LOS METALES, El hierro

Piedra de hierro en estado natural

El hierro químicamente puro no puede ser usado en la construcción ni en la industria, pero sí las aleaciones del hierro con los otros elementos que lo acompañan como impurezas, y entre las cuales el carbono es el que desempeña el papel más importante. Ya antiguamente se usaba el hierro. Calentaban el mineral del hierro en un hogar con carbón de leña, quedando n hierro esponjoso que se podía martillar y darle forma. El adelanto de las ciencias permitió construir hornos de mayores dimensiones, y con ellos se llegó a licuar el hierro, pero lo que no se alcanzó a comprender sino mucho tiempo después fue por qué el hierro fundido resultaba frágil o quebradizo, y en cambio el batido, de menor temperatura, se trabajaba con el martillo. La diferencia fundamental entre las propiedades del hierro fundido y el batido, estriba en la combinación del carbono. Se opera una transformación química que libera el hierro del oxígeno, en efecto: Óxido de hierro + carbono = Hierro + óxido de carbono. Los hierros son metales maleables, dúctiles, cuyos fragmentos pueden ser soldados directamente. Se trabajan fácilmente y no experimentan modificación alguna cuando se los enfría bruscamente; no se templan. Contienen de 1 a 3 por mil de carbono y se dividen en: hierro dulce cuando tienen de 0,5 a 1 ½ por mil de carbono y hierro duro cuando contienen de 1 ½ a 3 por mil. El punto de fusión varía entre los 1500° y 1600° C.

Obtención del hierro

Los minerales del hierro pueden reducirse al estado de óxidos y luego al de hierro más o menos puro, requiriéndose para ello la acción del fuego. El procedimiento más antiguo se denomina bajo hogar o forjas catalanas, en el cual el hierro se apila mezclado con el carbón de leña en la fraguar. Se da fuego y se inyecta el aire por una tobera; el metal resultante es esponjoso, y debe dársele la compacidad mediante golpes de martillo. Las reacciones que se producen en estos hogares son las siguientes: el carbón al arder frente a las toberas forma el anhídrido carbónico, el cual es reducido por el mismo carbón a óxido de carbono, que al encontrarse con el óxido de hierro calentado, se apodera del oxígeno dejando libre el metal. Este procedimiento es largo y costoso. Con 45 kg de mineral y 50 kg de carbón, solamente se obtienen 15 kg de hierro. La escasa temperatura alcanzada, no llega a provocar la formación de carburos de hierro, obteniéndose una masa esponjosa llamada lupa.

Altos hornos

Reciben este nombre debido a su altura, la cual está supeditada al combustible empleado. Interiormente están revestidos de ladrillos refractarios con un espesor de 60 cm a 1 m, y recubiertos exteriormente por una chapa de hierro de 13 mm de espesor. Funcionan de la siguiente manera: por el tragante se introducen en capas alternadas el combustible y el mineral en proporción predeterminada, y además un fundente para que al mezclarse con la ganga facilite la fusión y separe ambas. En la tragante hay dos tapas en forma de conos. El material para el primero y se estaciona. Se cierra el primer cono y se abre el segundo, cayendo el material en la cuba, sin pérdida del calor. En la parte superior de ésta, y en contacto con los gases y calor de la combustión, se seca y deshidrata; al llegar a la parte inferior, a 1050° C en contacto con el carbono en exceso, se reduce dando óxido de carbono, y quedan las partículas de metal mezcladas con la ganga, mientras la piedra caliza se cuece, desprendiendo el ácido carbónico y queda la cal viva. En el atalaje alcanza la temperatura de 1200° C, activándose la combinación de la cal con la ganga, y formando silicatos; deja el hierro libre, que se combina con el carbono.

Al llegar frente a las toberas, donde la temperatura se eleva hasta los 1900° C, el hierro y los silicatos se funden adquiriendo fluidez; caen luego al crisol, donde por diferencia de densidades se separa la escoria al quedar flotando en la superficie. Por la bigotera superior se efectúa la sangría de la escoria, que consiste en hacer salir dicha escoria que sobrenada en el metal y que está compuesta caso por completo de silicato doble de alúmina y cal; se la lleva al secadero y se recoge en vagonetas. En cuanto al metal, se extrae por la piquera inferior, extendiéndose en moldes para formar los trozos cortos llamados lingotes. El proceso se lleva a cabo con la inyección de aire por las toberas. El aire aviva la combustión, y se apodera de casi todo el carbono y oxígeno del mineral, del combustible y del fundente, y sale a unos 500° C, constituyéndose aún gases utilizables para ser inyectados nuevamente al horno.

Afinado

Consiste en reducir el exceso de carbono contenido en los lingotes de fundición blanca.