Producción de acero con horno de cubilote

Tutorial de cómo fabricar un horno tipo cubilote para fundición de hierro y producción de acero. Al final se muestra el acero producto de la fundición.

Ha llegado el momento de realizar la primera fundición de hierro medianamente controlada. Para ello he construido un horno de cubilote que es el modelo más sencillo para fundir metales, dado que en el mismo compartimento que se encuentra el combustible (en este caso carbón vegetal) se halla el metal a fundir sin necesidad de crisol. Este tipo de hornos es de desarrollo vertical, como se ve en los diagramas inferiores.

La desventaja de producir acero con este modelo de horno es que no se puede controlar el porcentaje de carbono que adquiere el hierro, pudiendo sobrepasar el 1,5 o 2 % y haciendo demasiado quebradizo el acero. En este caso el producto se denomina fundición gris, y no sirve para forjar.

Pero como primera experiencia en fundición de metales ferrosos creo que bastará y además es hora de hacerle honor a la denominación de esta web. A continuación muestro el funcionamiento del horno y sus características (he reflotado un poco, sólo un poco, mi antigua afición al Blender) 

Como se ve en la animación, el aire ingresa por la parte inferior de un compartimiento anexo a la cámara de combustión y luego entra a la misma por una abertura superior que se oriente de arriba hacia abajo.

En este tipo de hornos para producir acero la materia prima puede ser chatarra, hierro dulce en forma de barras o similares, mineral de hierro. Y como materiales requeridos es necesario un fundente que puede ser roca caliza o algún otro (como aquí que usé bórax).

Construcción del horno

Los materiales para la construcción son tierra colorada, pasto seco y ladrillos comunes. Se empieza formando el pastón de adobe y realizando la base del horno. Estos hornos de cubilete suelen tener una perforación en la base denominado canal de sangría por donde sale el material fundido. Pero ello es más bien para verter dicha colada en algún molde. En este caso, como el producto es para forja, no le realicé ninguna salida. Aunque sí le realicé una concavidad para alojar el acero a medida que va derramándose hacia el fondo del horno.

Algo fundamental es saber que los ladrillos comunes se derriten cuando las temperaturas superan los 1200 grados Celsius, por lo que el barro deberá cubrirlos por completo. De lo contrario se tendrán que usar refractarios.

Elevación del horno. Los ladrillos necesitan revestirse

por completo de adobe

Aunque pude comprobar (no digo nada nuevo con esto) que el adobe es tan buen aislante térmico que luego de mantener el horno encendido por 40 minutos la parte exterior estaba tan fría como cuando estaba apagado. Por lo que usar ladrillos refractarios en este caso no se justificaría demasiado.

Arriba se muestra cómo realizar la cámara de oxigenación . Ese ladrillo que se ve es provisorio y luego de techada esa cámara se retira y se le practica el orificio para la entrada de aire a la cámara de combustión.

Interior del horno de cubilote

Aquí se ve el horno terminado. El mismo se ha de dejar secar uno o dos días y ya se podrá encender para realizar la primera y única fundición con el mismo, pues se destruye cuando se termina de fundir.

Fundición del hierro para producir acero

A los dos días el horno ya estaba lo suficientemente seco como para producir el acero. Para ello se apresta el combustible, la chatarra que usaremos y el fundente:

En el siguiente video se aprecia el horno en funcionamiento y la producción de la esponja de acero.

Por momentos, parecía como si los niveles de oxígeno dentro del horno decaían, por lo que en el próximo agrandaré el orificio de entrada del aire.

Como dato importante, efectivamente se me derritió parte de un ladrillo que había quedado expuesto en la parte interior. Por suerte la costra de adobe exterior ni se inmutó y siguió cumpliendo su función estructural y aislante. Ahora habrá que tomar esa esponja de acero y forjarla para ver qué tan buena ha salido.

Esponja de acero recuperada del fondo del horno

La prueba de la chispa indicó que el porcentaje de acero de algunas partes de esta esponja era alto. Aquí lo difícil, como se dijo más arriba, es que dicho porcentaje sea bajo, pues al estar rodeado de carbón la aleación se forma naturalmente por difusión. Por lo que pude notar, luego de retirarle gran parte de la escoria, es que tiene un buen núcleo bastante homogéneo (tiene algunos poros de escoria).

Vista de parte del núcleo de acero

Me gustaría disponer de un espectrómetro de masas para ver qué tanto carbono tiene este acero, pero es imposible. Lo único que resta es ponerlo al rojo y eliminar a martillo toda la escoria extra y comprimir la esponja. En caso que se fracture demasiado será menester caldear esos componentes. Algo va a salir de esto (1178 gramos), en el peor de los casos un cuchillo pequeño.

Mi próximo desafío al respecto es construir un horno similar pero para crisol. En estos, el acero se forma dentro de un crisol, en el que se han depositado los trozos de hierro, el fundente y el carbón en las proporciones adecuadas. Pero eso es otra historia. Cualquier consulta o sugerencia saben que aquí estaré, pensando ya en forjar esta esponja de acero.