecuado por parte del proyectista de una construcción o estructura en general, el acero laminado entra en competencia abierta con el hormigón, quedando otros materiales: rocas, maderas, aluminio, plásticos o cerámicos fuera del dilema por su empleo mas restringido por criterios de diseño o económicos.
La aparición del acero laminado a finales del ultimo siglo represento la transición del hierro colado y el forjado hacia un material de análogas características resistentes con una mayor garantía de producción y calidad, lo que llevo, a colocarlo en manos del proyectista, a dar la sensación de que monopolizaría las estructuras, cosa que si bien es evidente nunca alcanzo, no impide que hoy día sea insustituible en la ejecución de las obras que implican grandes luces y las mayores alturas, manteniéndose en un primer plano en el campo estructural, pese a la evidente competencia que le presenta el hormigón pretensado para las primeras, y especialmente, el hormigón de alta resistencia para las segundas.
INDICE DE TEMAS
- 1 Ventajas del acero como material estructural.
- 2 Desventajas del acero como material estructural.
- 3 Propiedades mecánicas del acero.
- 4 Efectos de la temperatura en las propiedades del acero.
- 5 Conceptos y definiciones.
- 6 Producción industrial del acero.
- 7 Producción del arrabio en el alto horno.
- 8 Obtencion del acero.
Ventajas del acero como material estructural.
Alta resistencia. La alta resistencia del acero, por unidad de peso, significa que las cargas muertas serán menores. Este hecho es de gran importancia en puentes de gran claro, edificios elevados, y en estructuras cimentadas en condiciones precarias.
Uniformidad.
Las propiedades del acero no cambian apreciablemente con el tiempo, como sucede con las de concreto reforzado.
Elasticidad.
El acero esta mas cerca de las hipótesis de diseño que la mayoría de los materiales, porque sigue la ley de Hooke hasta para esfuerzos relativamente altos.
Los momentos de inercia de una estructura de acero pueden ser calculados con precisión, en tanto que los valores obtenidos para una estructura de concreto reforzado son un tanto indefinidos.
Durabilidad.
Las estructuras de acero, con mantenimiento adecuado duraran indefinidamente. La investigación en algunos de los nuevos aceros indica que bajo ciertas condiciones, solo requieren pintura como mantenimiento.
Ductilidad.
La propiedad de un material que le permite soportar deformaciones generales sin fallar, bajo esfuerzos de tensión elevados, se conoce como su ductilidad.
Cuando un miembro de acero dulce se somete a la prueba de tensión, ocurrirán una reducción considerable de su área transversal y un fuerte alargamiento, en el lugar de la falla, antes de que la fractura real ocurra.
Un material que no tenga esta propiedad es probablemente duro y quebradizo, vítreo, y posiblemente se rompa si recibe un choque súbito. Ampliación de estructuras existentes. Las estructuras de acero se prestan para fines de ampliación.
Nuevos tramos y en ocasiones alas totalmente nuevas pueden añadirse a las estructuras de acero de edificaciones ya existentes, y los puentes de acero a menudo pueden ampliarse.
Diversos.
Algunas otras ventajas importantes del acero estructural son:
- Avisan con sus grandes deformaciones de la posibilidad de colapso.
- Dan lugar a construcciones más ligeras.
- Se construyen con rapidez.
- Se adaptan con facilidad y flexibilidad a las dimensiones del solar.
- Permiten cubrir con facilidad grandes luces.
- Facilitan la integración racional de las instalaciones en la estructura.
- Son de fácil desmontaje, manteniendo un cierto valor residual.
- Valor de rescate, aun cuando no pueda usarse sino como chatarra.
Desventajas del acero como material estructural.
En general, el acero tiene las siguientes desventajas:
Costo de mantenimiento.
La mayoría de los aceros se corroen cuando están expuestos libremente al aire y deben pintarse periódicamente.
Costo de protección contra incendio.
