Un alto horno es un tipo especial de horno para fundir hierro a partir de mineral. Los altos hornos son muy grandes. Pueden tener hasta 60 metros de altura y 15 metros de diámetro. El alto horno es el mayor reactor químico. Los altos hornos también se denominan hornos altos.
Un alto horno suele construirse con una caja de acero y ladrillos de óxido de magnesio u otro material refractario dentro de la caja. El horno caliente no puede fundir estos ladrillos. El horno se enfría con agua que corre por una parte de la cámara y los ladrillos.
El proceso de fabricación del hierro es sencillo. El mineral de hierro es básicamente óxido de hierro. El hierro se obtiene eliminando el oxígeno. Así se obtiene el hierro bruto, llamado arrabio. Este proceso de eliminación del oxígeno se denomina fundición. En el proceso de reducción se utiliza carbono y el mineral se calienta a alta temperatura. El carbono elimina fácilmente el oxígeno del mineral a altas temperaturas.
Proceso
El mineral, la piedra caliza y el carbón en forma de coque se introducen en capas en la parte superior del alto horno. Al mismo tiempo, se insufla aire caliente llamado «viento» en el interior del horno. Para introducir el aire en el horno se utilizan unas toberas especiales llamadas «tuyeres». Las toberas se encuentran en la parte inferior del horno. Este proceso se denomina «voladura». Por eso se llama «alto horno». El coque se enciende y arde. Esto crea monóxido de carbono porque no hay suficiente oxígeno para producir dióxido de carbono. El monóxido de carbono reduce el óxido metálico y produce dióxido de carbono. Este proceso se utiliza para fabricar hierro. La piedra caliza forma una sustancia llamada escoria con la roca del mineral de hierro.
La parte inferior del horno se denomina solera. Cuando se ha llenado de arrabio líquido y escoria, se retira la escoria. Esto se denomina desnatado. La escoria es más ligera que el hierro y no se mezcla con él. Flota sobre el hierro. Se hace un agujero en la solera al nivel de la escoria con un taladro especial. La escoria líquida sale por el orificio hacia un recipiente llamado cuba de escoria. A continuación, se vacía el hierro de la solera. Esta operación se denomina roscado. Se hace un agujero en el fondo y sale el arrabio líquido. Se utiliza directamente para la siderurgia, se introduce en un vagón de ferrocarril especial llamado vagón torpedo o se hace en moldes. Cuando se ha extraído todo el arrabio, se utiliza arcilla resistente al fuego para cerrar los dos agujeros. La arcilla se solidifica muy rápidamente debido al elevado calor.
El arrabio contiene un 4% de carbono y sería demasiado duro y quebradizo para utilizarlo. Primero hay que quemar el carbono sobrante. El arrabio se transforma en acero descarburándolo (quemando el carbono sobrante). Un método moderno para descarburar el arrabio y refinarlo en acero es el horno de oxígeno básico. Históricamente también ha habido otros métodos, como el convertidor Bessemer, el horno de solera abierta y el horno de charco.
Los gases ascienden y se recogen en la parte superior del horno. Como el gas contiene mucho monóxido de carbono, es un combustible valioso. El gas recogido en la parte superior del alto horno se denomina gas de alto horno. A continuación, se lava y se seca y se recogen todas las partículas sólidas, como el hollín o el polvo de mineral. A continuación, el gas se quema en hornos especiales denominados estufas Cowper o estufas calientes de alto horno para convertirlo en dióxido de carbono. El calor de la combustión del gas de alto horno se utiliza entonces para precalentar el aire de voladura, el «viento», que a su vez se introduce en el propio alto horno.
La escoria no es un residuo. Puede utilizarse de varias maneras. Puede convertirse en ladrillos para la construcción o mezclarse con hormigón. El hormigón que contiene escoria de alto horno es más resistente que el hormigón ordinario y es casi blanco puro, mientras que el hormigón normal es gris sucio.
Por lo general, un alto horno puede funcionar de 10 a 20 años sin parar. Esto se llama «campaña».
Ejemplo químico
A la temperatura de 900-1600°C se produce una reducción con el carbono:
Ahora se ha fabricado hierro.