met<alurgica

1. •
•

3. ¿Qué es?
 Un horno de arco eléctrico es aquel horno,
que como su nombre lo dice, se calienta a
travez de un arco eléctrico.
 Es el más versátil de todos los hornos para
fabricar acero. No solo puede proporcionar
temperaturas hasta 1930 C, sino que
también puede controlarse eléctricamente
con un alto grado de presición. Debido a
que no emplea combustible alguno, no se
introduce ningún tipo de impurezas. El
resultado es un acero de lo más limpio.

4. Objetivo
 El objetivo del horno de arco eléctrico , es
transformar la chatarra en acero industrial
de alto grado.

5. Ventajas
 Instalación mas sencilla y menos
costosa que la de cualquier horno
utilizado para fabricar acero.
 Se obtienen temperaturas más
elevadas.
 No se producen gases de combustión.

6. ¿Qué produce?
 Puede producir todo tipo de aceros,
desde aceros con regular contenido de
carbono hasta aceros de alta aleación,
tales como aceros para herramientos,
inoxidables y aceros especiales.
 Su chatarra es cuidadosamente
seleccionada. El arrabio fundido
raramente se ocupa.

7. Tipos de Hornos
 Horno de arco eléctrico indirecto.
 Horno de arco eléctrico directo.

8. Horno de Arco Eléctrico
Indirecto

10.  En este tipo de horno se usa el sistema que se llama
calentamiento en Stassano. El arco salta entre dos
electrodos horizonaltes sin tocar baño y escoria. El
calentamiento es indirecto, por radiación de arco al
baño. Algunos hornos son rotativos (Arctal, por ej.)
con el cual el calor acumulado en la bóveda es
devuelto al baño al girar y ponerse en contacto con
él. Puede decirse que son una combiación de horno
alto y de arco. Se utilizan básicamente para
reducción carboeléctrica de óxidos y subsiguiente
obtención de aceros y ferroaleaciones. También para
colada de aleaciones no férreas o fundiciones para
moldeo.

11. Hornos de arco eléctrico directo

12.  Son los más usados en la industria del
acero y fundición.
 En el monofásico (o de corriente
continua) hay dos calentamientos. Uno
es producido por el arco radiante
indirecto, al igual que el Stassano, y el
otro se deriva del efecto Joule producido
por la corriente a su paso por el baño de
acero hasta el electrodo de retorno.
 Pueden trabajar con el arco sumergido
en la escorio, lo cual ahorra energía.

13.  En el trifásico, por otro lado, el arco
salta entre los tres electrodos a través
del baño de acero. En este caso, hay un
calentamiento por radiación del arco
eléctrico al baño y otro Joule por el paso
de la corriente por el propio baño.
Puede trabajar tambien sumergido en la
escoria.

14. Componentes
 La cuba: Es la parte del horno que contiene la puerta de carga
y la colada. Esta hecha de planchas de acero dulce de 4mm de
espesor.
 Boveda, paredes y solera: La boveda es la tapa del horno,
construido con anillos metálicos refrigerados y revestidos con
material refractario de alumina. Las paredes del horno son que
las que están en contacto con la masa líquida hasta una
determinada altura. Están revestidos de ladrillos de magnesita
y cromo-magnesita según sea la parte que va a estar en
contacto con la escoria y la masa fundida. Solera es la parte
que contiene al metal fundido, esta revestido de ladrillos
refractarios de magnesita o dolomita de 300 a 400 mm.
 Electrodos: Son de grafito y existen varios diametros y
longitudes por ejemplo. 100 mm de diametro y 2m de longitud
se sujetan con mordazas de cobre refrigeradas por agua a las
barras longitudinales.

15.  Mecanismo de basculación: Para
efectos de vaciar el acero fundido a la
cuchara de colada se tienen sistemas
de basculación o giro hidraúlico

17. Capacidad del horno
 Existen hornos de diferente capacidad,
los mismos que se seleccionan
conforme los requirimientos del acero.
 Por ejemplo, si se necesita 4000
toneladas de acero líquido por año, la
capacidad del horno sería de 4.87
t/colada.

18. Diametro de electrodos y cuba
 De acuerdo a la capacidad de los
hornos se obtiene el diámetro de la
cuba y de los electrodos que han de
usarse. Mediante curvas experimentales
se determina lo señalado.

19. Potencia eléctrica
 De la misma manera, la potencia resulta
de acuerdo al diámetro de los
electrodos. Es evidente que a mayor
diámetro, mayor se debe aplicar una
potencia eléctrica. La variación de la
potencia está en relación a la capacidad
de los hornos y duración de la colada.

