Horno de arco eléctrico Un horno de arco eléctrico es un horno que calienta el material cargado por medio de un arco eléctrico. Los hor hornos nos de arco varí varían an en tama tamaño ño,, desde esde pequ equeña eñas unid unidad ades es de aproximadamente una tonelada de capacidad de hasta aproximadamente 400 unidades por tonelada utilizados para la a!ricaci"n de acero secundaria. Los hornos hornos de arco arco se utiliz utilizan an en la!ora la!orator torios ios de invest investig igaci aci"n "n # los dentis dentistas tas pueden tener una capacidad de s"lo unas decenas de gramos. $emperaturas de hornos de arco eléctricos industriales pueden ser de hasta %&00 ', mientras que las unidades de la!oratorio pueden exceder (.000 '. Los hornos de arco di)eren de hornos de inducci"n en el que el material de carga est* expuesta directamente a un arco eléctrico, # la corriente en los terminales del horno pasa a través del material cargado. Historia +n el siglo %, un n-mero de hom!res ha!ía empleado un arco eléctrico para und undir el hier ierro. ir Hump Humphr hre# e# /av# /av# llev llev" " a ca!o a!o una una demos emostr trac aci" i"n n experimental en %&%0 soldadura ue investigado por 1ep#s en %&%2 1inchon intent" crear un horno electrotérmico en %&2(, #, en %&3& a %&3, ir illiam iemens llev" a ca!o patentes para hornos eléctricos de arco del tipo. Los primeros hornos de arco eléctrico ueron desarrolladas por 1aul Hroult, de 5rancia, con una planta comercial esta!lecida en +stados Unidos en %03 6 Los hermanos ormaron $he anderson anderson 7rothers acero 'o. en #racuse, 8ueva 9or:, la instalaci"n del primer horno de arco eléctrico en los ++.UU. +ste horn horno o est* est* ahor ahora a en exhi exhi!i !ici ci"n "n en la 1laz 1laza a de la +sta +staci ci"n "n,, 1itts itts!u !urg rgh, h, 1enns#lvania. ;nicialmente
>ientras H?+ ueron ampliamente utilizados en la egunda =uerra >undial para para la prod producc ucci" i"n n de alea aleaci cion ones es de acer acero, o, ue ue s"lo s"lo desp después ués de que que la siderurgia eléctrica comenz" a expandirse. +l costo de capital !a@o para un mini6molino6en torno a ++.UU. A %406B00 por tonelada de capacidad instalada anual, en comparaci"n con %.000 d"lares ++.UU. por tonelada de capacidad instalada anual durante las *!ricas de acero de molino permitido integrados
que se esta!lezcan r*pidamente en +uropa devastada por la guerra, # tam!ién les ha permitido competir con éxito con los grandes productores de acero estadounidenses, tales como el acero de 7ethlehem # ++.UU. inoxida!le, para productos de acero
'uando 8ucor6ahora uno de los ma#ores productores de acero en +stados Unidos6decidi" entrar en el mercado de productos largos en %C, se opt" por poner en marcha un mini6molino, con un h orno eléctrico de arco como su horno de a!ricaci"n de acero, pronto seguido por otros a!ricantes. >ientras que 8ucor se expandi" r*pidamente en los ++.UU. +ste, las empresas que los siguieron en las operaciones de mini6*!ricas se concentraron en los mercados locales de productos largos, en los que el uso de un horno eléctrico de arco permiti" que las plantas de producci"n varían de acuerdo a la demanda local. +ste patr"n tam!ién ue seguida a nivel mundial, con una producci"n de acero +?5 se utiliza principalmente para productos largos, mientras que las acerías integradas, utilizando altos hornos # hornos de oxígeno !*sico, arrinconaron a los mercados para los
es el soporte de electrodo # el sistema eléctrico, # la plataorma de !asculamiento so!re la que descansa el horno. /os con)guraciones son posi!lesD el electrodo apo#a # la inclinaci"n del techo con el horno, o se )@an a la plataorma elevada.
