Arrabio y siderurgia

Arrabio

El primer paso para lograr la transformación masiva del arrabio en acero lo dio el inglés Henry
Bessemer en 1856. La idea de Bessemer era simple: eliminar las impurezas del arrabio
líquido y reducir su contenido de carbono mediante la inyección de aire en un "convertidor" de
arrabio en acero. Se trata de una especie de crisol, como el que muestra en la figura 19,
donde seinyecta aire soplado desde la parte inferior, que a su paso a través del arrabio líquido
logra la oxidación de carbono. Así, el contenido de carbono se reduce al 4 o 5% a alrededor de
un 0.5 %. Además el oxígeno reacciona con las impurezas del arrabio produciendo escoria
que sube y flota en la superficie del acero líquido. Como la combinación del oxígeno con el
carbono del arrabio es unacombustión que genera calor; Bessemer acertadamente sostenía
que su proceso estaba exento de costos por energía. La idea era fantástica.

Convertidor de arrabio en acero inventado por Henry Bessemer. Un flujo de aire se inyecta por la parte inferior del horno para que elimine gran parte del carbono y otras impurezas del arrabio por oxidación. Este diseño fracasó inicialmente porque el refractarioque cubría las paredes del horno era de tipo "ácido". 

Se denomina arrabio al material fundido que se obtiene en el alto horno mediante reducción del mineral de hierro. Se utiliza como materia prima en la obtención del acero en los hornos siderúrgicos.
Los materiales básicos empleados para fabricar arrabio son mineral de hierro, coque y caliza. El coque se quema como combustible para calentarel horno, y al arder libera monóxido de carbono, que se combina con los óxidos de hierro del mineral y los reduce a hierro metálico. La ecuación de la reacción química fundamental de un alto horno es:
Fe2O3 + 3CO → 3CO2 + 2Fe
La caliza de la carga del horno se emplea como fuente adicional de monóxido de carbono y como sustancia fundente. Este material se combina con lasílice presente en elmineral (que no se funde a las temperaturas del horno) para formar silicato de calcio, de menor punto de fusión. Sin la caliza se formaría silicato de hierro, con lo que se perdería hierro metálico. El silicato de calcio y otras impurezas forman una escoria que flota sobre el metal fundido en la parte inferior del horno. El arrabio producido en los altos hornos tiene la siguiente composición: un 92% dehierro, un 3 o 4% de carbono, entre 0,5 y 3% de silicio, del 0,25% al 2,5% de manganeso, del 0,04 al 2% de fósforo y algunas partículas de azufre.
Un alto horno típico está formado por una cápsula cilíndrica de acero forrada con un material no metálico y resistente al calor, como amianto ( asbesto ) o ladrillos refractarios. El diámetro de la cápsula disminuye hacia arriba y hacia abajo, y esmáximo en un punto situado aproximadamente a una cuarta parte de su altura total. La parte inferior del horno está dotada de varias aberturas tubulares llamadas toberas, por donde se fuerza el paso del aire. Cerca del fondo se encuentra un orificio por el que fluye el arrabio cuando se sangra (o vacía) el alto horno. Encima de ese orificio, pero debajo de las toberas, hay otro agujero para retirar laescoria. La parte superior del horno, cuya altura es de unos 30 m, contiene respiraderos para los gases de escape, y un par de tolvas redondas, cerradas por válvulas en forma de campana, por las que se introduce la carga en el horno. Los materiales se llevan hasta las tolvas en pequeñas vagonetas o cucharas que se suben por un elevador inclinado situado en el exterior del horno.
Los altos hornosfuncionan de forma continua. La materia prima que se va a introducir en el horno se divide en un determinado número de pequeñas cargas que se introducen a intervalos de entre 10 y 15 minutos. La escoria que flota sobre el metal fundido se retira una vez cada dos horas, y el hierro se sangra cinco veces al día.
El aire insuflado en el alto horno se precalienta a una temperatura comprendida...