20.  Un ciclo de funcionamiento del horno puede
tener los siguientes tiempos:
 Preparación de los electrodos: 15 min
 Carga: 30 min
 Fusión: 75 min
 Colada: 15 min
 Total:135 min

21. Materiales de carga
 Chatarra.
 Es el componente básico de la carga. Entre las
cualidades deseadas están:
 Lo mas gruesa y masiva posible. La mejor suele ser
la que prodece de astilleros, desguace de buques,
maquinario, calderería pesadas y ferrocarriles.
 Son preferibles aceros al carbono o de muy baja
aleación para acortar la duración oxidante de la
colada y evitar problemas de laminación.
 Que estén limpias y libres de óxido, scidad, pinturas,
aceites. Etc.

22.  Prerreducidos:
 Que son los pellets, briquetas, hierro
esponja, los cuáles son productos
obetnidos por reducción directa en estado
sólido, mediante carb-on o hidrocarburos,
de minerales muy puros y casi exentos de
ganga. Aportan la ventaja de que son
prácticamente hierro puro, por ello su
presencia es favorable como diluyente de
elementos perjudiciales.

23.  Se cargan de diferentes formas:
 Añandiendolos a la cesta de carga.
 Mediante agujeros practicados en la
bóveda o cuba.
 Inyectada en la cuba mediante equipos
especiales.

24.  Otros materiales de carga:
 Aveces se carga arrabia o fundición (3-
5% de carbono) o carbón
(preferiblemente coque) para aumentar
el contenido de carbono que favorezca
el hervido y la escorio espumosa.

25. Proceso de fundición
 Lo primero es seleccionar la chatarra en función de sus
características, así como su peso.
 Después, se lleva la chatarra (por medio de
electroimanes) a una cuba que posteriormente se
verterá en el horno.
 El paso siguiente es cuando se vierte la chatarra (que
ahora se le denomina crisol) a la cuba del horno.
 Hay un método para llenar la cuba; primero que nada
se introducen los materiales mas pesados en el fondo
y los mas livianos en la parte superior, para que los
electrodos puedan perforar mas fácilmente y asi poder
derretir los materiales mas pesados del fondo.

27.  El horno de arco eléctrico esta formado
por una cuba en la cual se introduce la
chatarra a la que se denomina crisol.
 Una vez introducida la chatarra se
procede al calentamiento del horno. El
calentamiento se realiza mediante los
electrodos de grafito o carbono para
resistir altas temperaturas y permitir la
conducción de electricidad.

29.  En esta caso, usaremos de ejempló el horno
de arco eléctrico directo trifásico, que contiene
tres electrodos que cuando llegan a la caldera
descargan 115000000 de wats de electricidad.
El arco eléctrico funciona mediante el arco de
electricidad que salta entre ellos. Cada
electrodo los separa un gas ( el aire que
respiramos) ( 78% nitrógeno) (21% oxigeno) el
grafito conduce electricidad asi que salta de
un electrodo a otro. Esta es la que derrite la
carga de chatarra con acero.
 Se puede generar hasta 1600 C.

30.  Una vez fundida toda la chatarra, en el
interior del horno tenemos hierro fundido
y escoria. La escoria está formada por
todos aquéllos materiales que no han
sido evaporados a 1600 C.
 Llega el momento de realizar un análisis
química para saber si el material fundido
reúne las cualidades requeridas.

32.  Para ello, se analiza la escoria ya que la
calidad de la escoria nos reflejará la
calidad del hierro fundido.
 En caso de que no se adecuen las
cualidades del metal se deberá
introducir carbono para enriquecer la
fundición y dotarle de las propiedades
necesarias para su posterior utilización.

33. Tipos de materiales
refractarios que se utilizan en
las acerías eléctricas.
 Aunque no nos proponemos hacer una descripción
detallada de las distintas clases de refractarios que
se utilizan en las acerías eléctricas, ya que no es el
objeto de este trabajo, sin embargo, creemos
interesante recordar algunas particularidades de
estos materiales que nos servirán para explicar las
tendencias que en cuanto a su utilización existen en
el horno eléctrico.

34.  Desde luego, hoy día, los materiales
refractarios más empleados en este
destino son los materiales básicos en sus
distintas formas, lo cual está en parte
explicado, si se tiene en cuenta que
normalmente se trabaja con escorias
básicas excepto en algunos hornos
pequeños destinados al acero moldeado.
Asimismo se emplean en las bóvedas
ladrillos de sflice o de alto contenido en
alúmina, debiéndose asimismo registrar la
utilización de algunos materiales muy
especiales de circonio.

