Breve descripción

El Convertidor Bessemer es el recipiente y aparato principal utilizado en el proceso Bessemer para producir acero a partir de arrabio líquido. Al soplar aire a alta presión a través del fondo del metal fundido, quema las impurezas mediante una rápida oxidación sin necesidad de combustible externo. Fue la primera máquina capaz de producir acero en masa a bajo costo, impulsando la infraestructura de la civilización moderna.

Uso / Función

El Convertidor Bessemer tiene varias funciones industriales críticas:

• Descarburación del acero: Oxida el alto contenido de carbono del arrabio para transformarlo en un acero resistente y maleable.
• Eliminación de impurezas: Elimina silicio, manganeso y fósforo del hierro fundido.
• Reacción térmica continua: Mantiene altas temperaturas únicamente a través de reacciones químicas exotérmicas sin quemar combustible adicional.
• Escala: Gran escala industrial (toneladas de metal por lote).

Principio de funcionamiento

El convertidor funciona bajo el principio de oxidación química por soplado de fondo:

1. Inyección de chorro de aire: Se sopla aire precalentado o a temperatura ambiente a alta presión a través de pequeñas boquillas (tuyeres) ubicadas en el fondo del recipiente.
2. Oxidación exotérmica: A medida que el oxígeno sube a través del arrabio fundido, reacciona químicamente primero con el silicio y el manganeso, y luego con el carbono. Estas reacciones son altamente exotérmicas, lo que genera un calor intenso (que supera los 1600 °C) y mantiene el metal completamente líquido.
3. Impurezas a gas y escoria: El carbono se oxida en monóxido de carbono (produciendo una llama gigante y espectacular en la boca del convertidor), mientras que el silicio y el manganeso se oxidan para formar una escoria ligera que flota en la parte superior.
4. Vaciado y recarburación: Una vez que la llama disminuye (indicando que se ha quemado todo el carbono), el convertidor se inclina para vaciar la escoria y se añaden de nuevo cantidades precisas de carbono y manganeso para lograr el grado de acero deseado.

Cómo crearlo

La creación de un Convertidor Bessemer funcional requiere técnicas avanzadas de metalurgia y albañilería.

1. Construcción del recipiente en forma de pera

• Forjar o laminar placas pesadas de Hierro o acero para formar un contenedor grande en forma de pera con la parte superior abierta (boca).
• Equipar la parte media del recipiente con pesados pivotes horizontales (muñones) montados sobre una estructura de soporte robusta, lo que permite que todo el convertidor se incline.

2. Revestimiento refractario

• Revestir el interior con una capa gruesa de material refractario para proteger la carcasa de metal del calor extremo del acero fundido.
• Para minerales con bajo contenido de fósforo, utilizar un revestimiento ácido hecho de Arcilla con alto contenido de sílice o arena.
• Para minerales con alto contenido de fósforo, utilizar un revestimiento básico hecho de Caliza calcinada o dolomita.

3. Caja de viento y toberas

• Instalar una cámara hueca (la caja de viento) en la parte inferior del recipiente, conectada a una junta giratoria en uno de los muñones para recibir aire presurizado.
• Perforar numerosos agujeros pequeños (toberas) a través del revestimiento refractario inferior, que conducen desde la caja de viento directamente al hogar.

4. Soplador de presión

• Conectar la caja de viento a una bomba de aire o soplador de servicio pesado, generalmente impulsado por una máquina de vapor o una turbina de agua, capaz de soplar aire a presiones lo suficientemente altas como para vencer el peso de toneladas de metal fundido.

Materiales necesarios

• Carcasa estructural: Placas pesadas de Hierro o acero.
• Revestimiento refractario: Arcilla refractaria, arena de cuarzo o Caliza calcinada.
• Estructura pivotante: Vigas de hierro fundido o acero estructural.
• Herramientas: Herramientas de forja, rodillos mecánicos, soplador de aire de alta presión (impulsado por vapor o agua).

Variantes y mejoras

• Convertidor ácido: El diseño original que utiliza revestimientos de sílice, limitado únicamente a minerales de hierro puros.
• Convertidor Thomas-Gilchrist (básico): Revestido con dolomita/caliza, lo que permite el uso de abundantes minerales de hierro con alto contenido de fósforo.
• Horno de oxígeno básico (BOF): La mejora moderna que reemplaza el soplado de aire con oxígeno puro inyectado desde una lanza en la parte superior, evitando la fragilidad por nitrógeno en el acero.

Límites y riesgos

• Fragilización por nitrógeno: Dado que el aire contiene un 78% de nitrógeno, soplar aire a través del metal introduce nitrógeno en el acero, volviéndolo quebradizo bajo tensión.
• Sin paradas: Una vez que comienza el soplado de aire, no se puede detener mientras el recipiente esté en posición vertical, o el metal fundido se drenará y obstruirá las toberas de aire.
• Riesgo extremo de salpicaduras: La reacción produce violentas salpicaduras de hierro fundido, escoria y vapores tóxicos de monóxido de carbono, lo que hace que el área de operación sea extremadamente peligrosa.
• Desgaste refractario: El intenso choque térmico y el ataque químico de la escoria erosionan rápidamente el revestimiento interior de arcilla/caliza, requiriendo un reemplazo frecuente.