La metalurgia ferrosa es la metalurgia del hierro y sus aleaciones . Los artefactos de hierro prehistóricos más antiguos que se conservan , del cuarto milenio a. C. en Egipto , [1] fueron hechos de hierro-níquel meteorítico . [2] No se sabe cuándo ni dónde comenzó la fundición de hierro a partir de minerales , pero a finales del segundo milenio a. C. se producía hierro a partir de minerales de hierro en la región desde Grecia hasta la India, [3] [4] [5 ] . [6] [7] [8] [ página necesaria ] El uso del hierro forjado (hierro trabajado) era conocido ya en el I milenio a.C., y su difusión definió la Edad del Hierro . Durante el período medieval, los herreros en Europa encontraron una manera de producir hierro forjado a partir de hierro fundido , en este contexto conocido como arrabio , utilizando forjas de gala . Todos estos procesos requerían carbón vegetal como combustible .
En el siglo IV a.C., el sur de la India había comenzado a exportar acero wootz , con un contenido de carbono entre arrabio y hierro forjado, a la antigua China, África, Oriente Medio y Europa. [ cita necesaria ] La evidencia arqueológica de hierro fundido aparece en la China del siglo V a.C. [9] En el siglo XVII se idearon nuevos métodos para producirlo mediante la cementación de barras de hierro en el proceso de cementación . Durante la Revolución Industrial , surgieron nuevos métodos de producción de barras de hierro sustituyendo el carbón por coque, que luego se aplicaron para producir acero , dando inicio a una nueva era de uso mucho mayor de hierro y acero que algunos contemporáneos describieron como una nueva "Edad del Hierro". ". [10]
A finales de la década de 1850, Henry Bessemer inventó un nuevo proceso de fabricación de acero que implicaba soplar aire a través de arrabio fundido para quemar el carbono y producir así acero dulce. Este y otros procesos de fabricación de acero del siglo XIX y posteriores han desplazado al hierro forjado . Hoy en día, el hierro forjado ya no se produce a escala comercial, ya que ha sido desplazado por el acero dulce o con bajo contenido de carbono, funcionalmente equivalente. [11] : 145
El hierro se extraía de aleaciones de hierro y níquel , que constituyen aproximadamente el 6% de todos los meteoritos que caen sobre la Tierra . Esa fuente a menudo puede identificarse con certeza debido a las características cristalinas únicas ( patrones de Widmanstätten ) de ese material, que se conservan cuando el metal se trabaja en frío o a baja temperatura. Esos artefactos incluyen, por ejemplo, una cuenta del quinto milenio a.C. encontrada en Irán [2] y puntas de lanza y adornos del antiguo Egipto y Sumeria alrededor del 4000 a.C. [12]
Estos primeros usos parecen haber sido en gran medida ceremoniales o decorativos. El hierro meteórico es muy raro y el metal probablemente era muy caro, quizás más caro que el oro . Se sabe que los primeros hititas intercambiaron hierro (meteórico o fundido) por plata , a razón de 40 veces el peso del hierro, con Asiria en los primeros siglos del segundo milenio a.C. [13]
El hierro meteórico también se transformó en herramientas en el Ártico cuando el pueblo Thule de Groenlandia comenzó a fabricar arpones , cuchillos, ulus y otras herramientas afiladas a partir de trozos del meteorito del Cabo York . Por lo general, se martillaban en frío trozos de metal del tamaño de un guisante para formar discos y se colocaban en un mango de hueso. [2] Estos artefactos también se utilizaron como bienes comerciales con otros pueblos del Ártico: se han encontrado herramientas hechas con el meteorito del Cabo York en sitios arqueológicos a más de 1.000 millas (1.600 km) de distancia. Cuando el explorador polar estadounidense Robert Peary envió la pieza más grande del meteorito al Museo Americano de Historia Natural de la ciudad de Nueva York en 1897, todavía pesaba más de 33 toneladas . Otro ejemplo de un uso tardío del hierro meteórico es una azuela de alrededor del año 1000 d. C. encontrada en Suecia . [2]
El hierro nativo en estado metálico rara vez se presenta como pequeñas inclusiones en ciertas rocas basálticas . Además del hierro meteorítico, el pueblo Thule de Groenlandia ha utilizado hierro nativo de la región de Disko . [2]
La fundición de hierro (la extracción de metal utilizable a partir de minerales de hierro oxidados ) es más difícil que la fundición de estaño y cobre . Si bien estos metales y sus aleaciones pueden trabajarse en frío o fundirse en hornos relativamente simples (como los hornos utilizados para la cerámica ) y colarse en moldes, el hierro fundido requiere trabajo en caliente y sólo puede fundirse en hornos especialmente diseñados. El hierro es una impureza común en los minerales de cobre y el mineral de hierro a veces se usaba como fundente , por lo que no es sorprendente que los humanos dominaran la tecnología del hierro fundido sólo después de varios milenios de metalurgia del bronce . [12]
Se desconoce el lugar y la época del descubrimiento de la fundición del hierro, en parte debido a la dificultad de distinguir el metal extraído de minerales que contienen níquel del hierro meteorítico trabajado en caliente. [2] La evidencia arqueológica parece apuntar a la zona de Medio Oriente, durante la Edad del Bronce en el III milenio antes de Cristo. Sin embargo, los artefactos de hierro forjado siguieron siendo una rareza hasta el siglo XII a.C.