La resistencia del acero estructural se reduce notablemente a las temperaturas que se alcanzan durante los incendios. La estructura de acero de un edificio debe estar a prueba de incendio a fin de asegurarla. Debe recordarse, sin embargo, que el acero es incombustible.
Susceptibilidad al pandeo.
A medida que los miembros sujetos a compresión son más largos y delgados, mayor es el peligro de pandeo.
Cuando se usa para columnas no siempre resulta económico, por que debe utilizarse una considerable cantidad de material tan solo para reforzar las columnas y evitar su pandeo.
Propiedades mecánicas del acero.
De los diferentes ensayos realizados sobre el acero estructural, el análisis de su comportamiento a tracción es uno de los más significativos y de los que se extraen los parámetros fundamentales para él cálculo de las obras ejecutadas con el mismo, por cuanto la resistencia, su ductilidad y otras propiedades se dan en términos del comportamiento en un ensayo de tracción simple.
El comportamiento de un acero frente a las solicitaciones externas depende no solo de factores propios del mismo, como su composición química, tratamientos térmicos, o su proceso de laminado, sino también de factores ajenos, como la temperatura cuando se realiza el ensayo, la rapidez de aplicación de la carga y la geometría de la pieza, por lo que es necesario establecer las condiciones en que han de efectuarse las pruebas para conocer el campo de validez de aplicación de los parámetros que de el se obtengan.
El acero es un material policristalino, constituido por granos que se encuentran orientados en diferentes direcciones, conformando una red o malla cristalina. Estas mallas presentan diferentes defectos superficiales, lineales y puntuales, así como posibles impurezas, factores todos ellos que afectan tanto a las propiedades del acero como a su comportamiento bajo tensión.
Las fuerzas internas que interactuan entre los átomos individuales se modifican cuando intervienen fuerzas exteriores deformándose la red cristalina. El comportamiento elástico del material es el resultado de la resistencia estática de los enlaces interatomicos, manifestándose como cambios en la forma y volumen de los cristales sin la ruptura de estos vínculos.
La deformación de los cristales depende de la orientación de las tensiones con respecto a la red, puesto que los cristales individuales son anisótropos.
Carga monotónica.
El ensayo de carga más simple esta representado por la condición de tensión uniaxial, así en el ensayo de tracción simple d1 > 0, d2 = d3 =0. El popular diagrama uniaxial tensión-deformación, el que se dibuja la tensión axial principal d1 frente a la deformación unitaria e1, es una representación muy útil del comportamiento tanto elástico como plástico del material (Ver Capitulo 4, 4.1- grados de aceros estructurales).
Ductilidad.
La ductilidad mide la capacidad de un material para ser transformado en hilos, consecuentemente el alargamiento unitario de rotura y la estricción, constituyen una medida de la ductilidad del acero, que también se puede realizar mediante un ensayo de doblado en frío, que tiene por objeto determinar si el acero ensayado reúne las condiciones mínimas para su utilización.
Se define como factor de ductilidad de un acero al cociente entre la deformación unitaria que presenta cuando alcanza su limite elástico y la deformación convencional de rotura.
Fragilidad.
Es la propiedad no deseable en los aceros estructurales de romper sin presentar grandes deformaciones. En alguna medida es opuesta a la ductilidad puesto que se puede medir mediante la energía que es necesario suministrar a la probeta para su rotura.
Los fenómenos de envejecimiento de la probeta, ensayo a temperaturas superiores a la ambiental y aumento de la velocidad de carga, siendo el resultado total un área inferior a la correspondiente a un ensayo estándar, aumentando la fragilidad del material.
Es de especial importancia el comportamiento del acero ante las cargas dinámicas que tienden a producir la rotura frágil del material, así como ante aquellas situaciones que producen este mismo efecto: Entalladuras bajas temperaturas, estados de tensiones triaxiales de tracción, grandes espesores de laminación en frío, etc., por lo que se prueba el material mediante ensayos de tipo dinámico que tienden a crear estados tensionales poco favorables.
Dureza.
