Los hornos eléctricos de arco han sido motivo de una aplicación dinámica de nuevas tecnologías en lo que va de este siglo. La preparación de la chatarra y el uso de materiales de carga alternativos han dado lugar a la concepción de nuevos equipamientos y experiencias en todo el mundo. Surgen nuevos conceptos para el precalentamiento de la chatarra, superando las limitaciones de mantenimiento y ambientales de los conceptos iniciales y mejorando su performance energética. El aporte de energía química para la fusión supera sus límites año a año, requiriendo el desarrollo de equipamiento capaz de una acción rápida y precisa con grandes caudales de gases y sólidos inyectados. Existen nuevas herramientas para eliminar los riesgos de seguridad en la plataforma del horno, haciendo uso de sistemas de enfriamiento más seguros y duraderos, robots, automación de la operación del agujero de colado, y puertas de escoria controladas desde el púlpito

1. UNA REVISIÓN CRÍTICA DE
DESARROLLOS TECNOLÓGICOS
RECIENTES EN HORNOS
ELÉCTRICOS DE ARCO
Jorge Madías, metallon, San Nicolás, Argentina
Sara Hornby, Global Strategic solutions, Charlotte, Estados Unidos
Francisco Torre, FACTS Ingeniería, Rosario, Argentina

2. Hornos eléctricos de arco
 Contenido
 Introducción
 Carga metálica: preparación y aporte de energía
 Precalentamiento de la chatarra: avances recientes
 Control automático del proceso
 Seguridad en la plataforma
 Recuperación de energía: primeras experiencias
 Conclusiones
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3. Introducción
 : servicios tecnológicos para la
siderurgia latinoamericana
 Asistencia técnica (materias primas, reducción, acería,
laminación, desarrollo de producto)
 Cursos in company, abiertos y de autoaprendizaje
 Servicios de metalografía
 Servicios de biblioteca
 Textos para publicaciones especializadas
 Clientes en México: Grupo SIMEC, Gerdau Corsa,
Ternium de México, DEACERO
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4. Introducción
 En los últimos años el porcentaje de acero por la vía
horno eléctrico ha disminuido (no así la cantidad total)
 En la medida que en China y otros países emergentes
haya más disponibilidad de chatarra, y que las
emisiones de CO2 de esos países comiencen a
restringirse, aumentaría la producción por esta vía
 La Agencia Internacional de la Energía ha elaborado
pronósticos sobre la ruta de proceso y el consumo de
metálicos hasta el año 2050, previendo una
participación de las acerías eléctricas cercana al 50%
 Desafío para el desarrollo de tecnologías en este
campo
 Aumentar la eficiencia térmica
 Incrementar la productividad
 Disminuir su costo operativo
 Mejorar su performance ambiental
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País
Producción EAF
2014 (t)
Estados Unidos 55.174.000
India 50.211.000
China 49.938.000
Japón 25.679.000
Corea del Sur 24.197.000
Turquía 23.752.000
Rusia 21.852.000
Italia 17.200.000
Irán 13.607.000
México 13.311.000

5. Carga metálica
 Chatarra
 Es y continuará siendo el principal
componente de la carga metálica
de los hornos eléctricos
 Preparación: incidencia en la
eficiencia del horno
 Consumo de energía
 Consumo de cal
 Consumo de electrodos
 Consumo de refractarios
 Rendimiento metálicos
 Acierto en composición química
 Incorporando de equipos de
fragmentación de chatarra y de
prensado, tanto en siderurgia como
en procesadores de chatarra
 Concepto schredderless
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6. Carga metálica
 Chatarra
 Sistemas para analizar chatarra
sobre cinta
 Fluorescencia de rayos X de alta
velocidad
 Analiza cada pieza; define en
base a criterios preestablecidos si
esa pieza debe separarse
 En caso afirmativo, al momento de
caer de la cinta es eyectada
 Análisis rápido por activación de
neutrones gamma
 Analiza el conjunto del material
que pasa
 Da idea de la influencia sobre la
composición química de los distintos
tipos de chatarra que ingresan a la
fragmentadora
 Se asegura Cu <0,20%
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7. Carga metálica
 Hierro esponja
 Producción en aumento, 2014 74,6 Mt
 Cubre un 15 % de necesidades de
metálicos en HEA
 La fusión del hierro esponja consume
más energía eléctrica por la ganga (y
la cal necesaria)
 Pero se contrarresta con
 Metalización alta
 Cierto nivel de carbono
 Operación adecuada del horno eléctrico
 Carga continua
 Carga caliente
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8. Carga metálica
 Hierro esponja
 Cambios en producción y
aplicación
 Reforma del gas natural
en el horno (hace factible
una miniplanta)
 Uso de otros gases (gas
de Corex, gas de carbón,
eventualmente gas de
coquería)
 Reintroducción de la carga
caliente
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9. Carga metálica
 Arrabio sólido / líquido
 Introducción de hornos eléctricos en acerías integradas
 China
 Alto costo de chatarra
 Precariedad en suminstro de energía eléctrica
 Unas pocas plantas de Europa, América del Norte y
Brasil
 Introducción de mini altos hornos en acerías eléctricas
(Brasil)
 Ahorro de energía eléctrica
 Incremento de la emisión de CO2
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10. Carga metálica
 Influencia de materias primas y estado en que son
cargadas, sobre consumo de energía eléctrica
10
150 hornos >30 t
Acero al C y baja
aleación
TtT< 100 min

