Horno de Arco Eléctrico

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ FACULTAD DE INGENIERÍA METALÚRGICA Y DE MATERIALES

CURSO: METALURGIA FERROSA

SEMESTRE: VIII

TEMA: PROCESOS DE HORNO DE ARCO ELÉCTRICO

DOCENTE: Ing. Ciro Zenteno Cuba

HORNOS ELECTRICOS DE FUSION PARA ACEROS. HORNOS ELECTRICOS DE RESISTENCIA. Para fundir se usan barras horizontales de grafito como resistencia; siendo de forma rectangular los pequeños hasta de 1 ton. y cilíndrica los mayores de hasta 2 a 3 ton. de capacidad. HORNOS ELECTRICOS DE INDUCCION. El calentamiento se efectúa por la resistencia que éste presenta al paso de una corriente inducida en el metal dentro del crisol, por una o varias bobinas primarias. Son usados generalmente para fundir metales no ferrosos, hierro colado y aceros aleados.

Horno de inducción a canal tipo V, donde A representa el baño metálico liquido B es la bobina central

Horno de inducción con núcleo

HORNOS ELECTRICOS DE ARCO. A finales del siglo XIX Wilhem Siemens desarrolló los primeros hornos de arco eléctrico para fusión de diversos metales. Después Paul Hérault y Paul Girod en Francia y Stassano en Italia los pusieron a punto hasta casi llegar a lo que son en la actualidad. A comienzos del siglo XX comenzó la sustitución de los hornos de crisol por los de arco; también el tamaño de éstos, que los llevó hasta 300 t de capacidad. Hoy día se ha visto que es más rentable y adecuado el de 100 /150 ton. de capacidad. El uso del horno eléctrico tiene varias ventajas: 1.- Se puede obtener cualquier tipo de acero, desde corrientes a especiales 2.- El arco eléctrico es capaz de generar temperaturas extremadamente altas muy rápidamente. 3.- La atmósfera dentro del horno no necesitó oxígeno para sostener la combustión y es menos oxidante que la de un horno calentado con combustible. Más aún, la cantidad de oxígeno que entra al horno puede ser controlada, disminuyendo así, algunas de las impurezas indeseables del oxígeno en aceros finos. Además, los costosos elementos de aleación pueden agregarse al acero fundido de un horno eléctrico sin pérdidas importantes por oxidación.

Tendencias futuras en acería basada en chatarra.

El horno de arco actual puede definirse como un horno de solera en el que los quemadores de combustible han sido sustituídos por electrodos conectados a la corriente eléctrica. A comienzos del siglo XX comenzó la sustitución de los hornos de crisol por los de arco; también el tamaño de éstos, que los llevó hasta 400 t de capacidad. Hoy día se ha visto que es más rentable y adecuado el de 100 150 t de capacidad. Al principio sólo eran rentables para aceros aleados, de alto valor añadido. Su desarrollo y optimización hizo que desde mediados del siglo XX entraran en competencia con la siderurgia integral en el campo de los aceros corrientes no aleados. Hay tres tipos básicos de hornos de arco: a) Arco indirecto con electrodos horizontales: Es el sistema que se llama “calentamiento en Stassano”. El arco salta entre dos electrodos horizontales sin tocar baño y escoria. El calentamiento es indirecto, por radiación del arco al baño. Algunos hornos son rotativos (Arctal, por ejemplo), con lo cual el calor acumulado en la bóveda es devuelto al baño al girar y ponerse en contacto con él. Hay hornos Stassano con electrodos inclinados y que están provistos de una cuba superior para precalentamiento de las cargas. Puede decirse que son una combinación de horno alto y de arco.

Horno de arco tipo Stassano

b) Arco directo entre electrodo y solera conductora: Esquema desarrollado por Girod, el arco salta entre un electrodo y el baño contenido sobre la solera conductora. Como en el caso anterior, son monofásicos o de corriente continua. Hay dos calentamientos. Uno es producido por el arco radiante indirecto, al igual que en los Stassano tratados en párrafo anterior. El otro se deriva del efecto Joule producido por la corriente a su paso por el baño de acero hasta el electrodo de retorno incrustado en la solera. Pueden trabajar con el arco sumergido en la escoria, con lo cual hay ahorro energético y de refractarios, a la vez que hay calentamiento por resistividad Joule de la propia escoria ionizada. A lo largo de las primeras décadas del siglo XX fueron sustituídos por los hornos de arco trifásico (tipo Heroult) pero desde hace poco tiempo son ellos, trabajando en corriente continua, los que están sustituyendo a los trifásicos, tanto en acería como en metalurgia extractiva.

Horno de arco tipo Girod.

c) Arco entre los tres electrodos a través del baño: Trabajando con corriente alterna trifásica, el arco salta entre los tres electrodos a través del baño de acero. En este caso, como en el anterior, hay un calentamiento por radiación del arco eléctrico al baño y otro Joule el paso de la corriente por el propio baño. Pueden trabajar, como los anteriores, según arco sumergido, con el consiguiente ahorro de energía y refractarios. Durante el siglo pasado fueron utilizados masivamente, en preferencia a cualquier otro tipo de hornos, tanto en acería como en metalurgia extractiva (reducción directa, ferroaleaciones...). Hoy día están siendo sustituidos por los hornos de arco de corriente continua en acería de laminación y por los de inducción en fundición de moldeo.

Horno de arco tipo Héroult.

La obtención de aceros inoxidables de bajo carbono (0,03 - 0,06 %) y alto contenido de cromo (13 - 25 %) en horno eléctrico de arco presenta grandes dificultades. Así, al oxidar el carbono mucho del cromo se oxida también y se pierde en la escoria. En su día se hicieron tentativas, como soplar con oxígeno para descarburar y reducir posteriormente el óxido de cromo formado haciendo una escoria reductora a base de ferrosilicio, cal y espato flúor. Una marcha de colada en horno de arco según ese sistema es como sigue: 1) Carga de chatarra y fusión. El análisis químico del fundido es: • C = 0,50 % Cr = 14,50 % 2) Soplado con oxígeno. Al final del soplado las condiciones son: • C = 0,06 % Cr = 8,50 % Temperatura = 1830 – 1850 º C Como puede verse, se ha oxidado un 6,00 % de cromo.

PROCESO VOD OBJETIVO Y FUNDAMENTO Este procedimiento, como otros de Metalurgia Secundaria, ha nacido para fabricar aceros extrabajos en carbono y azufre, en general, e inoxidables, en particular. Se basa en que el soplado de oxígeno, en condiciones de vacío elevado, sobre una cuchara de acero situada en una cámara hermética permite que se realice la reacción de descarburación: [C] + [O]→)(CO) en lugar de la oxidación del cromo y paso a la escoria del óxido de cromo formado: 2[Cr] + 3[O]→ Cr2O3 Esto es lógico dado que la situación de vacío favorece la reacción en la que se genera un gas, CO, que escapa del baño, en lugar de la otra, en que se forma un óxido líquido, Cr2O3, que pasa a la escoria.

(Si) + (Cr2O3)  SiO2 + [Cr] (Al) + (Cr2O3)  Al2O3 + [Cr]

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