Un típico horno de corriente alterna tiene tres electrodos. Los electrodos son de secci"n redonda, # por lo general en los segmentos con acoplamientos roscados, de modo que a medida que usan los electrodos, se pueden añadir nuevos segmentos. Las ormas de arco entre el material cargado # el electrodo, la carga se calienta tanto por la corriente que pasa a través de la carga # por la energía radiante evolucionado por el arco. Los electrodos se levantan # se !a@an autom*ticamente por un sistema de posicionamiento, que puede utilizar cualquiera de montacargas ca!restante eléctrico o cilindros hidr*ulicos. +l sistema de regulaci"n mantiene la corriente aproximadamente constante # la entrada de energía durante la usi"n de la carga, a pesar de que la chatarra se puede mover de!a@o de los electrodos #a que se derrite. Los !razos del m*stil que sostienen las !arras de distri!uci"n de electrodos llevan pesados, que pueden ser tu!erías de co!re rerigerados por agua huecas corriente a los soportes de electrodos que llevan. Los sistemas modernos utilizan
+l horno est* construida so!re una plataorma !asculante para que el acero líquido se vierte en otro recipiente para el transporte. La operaci"n de la inclinaci"n del horno para verter el acero undido se llama
usi"n. Ftros hornos !asados en /' tienen una disposici"n similar, pero tienen electrodos para cada shell # un con@unto de productos electr"nicos.
Hornos ?' suelen mostrar un patr"n de río6caliente # manchas en todo el perímetro hogar, con los ríos6spots situados entre los electrodos. Los hornos modernos montar quemadores de oxígeno6com!usti!le en la pared lateral # los utilizan para proporcionar energía química a los río6spots, haciendo que el calentamiento del acero m*s uniorme. +nergía química adicional se proporciona mediante la in#ecci"n de oxígeno # car!ono en el horno, hist"ricamente esto se hace a través de las lanzas en la puerta de escoria, ahora esto se hace principalmente a través de m-ltiples unidades de in#ecci"n de pared.
Un horno de a!ricaci"n de acero moderna de tamaño medio tendría un transormador puntuaci"n so!re C0 millones voltios6amperios, con una tensi"n secundaria entre 400 # 00 voltios # una corriente secundaria en exceso de 44.000 amperios. +n una tienda moderna se esperaría como un horno para producir una cantidad de &0 toneladas métricas de acero líquido en aproximadamente C0 minutos de carga con chatarra ría para aprovechar el horno. +n comparaci"n, los hornos !*sicos de oxígeno pueden tener una capacidad de %206(00 toneladas por lote, o G?.
1ara producir una tonelada de acero en hornos de arco eléctrico requiere aproximadamente 400 :ilovatios6hora por tonelada corta o alrededor de 440 :h por tonelada métrica, el importe te"rico mínimo de energía necesaria para undir una tonelada de chatarra de acero es de (00 :h. 1or lo tanto, los (00 toneladas, (00 >G? +?5 se mencion" anteriormente requerir* aproximadamente %(B >h de energía para undir el acero, # un
Fperaci"n
La chatarra se entrega a una !ahía chatarra, situado @unto a la acería. crap generalmente viene en dos grandes gruposD triturar # undir pesada, @unto con un poco de hierro de reducci"n directa o arra!io para el equili!rio químico. ?lgunos hornos unden casi el %00 de /I;.
La chatarra se carga en grandes cu!os llamados canastas, con puertas de
La cesta de la chatarra se lleva luego a la acería, el techo se a!ri" uera del horno # el horno se carga con chatarra de la cesta. La carga es una de las operaciones m*s peligrosas para los operadores de +?5. Una gran cantidad de energía potencial se li!era por m-ltiples toneladas de metal ca#endo cualquier metal líquido en el horno a menudo se desplaza hacia arri!a # hacia el exterior por la chatarra s"lida, # la grasa # el polvo en la chatarra se enciende si el horno est* caliente, lo que resulta en una !ola de uego en erupci"n. +n algunos hornos de do!le concha, la chatarra se carga en la segunda c*scara, mientras que el primero est* siendo undidas, # pre6calentado con gas de escape de la c*scara activo. Ftras operaciones son continuas carga de chatarra6pre6calentamiento en una cinta transportadora, que a continuaci"n, las descargas de la chatarra en el horno adecuado, o la carga de la chatarra de un e@e situado por encima del horno, con los gases residuales dirigidos a través del e@e. Ftros hornos se pueden cargar con el metal caliente de otras operaciones.
/espués de la carga, el techo se gire hacia el horno # la crisis comienza. Los electrodos se !a@aron a la chatarra, un arco se golpea # los electrodos se esta!lece a continuaci"n, para perorar en la capa de ragmento en la parte superior del horno. Golta@es m*s !a@os son seleccionados para esta primera parte de la operaci"n para proteger el techo # las paredes del calor excesivo #
el daño de los arcos. Una vez que los electrodos han alcanzado la masa undida pesada en la !ase del horno # los arcos est*n protegidos por la chatarra, la tensi"n se puede aumentar # los electrodos eleva ligeramente, alargar los arcos # aumentar el poder de la masa undida. +sto permite a un !año de usi"n para ormar m*s r*pidamente, reduciendo un conmutador a veces. +l oxígeno se in#ecta en la chatarra, quemar o cortar el acero, # el calor químico adicional es proporcionada por murales quemadores de com!usti!le # oxígeno. ?m!os procesos aceleran la usi"n de chatarra. 7oquillas de los @ets supers"nicos permiten oxígeno penetren espuma de escoria # llegar al tanque de líquido.