Dentro de las diferentes definiciones que se pueden dar de una dureza como expresión de la capacidad de un cuerpo a ser deformado superficialmente, tal como su resistencia a la acción de un corte ejercido por otro cuerpo, dureza de corte, reacción superficial ante un impacto, dureza elástica, o su resistencia a ser rayado, dureza al rayado, desde el punto de vista estructural las mas interesante es su resistencia a ser penetrado, dureza de la penetración.
Esta competencia depende mas de su capacidad a aumentar su resistencia por deformación o acritud, que de su limite elástico, por lo que guarda una estrecha relación con la resistencia a la rotura del acero. La dureza no constituye un criterio para la recepción del acero, pero por la sencillez de su ensayo se puede utilizar por el consumidor con carácter orientativo.
Fatiga.
Se entiende por fatiga del acero a su agotamiento por solicitaciones, que sin llevarla a alcanzar su carga de rotura, producen esta por su carácter repetitivo.
Las tensiones que soporta un material en un ciclo de fatiga pueden clasificarse como:
- Alternativas: SI varían entre dos valores iguales de diferentes signos.
- Intermitentes: Si lo hacen entre cero y un valor máximo.
- Pulsatorias: Cuando la variación oscila entre el valor mínimo y un máximo de igual signo.
La rotura por fatiga se produce de un modo brusco sin previo aviso y se propaga lenta e intermitentemente, presentando un aspecto característico en forma de conchas de molusco con dos superposiciones diferenciadas una lisa y mate de grano fino y otra de grano grueso y brillante que constituye la rotura frágil por fatiga propiamente dicha.
En general se admite que la fatiga se produce como consecuencia de la propagación de fisura o mocrogrietas internas, con tensiones concentradas en sus bordes, hasta que la totalidad del material es incapaz de soportar el esfuerzo que actúa rompiendo bruscamente.
Estas microgrietas se originas de un modo más frágil que dúctil y en general parte de efectos y heterogeneidades superficiales como agujeros, soldaduras, raspaduras o una entalla, aunque pueden ser también internas, como el caso de un algún defecto originado por un proceso de soldadura.
Efectos de la temperatura en las propiedades del acero.
Pese a la mala imagen, que en general se tiene de la situación final de una estructura metálica que sufrió un incendio, vigas retorcidas, grandes deformaciones etc., la verdad es que en pocas ocasiones se originan muertes como consecuencia directa del colapso estructural, siendo el resto de los componentes del inmueble, instalaciones, decoraciones etc., responsables de mas del 80 por 100 de las víctimas que se producen.
Pero no hay que olvidar que la capacidad resistente e integral de la estructura metálica se encuentra gravemente comprometida si no se toman medidas de protección adecuadas ante la eventualidad de un incendio, debiéndose primar en el diseño que la estabilidad estructural pueda garantizar en estas situaciones, dentro de un periodo de tiempo razonable, la evacuación de las personas.
Resistencia a la tracción: La resistencia a la tracción es máxima entorno a los 230º C presentando un mínimo hacia los 90º C y disminuye lentamente hasta que se alcanzan los 800º C donde prácticamente se presenta una perdida casi total de la resistencia.
Limite elástico.
En la practica se considera que a los 600º C representan un limite por encima del cual, además de no ser muy conocido el comportamiento del acero, carece de interés por cuanto se han alcanzado situaciones criticas a temperaturas inferiores.
Para los 400º C la estructura se encuentra como si se hubiese calculado sin coeficiente de seguridad. Esta temperatura se convertiría en critica por cuanto si la estructura se encuentra trabajando para las cargas máximas para las que fue diseñada no admitiría, en teoría, incremento alguno de las mismas sin fallar.
Si el estado tensional del acero en el momento del incendio correspondiese aproximadamente a la mitad de las cargas máximas de diseño, la temperatura critica anterior estaría alrededor de los 570º C.
Según este criterio se puede definir como tiempo de resistencia al fuego de un elemento, al necesario para calentarlo hasta alcanzar su temperatura critica.