35.  El ladrillo sílico-aluminoso, por el contrario, no
tiene prácticamente empleo, excepto en
algunos casos y en sus calidades mejores en
las filas exteriores de las bóvedas. Por otra
parte, su utilización como capa de aislamiento,
tanto en las paredes como en la suela, ha
dejado de tener mucho significado.
 Esto es en lo que se refiere al horno
propiamente dicho, ya que naturalmente, en el
pozo de colada los materiales sílico-
aluminosos siguen siendo de gran consumo.

36. REFRACTARIOS
BÁSICOS.
 Prácticamente, todos los tipos de refractarios básicos, es decir,
de magnesita, cromo-magnesita y magnesita-cromo, tanto
cocidos como aglomerados químicamente y acorazados, se
vienen empleando en los hornos eléctricos, y en todos ellos se
están logrando en estos últimos años mejoras sensibles de
calidad.
 Por ejemplo, determinado fabricante europeo, partiendo de
magnesitas calcinadas muy puras, especialmente preparadas
en lo que se refiere a su granu-lometría, y minerales de Cr de
primerísima calidad, junto con adiciones especiales, han
presentado en el mercado ladrillos de magnesita-cromo y
magnesita acorazados y aglomerados químicamente que
ofrecen una resistencia mecánica en caliente muy elevada
respecto a los materiales convencionales, junto con una
capacidad de absorción de las tensiones en la zona de
temperatura entre 90^ y 1.400% que contribuye a una gran
mejora en su resistencia a los choques térmicosT

37. DOLOMÍA.
 La dolomía durante muchos años ha sido, sobre todo en
Europa, un material muy empleado para la construcción
de las suelas de los hornos eléctricos básicos, ya que ha
cumplido las condiciones para dar un resultado
razonablemente satisfactorio puesto que:
 1." Se sinteriza en una masa coherente y dura libre de
grietas y porosidades
 después de ser calentada durante un tiempo apropiado.
2.° Esa sinterización se hace a una temperatura
relativamente alta. S."" Resiste bien la acción química,
tanto de la escoria como del metal. 4.° Es de fácil
adquisición.

38. REFRACTARIOS DE ALTO
CONTENIDO EN ALÚMINA
 En los hornos eléctricos, los materiales de
alto contenido en alúmina, es decir,
porcentajes de AI2O3 superiores a 46 %,
que se han ensayado o probado han sido
muy diversos, pero entre ellos destacan los
siguientes :
 1.° Ladrillos de silimanita.
 2" Ladrillos de muUita sintética.
 3.'' Ladrillos de gibsita.

39. REFRACTARIOS ELECTRO-
FUNDIDOS
 Se fabrican hoy día diversas calidades de
refractarios electrofundidos. Por ejempo, a
base de bauxita, a base de corindón, circonio
y sílice, a base de magnesia y corindón, y a
base de magnesia y cromita. Pero es esta
última clase la que se emplea en los hornos
eléctricos de arco.
 Ello es debido a que presenta características
muy interesantes para el ace-rista.

40.  Por ejemplo:
 I.° Alta resistencia piroscópica que está
relacionada con sus altos puntos
 de fusión (superiores a 2.300°C). 2.°
Propiedades mecánicas elevadas.
 a) Alta resistencia a la compresión en frío y en caliente.
 b) Alta resistencia a la abrasión.
- 3.° Resistencia a la corrosión química que está unida
a la compacidad elevada que presentan estos
refractarios.
 4.'* Buena estabilidad dimensional que
está relacionada con las características
anteriores.

41. CONCLUSIONES
 Existen hornos de diferente capacidad,
los mismos que se seleccionan
conforme los requirimientos del acero.
 Instalación mas sencilla y menos
costosa que la de cualquier horno
utilizado para fabricar acero.
 Se obtienen temperaturas más
elevadas.
 No se producen gases de combustión

42. BIBLIOGRAFIA
 Recognition of first foundry as historical site
 Home made small scale arc furnace using a welder
(¡ojo, con experimentos!)
 Electric Arc Furnace module at steeluniversity.org,
incluye una simulación interactiva
 H. W. Beaty (ed), "Manual Estándar para Ings.
Eléctricos, 11ª Ed.", McGraw Hill, New York 1978,
ISBN 0-07-020974-X
 J.A.T. Jones, B. Bowman, P.A. Lefrank, Electric
Furnace Steelmaking, in The Making, Shaping and
Treating of Steel, R.J. Fruehan, Editor. 1998, The
AISE Steel Foundation: Pittsburgh. p. 525-660.