Una parte importante de la a!ricaci"n de acero es la ormaci"n de escoria, que Jota so!re la super)cie del acero undido. +scoria por lo general consiste en "xidos met*licos, # act-a como un destino para las impurezas oxidadas, como una manta térmica # a#uda a reducir la erosi"n del revestimiento reractario. 1ara un horno con los reractarios !*sicos, que inclu#e la ma#or parte de acero al car!ono6producci"n de hornos, los ormadores de escoria ha!ituales son el "xido de calcio # "xido de magnesio. +stos ormadores de escoria o !ien se encargan de la chatarra o soplado en el horno durante la crisis. Ftro componente importante de la escoria de horno eléctrico de arco es el "xido de hierro de com!usti"n de acero con el oxígeno in#ectado. >*s tarde, en el calor, de car!ono se in#ecta en esta capa de escoria, la reacci"n con el "xido de hierro para ormar hierro met*lico # gas mon"xido de car!ono, que a continuaci"n, hace que la escoria de espuma, lo que permite una ma#or e)ciencia térmica, # una me@or esta!ilidad del arco # la e)ciencia eléctrica. La manta escoria tam!ién cu!re los arcos, la prevenci"n de daños en el techo del horno # las paredes laterales del calor radiante.
Una vez que la chatarra se ha#a derretido completamente # se lleg" a un !año plana, otro cu!o de chatarra se puede cargar en el horno # se unde, aunque el desarrollo +?5 se est* moviendo hacia diseños de una sola carga. /espués de la segunda carga se derrita por completo, las operaciones de re)naci"n se realizan para compro!ar # corregir la química del acero # el so!recalentamiento de la masa undida por encima de su temperatura de congelaci"n en la preparaci"n para el roscado. >*s ormadores de escoria se introducen # m*s oxígeno se sopla en el !año, la quema de las impurezas tales como el silicio, azure, "soro, aluminio, manganeso # calcio, # la eliminaci"n de los "xidos de la escoria. La eliminaci"n de car!ono se lleva a ca!o después de que estos elementos han quemado primero, #a que tienen una ma#or a)nidad por el oxígeno. Los metales que tienen una a)nidad para el oxígeno m*s po!re que el hierro, tal como el níquel # el co!re, no se pueden eliminar a
través de la oxidaci"n # de!en ser controlados a través de la química de chatarra solos, tales como introducir el hierro de reducci"n directa # arra!io se mencion" anteriormente. Una escoria espumante se mantiene a lo largo, # con recuencia se des!orda el horno para verter uera de la puerta de escoria en el pozo de escoria. $emperatura de muestreo # toma de muestras químicas tienen lugar a través de lanzas autom*ticas. +l oxígeno # el car!ono se pueden medir de orma autom*tica a través de sondas especiales que inmersi"n en el acero, sino para todos los otros elementos, un <río< muestra6un pequeño, la muestra solidi)cada del acero6se analizaron en un espectr"metro de emisi"n de arco.
Una vez que la temperatura # la química son correctas, el acero se golpea ligeramente hacia uera en una cuchara de colada precalentado a través de la inclinaci"n del horno. 1ara los hornos de acero liso6car!ono, tan pronto como escoria se detecta durante el roscado del horno se inclina r*pidamente hacia atr*s hacia el lado de eliminaci"n de escoria, reduciendo al mínimo el arrastre de escoria en la cuchara de colada. 1ara algunos tipos de acero especiales, inclu#endo el acero inoxida!le, la escoria se vierte en la cuchara, así, a ser tratado en el horno cuchara para recuperar valiosos elementos de aleaci"n. /urante tocando algunas adiciones de aleaci"n se introducen en la corriente de metal, # m*s cal se añade en la parte superior de la cuchara de colada para comenzar la construcci"n de una nueva capa de escoria. ? menudo, algunos de toneladas de acero líquido # la escoria se de@a en el horno con el )n de ormar un
Genta@as del horno de arco eléctrico para la a!ricaci"n de acero
+l uso de hornos eléctricos de arco de acero permite que se hace de un material de alimentaci"n de %00 de chatarra de metal. +sto reduce en gran medida la energía necesaria para hacer de acero cuando se compara con la a!ricaci"n de acero primaria a partir de minerales. Ftro de los !ene)cios es la Jexi!ilidadD mientras que los altos hornos no pueden variar su producci"n # por tanto pueden permanecer en uncionamiento durante años a la vez, hornos
eléctricos de arco pueden iniciarse r*pidamente # se detuvieron, permitiendo que el molino de acero para variar la producci"n de acuerdo con la demanda. /urante el pico de la crisis )nanciera mundial en B00, una cantidad estimada de s"lo % mill"n de toneladas se producen en ++.UU. utilizando la técnica ++1. ?unque los hornos de a!ricaci"n de acero de arco generalmente utilizan chatarra de acero como su materia prima principal, si el metal caliente de un alto horno o de hierro de reducci"n directa est* disponi!le econ"micamente, estos tam!ién pueden ser utilizados como alimentaci"n del horno.