El diseñador de estructuras.
El diseñador de estructuras debe aprender a distribuir y dimensionar los elementos de las estructuras de modo que las mismas tengan suficiente resistencia y rigidez y sean razonablemente económicas, y que puedan montarse de manera practica.
Estos detalles se describen brevemente a continuación:
Seguridad.
Una estructura no solo debe soportar en forma segura las cargas a que este sujeta, sino que debe soportarlas de modo que las deformaciones y vibraciones no sean tan grandes como para atemorizar a los usuarios o causar agrietamientos de apariencia peligrosa.
Costo.
El diseñador debe tener en mente los detalles que reducen el costo sin sacrificar la resistencia.
Estos aspectos, incluyen el uso de secciones de medidas comerciales, con conexiones y detalles sencillos, y el uso de elementos y materiales que no requieran con el tiempo, altos costos de mantenimiento.
Sentido practico.
Otro objetivo es el diseño de estructuras que puedan fabricarse sin que presenten grandes problemas. El diseñador necesita conocer métodos de fabricación y tratar de adaptar su trabajo a las facilidades posibles.
Deberá tener los más amplios conocimientos posibles acerca de dibujo de detalle, de la fabricación y del montaje en el campo de las estructuras de acero.
Dicho conocimiento debe incluir la información correspondiente al transporte de materiales a los sitios de obra (tales como dimensiones máximas de estructuras o elementos que puedan transportarse por carretera), a las condiciones de trabajo y al equipo disponible para el montaje.
Conceptos y definiciones.
En el desarrollo de estructuras metálicas, se debe tener clara una serie de conceptos básicos, los mas importantes de los cuales se incluyen a continuación:
Diseño general.
Por el diseño general se entiende el conjunto de cálculos y planos estructurales efectuados para determinar las dimensiones, características y disposición geométrica de los perfiles estructurales que deben utilizarse, partiendo de la información básica.
Diseño de taller.
Diseño de taller es el que presenta en detalle todos y cada uno de los componentes del conjunto. Incluye pero no se limita a la forma geométrica, dimensiones, cortes, perforaciones, empates y en general todos los detalles necesarios para fabricar el conjunto.
Los planos de taller pueden diferir en detalles de los de diseño general. En el diseño de taller se incluyen las marcas de identificación, la clase de protección anticorrosiva, la soldadura y el tipo de uniones que deben emplearse. Como parte del diseño de taller se incluyen las listas de materiales y pesos en caso de ser solicitados.
En estas listas de materiales se identifican sus dimensiones principales, el peso unitario y el total. Planos de montaje. Son aquellos que sirven para el ensamble e instalación de los conjuntos en la obra.
Estos planos por lo general se preparan sobre un plano general de diseño, sobre el cual se colocan las marcas de identificación de las piezas y las instrucciones que deben tenerse en cuenta durante el montaje. Los planos de montaje se basan en los planos de taller.
Fabricación.
A menos que específicamente se establezcan otras condiciones, el termino fabricación incluye los siguientes servicios:
- Suministro de materiales.
- Fabricación de taller
- Suministro de piezas de conexión tales como pernos, tuercas, arandelas, soldaduras, etc.
- Limpieza de piezas.
- Marcado de las piezas y preparación para su despacho, con inclusión de la pintura de protección para el transporte.
- Empaque de las piezas menores.
- Cargue de las piezas en el vehículo seleccionado.
- Transporte.
A menos que específicamente se establezcan otras condiciones, el termino incluye:
- La selección de los medios de transporte y la seguridad de los materiales durante el mismo.
- No incluye el descargue en el sitio de destino.
Montaje.
A menos que específicamente se establezcan otras condiciones, el termino de montaje incluye:
- Recibo de piezas en el sitio en el momento de iniciar el montaje.
- lmacenamiento y cuidado de las piezas en el sitio de montaje.
- Montaje.
- Limpieza final..
Producción industrial del acero.