La Edad del Hierro se define convencionalmente por la sustitución generalizada de armas y herramientas de bronce por otras de hierro y acero. [14] Esa transición ocurrió en diferentes momentos y en diferentes lugares, a medida que la tecnología se difundió. Mesopotamia se encontraba plenamente en la Edad del Hierro en el año 900 a.C. Aunque Egipto produjo artefactos de hierro, el bronce siguió siendo dominante hasta su conquista por Asiria en el 663 a.C. La Edad del Hierro comenzó en la India alrededor del año 1200 a.C., en Europa central alrededor del 800 a.C. y en China alrededor del 300 a.C. [15] [16] Alrededor del año 500 a. C., los nubios , que habían aprendido de los asirios el uso del hierro y fueron expulsados de Egipto, se convirtieron en importantes fabricantes y exportadores de hierro. [17]
Uno de los primeros artefactos de hierro fundido, una daga con hoja de hierro encontrada en una tumba hatica en Anatolia , data del 2500 a.C. [18] Alrededor del 1500 a. C., aparecieron en Mesopotamia , Anatolia y Egipto un número cada vez mayor de objetos de hierro fundido no meteoríticos . [2] Se encontraron diecinueve objetos de hierro meteóricos en la tumba del gobernante egipcio Tutankamón , que murió en 1323 a. C., incluida una daga de hierro con empuñadura dorada, un Ojo de Horus , el soporte de cabeza de la momia y dieciséis modelos de herramientas de artesano. [19] En las excavaciones de Ugarit se encontraron una espada del Antiguo Egipto que llevaba el nombre del faraón Merneptah , así como un hacha de batalla con una hoja de hierro y un mango de bronce decorado en oro . [18]
Aunque se han encontrado objetos de hierro que datan de la Edad del Bronce en todo el Mediterráneo oriental, el trabajo en bronce parece haber predominado en gran medida durante este período. [20] A medida que la tecnología se difundió, el hierro reemplazó al bronce como el metal dominante utilizado para herramientas y armas en todo el Mediterráneo oriental ( Levante , Chipre , Grecia , Creta , Anatolia y Egipto). [14]
Originalmente, el hierro se fundía en floreros , hornos en los que se utilizaban fuelles para forzar el aire a través de una pila de mineral de hierro y carbón vegetal . El monóxido de carbono producido por el carbón vegetal redujo el óxido de hierro del mineral a hierro metálico. La flor, sin embargo, no estaba lo suficientemente caliente como para derretir el hierro, por lo que el metal se acumuló en el fondo del horno como una masa esponjosa o flor . Luego, los trabajadores lo golpearon y doblaron repetidamente para expulsar la escoria fundida . Este proceso laborioso y lento produjo hierro forjado , una aleación maleable pero bastante blanda. [21]
Simultáneamente con la transición del bronce al hierro se descubrió la carburación , el proceso de añadir carbono al hierro forjado. Si bien la flor de hierro contenía algo de carbono, el posterior trabajo en caliente oxidó la mayor parte. Los herreros del Medio Oriente descubrieron que el hierro forjado podía convertirse en un producto mucho más duro calentando la pieza terminada en un lecho de carbón y luego enfriándola en agua o aceite. Este procedimiento convertía las capas exteriores de la pieza en acero , una aleación de hierro y carburos de hierro , con un núcleo interior de hierro menos quebradizo.
El desarrollo de la fundición de hierro se atribuyó tradicionalmente a los hititas de Anatolia de la Edad del Bronce Final . [22] Se creía que mantenían el monopolio del trabajo del hierro y que su imperio se había basado en esa ventaja. Según esa teoría, los antiguos Pueblos del Mar , que invadieron el Mediterráneo oriental y destruyeron el imperio hitita a finales de la Edad del Bronce Final, fueron los encargados de difundir el conocimiento por esa región. Esta teoría ya no se sostiene en la corriente principal de la erudición, [22] ya que no hay evidencia arqueológica del supuesto monopolio hitita. Si bien hay algunos objetos de hierro de Anatolia de la Edad del Bronce, la cantidad es comparable a los objetos de hierro encontrados en Egipto y otros lugares del mismo período, y solo una pequeña cantidad de esos objetos eran armas. [20]
Una teoría más reciente afirma que el desarrollo de la tecnología del hierro fue impulsado por la interrupción de las rutas comerciales del cobre y el estaño , debido al colapso de los imperios al final de la Edad del Bronce Final. [22] Estos metales, especialmente el estaño, no estaban ampliamente disponibles y los trabajadores metalúrgicos tenían que transportarlos a largas distancias, mientras que los minerales de hierro estaban ampliamente disponibles. Sin embargo, no hay evidencia arqueológica conocida que sugiera una escasez de bronce o estaño en la Edad del Hierro Temprana. [23] Los objetos de bronce siguieron siendo abundantes, y estos objetos tienen el mismo porcentaje de estaño que los de la Edad del Bronce Final.
