Un trabajador incansable con cierto toque de delicadeza

SIN él no se oiría la música del piano, el estruendo de los aviones de reacción, el tic-tac de los relojes ni el rugido de los motores. Tampoco existirían los rascacielos ni los puentes colgantes. ¿A qué nos referimos?

Al acero. Es indispensable en las grandes construcciones. Con él se han fabricado barcos descomunales que surcan los siete mares y conductos para transportar petróleo y gas desde sus lejanos pozos hasta cientos de kilómetros de distancia. Pero este versátil material asume en nuestra vida diaria muchas otras formas. Piense, por ejemplo, en los neumáticos radiales del autobús que toma para ir al trabajo, o en el cable que sube y baja el ascensor del edificio donde usted vive. ¿Y qué hay de las bisagras de sus lentes y la cucharilla con la que remueve el café? Este duradero —aunque delicado— material recibe miles de usos. ¿De qué está compuesto, y qué lo hace tan útil?

Carbono y cristales

El acero es una aleación, o mezcla, de dos insólitos colaboradores: el hierro y el carbono. El hierro puro es blando en comparación con otros metales, de ahí que no se emplee industrialmente. Por otro lado, el carbono es un elemento químico no metálico. Los diamantes y el hollín de las chimeneas son solo variedades de este cuerpo simple. Ahora bien, si se combina una pequeña cantidad de carbono con hierro fundido, se obtiene un material muy diferente al carbono y mucho más duro que el hierro.

La clave de la fabricación del acero son los denominados cristales. ¿Sabía que el hierro se compone de cristales? * De hecho, ese es el caso de todos los metales sólidos, y es dicha composición cristalina la que les otorga maleabilidad, brillo y demás propiedades. Ahora bien, los cristales de hierro tienen una característica especial.

Los cristales de hierro y el acero

Para obtener acero se combina hierro fundido con otros elementos. Mientras la mezcla se va solidificando, el hierro disuelve los demás componentes y los absorbe y atrapa en su estructura cristalina. Puesto que en otros metales se da el mismo comportamiento, ¿qué tiene de especial el hierro?

Se distingue porque su estructura puede alterarse mediante la aplicación de calor mientras aún se encuentra en estado sólido, lo cual permite que los cristales de hierro pierdan su forma relativamente cerrada, adquieran una más abierta y después recuperen la original. Imagínese una casa bien construida cuyas paredes se mueven hacia ambos lados y cuyo suelo sube y baja mientras usted permanece sentado en la sala de estar. Algo parecido les sucede a los cristales cuando el metal alcanza altas temperaturas, sin llegar a fundirse, y después se enfría.

Si hay carbono presente cuando se producen estas alteraciones, una aleación dura puede convertirse en blanda, o viceversa. Los fabricantes de acero aprovechan esta propiedad del hierro para conseguir productos con la dureza deseada mediante tratamientos térmicos como el temple, el recocido y el revenido. * Pero aún hay más.

Cuando se combinan con el hierro otros elementos —manganeso, molibdeno, níquel, vanadio, silicio, plomo, cromo, boro, tungsteno o azufre—,  el acero no solo se convierte en un material de mayor o menor dureza, sino que adquiere otras propiedades, a saber, resistencia, tenacidad, ductilidad, resistencia a la corrosión, trabajabilidad, flexibilidad, magnetismo o amagnetismo, por mencionar solo algunas. Tal como el panadero varía los ingredientes y la temperatura del horno dependiendo de la clase de pan que desee hacer, los fabricantes de acero cambian las aleaciones y los tratamientos térmicos que le aplican a fin de producir miles de variedades de este metal de versatilidad incomparable: desde rieles que soportan sin peligro trenes de carga de 12.000 toneladas, hasta el rodamiento del tamaño de un alfiler que sostiene el volante de un reloj.

Historia de la fabricación del acero

Hace siglos, quienes fabricaban utensilios y armas de hierro se dieron cuenta de que este metal, una vez fundido (separado del mineral de hierro, o mena), contenía impurezas que le aportaban resistencia y dureza. También descubrieron que al enfriar en agua el utensilio de hierro, este se endurecía aún más. En la actualidad, la fragua del herrero ha sido sustituida por enormes hornos; y el yunque y el martillo, por gigantescos laminadores. Pero las fábricas modernas siguen los mismos pasos básicos que seguían los musculosos forjadores de antaño: 1) funden el hierro, 2) lo combinan con otros elementos, 3) dejan que se enfríe, 4) le dan forma y le aplican algún tratamiento térmico.

Observe las cantidades que aparecen en el recuadro de la derecha. Pese a lo impresionantes que son, corresponden a lo que procesa una acerería en un solo día. La planta siderúrgica ocupa una vasta extensión en la que se alzan montañas de minerales que se utilizarán en la fabricación del acero.

Un maravilloso metal que adopta múltiples formas

Tiene aplicaciones muy diversas, por ejemplo, en la caja de resonancia de los pianos de cola, cuyas cuerdas, fabricadas con uno de los aceros más resistentes, producen hermosos acordes. El acero Hadfield (al manganeso) se emplea para fabricar gigantescas trituradoras de mineral, que con el uso se hacen más y más resistentes. Y el acero inoxidable se usa para bisturís, cubas de vino y máquinas de hacer helados. Las utilidades del acero son tan numerosas, que es casi imposible mencionarlas todas.