El acero se define como una aleación de hierro, carbono y pequeñas cantidades de otros elementos: silicio, fósforo, azufre, manganeso, etc. Básicamente es una aleación de hierro y carbono, con un porcentaje de este comprendido entre 0.8 y 2%, caracterizada por una gran resistencia mecánica.
Para la fabricación del acero se parte del hierro bruto. Llamado arrabio, que se obtiene en los altos hornos. El arrabio contiene una proporción elevada de carbono (2.5 a 4%) que es necesario reducir.
Materias primas.
Las materias primas para la producción del acero son mineral de hierro, carbón y caliza. También se usa chatarra. En el proceso se requieren grandes cantidades de energía eléctrica, de aire y de agua. Mineral de hierro.
La fuente básica del hierro y el acero es el mineral de hierro, un oxido de dicho metal, que se encuentra combinado con aluminio, sílice, fósforo, manganeso y azufre. Aunque se encuentra en muchos sitios solo se le extrae en aquellos en que la magnitud del yacimiento y la riqueza del material justifican los altos costos de extracción y procesamiento.
Carbón.
Es otra de las materias primas fundamentales en la producción del acero. Se utiliza para fabricar coque que a su vez se emplea como combustible en los altos hornos. El coque es el resultado de la destilación del carbón en hornos que alcanzan una temperatura de 1250°C.
Estos hornos tienen forma rectangular y generalmente se encuentran en la planta, uno al lado del otro, en baterías de 60 o más. Cada uno mide aproximadamente 12m de largo, 4 m de alto y entre 30 y 60 cm de ancho. El carbón triturado es depositado en el horno por la parte superior.
Luego se cierra el horno y se calienta a 1250°C. Manteniéndolo a esta temperatura durante unas 19 o 20 horas. En este lapso el intenso calor produce gases que se extraen para su posterior utilización. El residuo sólido que queda es empujado fuera del horno, todavía resplandeciente por el calor, y enfriado repentinamente con chorros de agua. El resultado es el coque, una substancia gris, porosa y firme, de propiedades físicas y químicas homogéneas que es aproximadamente 85% carbón.
El coque es el combustible ideal para un alto horno pues arde rápidamente produciendo un calor intenso, suministrando al hacerlo el monoxido de carbono indispensable en el proceso de producción del hierro. Además, su estructura es lo suficientemente fuerte como para resistir el tremendo peso del mineral de hierro y de la caliza que lo acompañan en el horno. Caliza.
Es una roca gris compuesta principalmente de carbonato de calcio que se utiliza principalmente en los altos hornos y algo menos en los de crisol abierto. Su propósito es actuar como limpiador, absorbiendo las impurezas y formando una especie de nata llamada escoria. Es preciso lavar y triturar la caliza antes de su uso.
Chatarra.
Una de las materias primas más importantes para la producción de acero es hierro o acero viejo, conocidos como chatarra. Muchas siderúrgicas que no disponen altos hornos basan su producción totalmente en este material y aun en aquellas que si lo tienen, aproximadamente de un 30 a 40% de la producción de acero proviene del reciclaje de chatarra con el 70 o 60% restantes obtenidos del refinamiento del arrabio.
Agua.
La producción de acero requiere inmensas cantidades de agua: el orden de 100 metros cúbicos por tonelada. Se usa para enfriar los hornos, producir vapor, limpiar y enfriar gases, aglomerar finos y eliminar la cascarilla de acero en el proceso de laminación.
El agua después de utilizada, debe limpiarse antes de devolverla a su origen, generalmente un río en las proximidades de la planta. Aire. Sorprende saber que en una siderúrgica el aire utilizado sobrepasa los ingredientes sólidos, ya que la combustión y otros procesos químicos necesitan oxigeno para su realización.
El solo alto horno requiere entre 4 y 4.5 toneladas de aire por tonelada de producción de arrabio. Una tonelada adicional se emplea en la conversión del arrabio en acero en el proceso de crisol abierto.