La historia de la metalurgia ferrosa en el subcontinente indio comenzó en el segundo milenio antes de Cristo. Los sitios arqueológicos en las llanuras del Ganges han encontrado implementos de hierro que datan de entre 1800 y 1200 a.C. [24] A principios del siglo XIII a. C., la fundición de hierro se practicaba a gran escala en la India. [24] En el sur de la India (actual Mysore ), el hierro se utilizó entre los siglos XII y XI a.C. [4] La tecnología de la metalurgia del hierro avanzó en el período políticamente estable Maurya [25] y durante un período de asentamientos pacíficos en el primer milenio antes de Cristo. [4]
En varios sitios arqueológicos de la India se han descubierto artefactos de hierro como púas , cuchillos , dagas , puntas de flecha , cuencos , cucharas , cacerolas , hachas , cinceles , tenazas , herrajes para puertas, etc., que datan del 600 al 200 a.C. [15] El historiador griego Heródoto escribió el primer relato occidental sobre el uso del hierro en la India. [15] Los textos mitológicos indios, los Upanishads , también mencionan el tejido, la alfarería y la metalurgia. [26] Los romanos tenían en alta estima la excelencia del acero de la India en la época del Imperio Gupta . [27]
Quizás ya en el año 500 a. C., aunque seguramente hacia el año 200 d. C., se producía acero de alta calidad en el sur de la India mediante la técnica del crisol . En este sistema, se mezclaban hierro forjado, carbón vegetal y vidrio de alta pureza en un crisol y se calentaban hasta que el hierro se derritiera y absorbiera el carbón. [28] Las cadenas de hierro se utilizaban en los puentes colgantes indios ya en el siglo IV. [29]
El acero Wootz se produjo en India y Sri Lanka alrededor del año 300 a.C. [28] El acero Wootz es famoso desde la Antigüedad clásica por su durabilidad y capacidad para sujetar un borde. Cuando el rey Porus le pidió que seleccionara un regalo, se dice que Alejandro eligió, en lugar de oro o plata , treinta libras de acero. [27] El acero Wootz era originalmente una aleación compleja con hierro como componente principal junto con varios oligoelementos . Estudios recientes han sugerido que sus cualidades pueden deberse a la formación de nanotubos de carbono en el metal. [30] Según Will Durant , la tecnología pasó a los persas y de ellos a los árabes que la difundieron por todo Oriente Medio. [27] En el siglo XVI, los holandeses llevaron la tecnología desde el sur de la India a Europa, donde se produjo en masa. [31]
El acero se producía en Sri Lanka desde el año 300 a.C. [28] mediante hornos impulsados por los vientos monzónicos . Los hornos estaban excavados en las cimas de las colinas y el viento era desviado hacia las salidas de aire mediante largas trincheras. Esta disposición creó una zona de alta presión en la entrada y una zona de baja presión en la parte superior del horno. Se cree que el flujo permitió temperaturas más altas que las que podían producir los hornos de fuelle, lo que resultó en un hierro de mejor calidad. [32] [33] [34] El acero fabricado en Sri Lanka se comercializaba ampliamente dentro de la región y en el mundo islámico .
Una de las curiosidades metalúrgicas más importantes del mundo es un pilar de hierro ubicado en el complejo Qutb en Delhi . El pilar está hecho de hierro forjado (98% Fe ), mide casi siete metros de altura y pesa más de seis toneladas. [35] El pilar fue erigido por Chandragupta II Vikramaditya y ha resistido 1.600 años de exposición a fuertes lluvias con relativamente poca corrosión .
Los historiadores debaten si el trabajo del hierro basado en flores alguna vez se extendió a China desde el Medio Oriente. Una teoría sugiere que la metalurgia se introdujo a través de Asia Central. [36] En 2008, dos fragmentos de hierro fueron excavados en el sitio de Mogou , en Gansu . Se han datado en el siglo XIV a.C., pertenecientes al período de la cultura Siwa , lo que sugiere un origen chino independiente. Uno de los fragmentos estaba hecho de hierro florido en lugar de hierro meteorítico. [37] [38]
Los primeros artefactos de hierro hechos con flores en China datan de finales del siglo IX a.C. [39] El hierro fundido se utilizaba en la antigua China para la guerra, la agricultura y la arquitectura. [9] Alrededor del año 500 a. C., los trabajadores metalúrgicos del estado sureño de Wu alcanzaron una temperatura de 1130 °C. A esta temperatura, el hierro se combina con un 4,3% de carbono y se funde. El hierro líquido se puede fundir en moldes , un método mucho menos laborioso que forjar individualmente cada pieza de hierro a partir de una flor.
El hierro fundido es bastante frágil y no es adecuado para herramientas de golpe. Se puede descarburar hasta obtener acero o hierro forjado calentándolo al aire durante varios días. En China, estos métodos de trabajo del hierro se extendieron hacia el norte y, hacia el año 300 a. C., el hierro era el material elegido en toda China para la mayoría de las herramientas y armas. [9] Una fosa común en la provincia de Hebei , que data de principios del siglo III a. C., contiene varios soldados enterrados con sus armas y otros equipos. Los artefactos recuperados de esta tumba están hechos de hierro forjado, hierro fundido, hierro fundido maleabilizado y acero templado, con solo unas pocas armas de bronce, probablemente ornamentales.
