Arrabio 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.
Contenido
¿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.
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Producción mundial de arrabio
A principios del siglo XXI, el país que más arrabio produce en el mundo es la República Popular China.
| 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.
| 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
En inglés: Pig iron Facts for Kids
- Tocho de arrabio
- Fundición de hierro
- Alto horno
- Siderurgia