Electricidad.
Para operar los hornos, trenes de laminación y otras instalaciones de una siderúrgica se necesitan 600 kw-hora por toneladas de acero, ósea el consumo promedio de un hogar típico durante dos meses. No es de extrañar pues que una siderúrgica de buen tamaño consuma tanta energía como una cuidad de 100000 habitantes.
Producción del arrabio en el alto horno.
Aunque un alto horno con todos sus accesorios constituye una estructura inmensa y complicada, su diseño básico es muy simple. Esencialmente consiste en un recipiente de acero, alto y de forma aproximadamente cilíndrica, revestido con ladrillos refractarios.
El horno típico tiene unos 60 m de altura total, de 6 a 9 m de diámetro en el hogar y produce entre 800 y 3000 toneladas diarias de hierro.
Las vagonetas de carga suben y bajan por una carrilera inclinada y transportan sucesivamente cargas de los tres componentes: mineral de hierro, coque y caliza, desde silos de almacenamiento hasta la parte superior del alto horno, donde son descargados por volcamiento, a través de una tolva.
Por medio de grandes tubos se suministra al horno aire precalentado y se evacuan los gases que se producen en él.
Para aumentar la eficiencia se tienen tres o cuatro estructuras cilíndricas, a veces de mas de 30 m de altura, en las proximidades del horno.
Son estufas constituidas por miles de ladrillos refractarios, colocados en forma de tablero de ajedrez, donde se precalienta el aire antes de enviarlo al alto horno, utilizando los mismos gases que proceden de este, se empieza quemando dichos gases en una de las estufas con lo cual se calientan sus ladrillos.
Luego se desvía el gas a una segunda estufa y se pasa por la primera el aire que se va a enviar al horno. Al pasar el aire por los ladrillos calientes absorbe su calor, llegando a alcanzar entre 550 y 1000°C. El aire caliente es inyectado cerca de la base del alto horno por medio de toberas.
El aire caliente actúa sobre las materias primas: mineral de hierro, coque y caliza, que como ya se dijo han sido cargados en capas alternas.
El oxigeno del aire reacciona con el carbón del coque, que se encuentra en exceso, formando monoxido de carbono y produciendo un intenso calor. Este gas asciende a través de la carga, combinándose con el oxigeno de los óxidos de hierro presentes en el mineral y reduciendo a este a hierro metálico, a una temperatura de 1700°C.
El hierro fundido escurre a través de la carga y se deposita en el fondo del crisol. El hierro se extrae cada cuatro o cinco horas pero la escoria se remueve con mas frecuencia. Cada colada de hierro pesa entre 150 y 350 toneladas, dependiendo el tamaño del horno.
Al hierro obtenido de esta manera se le denomina hierro colado o arrabio y se le transporta a la acería de la planta para transformarlo en acero. Por cada tonelada de hierro el horno produce unas seis toneladas de gas y media tonelada de escoria. Después de limpiar dicho gas, parte de le se emplea en las estufas de precalentamiento de aire, el resto se emplea como combustible en otros procesos. La escoria, a su vez, sirve como materia prima en la producción de cemento.
Obtencion del acero.
Afino de la fundición. Por el afino, la fundición pierde parte del carbono convirtiéndose en acero. Un arrabio alto en silicio y con poco fósforo es adecuado para afinarlo a acero en el convertidor Bessemer, es decir, en el convertidor ácido; los minerales altos en fósforo dan arrabio alto en fósforo, que se trata mejor en el convertidor thomas, o básico. Para el empleo en el horno Matin-Siemens se necesita otro tipo de arrabio.
Esta precisión de distintos tipo de arrabio para la fabricación de acero según los diferentes procedimientos es absolutamente necesaria, porque cada uno tiene unas limitaciones insoslayables de afino o eliminación de impurezas.
