La industria siderúrgica, cuyo objetivo es la producción de acero que posteriormente es empleado para fabricar multitud de productos diferentes, es una de las principales industrias pesadas a nivel global. La producción mundial de acero está aumentando debido a la industrialización de los países emergentes. Durante los últimos 15 años su producción casi se ha duplicado, aunque, más específicamente, en Asia, se ha triplicado [Santamaría, 2017]. Europa es el 2º productor mundial de acero con 177 Mt/año [European Commission, 2013], 10% del mundial, siendo ésta la industria pesada más importante (https://www.worldsteel.org/).
La industria del acero en el País Vasco se remonta a épocas pretéritas, pero fue durante el siglo XIX con la invención del horno alto cuando llegó a convertirse en el referente de la fabricación a nivel estatal, con un 60% de la producción de acero español. La crisis industrial de la década de 1980 dio lugar a una gran reducción en la producción y supuso el fin de la hegemonía de la industria siderúrgica vasca, culminando con el icónico cierre en 1996 de Altos Hornos de Vizcaya (http://www.ftsi.es/).
El proceso de fabricación de aceros y fundiciones no es único, existiendo diferentes procesos industriales que varían en función del elemento fabricado (hierro dulce, acero al carbono, acero de baja o de alta aleación, fundición férrea para moldeo, etc..) o incluso a veces también existiendo procesos alternativos para la fabricación de un mismo tipo de elemento.
Se denomina escoria siderúrgica al producto del enfriamiento y solidificación del material que sobrenada los caldos líquidos de las aleaciones férreas en la fabricación siderúrgica. El papel que desempeña la escoria es triple e incluye los siguientes aspectos [Palacios et al, 2002]:
− Proteger el caldo del contacto con la atmósfera evitando la entrada de gases. − Aislar térmicamente, disminuyendo la pérdida de calor y un gradiente de
temperatura alto en el metal líquido.
Cada proceso de fabricación produce un tipo de escoria que sin ser esencialmente diferente de las demás, posee unas características propias que pueden determinar un uso como subproducto totalmente diferente de otras. Se consideran seis grandes grupos de escorias como las más importantes, aunque no las únicas (https://unesid.org/):
- Escoria de horno alto (BF slag)
- Escoria de convertidor al oxígeno (BOF slag) - Escoria de horno eléctrico de arco (EAF slag) - Escoria de horno cuchara (LF slag)
- Escoria de convertidor AOD, VOD - Escoria de cubilote
La fabricación de acero en EAF presenta grandes ventajas, en cuanto a flexibilidad productiva, permitiendo fabricar toda clase de aceros y emplear diversos tipos de cargas (chatarra, hierro de reducción directa, lingote de hierro, etc.). Además, la inversión necesaria es baja comparada con la ruta integral y el proceso es automatizable y de alta eficacia.
Dicho lo anterior, se entiende el hecho de que la fabricación de acero basada en la fusión de chatarra y prerreducidos del hierro en horno eléctrico de arco (“acero eléctrico” o “vía eléctrica”) ha experimentado un notable crecimiento en las últimas décadas, siendo España el 3º productor europeo según esta vía. Ello implica una producción anual de escorias negras de 32 kg por habitante a nivel estatal, de las cuales el 40% aproximadamente se generan en el entorno geográfico de la CAPV [Santamaría, 2017].
Desde el cierre de Altos Hornos de Vizcaya, todo el acero producido en la CAPV ha sido en hornos de arco eléctricos, lo que supone 270kg de escorias (EAFS) generadas por persona y año solo a nivel local. Cálculos recientes realizados [Santamaría et al, 2017] estiman en un 1% de la producción mundial es generada en esta región, lo cual da otra idea de la magnitud, esta vez a escala global, del problema.
El proceso del horno eléctrico de arco tiene la siguiente secuencia de operaciones [Palacios et al, 2002]: − Carga de chatarra − Fusión − Oxidación y defosforación − Calentamiento − Colada
La fabricación de “acero eléctrico” parte de una carga precalentada que se coloca en la solera del horno. Dicha carga se compone mayoritariamente de chatarra (entre el 50- 90%), de prerreducidos de hierro, así como de los materiales formadores de escoria (cal, sílice, magnesia, alúmina), en proporción adecuada para formar la escoria y proteger el revestimiento refractario. La chatarra, junto al carbón de coque, los fundentes y agentes carbonosos (cal y carbón), se transporta en cestas hasta el horno.
El volumen de chatarra necesaria para completar una colada es muy superior al volumen de la cuba del horno por lo que se añaden sucesivas cestas. El proceso de fusión de la chatarra se completa con el soplado del caldo por medio de la lanza de oxígeno, que permite la eliminación del caldo tanto del fósforo, como de otros metales, por oxidación y su posterior conducción hacia la escoria. Además del fósforo, se eliminan también el silicio, el manganeso, el cromo e, inevitablemente, una pequeña cantidad de hierro.
La generación de escoria negra tiene, por lo tanto, lugar tanto en los procesos de fusión como en la defosforación del horno eléctrico de arco. La escoria producida se almacena en acopios a la intemperie, tal y como ilustra la figura 2.4., lo cual va en contra de los conceptos de desarrollo sostenible o de economía circular ya citados.
Figura 2.4: Vertedero de escorias en Zumarraga (Gipuzkoa). Foto: Google maps
Asimismo, y aunque en muchas ocasiones no se mencione de forma explícita, en todas estas ideas subyace también el concepto de sostenibilidad funcional y económica. El objetivo final es que la ventaja medioambiental o social no sea propuesta a costa de diseñar materiales que incorporen subproductos industriales pero que tengan bajas
prestaciones, o sean industrialmente inviables por cuestiones económicas [BlueCons, 2015]. Más al contrario, y suscribiendo las palabras de la Dra. Santamaría, la economía circular es la oportunidad para reinventar la economía siendo más sostenible y competitivo a la vez, con beneficios tanto para las industrias como para los ciudadanos.