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Arrabio para niños

Enciclopedia para niños

El arrabio es un tipo de metal que se obtiene directamente de un alto horno. Imagina un horno gigante donde se calienta mucho el hierro para que se derrita. El arrabio es ese hierro fundido que sale de allí.

No es un producto final, sino una materia prima muy importante. Se usa principalmente para fabricar acero o para hacer otras piezas de fundición de hierro. Su calidad se mide por los elementos químicos que contiene, no tanto por lo fuerte que sea.

¿Qué es el arrabio y para qué sirve?

El arrabio es un metal con mucho carbono, entre 3.5% y 4.5%, además de otras sustancias. Debido a esto, es bastante frágil y no se puede usar directamente para muchas cosas. Por eso, es un paso intermedio en la fabricación de otros metales más resistentes.

Usos principales del arrabio

El arrabio que sale del alto horno puede tener varios destinos:

  • Se puede llevar en grandes recipientes especiales, como vagones de tren llamados vagón torpedo, directamente a otros hornos para convertirlo en acero. Así se aprovecha que ya está caliente.
  • Se puede enfriar en moldes para formar unos bloques llamados tochos de arrabio. Estos bloques se pueden guardar y luego volver a fundir para hacer piezas de hierro fundido o para transformarlos en acero. Antes, se hacían moldes en la arena, pero ahora se usan máquinas con cintas de moldes que enfrían el metal.
  • En algunos casos, se puede usar para moldear piezas directamente, pero solo si no necesitan ser muy fuertes o soportar mucha presión.

Historia del arrabio: ¿Cuándo se empezó a usar?

La idea de fundir hierro y producir arrabio es muy antigua. En la antigua China, ya se fabricaba arrabio durante la Dinastía Zhou, hace más de 2000 años.

En Europa, los hornos que podían fundir el hierro para producir arrabio aparecieron mucho después, en la Edad Media. Se han encontrado restos de estos hornos en lugares como Lapphyttan en Suecia, que podrían ser del siglo XII, y en Condado de Mark en Alemania, del siglo XIII. No se sabe si los europeos aprendieron esto de los chinos.

Al principio, era difícil quitar el carbono del arrabio para hacer acero. Pero a finales del siglo XVIII, en Gran Bretaña, con la llegada de los primeros altos hornos modernos, la producción de arrabio se hizo mucho más fácil. Abraham Darby I descubrió cómo usar el coque (un tipo de carbón) para esto.

Este avance fue clave para la Revolución Industrial, ya que permitió fabricar mucho hierro y acero a precios más bajos.

Avances en la producción de arrabio

Después de la Segunda Guerra Mundial, se mejoró la tecnología de los altos hornos. Se empezó a usar la presurización, que consiste en aumentar la presión dentro del horno. Esto ayuda a que el coque se queme mejor y a producir más hierro, ¡hasta un 25% más! También se descubrió que añadir oxígeno al aire del horno aumenta la producción.

Hoy en día, en las grandes fábricas de acero, el arrabio líquido pasa directamente del alto horno a los convertidores para transformarse en acero. Así se ahorra energía al no tener que volver a calentarlo. Sin embargo, todavía se fabrican tochos de arrabio para poder ajustar la producción a la demanda.

¿Cómo se fabrica el arrabio?

El arrabio se fabrica en un alto horno usando mineral de hierro, coque (un tipo de carbón) y caliza.

Proceso en el alto horno

1. Carga del horno: Se introducen capas de mineral de hierro, coque y caliza por la parte superior del alto horno. 2. Calentamiento: El coque se quema como combustible para calentar el horno a temperaturas muy altas. Al quemarse, el coque libera monóxido de carbono. 3. Reducción del hierro: El monóxido de carbono reacciona con el oxígeno del mineral de hierro, quitándoselo. Esto se llama reducción y convierte el óxido de hierro en hierro puro. La reacción principal es: Fe2O3 + 3CO → 3CO2 + 2Fe 4. Función de la caliza: La caliza (carbonato cálcico) también ayuda a producir monóxido de carbono y actúa como un fundente. Se combina con las impurezas del mineral, como la sílice, para formar una sustancia llamada escoria. La escoria es más ligera que el hierro fundido y flota sobre él. Esto es importante porque si no se usara caliza, el hierro puro se combinaría con la sílice y se perdería parte del metal. 5. Recogida del arrabio y la escoria: El hierro fundido (arrabio) y la escoria se acumulan en la parte inferior del horno. Periódicamente, se abren unos orificios para que el arrabio líquido fluya hacia un recipiente y la escoria se retire por otro agujero.

Estructura del alto horno

Un alto horno es como una torre cilíndrica gigante, hecha de acero y recubierta por dentro con un material especial resistente al calor, como ladrillos refractarios. Su diámetro es más ancho en el medio.

En la parte de abajo, tiene unas aberturas llamadas toberas por donde se sopla aire caliente. Cerca del fondo, hay un agujero para sacar el arrabio fundido y otro para la escoria. En la parte superior, que puede medir unos 30 metros de altura, hay respiraderos para los gases y unas compuertas por donde se introduce la materia prima.

El aire que se sopla en el horno se calienta previamente a temperaturas muy altas (entre 550 y 900 °C) en unas estructuras llamadas estufas, que usan los gases de escape del propio horno para calentarse.

