Obtenció del ferro colat: l'alt forn

L’alt forn està format per una estructura d’acer recoberta interiorment per material ceràmic refractari. Té forma de dos troncs de con units per la part més ampla, amb uns 30 m d’alçada i uns 6 m de diàmetre màxim. Per la part superior s’introdueixen les matèries primeres i s’extreuen els gasos. Per la part inferior s’introdueix aire calent a pressió, que fa possible la combustió del carbó, i es recullen el ferro colat i les escòries.
Les matèries primeres que intervenen en l’alt forn són el mineral de ferro concentrat, el carbó de coc i la pedra calcària.
El procés d’obtenció consisteix en la introducció de les matèries primeres en capes successives per la boca superior del forn. La combustió del carbó de coc per la generació d’altes temperatures s’aconsegueix gràcies a la injecció d’aire calent a la base del forn. Periòdicament es va extraient el ferro colat per un orifici en la part inferior del forn, i l’escòria per un altre orifici una mica més elevat que l’anterior.
En l’alt forn es distingeixen quatre zones: la de deshidratació on s’elimina la humitat en forma de vapor d’aigua, la de reducció on es combina el monòxid de carboni amb l’oxigen per formar diòxid de carboni, la de carburació es forma l’aliatge fèrric i la de fusió on es produeix la fusió del ferro. L’escòria queda surant damunt del ferro colat.
El ferro colat obtingut a l’alt forn és un aliatge de ferro i carboni amb un contingut aproximat del 4% de carboni, el 2% de silici i quantitats menors de fòsfor, sofre i oxigen.

Video de fromació del ferro colat en un alt forn

Obtenció de l'acer

Per obtenir acer cal descarburar el ferro colat que prové de l’alt forn. La descarburació consisteix a reduir el contingut de carboni. Aquest ferro colat també té un contingut massa elevat d’impureses que cal reduir, ja que li donen fragilitat o redueixen la seva mal•leabilitat.
Per obtenir acer a partir de ferro colat hi ha dues instal•lacions diferents:

El convertidor d'oxigen

El procés comença amb la càrrega del convertidor amb ferro colat en fase líquida, ferralla i calç. Tot seguit s’introdueix una llança que injecta oxigen pur a pressió damunt el líquid.
El ferro colat es combina amb l’oxigen en una reacció formant calor, el silici i el fòsfor es combinen amb l’oxigen i després amb la calç i passen a formar part de l’escòria.

El forn elèctric

Dins del forn s’introdueix el ferro colat, la ferralla oxidada (que aporta l’oxigen i la calç (per formar l’escòria). Com que el ferro colat i la ferralla són conductors, reben descàrregues elèctriques en forma d’arcs voltaics des dels elèctrodes, amb la qual cosa n’augmenta la temperatura. Es poden afegir, durant el procés, les quantitats necessàries d’elements d’aliatge per obtenir els acers aliats.
El forn elèctric permet un control molt precís de la temperatura i la composició de l’acer. És molt indicat per obtenir acers especials, ja que pot fondre elements d’aliatge com ara el molibdè i el tungstè, que tenen unes temperatures de fusió molt elevades.

Funcionament d'un forn elèctric