Un típico horno de arco siderurgia es la uente de acero para una mini6mill, que puede hacer que las !arras o productos tira. >ini6molinos puede estar situado relativamente cerca de los mercados de productos de acero, # las necesidades de transporte est*n a menos de una *!rica integrada, que normalmente se localiza cerca de un puerto de acceso al envío.
Las cuestiones am!ientales
?unque el horno de arco eléctrico moderno es un reciclador altamente e)ciente de chatarra de acero, el uncionamiento de una tienda de horno de arco puede tener eectos am!ientales adversos. La ma#or parte del costo de capital de una nueva instalaci"n estar* dedicada a los sistemas destinados a reducir estos eectos, que inclu#enD
'a@as para reducir los niveles de sonido de alta 'olector de polvo de horno de gas de escape +scoria de producci"n La demanda de agua de rerigeraci"n +l tr*)co pesado de camiones para desguace, manipulaci"n de materiales, # el producto Los eectos am!ientales de la producci"n de electricidad /e!ido a la calidad mu# din*mica de la carga del horno ?rco, los sistemas de energía pueden requerir medidas técnicas para mantener la calidad de la energía de otros clientes parpadeo # la distorsi"n arm"nica son eectos
secundarios recuentes de uncionamiento del horno de arco en un sistema de energía.
Ftros hornos de arco eléctrico
1ara la a!ricaci"n de acero, se utilizan hornos de arco de corriente continua, con un -nico electrodo en el techo # el retorno de la corriente a través de un revestimiento inerior conductor o patillas conductoras en la !ase. La venta@a de /' es menor consumo de electrodos por tonelada de acero producido, #a que s"lo se utiliza un electrodo, así como menos arm"nicos eléctricos # otros pro!lemas similares. +l tamaño de los hornos de arco de '' est* limitada por la capacidad de transporte de corriente de electrodos disponi!les, # la tensi"n m*xima permisi!le. >antenimiento del horno de solera conductora es un cuello de !otella en el uncionamiento prolongado de un horno de arco de ''. /anieli los responsa!les de la planta de acero de equipos se est*n preparando para instalar un horno /' 4B0 toneladas, impulsado por dos transormadores de %C0 >G?, en un mill.;nstead acero @aponés de un electrodo de gra)to superior # una solera conductora inerior, la +?5 tendrían dos superiores electrodos de gra)to.
+n una planta de acero, un horno de cuchara se utiliza para mantener la temperatura del acero líquido durante el procesamiento después de tocar de ++1 o para cam!iar la composici"n de la aleaci"n. La cuchara se utiliza para la primera prop"sito cuando ha# un retraso m*s tarde en el proceso de a!ricaci"n de acero. +l horno de cuchara se compone de un techo reractario, un sistema de caleacci"n, #, en su caso, una disposici"n para la in#ecci"n de gas arg"n en la parte inerior de la masa undida para agitar. ? dierencia de un horno de usi"n de chatarra, un horno de cuchara no tiene un mecanismo de inclinaci"n o de desecho de carga.
Hornos de arco eléctrico tam!ién se utilizan para la producci"n de car!uro de calcio, erroaleaciones # otras aleaciones no errosas, # para la producci"n de "soro. Hornos para estos servicios son ísicamente dierentes de los hornos de a!ricaci"n de acero # pueden operar de orma continua, en lugar de por lotes, !ase. Hornos de proceso continuos tam!ién pueden usar de tipo pasta, electrodos der!erg para evitar interrupciones de!idas a los cam!ios de los electrodos. $al horno es conocido como un horno de arco sumergido, porque las puntas de los electrodos est*n enterrados en la escoriaEcarga, # la ormaci"n de arco se produce a través de la escoria, entre el mate # el electrodo. Un
horno de arco de acero, en comparaci"n, arcos al aire li!re. La clave es la resistencia eléctrica, que es lo que genera el calor necesarioD la resistencia en un horno de a!ricaci"n de acero es la atm"sera, mientras que en un horno de arco sumergido de la escoria o de carga orma la resistencia. +l metal líquido ormado #a sea en horno es demasiado conductor para ormar una resistencia generadora de calor e)caz.