11. Carga metálica
11
 Consumo de energía eléctrica
 <300 kWh/t
 9 de los top ten consumen más de 20% de arrabio líquido
 300-400 kWh/t
 Hornos que consumen porcentaje importante de arrabio sólido
 Hornos con 100% de chatarra de alta eficiencia energética
 400-450 kWh/t
 Hornos con 100% de chatarra de eficiencia energética
intermedia
 Hornos con carga de DRI caliente
 >450 kWh/t
 Hornos con 100% de chatarra de baja eficiencia energética
 Hornos con alta proporción de DRI/HBI frío

12. Programas de optimización
 Modelos de cálculo de carga, que manteniendo ciertas
restricciones de calidad, permiten minimizar el costo de la
misma
 Desarrollados o mejorados por proveedores como
Management Science Associates Inc. (MSA), Tube City IMS
(TCIMS), fabricantes de hornos eléctricos y proveedores de
automatización, o por las propias siderúrgicas
 Consideran los cosos de los diferentes metálicos, su valor en
uso y la composición química del acero líquido
 Algunos de ellos ofrecen estrategias de compra.
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13. Programas de optimización
 Factores de mercado, más allá del costo y el valor en uso,
influyen las decisiones de compra y pueden representarse en
estos programas
 Factores que pueden promover la decisión de utilizar metálicos
de alta calidad aunque haya opciones de menor costo:
 Oferta y demanda regional
 Historia del proveedor
 Salvaguardia de futuros suministros
 Generación de chatarra interna
 Suministro de metálicos alternativos
 Políticas de la empresa en cuanto a suministros, precios y ganancias
 Incapacidad de la planta para degradar productos para usos secundarios
 Deseo de garantizar el cumplimiento de las especificaciones sin problemas
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14. Precalentamiento de chatarra
 Consteel evolution
 Uso de quemadores en el túnel de precalentamiento de
la chatarra
 Inyectores para post combustión en el horno
 Sin referencias industriales hasta el momento
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15. Precalentamiento de chatarra
 SIMETAL EAF Quantum
 Extensión de la idea básica del “shaft furnace”, en la que se opta por la
carga de la cuba mediante un carro elevador y un chute eliminando
cestas y grúa (similar al Eco-Arc de JP Steel Plantech)
 Para eliminar el tiempo con horno desconectado utiliza un sistema de
sifón para el sangrado (similar el de Stahlwerke Buderus)
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16. Precalentamiento de chatarra
 SIMETAL EAF Quantum
 Diferencias con el shaft
 Mejor estanqueidad, con menor ingreso de aire, debido a estructura
fija de la cuba y carcasa inferior móvil
 Diseño trapezoidal de cuba, para mejor distribución de la chatarra y
precalentado eficiente, particularmente con chatarra de baja
densidad
 Mejor caída de la chatarra en la carcasa, mediante nuevo diseño del
sistema de retención
 Mayor pie líquido, para favorecer transferencia de calor y la
velocidad de fusión
 Fusión libre de flickers gracias a nueva configuración de cuba y
electrodos
 Referencias: TYASA y el anunciado para Arvedi
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17. Precalentamiento de chatarra
 Efecto sobre el consumo de energía eléctrico
 Sólo hornos que cargan más de 80% de chatarra
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0
100
200
300
400
500
600
700
0 0,5 1 1,5 2 2,5
Consumoespecíficodeenergíaeléctrica(kWh/t)
Potencia específica (MVA/t)
Estándar
Consteel
Twin Shell
Shaft

18. Carga única: productividad
 A medida que los hornos han aumentado en tamaño, ha crecido el número de
cestas necesario para completar la carga
 Implica pérdida de productividad, dado que se necesita tiempo para el
movimiento de ascenso de los electrodos, el giro de la bóveda, la descarga
de la cesta, nuevamente el giro de la bóveda y el descenso de los electrodos
 La preparación adecuada de la chatarra ayuda a incrementar su densidad
aparente y disminuir el número de cestas necesario
 Hornos nuevos para una sola cesta
 Hornos existentes modificados para carga única
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Reforma horno de
carcasas gemelas
de SDI Butler

19. Inyección de gas inerte por fondo
 Auge efímero en década de 1990
 Nuevo regreso, promovido por
 Producción de acero especiales
 Necesidad de mayor homogeneidad química y térmica
 Hornos con precalentamiento de chatarra en
transportador, y gran fondo húmedo
 Para favorecer la transferencia de calor entre el acero
líquido y la chatarra precalentada que ingresa al horno
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20. Control automático de proceso
 Control de escoria espumosa
 Sistemas de evaluación de la escoria espumosa
basados en
 Medición de variables eléctricas
 Medición del ruido
 Medición de vibraciones en la carcasa del horno
 Los datos proporcionados por estos sistemas pueden
ser utilizados por el operador para la toma de
decisiones
 Pero también se ha buscado utilizar estos sistemas como
base para regular en línea la adición de carbono
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21. Control automático de proceso
 Control de escoria espumosa
 Lech Stahlwerke
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22.  Control de escoria espumosa
 Lech Stahlwerke
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23. Control dinámico
 Steel Dynamics Roanoke
 Análisis de gases
 Medición de caudal y velocidad de
gas de escape
 Evaluación de escoria espumosa
mediante medición de armónicas
 Con las tres mediciones y modelos
se controla en forma automática
 Inyección de oxígeno para post
combustión
 Quemadores de oxígeno y gas
 Inyección de carbono para el
espumado de la escoria
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24. Recuperación de energía
 Primeras experiencias
 Georgsmarienhütte, Alemania
 Elbe Stahlwerke Feralpi, Alemania
 Hyundai Steel Incheon, Corea del Sur
 Ferriere Nord, Italia
 TISCO Taiyuan, China
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25. ¡Muchas gracias por su atención!
Jorge Madías – Sara Hornby – Francisco Torre
San Nicolás, Buenos Aires, Argentina
jorge.madias@metallon.com.ar
www.metallon.com.ar
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