Durante la dinastía Han (202 a. C.-220 d. C.), el gobierno estableció la elaboración del hierro como un monopolio estatal, derogado durante la segunda mitad de la dinastía y devuelto al espíritu empresarial privado , y construyó una serie de grandes altos hornos en la provincia de Henan , cada uno de ellos capaz de produciendo varias toneladas de hierro por día. Para entonces, los metalúrgicos chinos habían descubierto cómo refinar el arrabio fundido, revolviéndolo al aire libre hasta que perdía su carbono y podía martillarse (forjarse). En el chino mandarín moderno , este proceso ahora se llama chao , literalmente salteado . El arrabio se conoce como "hierro crudo", mientras que el hierro forjado se conoce como "hierro cocido". En el siglo I a. C., los metalúrgicos chinos habían descubierto que el hierro forjado y el hierro fundido podían fundirse juntos para producir una aleación con un contenido intermedio de carbono, es decir, acero. [40] [41] [42]
Según la leyenda, la espada de Liu Bang , el primer emperador Han, se fabricó de esta manera. Algunos textos de la época mencionan "armonizar lo duro y lo blando" en el contexto del trabajo del hierro; la frase puede referirse a este proceso. La antigua ciudad de Wan ( Nanyang ) desde el período Han en adelante fue un importante centro de la industria del hierro y el acero. [43] Junto con sus métodos originales de forjar acero, los chinos también habían adoptado los métodos de producción para crear acero Wootz, una idea importada de la India a China en el siglo V d.C. [44]
Durante la dinastía Han, los chinos también fueron los primeros en aplicar energía hidráulica (es decir, una rueda hidráulica ) para accionar los fuelles de los altos hornos. Esto quedó registrado en el año 31 d.C., como una innovación del ingeniero mecánico y político chino Du Shi , prefecto de Nanyang. [45] Aunque Du Shi fue el primero en aplicar la energía hidráulica a los fuelles en metalurgia, la primera ilustración dibujada e impresa de su funcionamiento con energía hidráulica apareció en 1313 d.C., en el texto de la era de la dinastía Yuan llamado Nong Shu . [46]
En el siglo XI, hay evidencia de la producción de acero en la China Song utilizando dos técnicas: un método "berganesco" que producía acero heterogéneo y de calidad inferior y un precursor del moderno proceso Bessemer que utilizaba la descarbonización parcial mediante forjado repetido bajo una explosión en frío. . [47] En el siglo XI, hubo una gran cantidad de deforestación en China debido a las demandas de carbón vegetal de la industria del hierro. [48] Sin embargo, para entonces los chinos habían aprendido a utilizar coque bituminoso para sustituir el carbón vegetal, y con este cambio de recursos se salvaron muchas hectáreas de tierras forestales de primera calidad en China. [48]
El objeto de hierro fundido más antiguo de Europa es una hoja de cuchillo de la cultura de las catacumbas en la actual Ucrania, que data de c. 2500 a.C. [49] Durante la mayor parte de la Edad del Bronce Medio y Final en Europa, el hierro estuvo presente, aunque escaso. Se utilizaba para adornos personales y pequeños cuchillos, para reparaciones de bronces y para artículos bimetálicos. [50] Los primeros hallazgos de hierro fundido de Europa central incluyen un cuchillo o una hoz de hierro de Ganovce en Eslovaquia, que posiblemente data del siglo XVIII a. C., [51] un anillo de hierro de Vorwohlde en Alemania que data alrededor del siglo XV a. C., [52] y un cincel de hierro de Heegermühle en Alemania que data alrededor del año 1000 a.C. [53] [54]
La metalurgia del hierro comenzó a practicarse en Escandinavia durante la Edad del Bronce posterior , al menos en el siglo IX a.C. [55] En el siglo XI a. C., las espadas de hierro reemplazaron a las espadas de bronce en el sur de Europa, especialmente en Grecia, y en el siglo X a. C. el hierro se convirtió en el metal predominante en uso. [56] En la cuenca de los Cárpatos hay un aumento significativo de hallazgos de hierro que datan del siglo X a.C. en adelante, y algunos hallazgos posiblemente datan del siglo XII a.C. [57] Se han encontrado espadas de hierro en Europa central que datan del siglo X a. C.; sin embargo, la Edad del Hierro comenzó en serio con la cultura Hallstatt en el año 800 a. C. [58]
A partir del año 500 a. C., la cultura La Tène experimentó un aumento significativo en la producción de hierro, y la metalurgia del hierro también se volvió común en el sur de Escandinavia. En el norte de Suecia se produjo una producción de acero que se remonta aproximadamente al año 0 d.C. gracias a la migración de cazadores-recolectores de este a oeste en el Cabo del Norte . [59] [60] La expansión del trabajo del hierro en Europa central y occidental está asociada con la expansión celta . Los herreros celtas produjeron acero alrededor del año 800 a. C. como parte de la producción de espadas, [61] y la producción de acero con alto contenido de carbono está atestiguada en Gran Bretaña después de alrededor del 490 a. [62] En el siglo I a. C., el acero nórdico era famoso por su calidad y codiciado por el ejército romano .