?mateurs han construido una serie de hornos de arco, a menudo !asados en :its de soldadura por arco eléctrico contenido por !loques de sílice o macetas. ?unque crudo, estos hornos simples pueden undir una amplia gama de materiales, crear car!uro de calcio, etc
Horno de arco de plasma
Un horno de arco de plasma utiliza sopletes de plasma en lugar de electrodos de gra)to. 'ada una de estas antorchas se compone de una carcasa provista de una !oquilla # un tu!o axial para la alimentaci"n de un gas de ormaci"n de plasma, # un electrodo de gra)to cilíndrica quema!le situado dentro del tu!o. $ales hornos pueden ser reeridos como hornos <1?><. e utilizan ampliamente en la masa undida de titanio similares industrias de metales especiales # la industria.
Gacío arco reusi"n
Ieusi"n de arco de vacío es un proceso de reusi"n secundaria para el re)nado de vacío # la a!ricaci"n de lingotes con una me@or homogeneidad química # mec*nica.
+n aplicaciones militares # comerciales críticos aeroespaciales, ingenieros de materiales com-nmente especi)can aceros G;>6G?I. G;> signi)ca Gacuum ;nduction derretida # G?I medio vacío ?rco reundido. ?ceros G;>6G?I convierten rodamientos para motores a reacci"n, e@es del rotor de helic"pteros militares, los actuadores de los Japs de los aviones de com!ate, engrana@es en @et o helic"ptero transmisiones, soportes o su@etadores para motores a reacci"n, ganchos cola @et # otras aplicaciones exigentes.
La ma#oría de los grados de acero se unden una vez # luego se echan re!osa!an o en una orma s"lida antes de la extensa or@ado o laminado a una orma metal-rgicamente sonido. 1or el contrario, los aceros G;>6G?I pasan por dos puri)caci"n m*s alta se derrite al vacío. /espués de la usi"n en un horno de arco eléctrico # de aleaci"n en un recipiente de oxígeno descar!uraci"n arg"n, aceros destinados a la reundici"n de vacío se echan en lingoteras. Los lingotes solidi)cados luego en direcci"n a un horno de usi"n por inducci"n al vacío. +ste vacío reundici"n li!ra de proceso del acero de las inclusiones # los gases no deseados, mientras que la optimizaci"n de la composici"n química. La operaci"n G;> devuelve estos lingotes s"lidos al estado undido en el li!re de contaminantes vacío de un vacío. +sta usi"n estrechamente controlada a menudo requiere hasta B4 horas. ?-n así envuelto por el vacío, el metal caliente Ju#e desde el horno de crisol de G;> en moldes de electrodos gigantes. Un electrodo típica se encuentra a unos %2 metros de altura # estar* en varios di*metros. Los electrodos se solidi)can al vacío.
1ara los aceros G;>6G?I, la super)cie de los electrodos enriados de!e ser molido para eliminar irregularidades de la super)cie # las impurezas antes de la pr"xima reusi"n de vacío. ? continuaci"n, el electrodo de tierra se coloca en un horno de G?I. +n un horno de G?I el acero se unde gradualmente gota a gota en la c*mara de sellado al vacío. Ieusi"n de arco de vacío elimina m*s persistentes inclusiones para proporcionar la limpieza del acero superior # eliminar adicionalmente los gases tales como oxígeno, nitr"geno e hidr"geno. +l control de la velocidad a la que estas gotitas de orma # solidi)car garantiza una consistencia de la química # la microestructura a lo largo de todo el lingote G;>6G?I. +sto a su vez hace que el acero m*s resistente a la ractura o la atiga. +ste proceso de re)namiento es esencial para satisacer las características de uncionamiento de las partes como un e@e de rotor de helic"ptero, un actuador de aleta en un avi"n militar o un rodamiento de un motor a reacci"n. 1ara algunas aplicaciones comerciales o militares, aleaciones de acero pueden ir a través de un -nico reusi"n de vacío, es decir, el G?I. 1or e@emplo, los aceros para casos de cohetes de com!usti!le s"lido, trenes de aterriza@e o !arras de torsi"n para vehículos de com!ate suelen incluir la reundici"n al vacío. Gacío reusi"n de arco tam!ién se utiliza en la producci"n de titanio # otros metales que son reactivos o en los que se requiere una alta pureza.