Archivo:Chains of pig iron casting machine 01
Formación de tochos de arrabio en una cadena de moldes o "coquillas", que recoge el metal fundido a la salida del alto horno
Archivo:Griffiths' Guide to the iron trade of Great Britain an elaborate review of the iron (and) coal trades for last year, addresses and names of all ironmasters, with a list of blast furnaces, iron (14763826582)
Altos Hornos Minerva (Reino Unido, 1873)
Archivo:Sestao - AHV 1. Labe Garaia 114
Alto horno de Sestao, España (hasta la década de 1980)
Archivo:Chemistry; plan and section of a blast furnace. Engraving by Wellcome V0024498
Secciones de un alto horno de comienzos del siglo XIX (1810)
Archivo:Melted raw-iron
Arrabio en estado líquido, contenido en un cucharón
Archivo:Casting pig iron, Iroquois smelter, Chicago
Fundición de arrabio, acería Iroquois, Chicago, entre 1890 y 1901
Archivo:Full up and fed up; the worker's mind in crowded Britain (1921) (14755190826)
Recogida de los tochos de arrabio formados en los moldes de arena (Reino Unido, 1921)
Archivo:Pig iron
Tochos de arrabio
Archivo:Tackjärn Dalarna 1800
"Tocho" o lingote de arrabio
Archivo:Castingiron
Extracción de arrabio
Archivo:Sidérurgie Circuit Fer 2012 es
Diagrama simplificado de la oferta de la industria siderúrgica mundial en millones de toneladas de contenido de hierro, en 2012. Destaca la importancia del arrabio en comparación con las fundiciones

Producción mundial de arrabio

A principios del siglo XXI, el país que más arrabio produce en el mundo es la República Popular China.

Los mayores productores de arrabio (2015)
Posición País Producción
(en miles de t)
Posición País Producción
(en miles de t)
1 China 691 410 8 USA 25 357
2 Japón 81 011 9 Ucrania 22 148
3 India 57 334 10 Taiwán 14 305
4 Rusia 52 682 11 Turquía 10 184
5 Corea del Sur 46 651 12 Francia 10 097
6 Brasil 27 803 13 Reino Unido 8775
7 Alemania 27 578 Otros países <7000

Composición del arrabio

La composición química del arrabio es muy importante porque determina cómo se comportará en los siguientes pasos para fabricar acero. Las empresas buscan una composición específica para que el proceso sea lo más eficiente posible.

A lo largo del siglo XX, se empezó a clasificar el arrabio según su uso final (para hacer acero o para fundición), en lugar de por su apariencia al romperse.

Restricciones en la composición química del arrabio, según sus principales usos
Tipo Utilización Si (%) S (%) P (%) Mn (%)
Arrabios para afinado
Arrabio gris para forjas < 1,5 < 0,1 < 1,0 < 1,0
Arrabio para un convertidor Bessemer 1,0-2,0 < 0,050 < 0,1 < 1,0
Arrabio para un horno Martin-Siemens ácido < 2,00 < 0,030 < 0,03 < 1,0
Arrabio para un horno Martin-Siemens básico < 1,00 < 0,050 < 1,0 < 1,0
Arrabio para un convertidor Thomas < 1,00 < 0,050 2,0-3,0 1,0-2,0
Arrabio para fundiciones moldeadas
Arrabio de moldeado, grado 1 2,5-3,0 < 0,035 0,5-1,0 < 1,0
Arrabio de moldeado, grado 2 2,0-2,5 < 0,045 0,5-1,0 < 1,0
Arrabio de moldeado, grado 3 1,5-2,0 < 0,055 0,5-1,0 < 1,0
Arrabio dúctil 0,75-1,5 < 0,050 < 0,2 < 1,0

Tipos de arrabios según su uso

Existen diferentes tipos de arrabio, diseñados para procesos específicos de fabricación de acero.

Arrabio para convertidor Bessemer

El convertidor Bessemer es un tipo de horno que usa aire para quemar las impurezas del arrabio. El silicio es muy importante en este proceso porque al quemarse, produce mucho calor y ayuda a que el hierro se mantenga fundido. Por eso, el arrabio para este proceso necesita tener una cantidad específica de silicio.

Arrabio para desfosforación (arrabio Thomas)

El convertidor Thomas es similar al Bessemer, pero está diseñado para eliminar el fósforo del arrabio. El fósforo también produce calor al quemarse, lo que ayuda al proceso. Para este método, el arrabio debe tener poco silicio y mucho fósforo.

Arrabio moderno

Hoy en día, los procesos de fabricación de acero han cambiado. Con los nuevos convertidores con oxígeno, ya no es tan necesario que el arrabio tenga mucho silicio o fósforo para generar calor. De hecho, se busca que tenga la menor cantidad posible de estas impurezas, porque eliminarlas es costoso.

Además, los aceros modernos necesitan ser de muy alta calidad, con muy poco fósforo. Por eso, el arrabio actual se produce con la menor cantidad de fósforo posible.

Fundiciones de hierro

El arrabio también se usa para hacer fundiciones de hierro, que son piezas moldeadas. La forma en que se clasifica el arrabio para estas fundiciones también depende de su composición química, especialmente de la cantidad de carbono y silicio que contiene.

Véase también

Kids robot.svg En inglés: Pig iron Facts for Kids

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Arrabio para Niños. Enciclopedia Kiddle.