La producción anual de hierro del Imperio Romano se estima en 84.750 toneladas . [63]
El conocimiento científico arqueometalúrgico y el desarrollo tecnológico se originaron en numerosos centros de África; los centros de origen estaban ubicados en África occidental , África central y África oriental ; en consecuencia, como estos centros de origen están ubicados en el interior de África, estos desarrollos arqueometalúrgicos son tecnologías nativas africanas. [64] El desarrollo metalúrgico del hierro ocurrió entre 2631 a. C. – 2458 a. C. en Lejja, en Nigeria, 2136 a. C. – 1921 a. C. en Obui, en la República Centroafricana, 1895 a. C. – 1370 a. C. en Tchire Ouma 147, en Níger, y 1297 a. C. – 1051 a. C. en Dekpassanware, en Togo. [64]
Aunque existe cierta incertidumbre, algunos arqueólogos creen que la metalurgia del hierro se desarrolló de forma independiente en el África subsahariana (posiblemente en África occidental). [65] [66]
Los habitantes de Termit, en el este de Níger , fundieron hierro hacia el año 1500 a.C. [67]
En la región de las montañas de Air en Níger también hay indicios de una fundición independiente de cobre entre el 2500 y el 1500 a.C. El proceso no se encontraba en un estado desarrollado, lo que indica que la fundición no era extraña. Maduró alrededor del 1500 a.C. [68]
También se han excavado sitios arqueológicos que contienen hornos de fundición de hierro y escoria en sitios de la región de Nsukka , en el sureste de Nigeria, en lo que hoy es Igbolandia : que datan del año 2000 a. C. en el sitio de Lejja (Eze-Uzomaka 2009) [69] [66] y de 750 a. C. y en el sitio de Opi (Holl 2009). [66] El sitio de Gbabiri (en la República Centroafricana) ha arrojado evidencia de metalurgia del hierro, procedente de un horno de reducción y un taller de herrería; con fechas más tempranas de 896–773 a. C. y 907–796 a. C. respectivamente. [70] De manera similar, la fundición en hornos tipo flor aparece en la cultura Nok del centro de Nigeria alrededor del año 550 a. C. y posiblemente unos siglos antes. [6] [7] [71] [ dudoso ] [65] [70]
También hay evidencia de que los antepasados del pueblo Haya fabricaban acero al carbono en el oeste de Tanzania hace entre 2.300 y 2.000 años (alrededor del 300 a. C. o poco después) mediante un complejo proceso de "precalentamiento" que permitía temperaturas dentro de un horno. alcanzar de 1300 a 1400 °C. [72] [73] [74 ] [75] [76] [77]
El trabajo del hierro y el cobre se extendió hacia el sur a través del continente, llegando al Cabo alrededor del año 200 d.C. [6] [7] El uso generalizado del hierro revolucionó a las comunidades agrícolas de habla bantú que lo adoptaron, expulsando y absorbiendo la herramienta de roca utilizando a los cazadores-recolectores. sociedades que encontraron a medida que se expandieron para cultivar áreas más amplias de sabana . Los hablantes de bantú, tecnológicamente superiores, se extendieron por el sur de África y se hicieron ricos y poderosos, produciendo hierro para herramientas y armas en grandes cantidades industriales. [6] [7]
Los primeros registros de hornos tipo flor en África Oriental son descubrimientos de hierro fundido y carbono en Nubia que se remontan a entre los siglos VII y VI a. C., [78] [79] [80] particularmente en Meroe , donde se sabe que hubo Floristerías antiguas que producían herramientas de metal para los nubios y kushitas y producían excedentes para su economía.
