thumb|right|300px|Secciones de un horno de reverbero para la pudelación de hierro
La pudelación (también llamada pudelado o pudelaje) es un antiguo proceso metalúrgico utilizado para afinar la fundición de hierro, desarrollado a partir de finales del en Gran Bretaña. Consistía en descarburar el arrabio obtenido de los altos hornos en un horno de reverbero usando escoria oxidante. Este procedimiento permitió disponer en grandes cantidades del producto conocido como hierro pudelado, que se convirtió en el material principal en la construcción de estructuras y puentes metálicos durante buena parte del en Europa. El perfeccionamiento de los convertidores y del horno Martin-Siemens, hizo que el hierro pudelado fuera totalmente sustituido por el acero desde comienzos del .
Visión general La palabra pudelación proviene del verbo inglés to puddle, que significa "remover". El método fue desarrollado por Henry Cort en 1784, y luego mejorado significativamente por Samuel Baldwin Rogers y Joseph Hall en el .
El arrabio se calentaba a una temperatura muy alta en un horno de reverbero. El pudelador, un trabajador a cargo de la operación, activaba la reacción al remover este hierro fundido con la ayuda de un largo gancho de hierro. Los lentejones de hierro refinado (denominados lupas) formaban una capa flotante que se extraía del horno en forma de bolas para ser primero cingladas a martillo y después forjadas o laminadas en forma de barras.
El pudelado reemplazó a los procedimientos anteriores que requerían el uso de carbón vegetal, porque al consumir solo hulla, permitía la fabricación de hierro en grandes cantidades. Los arcos de la Estación de París Este, la Torre Eiffel de París y el armazón original de la Estatua de la Libertad se construyeron con hierro pudelado, producido por la Sociedad de las Acerías de Pompey. Sin embargo, después de haber sido ampliamente utilizado a lo largo de todo el , en cuanto se desarrollaron los convertidores, el hierro pudelado dio paso gradualmente al acero, un material de mejores características mecánicas y cada vez más competitivo económicamente.
Historia de la pudelación thumb|300px|Un pudelador sacando la escoria del horno después de extraer las "lupas", lentejones de hierro refinado (hacia 1919)
Se produjo una auténtica revolución en el proceso del refinado del hierro gracias al inglés Henry Cort, quien introdujo en 1784 dos nuevos procedimientos: la pudelación y el laminado. Su patente sobre el pudelado tiene fecha de febrero de 1784, pero ya existía una patente semejante presentada por Peter Onions en mayo de 1783.
En la pudelación, el hierro colado o fundición se pasaba a un largo horno de reverbero cerrado, antes de que se enfriase, donde entraba en contacto con chatarra o escorias de óxido de hierro. En este horno, el mineral era removido por unos obreros llamados pudeladores, equipados con largas palas. Las impurezas ardían (carbono, azufre) o eran arrastradas junto con las escorias.
El esfuerzo requerido por esta labor se desarrollaba en un ambiente sumamente caluroso por la proximidad al horno, por lo que era un trabajo muy penoso que causaba muchas bajas entre los operarios, siendo difícil encontrar obreros de más de 35 años dedicados al pudelaje.
Al salir del horno de pudelación, la fundición tenía el aspecto de una masa pastosa y había perdido la mayor parte de las impurezas previas, con excepción del fósforo.
Laminado
Tras el horno de pudelación, la masa fundida pasaba al tren de laminado, en donde una serie de rodillos la comprimían y conseguían extraer más impurezas mediante presión. Esto confería una ventaja adicional, pues se podían dar determinadas formas al hierro (raíles, perfiles cuadrados o circulares, etc) si el último de tales rodillos tenía dichas formas grabadas y actuaba por tanto como un molde.
