Este documento describe los diferentes tipos de hornos eléctricos utilizados en la industria siderúrgica, incluyendo hornos de arco, inducción y resistencia. Explica cómo los hornos de arco son los más comunes para la fabricación de acero debido a sus altas temperaturas y ventajas operativas. También proporciona detalles sobre las partes, dimensiones, materiales, capacidad y especificaciones técnicas de los hornos eléctricos.

1. Hornos Eléctricos Expositores: Paul Zolon Salas Calderón Fernando Dill`Erva Hernández Rosario Romero Conde Gianni Rivera Bustamante

3. Fundamentar la fabricación de aceros en hornos eléctricos de diferentes tipos

6. Se obtienen temperaturas mas elevadas, del orden de los 3500ºC

7. No se producen gases de combustión, polvos ni humos ni son necesarios chimeneas, recuperadores, etc.

8. El aprovisionamiento de materia prima es mas fácil y libre.

10. Horno eléctrico de arco directo.Horno eléctrico de Arco Indirecto (electrodo x electrodo): En estos hornos el calentamiento directo es por radiación. Los hornos pueden ser del tipo Basculante rotativo o Basculante oscilante, siendo el más común el oscilante. Debido al esfuerzo de flexión y choques mecánicos a que están sujetos los electrodos, estos hornos tienen una capacidad limitada a un máximo de 2000 Kg. carga sólida a 4000 Kg. carga líquida.

11. b) Horno eléctrico de Arco Directo (electrodo x baño x electrodo): Son los hornos de arco más usados en la industria del acero y fundición. Existen dos tipos: Horno eléctrico de arco directo trifásico Horno eléctrico de arco directo monofásico

12. I.- Hornos Básicos: Son los más importantes y los más usados en la fabricación de aceros de calidad. La solera es de magnesita y dolomita. II.- Hornos Ácidos: Se utilizan en la producción de fundiciones y aceros comunes. La solera es de sílice.

13. PARTES DEL HORNO DE ARCO ELECTRICO: El horno eléctrico esta constituido de las siguientes partes principales: LA CUBA BOVEDA, PAREDES Y SOLERA ELECTRODOS MECANISMO DE BASCULACION 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 bóveda es la tapa del horno, construido con anillos metálicos refrigerados y revestidos con material refractario de alúmina. Las paredes del horno, son las que están en contacto con la masa liquida hasta una determinada altura. Están revestidos de ladrillos de magnesita y cromo-magnesita según sea la parte que va 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 400mm. Electrodos: Son de grafito existen varios diámetros y longitudes por ejemplo. 100mm de diámetro y 2m de longitud, se sujetan con mordazas de cobre, refrigeradas por agua, a las barras longitudinales. Mecanismo de Basculación: Para efectos de vaciar el acero fundido a la cuchara de colada, se tienen sistemas de basculación o giro hidráulico.

16. Carga: 30 minutos.

17. Fusión: 75 minutos.

18. Colada: 15 minutos.El numero de coladas por años seria: 1850 horas/horas Si se necesita 4000t/año de acero liquido. La capacidad del horno seria: Total : 135 minutos

20. DIÁMETRO 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 como la que se muestra en la Figura A, se determina lo señalado, por ejemplo para 1 horno de 5t. Diámetro de los electrodos en mm = 120 Numero de electrodos = 3 Diámetro de la cuba en m = 3

21. POTENCIA ELECTRICA De la misma manera la potencia eléctrica resulta de acuerdo al diámetro de los electrodos es evidente que a mayor diámetro se debe aplicar una mayor potencia conforme la Fig. B que muestra la variación de la potencia de los transformadores en KVA en relación a la capacidad de los hornos y duración de la colada. Ejemplo para un horno de 5TM y un tiempo de 2,5 horas/colada, se obtiene una potencia de: 8000 kVA = 8 MVA

22. DIMENSIONES DEL HORNO ELÉCTRICO DE ARCO Generalmente la solera del horno tiene la forma de un cono truncado, con el fondo en forma de segmento esférico: el cono tiene un ángulo de 45º lo que facilita la operación de función de colada. El diámetro del baño es igual a 5 veces la altura del mismo: Siendo la altura del segmento esférico 1/5 de la altura total: El volumen total del baño es igual a la suma del volumen del cono truncado y del segmento esférico en función del diámetro seria: Entre la superficie del baño y el límite inferior de la puerta del horno existe una diferencia de 10 a 20 cm. La altura de la cuba o cámara de la reacción se calcula según la siguiente ecuación: La flecha de la bóveda (techo) del horno es igual al 15% de Dr , donde: Entonces: El espesor del refractario en el techo es de 230 mm para hornos de 20 a 40 Ton y 380 - 480 mm para hornos de 40 Ton y más.

25. Chatarra de acero dulce.

26. Fe – Mn de alto carbono.

27. Como elementos de adicción en el horno: mineral de fe, arrabio, clinker, grafito en trozos, carburo de calcio , aluminio, sílice, coque, etc.

28. Ferroaleaciones al final del proceso: Fe-Si, Fe-Mn, Fe-Mo, Fe-Cr, etc.

32. Hornos de media frecuencia: 200 a 10000 Hz.

35. Hornos de crisolHornos de Canal: Los hornos de canal se utilizan preferentemente para mantenimiento de la temperatura de un baño de metal líquido. El principal elemento del horno es un canal cerrado de revestimiento cerámico, que es llenado con metal procedente del baño del horno.

37. Un cuerpo de horno situado encima o a un lado del inductor cuya capacidad de metal es netamente superior a la del canal.Hornos de Crisol: Los hornos de crisol no requieren núcleo ni canal con metal fundido, siendo la bobina primaria tubular, refrigerada y enrollada alrededor del crisol.

39. Tamaño del horno, determinado, generalmente, por el tamaño de la mayor pieza producida.

40. Potencia, según la producción por hora necesaria.

42. HORNOS DE RESISTENCIA Se definen como hornos de resistencia aquellos que utilizan el calor disipado por efecto Joule en una resistencia óhmica, que puede estar constituida por la carga misma a ser calentada (hornos de calentamiento directo) o por resistencias adecuadas independientes de la carga (hornos de calentamiento indirecto), por las cuales circula corriente eléctrica. Los hornos de calentamiento directo, el material se coloca entre dos electrodos (en contacto directo con ellos), ofreciendo una resistencia al paso de la corriente, y calentándose. Estos hornos encuentran aplicación generalmente en el tratamiento térmico de metales (Figura N°1). Figura N°1. Principio de Funcionamiento del Horno Eléctrico de Resistencia

43. Los hornos de calentamiento indirecto, el material es calentado por radiación, por convección y/o por conducción mediante resistencias colocadas de forma adecuada. La carga a calentar y las resistencias se encuentran contenidas en una cámara aislada térmicamente por medio de materiales refractarios y aislantes (Figura N°2). Figura N°2. Horno de Calentamiento Directo

45. Hornos de resistencia metálica (figuras b y c).a) Horno radiante de resistencia no metálica b) Horno de crisol con resistencia metálica. c) Horno de cámara con resistencia metálica.

46. Entre las aplicaciones metalúrgicas de estos hornos se encuentran la fusión y mantenimiento de temperatura de metales, generalmente de bajo punto de fusión (aluminio, plomo zinc, estaño, cobre, etc.) y el tratamiento térmico de metales. Los materiales para las resistencias deben poseer, entre otras características, una elevada resistividad eléctrica, alta temperatura de fusión, y resistencia a la oxidación en caliente y a la corrosión en el ambiente gaseoso producto de las reacciones químicas en juego. El tipo de resistencia a escoger para un horno determinado se vincula principalmente a la temperatura de trabajo de éste. Se tienen:

49. Silicato de molibdeno para temperaturas de hasta 1700 °C.

50. Grafito y molibdeno para temperaturas de hasta 1800°C.Las resistencias metálicas se utilizan en forma de hilos con diámetros variables de fracción de mm a unos 6 mm, comúnmente enrollados en forma helicoidal. Las resistencias no metálicas están constituidas por tubos fijados horizontalmente entre dos paredes del horno o verticalmente entre el piso y la cubierta

51. Hornos eléctricos de Resistencia: El calor originado en este tipo de hornos es debido al paso de la corriente por el alambre o cintas de aleaciones resistentes a la oxidación en altas temperaturas y enrollados en espiral o en Zig- Zag a fin de que puedan desarrollar la máxima longitud en el mínimo espacio. Hay que tener presente que la resistencia de un conductor es proporcional a su longitud a su resistividad e inversamente proporcional a su sección, tal como se expresa en la siguiente ecuación: Donde: R= Resistencia en Ohm; ρ= Resistividad; l=longitud m; S= sección mm2 El calor generado al paso de la corriente se puede expresar según la siguiente relación: Donde: I = corriente, amperios; R = resistencia, Ohm; T = tiempo, segundos; Q = calor, Kcal El factor de conversión es: La resistividad varía de acuerdo a la temperatura; según la siguiente relación: Donde: ρ= Resistividad T= Temperatura de uso. To = Temperatura ambiente (20°C) α = factor

52. Calculo de la Potencia La Potencia del horno eléctrico a resistencia se determina teniendo en cuenta la masa del material a calentar (M), el calor específico del material y la temperatura media del horno (TH) y la temperatura exterior (TE): Para el cálculo del flujo de calor es necesario calcular el área promedio del Horno, siendo A1 el área interior y A2 el área exterior para el caso que:

54. El empleo del horno eléctrico, considerado el sistema más moderno que existe en el mundo para fabricar acero, así como la planta de hierro esponja, donde se fabrica la materia prima para la acería, son dos de los principales exponentes del permanente compromiso con la inversión en tecnologías de punta que permite una constante mejora de todos los procesos.

55. La ventaja del horno de inducción es que es limpio, eficiente desde el punto de vista energético, y es un proceso de fundición de metales más controlable que la mayoría de los demás modos de fundición de metales.

57. http://materias.fi.uba.ar/7202/MaterialAlumnos/ApunteHornosIndustriales.pdf Fuente: Hornos Industriales - Apunte Universidad de Buenos Aires.

58. http://www.metalurgiausach.cl/TECNICAS%20EXPERIMENTALES/UNID8.pdf Fuente: Hornos y Medición de temperatura – Apunte Universidad de Santiago de Chile.

59. Libro: Hornos Metalúrgicos Industriales, Autor: Arturo Lobato Flores.