La tecnología del hierro avanzó aún más gracias a varios inventos del Islam medieval , durante la Edad de Oro islámica . Estos incluían una variedad de molinos industriales impulsados por agua y viento para la producción de metales, incluidos molinos de engranajes y forjas . En el siglo XI, todas las provincias del mundo musulmán tenían estas fábricas industriales en funcionamiento, desde la España islámica y el norte de África en el oeste hasta Oriente Medio y Asia central en el este. [81] También hay referencias al hierro fundido del siglo X , así como evidencia arqueológica de altos hornos utilizados en los imperios ayyubí y mameluco desde el siglo XI, lo que sugiere una difusión de la tecnología metálica china al mundo islámico. [82]
Los molinos de engranajes [83] fueron inventados por ingenieros musulmanes y se utilizaban para triturar minerales metálicos antes de su extracción. Los molinos en el mundo islámico a menudo se fabricaban tanto con molinos de agua como con molinos de viento. Para adaptar las ruedas hidráulicas para fines de molienda, se utilizaron levas para levantar y soltar los martillos . [84] La primera forja impulsada por un molino de agua impulsado por agua en lugar de mano de obra se inventó en la España islámica del siglo XII. [85]
Uno de los aceros más famosos producidos en el Cercano Oriente medieval fue el acero de Damasco utilizado para la fabricación de espadas , y producido principalmente en Damasco , Siria , en el período comprendido entre 900 y 1750. Se produjo utilizando el método del acero al crisol , basado en el anterior wootz indio. acero . Este proceso se adoptó en Oriente Medio utilizando aceros de producción local. El proceso exacto sigue siendo desconocido, pero permitió que los carburos precipitaran en forma de micropartículas dispuestas en láminas o bandas dentro del cuerpo de una cuchilla. Los carburos son mucho más duros que el acero con bajo contenido de carbono que los rodea, por lo que los herreros podrían producir un filo que cortara materiales duros con los carburos precipitados, mientras que las bandas de acero más blando permitían que la espada en su conjunto siguiera siendo resistente y flexible. Un equipo de investigadores de la Universidad Técnica de Dresde que utiliza rayos X y microscopía electrónica para examinar el acero de Damasco descubrió la presencia de nanocables de cementita [86] y nanotubos de carbono . [87] Peter Paufler, miembro del equipo de Dresde, dice que estas nanoestructuras dan al acero de Damasco sus propiedades distintivas [88] y son el resultado del proceso de forja . [88] [30]
Durante muchos siglos no hubo cambios fundamentales en la tecnología de producción de hierro en Europa. Los trabajadores metalúrgicos europeos continuaron produciendo hierro en florerías. Sin embargo, el período medieval trajo dos avances: el uso de la energía hidráulica en el proceso de floración en varios lugares (descrito anteriormente) y la primera producción europea de hierro fundido.
En algún momento de la época medieval, se aplicó la fuerza hidráulica al proceso de floración. Es posible que esto estuviera en la abadía cisterciense de Claraval ya en 1135, pero ciertamente estaba en uso a principios del siglo XIII en Francia y Suecia. [89] En Inglaterra , la primera evidencia documental clara de esto son los relatos de una forja del obispo de Durham , cerca de Bedburn en 1408, [90] pero ciertamente no fue la primera ferretería de este tipo. En el distrito Furness de Inglaterra, los bombachos motorizados se utilizaron hasta principios del siglo XVIII, y cerca de Garstang hasta aproximadamente 1770.
La Forja Catalana era una variedad de florería motorizada. Los bombachos con ráfaga de calor se utilizaban en el norte del estado de Nueva York a mediados del siglo XIX.
El método preferido de producción de hierro en Europa hasta el desarrollo del proceso de charcado en 1783-1784. El desarrollo del hierro fundido se quedó rezagado en Europa porque el hierro forjado era el producto deseado y el paso intermedio de producir hierro fundido implicaba un alto horno costoso y una mayor refinación del arrabio para obtener hierro fundido, lo que luego requería una conversión intensiva en mano de obra y capital al hierro forjado. [11]
Durante buena parte de la Edad Media, en Europa occidental, el hierro todavía se fabricaba transformando piezas de hierro en hierro forjado. Algunas de las primeras fundiciones de hierro en Europa se produjeron en Suecia, en dos sitios, Lapphyttan y Vinarhyttan, entre 1150 y 1350. Algunos estudiosos han especulado que la práctica siguió a los mongoles a través de Rusia hasta estos sitios, pero no hay pruebas claras de esta hipótesis. , y ciertamente no explicaría las dataciones premongolas de muchos de estos centros de producción de hierro. En cualquier caso, a finales del siglo XIV, comenzó a formarse un mercado para productos de hierro fundido, a medida que se desarrolló una demanda de balas de cañón de hierro fundido.
Un método alternativo para descarburar el arrabio era la forja de gala , que parece haber sido ideada en la región de Namur en el siglo XV. A finales de ese siglo, este proceso valón se extendió al Pay de Bray en la frontera oriental de Normandía , y luego a Inglaterra, donde se convirtió en el principal método de fabricación de hierro forjado en 1600. Fue introducido en Suecia por Louis de Geer. a principios del siglo XVII y se utilizó para fabricar el hierro mineral preferido por los fabricantes de acero ingleses.
Una variación de esto fue la fragua alemana . Este se convirtió en el principal método de producción de barras de hierro en Suecia.
A principios del siglo XVII, los herreros de Europa occidental habían desarrollado el proceso de cementación para cementar el hierro forjado . Se empaquetaban barras de hierro forjado y carbón en cajas de piedra, luego se sellaban con arcilla y se mantenían a fuego rojo continuamente en un estado libre de oxígeno sumergidos en carbón casi puro (carbón vegetal) durante hasta una semana. Durante este tiempo, el carbono se difundió en las capas superficiales del hierro, produciendo acero de cemento o acero ampollado , también conocido como endurecido, donde las porciones envueltas en hierro (el pico o la hoja del hacha) se volvieron más duras que, por ejemplo, la cabeza de un martillo de hacha. o casquillo del eje que podría estar aislado con arcilla para mantenerlos alejados de la fuente de carbono. El primer lugar donde se utilizó este proceso en Inglaterra fue en Coalbrookdale desde 1619, donde Sir Basil Brooke tenía dos hornos de cementación (recientemente excavados en 2001-2005 [91] ). Durante un tiempo, en la década de 1610, fue propietario de una patente sobre el proceso, pero tuvo que renunciar a ella en 1619. Probablemente utilizó hierro del Bosque de Dean como materia prima, pero pronto se descubrió que el hierro mineral era más adecuado. La calidad del acero podría mejorarse mediante el maricado , produciendo el llamado acero de corte.
