Xabier Cabezón - licencia CC-BY-NC-SA

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Proceso de obtención del hierro

 

 


Reducción directa e indirecta

En las ferrerías vascas la extracción del hierro metálico a partir de minerales se hizo siempre mediante el método de reducción directa en hornos bajos, también llamado procedimiento catalán. Con él se obtenía hierro dulce o con muy poco carbono. Fue el método empleado desde las primeras ferrerías conocidas, y en Euskal Herria se mantuvo hasta entrado el siglo XIX, cuando comenzaron a funcionar los altos hornos. Con el método de reducción directa, si se deseaba obtener acero era necesaria una carburación posterior del metal.

En el método indirecto o de afino (el usado en los altos hornos) se obtiene directamente arrabio líquido, con el que pueden obtenerse directamente piezas de molde de hierro colado  (por ejemplo, para artillería), o bien lingotes para su procesado posterior. El hierro  de los altos hornos tiene mucho carbono (3-4%), por lo que es muy quebradizo, y para obtener acero es necesario “afinarlo”. El método indirecto requiere temperaturas más elevadas que el directo, pero por contra el rendimiento del mineral es mucho mayor.

Este método se empleó en alguna ferrería vasca en la segunda mitad del siglo XIX.

Estas eran las fases principales del proceso de reducción directa:


1 - Calcinación del mineral

El tratamiento del mineral de hierro comenzaba con una operación previa de calcinación o tostación del mineral en un horno para conseguir estos objetivos: quitar la humedad, hacer más deleznable el mineral para trabajarlo mejor y, en el caso de los carbonatos, eliminar el carbono (lo que era imperativo, convirtiendo el carbonato en óxido y desprendiendo CO2).

A la operación se le llamaba cocer o quemar la vena, y también arragoar o arraguar. Los hornos eran de tipos muy diversos, desde hoyas en el suelo a hornos de piedra, pasando por quemar la vena colocándola directamente sobre los troncos que servían de combustible. A los hornos de calcinación se les llamaba arragoas. El combustible normalmente era madera (sin convertirla previamente en carbón).

Arragoa de Zumarrista
Arragoa de la ferrería de Zumarrista. Foto: Xabier Cabezón (2019)


2 - Reducción de mineral (obtención del hierro)

Se trataba de la operación crucial del proceso: la obtención de hierro metálico a partir del mineral. Es decir, la razón de ser de toda ferrería.

Horno

El elemento primordial era un horno bajo (horno de reducción), construido con materiales refractarios. En él se introducían el mineral (previamente calcinado y desmenuzado) y carbón vegetal), normalmente alternándolos en capas. El resultado final era una masa de hierro con impurezas.

Proceso en el horno

La combustión del carbón tiene dos consecuencias:
— Las altas temperaturas debilitan la unión del hierro con el oxígeno del mineral de hierro, favoreciendo así su separación.
— La combustión del carbón produce monóxido de carbono (CO), tanto más cuanto mayor es la temperatura.

El monóxido de carbono reacciona con el óxido de hierro (proceso de reducción) de la siguiente manera (muy simplificada):
Fe2O3 + 3CO = 2Fe + 3CO2

El CO (fuertemente reductor) "roba" el oxígeno al óxido de hierro, dando como resultado hierro libre y desprendiendo CO2.

Por otro lado quedaban la ganga y otras impurezas, que se combinaban entre sí y con parte del óxido de hierro para formar las escorias (básicamente silicatos dobles de aluminio y hierro).

Horno de la ferrería de Mirandaola.
Reconstrucción del horno de la ferrería de Mirandaola.
Foto: Anden 27 (2018)

Aunque el proceso de reducción comienza a unos 600-700 ºC, conviene conseguir temperaturas del orden de 1200-1250 ºC, por un lado para que las escorias se fundan (a partir de unos 1100 ºC) y se separen del hierro, y por otro para que el proceso adquiera una velocidad razonable.

