Un convertidor es un reactor químico que transforma el hierro bruto en acero.

El hierro bruto, llamado arrabio, que es el producto del alto horno, contiene hasta un 4% de carbono. Es demasiado duro y quebradizo para un uso significativo. Primero hay que quemar el carbono del hierro para producir acero. Este proceso se llama conversión y el reactor, convertidor.

El primer convertidor fue inventado por Sir Henry Bessemer en 1856. Construyó un gran recipiente en forma de pera con toberas (tuyeres) para el aire en el fondo. En el convertidor se vertía el arrabio fundido de los altos hornos y, a continuación, se bombeaba aire a alta presión por la parte inferior. El resultado era un fuerte ruido y una llama de hasta 20 metros en la boca del convertidor. Al cabo de diez minutos todo el arrabio se había convertido en acero. El convertidor Bessemer fue el primer reactor que logró convertir el arrabio en acero, y comenzó la era del acero. El acero era ahora abundante y barato.

Sin embargo, el acero mejora si sólo se insufla oxígeno. El aire contiene nitrógeno, que es perjudicial para algunos tipos de acero. Un convertidor moderno llamado horno de oxígeno básico utiliza oxígeno puro en lugar de aire. Se inventó en 1949 en Austria.

El convertidor de oxígeno básico moderno es un gran recipiente con forma de calabaza que está hecho de acero y revestido con refractarios como la línea de óxido de calcio y óxido de magnesio para que el recipiente pueda soportar la alta temperatura del metal fundido.

El arrabio fundido y la chatarra se cargan en el convertidor. La chatarra suele estar oxidada y contiene oxígeno, por lo que parte del óxido reacciona con el arrabio, quemando el carbono y creando calor que funde la chatarra. Una vez que toda la chatarra se ha fundido, se baja un tubo especial llamado "lanza de oxígeno" en el arrabio y se introduce un golpe de oxígeno muy rápido y fuerte. El oxígeno quema todo el carbono y mezcla bien el acero líquido. Una vez que se ha quemado todo el carbono, se introduce algo de carbono adicional para elevar el contenido al nivel deseado. El resultado es el acero líquido, que se extrae y se lleva al tren de laminación para producir productos de acero.

Historia y evolución breve

El convertidor Bessemer revolucionó la producción de acero en el siglo XIX al permitir una producción rápida y económica. Más tarde, las limitaciones del proceso original —principalmente su incapacidad para eliminar el fósforo cuando se empleaban minerales fosforados— llevaron al desarrollo de variantes como el proceso Thomas (Bessemer básico) que utilizaba un revestimiento básico para capturar fósforo en la escoria.

En el siglo XX aparecieron tecnologías alternativas como el horno de solera (horno Siemens–Martin) y, sobre todo, el horno de oxígeno básico (BOF, por sus siglas en inglés), que desplazó en gran medida al convertidor Bessemer por su mayor control del proceso, menor tiempo de ciclo y mejor calidad del acero. Paralelamente, el horno de arco eléctrico (EAF) se desarrolló como alternativa eficiente para el reciclado de chatarra.

Principio químico básico

La transformación del arrabio en acero se basa en oxidar impurezas mediante una corriente de oxígeno. Reacciones típicas:

  • C + O2 → CO2 (o CO en condiciones limitadas de oxígeno). El carbono se oxida y sale en forma de gas, reduciendo el contenido de carbono del metal.
  • Si + O2 → SiO2; Mn + O2 → MnO; P + O2 → P2O5. Estos óxidos pasan a la escoria.
  • La escoria se forma al añadir fundentes (por ejemplo, cal —CaO—) que reaccionan con SiO2 y P2O5 para formar compuestos removibles y flotantes en la superficie.

El calor necesario para mantener el metal líquido proviene en gran medida de las reacciones de oxidación (que son exotérmicas) y de la fusión de la chatarra, por lo que, en muchos casos, no es necesario aporte energético adicional durante la inyección de oxígeno.

Proceso del horno de oxígeno básico (pasos principales)

  • Carga: se vierte arrabio líquido del alto horno y se incorpora chatarra para ajustar la composición y recuperar material reciclado.
  • Fusión y precalentamiento: la chatarra se funde parcialmente por la acción del arrabio caliente y las reacciones de oxidación iniciales.
  • Inyección de oxígeno: la lanza de oxígeno se introduce y sopla oxígeno puro a alta velocidad sobre la superficie del metal; las reacciones oxidan carbono y otras impurezas.
  • Control y ajuste: cuando el contenido de carbono alcanza el nivel deseado, se detiene el soplado y se ajusta la composición con aleantes y, si hace falta, se añade carbono para alcanzar la especificación requerida.
  • Desbaste y colado: se separa la escoria, se inclina el convertidor y se vierte el acero líquido en lingoteras o en el tratamiento de colada continua; a continuación, el acero suele pasar por tratamientos secundarios en colada (tratamiento en cuchara, horno de caldero, desgasificación).

Aspectos técnicos y de funcionamiento

Algunos puntos prácticos importantes:

  • Tiempo de ciclo: un ciclo típico de BOF dura entre 30 y 60 minutos, mucho más corto que procesos antiguos.
  • Flujo de oxígeno: se usan flujos de oxígeno muy elevados (varios cientos de m3/h) y la pureza del oxígeno suele ser superior al 95%.
  • Revestimiento: el revestimiento refractario es crítico; se utilizan materiales básicos (óxidos de Ca y Mg) que permiten la desfosforación eficaz.
  • Escoria: la formulación de escoria (relación básicas/ácidas, temperatura, viscosidad) influye en la eliminación de impurezas y en la calidad del acero.
  • Tratamientos secundarios: después del horno se realizan afinados (desulfuración, desoxidación, desgasificación, ajuste de aleantes) para obtener propiedades mecánicas y químicas precisas.

Calidad del acero y control metalúrgico

El proceso permite eliminar rápidamente carbono y otros elementos, pero el control fino de aleación y la eliminación de impurezas sutiles requieren etapas posteriores. Por eso, la combinación BOF + tratamientos en cuchara (ladle furnace), degasificación al vacío o desulfuración es habitual para producir aceros de alta calidad para automoción, construcción, y herramientas.

Comparación con otras tecnologías

  • Convertidor Bessemer: histórico, rápido, pero con limitaciones para ciertos tipos de mineral y control de impurezas.
  • Horno de oxígeno básico (BOF): proceso dominante en acerías integradas por su rapidez, coste por tonelada reducido y buena productividad para mezclas arrabio-chatarra.
  • Horno de arco eléctrico (EAF): ideal para acerías orientadas al reciclado de chatarra y para producir aceros especiales con menor intensidad de carbono dependiente de la fuente de electricidad.

Impacto ambiental y seguridad

La industria siderúrgica genera emisiones (CO, CO2, óxidos de nitrógeno, partículas, polvo de escoria). Las plantas modernas recuperan gases del soplado para generar energía (calor residual, producción de electricidad) y utilizan filtros y precipitadores para controlar emisiones. La seguridad durante el soplado es crítica: la inyección de oxígeno, las llamas y las proyecciones de metal fundido exigen controles automáticos, protección personal y mantenimiento riguroso del equipo.

Conclusión

El convertidor, desde el Bessemer original hasta el moderno horno de oxígeno básico, es una pieza clave en la producción industrial del acero. La evolución tecnológica ha permitido mayor rapidez, mejor calidad y menor coste, al tiempo que introduce nuevos desafíos metalúrgicos y ambientales que se gestionan mediante controles de proceso, tratamientos secundarios y recuperación energética.