En la década de 1740, Benjamin Huntsman encontró una manera de fundir acero ampollado, elaborado mediante el proceso de cementación, en crisoles. El acero al crisol resultante , normalmente fundido en lingotes, era más homogéneo que el acero ampolla. [11] : 145
Las primeras fundiciones de hierro utilizaban carbón vegetal como fuente de calor y agente reductor. En el siglo XVIII, la disponibilidad de madera para fabricar carbón vegetal limitaba la expansión de la producción de hierro, de modo que Inglaterra se volvió cada vez más dependiente de Suecia (a partir de mediados del siglo XVII) y luego de una parte considerable del hierro requerido por su industria. desde aproximadamente 1725 también en Rusia. [ cita necesaria ] La fundición con carbón (o su derivado coque ) era un objetivo buscado desde hacía mucho tiempo. La producción de arrabio con coque probablemente la logró Dud Dudley alrededor de 1619, [92] y con un combustible mixto hecho de carbón y madera nuevamente en la década de 1670. Sin embargo, esto probablemente fue sólo un éxito tecnológico más que comercial. Es posible que Shadrach Fox haya fundido hierro con coque en Coalbrookdale, Shropshire , en la década de 1690, pero sólo para fabricar balas de cañón y otros productos de hierro fundido, como proyectiles. Sin embargo, en la paz posterior a la Guerra de los Nueve Años , no hubo demanda de estos. [93] [94]
En 1707, Abraham Darby I patentó un método para fabricar vasijas de hierro fundido. Sus vasijas eran más delgadas y, por tanto, más baratas que las de sus rivales. Al necesitar un mayor suministro de arrabio, alquiló el alto horno en Coalbrookdale en 1709. Allí fabricó hierro utilizando coque, estableciendo así el primer negocio exitoso en Europa en hacerlo. Todos sus productos eran de hierro fundido, aunque sus sucesores inmediatos intentaron (con poco éxito comercial) convertirlo en barras de hierro. [95]
Por lo tanto, las barras de hierro continuaron fabricándose normalmente con arrabio de carbón vegetal hasta mediados de la década de 1750. En 1755, Abraham Darby II (con sus socios) abrió un nuevo horno de coque en Horsehay, Shropshire, al que siguieron otros. Éstos suministraban arrabio de coque a las forjas de refinamiento tradicionales para la producción de barras de hierro . El motivo del retraso sigue siendo controvertido. [96]
Sólo después de esto se empezaron a idear medios económicamente viables para convertir el arrabio en barras de hierro. Un proceso conocido como encapsulado y estampado se ideó en la década de 1760 y se mejoró en la década de 1770, y parece haber sido ampliamente adoptado en West Midlands desde aproximadamente 1785. Sin embargo, esto fue reemplazado en gran medida por el proceso de charcado de Henry Cort , patentado en 1784. , pero probablemente sólo se empezó a trabajar con arrabio gris alrededor de 1790. Estos procesos permitieron la gran expansión en la producción de hierro que constituye la Revolución Industrial para la industria del hierro. [97]
A principios del siglo XIX, Hall descubrió que la adición de óxido de hierro a la carga del horno de charco provocaba una reacción violenta, en la que el arrabio se descarburaba , lo que se conoció como "charco húmedo". También se descubrió que era posible producir acero deteniendo el proceso de formación de charcos antes de que se completara la descarburación.
La eficiencia del alto horno mejoró con el cambio a chorro caliente , patentado por James Beaumont Neilson en Escocia en 1828. [92] Esto redujo aún más los costos de producción. Al cabo de unas pocas décadas, la práctica era tener al lado una "estufa" tan grande como el horno a la que se dirigía y quemaba el gas residual (que contenía CO) del horno. El calor resultante se utilizó para precalentar el aire introducido en el horno. [98]
Aparte de cierta producción de acero encharcado , el acero inglés continuó fabricándose mediante el proceso de cementación, seguido a veces por una refundición para producir acero al crisol. Se trataba de procesos por lotes cuya materia prima eran barras de hierro, especialmente hierro mineral sueco.
El problema de la producción masiva de acero barato fue resuelto en 1855 por Henry Bessemer, con la introducción del convertidor Bessemer en su acería de Sheffield , Inglaterra. (Aún se puede ver uno de los primeros convertidores en el Museo de la Isla Kelham de la ciudad ). En el proceso Bessemer, el arrabio fundido del alto horno se cargaba en un crisol grande y luego se soplaba aire a través del hierro fundido desde abajo, encendiendo el carbono disuelto del coque. A medida que el carbón se quemaba, el punto de fusión de la mezcla aumentaba, pero el calor del carbón quemado proporcionaba la energía adicional necesaria para mantener la mezcla fundida. Una vez que el contenido de carbono en la masa fundida había descendido al nivel deseado, se cortó la corriente de aire: un convertidor Bessemer típico podía convertir un lote de 25 toneladas de arrabio en acero en media hora.