El procedimiento de Cort, junto con el anterior desarrollo del hierro colado por Abraham Darby I, permitió aumentar la producción y atender la fuerte demanda de hierro durante esta etapa de la Revolución Industrial para la fabricación de maquinaria, puentes, armamento y otros usos en la construcción. También sirvió para proporcionar hierro barato para la exportación. Así, en la Inglaterra de finales de siglo, se exportaba un 15-20 % de la producción total. La llegada del ferrocarril volvió a incrementar la demanda de hierro pero, gracias a las mejoras anteriores, la producción se cuadruplicó en 20 años. Al mismo tiempo, el precio disminuía, pasando de 42 libras por tonelada en 1750 a 25 libras en 1820.Historia económica mundial y de España. Joaquín Ocampo Suárez Valdés. Publicaciones de la Universidad de Oviedo, 2006. ISBN 8483175959. Pág. 66
Expansión a otros países Tras generalizarse el pudelado, la producción de hierro siguió concentrada en el Reino Unido, lo que dio una ventaja considerable a este país. Unas décadas más tarde, el proceso se emplearía en otros países: llegó a Silesia superior en 1802, a Francia en 1817, y hacia 1825 a la región del Ruhr. En Bélgica se conseguiría también un desarrollo importante.Historia universal Siglo Veintiuno. François Furet, Reinhart Koselleck, Louis Bergeron. Compilado por Marie-Henriette Alimen. 8ª ed. Siglo XXI de España Editores, 1981. ISBN 8432302198 Pág. 293
No obstante lo anterior, hacia 1825 el precio del hierro inglés era la mitad que el del hierro francés; y hacia 1850, el Reino Unido aún producía cuatro veces más hierro que Francia y Alemania juntas.
Origen del proceso
Abraham Darby I, al desarrollar el alto horno empleando carbón de hulla transformado en coque, liberó la producción de arrabio de la baja disponibilidad de carbón vegetal. Pero para transformar el hierro fundido en acero o en hierro con un contenido aceptable de impurezas, todavía no se había hallado la manera de prescindir de este combustible. El metalúrgico alemán Adolf Ledebur resumía el problema de esta manera:
La pudelación era una manera de refinado del hierro mediante la que se conseguía rebajar su contenido de carbono hasta un porcentaje muy bajo y, sobre todo, eliminar casi todo el azufre, por lo que el material resultante podía transformarse fácilmente en hierro forjado. Durante la pudelación, el metal fundido se removía o batía dentro de un horno de reverbero para conseguir airearlo. Así, se hacía arder el carbono y el azufre, con lo que se obtenía un metal más puro y de mejores propiedades mecánicas.
Pudelado en seco upright=1.2|right|thumb|Horno de reverbero utilizado en el pudelado:A: Puerta de alimentación del combustible; B: Bóveda refractaria; C: Tirantes; D: Parrilla; E: Puerta de trabajo; F: Zona de trabajo y solera; G: Placa de sujeción; H: Altar
El horno de reverbero ya era conocido en la metalurgia de los metales con puntos de fusión más bajos, como el estaño, el plomo o el cobre. La idea de extender su principio al afinado del hierro fundido aparece por primera vez en la patente que presentó Peter Onions el 7 de mayo de 1783. Pero el desarrollo del proceso en la factoría Dowlais and Cyfarthfa Ironworks no tuvo éxito, y el director de la fábrica William Reynolds le ordenó abandonar las pruebas el 17 de febrero de 1784.
El 13 de febrero de 1784, el inglés Cort presentó la patente para un horno de reverbero ligeramente diferente. La solera sobre la que trabajaba era un montón -cuidadosamente dispuesto- de materiales refractarios, cuarzo y arena. La combustión del carbono presente en el hierro fundido, que se producía mediante una corriente de aire, era muy lenta y debía activarse mediante la manipulación de la masa metálica. A pesar de ello, la duración de la reacción producía una elevada reducción del carbono, pero también una considerable oxidación del hierro. p. 367 Este proceso tenía otras limitaciones: Compuesta esencialmente por sílice, la solera no reaccionaba con el silicio contenido en la fundición. Sin embargo, este silicio tenía que oxidarse para obtener hierro maleable en caliente.Un hierro que contiene 1% de silicio se comporta de forma quebradiza hacia los 600°C. Solo las fundiciones con bajo contenido de silicio, denominadas fundiciones blancas, eran adecuadas para este proceso.Las fundiciones blancas, que contienen poco silicio, son las más fáciles de descarburar. Pero también son más resistentes y difíciles de conseguir que las grises, lo que las convierte en fundiciones caras. p. 347 La oxidación del metal conducía a un consumo de más de dos toneladas de fundición blanca para producir una tonelada de hierro. El óxido ferroso producido durante la oxidación del hierro fundido se mezclaba con la arena del hogar. Este óxido, que tiene un punto de fusión de 1369 °C, se adhería a solera, que se volvía pastosa y se deterioraba rápidamente.