En todo el mundo se producen anualmente unos ochocientos millones de toneladas de este metal, pero no existiría ni un solo gramo si no fuera por el hierro, justo uno de los elementos que más abundan en el planeta. Dado que también hay suficientes reservas de carbón y caliza, parece que el acero podrá seguir utilizándose por un buen tiempo.

Así que la próxima vez que tenga en la mano una aguja de coser, lance el anzuelo de una caña de pescar, use una llave inglesa, abra la puerta de una cerca cerrada con cadena, viaje en automóvil o are un campo, piense en la extraordinaria combinación de hierro y carbono que lo hace posible.

[Notas]

[Recuadro de la página 23]

Los materiales que se necesitan para fabricar 10.000 toneladas de acero

6.500 toneladas de carbón

13.000 toneladas de mena

2.000 toneladas de piedra caliza

2.500 toneladas de restos de acero

1.500.000.000 de litros de agua

80.000 toneladas de aire

 [Ilustraciones y recuadro de las páginas 24 y 25]

Cómo se fabrica el acero

Se han omitido algunos detalles para simplificar el esquema

Hace falta calor. Con un termómetro como indicador, repasemos las fases de su producción.

▪ 1400 °C. Se calcina el carbón mineral en unos inmensos hornos herméticos para que se evaporen los elementos indeseables sin que este se consuma. El coque (pedazos de carbón cubiertos de hollín) que se obtiene como resultado, proporcionará el calor y el carbono que se necesitarán más adelante.

▪ 1650 °C. El coque, junto con el mineral de hierro y la piedra caliza, caen en cascada a un alto horno donde topan con un muro de fuego y aire sobrecalentado. Se quema el coque y, a consecuencia del calor abrasador, las impurezas de la mena se combinan con la caliza, formando un subproducto denominado escoria. Los materiales se licuan y se posan en el fondo del horno. La escoria, que flota sobre el hierro, se aparta en un contenedor para su eliminación, y el hierro líquido cae en unos vagones especiales, que transportan su candente cargamento hasta el siguiente horno.

▪ 1650 °C. Se echan 90 toneladas de chatarra cuidadosamente seleccionada en un convertidor básico por oxígeno, un horno de nueve metros de altura con forma de pera. Entonces, un enorme caldero vierte el abrasador hierro fundido sobre la chatarra.  A continuación se introduce en el horno un tubo refrigerado con agua, llamado lanza, lo que provoca una explosión de chispas. De la lanza emana un chorro supersónico de oxígeno puro, que enseguida hace hervir el metal como si se tratara de sopa sobre una hornilla caliente. Comienzan a producirse ciertas reacciones químicas y, en menos de una hora, el horno ha terminado de fabricar aproximadamente 300 toneladas de acero líquido, denominado caldo, que se vierte en cucharas transportadoras. Se añaden las aleaciones, y el ardiente metal se vacía en las lingoteras, donde empieza a cobrar forma.

▪ 1200 °C. Se pasa el acero al rojo vivo entre una serie de rodillos que lo aplastan o laminan hasta que se obtiene el grosor deseado. Este riguroso proceso endurece tanto el metal que ya no se deja moldear.

▪ Temperatura ambiente. Por fin, tras haberlo fundido, cortado, laminado en caliente y en frío, limpiado en un baño de ácido y calentado una y otra vez, el termómetro desciende definitivamente. El acero líquido, o caldo, se ha convertido en montones de planchas de acero, que acabarán transformadas en tubos para un complejo de oficinas.

Dado que los principales elementos de una fábrica de acero están hechos de este mismo metal, ¿por qué no se funden con el uso? El interior de los hornos, los vagones y los calderos están revestidos de ladrillos de un material refractario resistente al calor. Por ejemplo, el convertidor básico por oxígeno tiene un revestimiento de un metro de grosor. No obstante, las monstruosas temperaturas también afectan a los ladrillos, por lo que deben reemplazarse con regularidad.

[Ilustraciones]

(Para ver el texto en su formato original, consulte la publicación)

1. FABRICACIÓN DEL HIERRO

1400 °C Carbón → Hornos de coque

↓

1650 °C Piedra caliza

Mineral de hierro → ALTO HORNO

↓

Hierro fundido

2. FABRICACIÓN DEL ACERO ↓

1650 °C Chatarra

Cal y fundente

Oxígeno

↓

CONVERTIDOR BÁSICO POR OXÍGENO

3. ENFRIAMIENTO ↓

COLADA CONTINUA

Tochos

Palanquillas

Planchas

4. ACABADO ↓

1200 °C Laminado del acero (barras o vigas)

Galvanizado

Laminado en frío

Laminado en caliente

Temperatura ambiente

[Ilustración]

Observe el tamaño de las personas

[Reconocimiento de la página 23]

Todas las fotografías de las págs. 23 a 25, salvo el reloj, son gentileza de Bethlehem Steel