En la década de 1860, el desarrollo de hornos regenerativos y revestimientos refractarios de mayor temperatura permitieron fundir acero en un hogar abierto . Esto fue lento y consumió mucha energía, pero permitió controlar mejor la composición química del producto y reciclar la chatarra de hierro.
El revestimiento refractario ácido de los convertidores Bessemer y los primeros hogares abiertos no permitía eliminar el fósforo del acero con cal, lo que prolongaba la vida útil de los hornos de charco para utilizar minerales de hierro fosforados que abundan en Europa continental. Sin embargo, en la década de 1870 se desarrolló el proceso Gilchrist-Thomas y, posteriormente, también se adoptó un revestimiento básico para los hogares abiertos.
Finalmente, en 1952 se introdujo el proceso básico con oxígeno en la fábrica de Voest-Alpine; una modificación del proceso básico de Bessemer, lanza oxígeno desde arriba del acero (en lugar de burbujear aire desde abajo), reduciendo la cantidad de absorción de nitrógeno en el acero. El proceso básico con oxígeno se utiliza en todas las acerías modernas; el último convertidor Bessemer en Estados Unidos se retiró en 1968. Además, en las últimas tres décadas se ha producido un aumento masivo del negocio de las miniacerías, donde sólo se funde chatarra de acero en un horno de arco eléctrico . Al principio, estas fábricas solo producían productos en barras, pero desde entonces se han expandido a productos planos y pesados, que alguna vez fueron dominio exclusivo de las acerías integradas.
Hasta estos avances del siglo XIX, el acero era un producto caro y solo se usaba para un número limitado de propósitos en los que se necesitaba un metal particularmente duro o flexible, como en los bordes cortantes de herramientas y resortes. La disponibilidad generalizada de acero económico impulsó la Segunda Revolución Industrial y la sociedad moderna tal como la conocemos. El acero dulce finalmente reemplazó al hierro forjado para casi todos los propósitos, y el hierro forjado ya no se produce comercialmente. Con pequeñas excepciones, los aceros aleados no comenzaron a fabricarse hasta finales del siglo XIX. El acero inoxidable se desarrolló en vísperas de la Primera Guerra Mundial y no se utilizó ampliamente hasta la década de 1920.
La industria del acero a menudo se considera un indicador de progreso económico, debido al papel fundamental que desempeña el acero en el desarrollo económico general y de infraestructura . [99] En 1980, había más de 500.000 trabajadores siderúrgicos estadounidenses. En 2000, el número de trabajadores siderúrgicos había caído a 224.000. [100]
El auge económico de China y la India provocó un aumento masivo de la demanda de acero. Entre 2000 y 2005, la demanda mundial de acero aumentó un 6%. Desde 2000, varias empresas siderúrgicas indias [101] y chinas han alcanzado prominencia [ ¿ según quién? ] como Tata Steel (que compró Corus Group en 2007), Baosteel Group y Shagang Group . Sin embargo, desde 2017 [update], ArcelorMittal es el mayor productor de acero del mundo . [102] En 2005, el Servicio Geológico Británico declaró que China era el principal productor de acero con aproximadamente un tercio de la participación mundial; Le siguieron Japón, Rusia y Estados Unidos, respectivamente. [103]
La gran capacidad de producción de acero da como resultado una cantidad significativa de emisiones de dióxido de carbono inherentes a la ruta de producción principal. En 2019, se estimó que entre el 7% y el 9% de las emisiones mundiales de dióxido de carbono provinieron de la industria del acero. [104] Se espera que la reducción de estas emisiones provenga de un cambio en la ruta principal de producción que utiliza coque, un mayor reciclaje de acero y la aplicación de tecnología de captura y almacenamiento de carbono o captura y utilización de carbono.
En 2008, el acero comenzó a cotizarse como materia prima en la Bolsa de Metales de Londres . A finales de 2008, la industria siderúrgica se enfrentó a una fuerte crisis que provocó numerosos recortes. [105]
Un aspecto poco apreciado de la metalurgia esteparia de la Edad del Bronce Temprano y la Edad del Bronce Medio fue su experimentación con el hierro. … Una tumba del período de las catacumbas en Gerasimovka en Donets (Rusia occidental/Ucrania), probablemente fechada alrededor del 2500 a. C., contenía un cuchillo con un mango de bronce arsénico y una hoja de hierro. El hierro no contenía magnetita ni níquel, como sería de esperar en el hierro meteórico, por lo que se cree que fue falsificado. Los objetos de hierro eran raros, pero formaban parte de los experimentos realizados por los orfebres esteparios durante la Edad del Bronce Temprano y Medio.
La tecnología del hierro se practicó en la región nórdica al menos desde el siglo IX a.C. (Hjärthner-Holdar 1993; Serning 1984)