El proceso de Cort se llama "pudelado en seco" porque la fundición blanca no es muy viscosa en caliente y la solera, que no es muy fusible, generaban poca lechada. El proceso permitía obtener hierro en cantidad, pero sin reducir significativamente los costes. En consecuencia, su principal ventaja se limitaba al combustible, que podía ser carbón de mala calidad (turba o lignito) o incluso madera.
Pudelado en húmedo Tal como fue iniciado por Cort, el pudelado en seco solo fue adoptado por "las fábricas que no podían abastecerse de carbón, y Cort murió en 1800 sin haber aprovechado su invento".
En 1818, Samuel Baldwin Rogers inventó un hogar sostenido por una placa de hierro fundido enfriada por agua (otros adoptarán más adelante el hogar enfriado por aire). Pero era "innegable que el enfriamiento vigoroso […] aumentaba el consumo de combustible, aunque este gasto era menor que el que implicarían las reparaciones frecuentes de un horno menos enfriado". p. 371 En efecto, si la bóveda refractaria solo duraba seis meses, una solera de hierro fundido podía utilizarse durante casi tres años.Tome 4, p. 17 Sin embargo, esta mejora seguía siendo demasiado marginal para que Rogers la aprovechara.
Alrededor de 1830, después de algunos experimentos, Joseph Hall retomó el desarrollo del hogar enfriado, pero lo cubrió con un revestimiento refractario oxidante. Esta innovación la sistematizó en la fábrica que acababa de fundar en Tipton.p. 350 De hecho, el oxígeno necesario para la refinación provenía de este revestimiento en contacto con el metal, en lugar de provenir de una corriente de aire. El proceso era más rápido y la producción de un horno se triplicaba en comparación con el proceso anterior. El relleno de Hall, llamado "bull dog", se componía esencialmente de óxidos de hierro tostados procedentes de pudelados anteriores. La velocidad de la reacción reducía significativamente el consumo de combustible y las pérdidas por oxidación.
Principales componentes de algunos revestimientos de hornos (en % en peso, Σ ≤ 100 %) Nombre del revestimiento FeO SiO2 CaO MgO Residuos insolubles y agua Bull dog (escoria y batiduras tostadas) 4 64 16 11 1 Mineral violeta (piritas transformadas en hematita por tostación) 95 1 2 Tierra de alfarería (mineral de hierro manganesífero con carbono del norte de Staffordshire p. 66) 47 2,54 3 31 1 1 14
Estas mejoras supusieron un avance fundamental. El proceso mejorado y patentado por Hall en 1839, llamado "pudelado graso" o "ebullición", a diferencia del método primitivo de Cort, se extendió rápidamente:
Con una composición adecuada de óxidos, el proceso era además bastante eficaz en la desfosforación y permitía utilizar minerales de hierro con fósforo, comunes en Europa. Pero no conseguía transformar económicamente las fundiciones muy cargadas de azufre y de fósforo en un hierro adecuado.Tomo 4, p. 35 Cada maestro pudelador se esforzaba en perfeccionar empíricamente con más o menos éxito el reactivo colocado en la solera. p. 388
Proceso
Preparación de la solera
El primer paso del pudelado consiste en cubrir el hogar con un material que reacciona con el hierro fundido utilizado. Se utilizan tres componentes: