1) El documento describe el proceso de fusión en un horno de arco eléctrico, incluyendo las etapas de preparación, carga de materiales, derretimiento, oxidación, reducción y demanda de metal. 2) Explica los componentes eléctricos del horno como el transformador, interruptor y electrodos, así como el consumo y mecanismo de sujeción de los electrodos. 3) Detalla los tipos y funciones de las escorias producidas durante el proceso como subproducto para remover impurezas del acero fundido.

1. HORNO DE ARCO ELECTRICO

3. PROCESO DE FUSIÓN
La fusión se compone de los siguientes periodos
1. Preparación del
horno
Consiste en la
corrección de las zonas
desgastadas y
deterioradas del
revestimiento de la
solera. Se echa el polvo
de magnesita, o polvo
mojado con vidrio
liquido o arena.
2. Carga de los
materiales
El componente principal de
los materiales de carga es el
HRD o la chatarra de acero
( de 90% a 100% ) para
aumentar el contenido de
carbono en la carga se
introduce el arrabio (< del
10% ), así como pedazos de
electrodos o coque.

4. 3. Derretimiento
Una vez terminada la
carga, se bajan los
electrodos
paulatinamente y se
conecta la corriente; los
materiales se funden a
medida que va
aumentando el metal
liquido los electrodos se
elevan ya que los
reguladores automáticos
mantienen constante la
longitud del arco.
Derretimiento de los
materiales de carga en el
HAE
Se oxidan los componentes de la
carga, se forma la escoria y se
pasa el fosforo a ella.
La baja temperatura y la escoria
básica ferruginosa favorece la
desfosforación.
Para acelerar el derretimiento se
usan a veces los quemadores de
gas y oxigeno que se introducen
en el espacio útil a través de la
lanza bóveda.

5. 4. Periodo de oxidación
Comienza con la evacuación de 65 – 75% de la escoria formada en el
periodo de derretimiento. Inclinando el horno 10-12º; una vez eliminada la
escoria, en el hornos e introducen los escorificantes: de 1-1,5% de cal y en
caso de necesidad 0,15 a 0,25% de espato de flúor, pedazos de chamota o
bauxita.
El objetivo es
•Disminuir el contenido de fosforo en el metal hasta 0,01-0,015%
•Disminuir el contenido de hidrogeno y nitrógeno en el metal.
•Calentar el metal hasta una temperatura próxima a la de sangría.
La adición de la mena de hierro provoca una oxidación intensa de carbono y
efervescencia intensa del baño producida por las burbujas de oxido de
carbono. Bajo la acción de los gases la escoria se espuma, su nivel se eleva.
Se desoxida el metal empleando el método de precipitación y difusión.

6. 5. Periodo de reducción
La finalidad consiste en :
•Desoxidar el metal.
•Eliminar el azufre.
•Poner a punto la composición química del acero y corregir la
temperatura.
Se introduce en el horno una cantidad de ferromanganeso
necesaria para que el contenido de Mn en el metal
corresponda.
Se desoxida el metal empleando el método de precipitación y
difusión.
22 2 .
FeO C Fe CO
FeO Si Fe SiO etc
  
  

8. DEMANDA DEL METAL
Entre los materiales destinados para la fusión eléctrica el principal
es la chatarra de acero. En su composición ha de hallarse la
cantidad min. De Ni y Cu, pero la chatarra no debe contener otros
metales no ferrosos; el fosforo en la chatarra no debe exceder
0,05% porque esta aumenta el tiempo de fusión.
•Hierro colado: bloques de motor, cigüeñales, carcazas,
tambores de frenos, entre otros.
•Pesada: rieles, planchas,tubos,
•Hojalata: envases y recipientes.
•Liviana :láminas,capos, etc

9. CLASIFICACIÓN Y MANIPULACIÓN DE LOS
MATERIALES
Los materiales, a su entrada, se clasifican según su
naturaleza:
1. Férricos: chatarra de hierro y acero.
2. No férricos: chatarra de otros metales.
3. Mixta: chatarra de hierro o acero mezclada con otros
metales.
Los materiales se manipulan de manera manual o
mecánica según su dimensión.
Los materiales largos (1 m o más) son tratados en
máquinas "prensa-cizalla", donde se cortan a granel o
se empaquetan, según el caso.
Los materiales mixtos se desguazan con pequeña herramienta:
soplete, etc., para su clasificación definitiva a férricos o no
férricos.
Una vez clasificados se acumulan en pilas de chatarra de su
misma naturaleza y se preparan para su salida.

10. FORMA DE OPERACION

11. La chatarra se carga en grandes cubos llamados canastas, con
puertas de "concha de almeja" para una base. Se tiene
cuidado de que la capa de la chatarra en la cesta para
asegurar un buen funcionamiento del horno. Fusión pesada se
coloca en la parte superior de una capa ligera de fragmento de
protección, en la parte superior de la cual se coloca más pizca.
Estas capas deben estar presentes en el horno después de la
carga.
Después de la carga, la cesta puede pasar a un pre-calentador
de chatarra, que utiliza horno caliente los gases residuales
para calentar la chatarra y recuperar energía, el aumento de
eficiencia de la planta.
Operación de HAE

12. Operación de HAE
La cesta de la chatarra se lleva luego a la acería, el techo se
abrió fuera del horno y el horno se carga con chatarra de la
cesta. La carga es una de las operaciones más peligrosas para
los operadores de EAF. Una gran cantidad de energía potencial
se libera por múltiples toneladas de metal cayendo; cualquier
metal líquido en el horno a menudo se desplaza hacia arriba y
hacia el exterior por la chatarra sólida, y la grasa y el polvo en
la chatarra se enciende si el horno está caliente, lo que resulta
en una bola de fuego en erupción

13. Operación de HAE
Después de la carga, el techo se gire hacia el horno y la crisis
comienza. Los electrodos se bajaron a la chatarra, un arco se
golpea y los electrodos se establece a continuación, para
perforar en la capa de fragmento en la parte superior del
horno.
Voltajes más bajos son seleccionados para esta primera parte
de la operación para proteger el techo y las paredes del calor
excesivo y el daño de los arcos.
Una vez que los electrodos han alcanzado la masa fundida
pesada en la base del horno y los arcos están protegidos por la
chatarra, la tensión se puede aumentar y los electrodos eleva
ligeramente, alargar los arcos y aumentar el poder de la masa
fundida. Esto permite a un baño de fusión para formar más
rápidamente, reduciendo un conmutador a veces

14. Operación de HAE
El oxígeno se inyecta en la chatarra, quemar o cortar el acero, y
el calor químico adicional es proporcionada por murales
quemadores de combustible y oxígeno. Ambos procesos
aceleran la fusión de chatarra. Boquillas de los jets
supersónicos permiten oxígeno penetren espuma de escoria y
llegar al tanque de líquido.
Escoria por lo general consiste en óxidos metálicos, y actúa
como un destino para las impurezas oxidadas, como una manta
térmica y ayuda a reducir la erosión del revestimiento
refractario
los formadores de escoria habituales son el óxido de calcio y
óxido de magnesio.

16. Equipo eléctrico del horno de arco (ENERGIA)
A partir de la
línea de alto
voltaje hasta los
electrodo de
hallan ubicados
los equipos
siguientes:

17. Los seccionadores de entrada con fusibles, (1)
para la instalación eléctrica del horno y (2)
para la puesta a tierra de la línea de entrada.
· El interruptor general (3), de diseño específico
para hornos de arco, que permite un alto
número de maniobras de desconexión del horno
en carga. Los dos tipos más utilizados son el
interruptor de vacío y el de aire comprimido,
quedando para bajas potencias el interruptor
magnético al aire.
· El transformador de horno (4) para reducir la
tensión de entrada (10 a 40kV y muy
frecuentemente 30kV) a las tensiones requeridas
para el funcionamiento del horno.
· Es frecuente, en algunos casos, el sistema de
protección (5) con pararrayos autoválulas de ZnO.
A ambos lados del interruptor general (3) se
disponen los transformadores de medida de
tensión (6)
e intensidad (7) en alta tensión. Asimismo, en el
lado secundario del transformador principal se
disponen los transformadores reductores de
tensión y de medida de intensidad (8), cuyas
señales van al panel de control y al equipo
electrónico de regulación de electrodos.

18. En las proximidades del horno se
encuentra su transformador con sus
elementos complementarios.
Las entradas de corriente se suelen
hacer a 13000 o a 33000 V.c.a. La
salida tiene tensiones
variables de 80 a 850 V, que son las
más adecuadas para el proceso. Por lo
tanto se puede trabajar
durante la colada de diferentes
tensiones según convenga.
La potencia de los transformadores
varía de 1 a 120 MVA, según la
capacidad productiva de los
hornos.
Por las intensidades muy
altas del circuito secundario
a tensiones del orden de
1.000 V y las elevadas
tensiones del primario del
transformador
(normalmente 10 a 40kV
pero pudiendo llegar en
ocasiones a 110-220kV), es
extremadamente
importante cuidar al
máximo los detalles del
embarrado y cableado
correspondiente para
asegurar un funcionamiento
continuo, en muchos casos
de 24 horas/día, 7
días/semana.

19. ELECTRODOS EN LOS HAE
Los electrodos que se utilizan pueden agruparse en 3 tipos
diferentes.
ELECTRODOS DE CARBONO AMORFO. Constituidos por coque
de antracita o de petróleo. Ambos calcinados.
ELECTRODOS DE GRAFITO. Se obtienen sometiendo los
electrodos de carbono amorfo a un proceso de grafitización y
luego aun enfriamiento muy lento de 20 a 30 días.
ELECTRODOS CONTINUOS DE SODERBERG. Están formados o
por una envoltura cilíndrica en chapa dentro de la cual se
introduce y se apisona una pasta de electrodo. ( carbono
amorfo) el conjunto es cocido por el calor del horno.

20. CONSUMO DE LOS ELECTRODOS DE GRAFITO
POR OXIDACION
A temperaturas altas el grafito se consume por la reacción
sobre el oxigeno formando por las velocidades de la
lanza de aire .
2
y
oCO CO

21. POR SUBLIMACION
El grafito se evaporiza a altas temperaturas. Por eso la
sublimación del grafito ocurre en la punta del electrodo
durante la operación.
La sublimación es grande por
la alta corriente eléctrica por
eso la excesiva corriente debe
ser evitada

22. LA ADSORCION
El grafito desciende fácilmente en el metal fundido por tanto el
consumo puede ser alto en la operación de arco corto y cuando
se sumerge el electrodo.

23. ASTILLADO
El desastillado el electrodos es causado por someter a
esfuerzos térmicos.
El electrodo durante la operación a altas temperaturas tiende a
desastillarse parcialmente causando una distorsión termal.

24. ROTURA
La rotura del electrodo es causado por factores extremos y
calidad del electrodo, como quiera que sea la principal causa
de rotura es por la chatarra.
Los electrodos son
frágiles y consumibles a
un costo de US$ 200 por
electrodo. Tenga en
cuenta que este costo
sólo será agregado a su
costo total en caso de
producirse una rotura
de electrodo.

25. MECANISMO Y SUJECIÓN DELOS ELECTRODOS
Se emplean dos variantes de mecanismos de desplazamiento de
electrodos. Con el carro y con el monta telescopio.
En la primera los electrodos se sujetan por su brazo al carro que
se desplazan con ayuda del rodillo guiadores por un montante
vertical fijo.
En la segunda variante el brazo del porta electrodos está fijado
en un montante móvil que se desplaza dentro de un montante
vertical hueco fijo.

26. VENTAJAS DEL HAE
sobre Hornos Siemens y Convertidores
Desventajas:
-Costo de la energía eléctrica.
-La producción de acero medida en
cantidad/tiempo es menor.

28. Escorias en el HEA
Producto de desecho de la
fabricación de acero,
usado para remover
impurezas.
Solución compleja de
óxidos, silicatos,
aluminatos, sulfuros y
otros compuestos en
estado fundido; y fases
multicristalinas en el
estado sólido.

29. ESCORIAS: Formación
En la formación de la escoria participan:
Los óxidos que se forman durante la oxidación (silicio, manganeso,
fósforo, cromo, hierro) y otros elementos que forman parte de la
composición de la carga metálica.
El mineral de hierro, la cal, la caliza, la alúmina, la fluorita, etc.
Las áreas desgastadas del revestimiento refractario del horno.
La suciedad de la chatarra de acero (tierra, arena, grasa, etc.)
LAS FUNCIONES PRINCIPALES DE LA ESCORIA EN LOS HORNOS DE
FUNDICIÓN DE ACERO SON:
Eliminar los elementos perjudiciales tales como: fósforo, azufre, etc.
Facilitar los procesos normales de oxidación en el baño metálico (la
escoria regula el tiempo de transmisión del oxígeno desde la fase
gaseosa al metal)
Proteger al metal de la penetración de los gases de la atmósfera del
horno (Evita la re-oxidación).

30. TIPOS DE ESCORIAS
Según el contenido de óxido de silicio y óxido de calcio, las
escorias se dividen en: ESCORIAS ÁCIDAS y BÁSICAS.
Las Escorias Ácidas contienen más del 40% de SiO2 y menos
cantidad de CaO (3-15%). Se usan durante la fusión de acero en
hornos ácidos, en los cuales el revestimiento refractario es de
óxido de silicio.
Las Escorias Básicas generalmente contienen menos del 30%
de óxido de silicio y gran cantidad de óxido de calcio. Se emplea
durante la fusión de acero en hornos con revestimiento
refractario de magnesita o dolomita.

31. PROPIEDADES QUIMICAS
BASICIDAD
Es la relación que existe entre la cantidad de óxidos básicos y ácidos que
forman la escoria.
Existen varias formas de expresar la basicidad, la más usada es la
relación entre la concentración del óxido básico CaO y el óxido ácido
más fuerte SiO2:
B = CaO/SiO2
PODER OXIDANTE:
Se determina por el contenido de óxido de hierro.
Este caracteriza las concentraciones límites de las impurezas que pueden
ser eliminadas mediante la oxidación a través de la escoria, por ejemplo,
la concentración de carbono, fósforo y manganeso.
El poder oxidante de la escoria básica se calcula por el
contenido total de hierro en la escoria, incluyendo todos los
óxidos de hierro.
FeO = FeO + 0.9Fe2O3

32. OXIDACIÓN:
En esta fase se produce la oxidación de parte del metal
contenido en el líquido fundido. La alimentación de
oxígeno al horno de arco eléctrico oxida al hierro
contenido en la carga metálica según la siguiente reacción
química:
Fe + ½ O2 FeO + 64.430 cal.
Esta oxidación es la primera en producirse debido a la
gran cantidad de hierro presente en la chatarra/HRD.
Luego el óxido de hierro oxida al silicio y manganeso
según las siguientes reacciones:
2FeO + Si  SiO2 + 2Fe + 78.990 cal.
FeO + Mn  MnO + Fe + 32.290 cal.
Estos óxidos pasan a formar parte de la escoria que cubre
al líquido fundido.
FORMACION D E ESCORIAS NEGRAS

33. FORMACIÓN ESCORIAS NEGRAS
OXIDACIÓN:
Finalmente, cuando se ha oxidado prácticamente todo el
silicio y gran parte del manganeso, la temperatura del
líquido fundido ha aumentado considerablemente (1600 ºC
aprox.) y la escoria tiene suficiente porcentaje de FeO libre.
La adición de carbón en polvo permite la reducción del FeO
presente en la escoria según la siguiente reacción química:
FeO + C CO + Fe – 34.460 cal
El CO generado al desprenderse del líquido fundido produce
lo que se conoce hervido del baño, que es necesario para
uniformizar la composición y temperatura del baño y
facilitar la eliminación de gases.

34. FORMACIÓN ESCORIAS NEGRAS
DESFOSFORACIÓN:
La presencia de fósforo es perjudicial porque se presenta disuelto
en el líquido fundido y se manifiesta por una gran fragilidad del
acero en frío.
La desfosforarían se realiza según las siguientes reacciones
químicas:
2P + 5 FeO P2O5 + 5Fe + 46900 cal
P2O5 + 4 CaO  (CaO)4 P2O5
P2O5 + 3 CaO  (CaO)3 P2O5
El fósforo oxidado desaparece del líquido fundido para pasar a
formar parte de la escoria.

35. FORMACIÓN ESCORIAS NEGRAS
FORMACIÓN DE ESCORIA ESPUMOSA:
El mecanismo de formación de la escoria espumosa se basa en
las siguientes reacciones químicas:
Fe + ½ O2 FeO
FeO + C  CO + Fe
C + ½ O2  CO
Como resultado se obtiene CO que se desprende en forma de
gas. Las burbujas de CO que se forman pasan a través de la
escoria espumándola.
Para obtener una buena espumación de la escoria es preciso que
la viscosidad de la escoria sea superior a 4 poises. Por debajo de
este valor, las burbujas de CO atraviesan fácilmente la escoria sin
espumarla.

36. FORMACIÓN ESCORIAS BLANCAS
El proceso de afino contempla las siguientes fases:
• Desoxidación.
• Desulfuración
Control de Nitrógeno, hidrógeno y oxígeno. (Procesos de
afino al vacío para la fabricación de aceros especiales)
Descarburación (Fabricación de aceros inoxidables)
Metalurgia de inclusiones

37. BIBLIOGRAFIA:
METALURGIA GENERAL V. G. VOSKOBÓINIKOV V.A. KIDRIN
A.M. YÁKUSHEV Editorial MIR MOSCU
Steeluniversity.org SIMULACION DEL HORNO DE ARCO ELECTRICO “Guia de
usuario”
HORNOS INDUSTRIALES – Nicolas P: Waganoff (Ed. Librería Mitre.)
http://www.insertec.biz/es/soluciones-refractarias/aceria/horno-electrico-
de-arco
http://www.construccionenacero.com/Boletin%20Tecnico/2_Q_2012/Produc
ci%C3%B3n%20y%20Uso%20de%20Electrodos%20para%20Hornos%20El%C3
%A9ctricos%20de%20Acero.pdf

38. UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTÍN
FACULTAD INGENIERÍA DE PROCESOS
ESCUELA PROFESIONAL INGENIERÍA METALÚRGICA
Curso: Siderurgia y Acería
Tema: Horno de Arco Eléctrico
Integrantes:
Cutipa Mamani Dario
Diaz Ramos Star