Sin embargo, a esas temperaturas el hierro aún no se funde (de hecho, tampoco interesa que lo haga), sino que se agrupa en pequeños nódulos en estado pastoso que van hacia el fondo del horno.

Los operarios iban juntando y apilando esos nódulos por distintos procedimientos. Al final se extraía una pieza compuesta por el hierro obtenido mezclado con escorias, carbón y otras impurezas. Era la agoa o zamarra (también llamada esponja, lupia o lupa por los arqueólogos).

En el horno se cargaban capas alternas de carbón (vegetal) y mineral de hierro, y se encendía. Durante el proceso de reducción (que duraba varias horas) se iban añadiendo por la abertura superior del horno nuevas capas de carbón y mineral, y por un orificio de sangrado del horno se extraía la escoria líquida. En las ferrerías hidráulicas las escorias obtenidas en las primeras fases volvían a recargarse en el horno, pues aún contenían mucho hierro.

Ventilación

Para alcanzar las temperaturas necesarias en el proceso de reducción es necesario que el horno tenga un buen sistema de alimentación de aire. Parece que en las haizeolak lo habitual era inyectar aire forzado en el horno mediante fuelles u otros ingenios, si bien es posible que en algún tipo de horno se consiguiese por tiro natural (por efecto chimenea). En las ferrerías hidráulicas siempre se trabajaba con aire forzado.

Fuelles de la ferrería de Mirandaola.
Reconstrucción de los fuelles de la ferrería de Mirandaola.
Foto: Judith Martínez (2015)


3 - Primera forja

La agoa o esponja estaba formada por un aglomerado de trozos de hierro metálico, escoria, carbón y otros elementos. En tal estado no podía sacarse ningún provecho de ella.

Por este motivo se sometía a un proceso de martillado en caliente (más de 900 ºC), que expulsaba la escoria y las impurezas, compactaba la agoa y producía la soldadura en estado sólido de los fragmentos de hierro. El resultado era una pieza de hierro metálico.

Podía aprovecharse la temperatura de la agoa directamente al salir del horno de reducción (por ejemplo, en las ferrerías hidráulicas), o calentarla de nuevo en un horno de forja específico.

La forja se efectuaba mediante grandes mazos, movidos a mano inicialmente y con la fuerza del agua en épocas posteriores. El resultado eran unos tochos, barras o lingotes de hierro, destinados a su manipulación posterior.

Mazo de la ferrería de Seoane de Caurel.
Mazo de la ferrería de Seoane de Caurel. Foto: José Ramón Casanova Otero


4 - Trabajo posterior del hierro

Los tochos obtenidos en la primera forja eran sometidos a operaciones posteriores para obtener hierros comerciales, manufacturas de objetos de hierro, etc. Todo ello podía hacerse en instalaciones relacionadas con la propia ferrería o en lugares más alejados.

Normalmente la primera operación consistía en golpear el tocho para obtener barras largas, más estrechas y manejables. A esta operación se le llamaba estirar, tirar, adelgazar, achicar...


REFERENCIAS

(Ver Bibliografía)

Arbide, I. et al. (1980). Ferrerías en Legazpi. San Sebastián: Caja de Ahorros Provincial de Guipúzcoa. pp. 193-197  y 200-201.

Bilbao Bilbao, L. M. (1987) “Introducción y aplicaciones de la energía hidráulica en la siderurgia vasca, siglos XIII-XVII”. En: Studia Historica: Historia Moderna  5. Salamanca: Ediciones Universidad de Salamanca, 61-75.
Disponible en: http://revistas.usal.es/index.php/Studia_Historica/article/view/4592

Urteaga Artigas, M. (2015). “El hierro en época romana. Tradición e innovación en los territorios vascos”.-  en  Historia del hierro en Bizkaia y su entorno, X. Orue-Etxebarria, E. Apellaniz  y P. P. Gil-Crespo. Bilbao: Gráficas R. D. Real Sociedad Bascongada de los Amigos del País, 77-118.


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Página creada el 14/07/2019


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