El Bessemer y el Martin-Siemens ácidos, que suelen ser los mas empleados, no permiten eliminar el fósforo, y exigen en consecuencia, un arrabio bajo en fósforo. El Martin-Siemens básico o el convertidor Thomas permiten eliminar él fósforo y puede o debe utilizarse para ello un arrabio más alto en fósforo.
Fabricación de acero en el horno Martin-Siemens.
los hornos Martin-Siemens son hornos de reverbero que tienen una solera relativamente delgada sobre una estructura de ladrillo.
El metal liquido se encuentra sobre la solera y esta calentado por llamas de gas que arden dentro de la cámara del horno. Esquema de horno Martin-Siemens para la fabricación de acero.
El aire y el gas entran atreves de los precalentadores y se quemas sobre la carga, calentándola y fundiéndola. Salen por la izquierda, cediendo su calor residual a los precalentadoes de dicho lado. A intervalos regulares es invierte la dirección de la llama. Cuando el metal se ha afinado y tiene la temperatura adecuada se cuela en cucharas y, desde estas, en las lingoteras.
Proceso Bessemer.
Mientras el proceso Martin-Siemens emplea varias horas para conseguir afinar el acero, eliminar sus impurezas y lograr la composición requerida, el proceso Bessemer ácido afina en pocos minutos en cambio, no permite eliminar ciertas impurezas, e incluso introduce otras (p. ej., nitrógeno del aire que se sopla), lo que limita la utilidad del acero producido.
El convertidor Bessemer es un recipiente en forma de pera, abierto por arriba y revestido con refractario. El fondo del convertidor es una cámara de aire con agujeros pequeños, por los cuales se sopla aire a través del metal fundido. La carga con arrabio y la descarga del metal afinado se realizan con facilidad, gracias a un dispositivo de inclinación del convertidor.
Fabricación de acero en horno eléctrico.
Los aceros de mejor calidad se fabrican en hornos eléctricos. Tienen la ventaja del calentamiento rapidisimo y de conseguir elevadas temperaturas. Hay dos tipos de hornos eléctricos para obtener acero: hornos de arco volcánico y hornos de inducción.
En los hornos de arco el calentamiento se consigue al saltar la chispa desde unas barras conductoras, llamadas electrodos, a la fundición. En los hornos de inducción se consigue que pase una corriente eléctrica circular por toda la masa fundida, inducida por otra corriente que pasa por unos conductores de cobre arrollados. Sección transversal de un horno eléctrico de arco.
El funcionamiento de los hornos eléctricos es semejante al del horno Martin-Siemens, salvo el sistema de calentamiento. El acero al horno eléctrico es de muy buena calidad pero resulta caro. Generalmente no se emplea para obtener acero, sino para mejorarlo y obtener calidades escogidas como los aceros especiales.
Desoxidacion.
La eliminación del oxigeno existente en el acero es una fase importante para la obtención de lingotes sanos, porque los procesos de fabricación introducen gases en el metal.
La solubilidad es considerablemente mayor en el metal liquido que en el sólido, y los gases son expulsados en forma de burbujas durante la solidificación, al avanzar el frente en que tiene lugar. Muchas burbujas quedan atrapadas en el lingote sólido.
Los huecos quedan en los lingotes u en otras formas coladas, cuando se producen por esta causa, se llaman sopladuras.
Lingote de acero en el que se muestran las sopladuras resultantes del gas ocluido por el metal al solidificar. La expulsión de gases, especialmente oxigeno, por el metal que va solidificando es rápida y provoca un hervido dentro del molde.
El lingote final tiene una piel sana y un centro en parte poroso. Se llama efervescente al acero que solidifica de esta forma. El oxigeno existente en el baño puede eliminarse mediante adiciones de silicio, manganeso y aluminio.
Estas adiciones se llaman desoxidantes, aunque realmente no expulsan el oxigeno, sino que se combinan con este elemento formando óxidos, los cuales en parte, quedan como inclusiones en el acero. No queda oxigeno disuelto capaz de producir sopladuras o hervido durante la solidificación. Un acero de este tipo se denomina calmado.
