Horno de arco

Tipos de hornos de arco

Un horno de arco eléctrico (EAF) es un tipo de horno que produce calor y funde acero. Esto se logra mediante un arco eléctrico que se crea por los electrodos colocados por encima del chatarra metálica. El aumento de la demanda de productos fabricados con acero es una ventaja de los EAF por su capacidad de producir acero a partir de chatarra. Esto permite que todo el proceso de creación del acero utilice menos energía y produzca menos CO2, lo que hace que el producto sea valioso desde el punto de vista medioambiental.

Existen varios tipos de hornos de arco eléctrico basados en diferentes criterios:

• Método de carga: Un horno de arco de calentamiento superior es el método que se utiliza comúnmente para fundir acero. Los electrodos se insertan desde el techo en el chatarra metálica o el hierro esponja que esperan ser convertidos en acero. En todos los demás métodos, las paredes laterales emiten calor que se aplica directamente al material. Los hornos de arco de soplado inferior inyectan oxígeno a través de toberas ubicadas en la parte inferior del horno, lo que aumenta la tasa de reacción entre el metal y el oxígeno. Este método es más adecuado para extraer hierro metálico del óxido de hierro.
• Arreglo de electrodos: En una disposición de un solo electrodo, el horno puede ser más pequeño, utilizando menos espacio. Otras disposiciones incluyen tres o cuatro electrodos que soportan hornos más grandes para producir una mayor salida.
• Operación: Los EAF abiertos se utilizan para fundir minerales de cobre y zinc, y hierro para producir arrabio. No tienen cubierta y la oxidación tiene lugar en el horno. Por lo tanto, se pueden realizar elementos de aleación y el acero final puede no necesitar más procesamiento. Los hornos de arco de cinta o de cubo tradicionales están cerrados. La carga se introduce en el horno a través de la puerta y se funde con los arcos entre los electrodos.

Especificaciones y mantenimiento de un horno de arco

Las especificaciones de un horno de fusión de arco eléctrico pueden variar en función de su tipo y modelo. Aquí se presentan algunas especificaciones que se deben considerar al comprar un horno de arco eléctrico:

• Tamaños: Los EAF vienen en varios tamaños, generalmente medidos por la capacidad en toneladas métricas o toneladas cortas que el horno puede contener. Las capacidades comunes van desde los EAF pequeños que manejan unas pocas toneladas hasta los EAF industriales grandes con capacidades superiores a las 100 toneladas. Por ejemplo, Changsha Dihua ofrece un horno de arco eléctrico de inducción de 1 tonelada métrica.
• Acero inoxidable: La elección de los materiales utilizados para construir los hornos de arco eléctrico también puede afectar su rendimiento. Una combinación de materiales de alta resistencia, resistentes al calor y de baja expansión se utiliza normalmente para construir hornos de arco eléctrico.
• Fuente de alimentación: Los EAF se basan en una fuente de alimentación trifásica de corriente alterna para generar arcos eléctricos entre los electrodos de grafito y el material de carga. El voltaje y el factor de potencia de la fuente de alimentación son importantes para una formación óptima del arco y una eficiencia de fusión máxima.
• Diámetro y material del electrodo: El diámetro de los electrodos utilizados en un horno de arco eléctrico afecta el tamaño del arco y la cantidad de calor generado. Los electrodos más grandes transportan más corriente y producen arcos más grandes. El grafito es un material de electrodo común debido a su alta conductividad y su capacidad para soportar altas temperaturas.

El mantenimiento adecuado del horno de acero de arco eléctrico es crucial para garantizar un funcionamiento y una producción eficientes. Puede ayudar a prevenir averías inesperadas y prolongar la vida útil del equipo. Aquí se presentan algunos consejos esenciales de mantenimiento para los EAF:

• Inspecciones periódicas: Realice inspecciones rutinarias del EAF para verificar si hay signos de desgaste, daños o fugas. Concéntrese en componentes críticos como los revestimientos refractarios, los electrodos, los sistemas de alimentación eléctrica y los sistemas hidráulicos. Cree un programa de mantenimiento y cíñase a él.
• Mantenimiento de los electrodos: Mantenga adecuadamente los electrodos del EAF para garantizar su funcionamiento eficiente. Inspeccione regularmente los electrodos en busca de signos de erosión o rotura. Reemplace los electrodos dañados o desgastados con prontitud. Ajuste la altura y la alineación de los electrodos para garantizar una correcta formación del arco y un calentamiento adecuado de la carga.
• Mantenimiento del refractario: Los materiales refractarios revisten los hornos del EAF para resistir las altas temperaturas y proteger la carcasa del horno. Inspeccione regularmente el revestimiento refractario en busca de defectos o signos de deterioro. Repare o reemplace los revestimientos dañados con prontitud para evitar daños adicionales y mantener la eficiencia térmica.
• Mantenimiento de la fuente de alimentación: Los EAF dependen de una fuente de alimentación estable para funcionar correctamente. Verifique regularmente las conexiones y los cables en busca de signos de desgaste, daños o sobrecalentamiento. Asegúrese del correcto funcionamiento de los transformadores y reactores. Mantenga una conexión a tierra e aislamiento adecuados para evitar fallas eléctricas.
• Mantenimiento del sistema de refrigeración: El sistema de refrigeración del EAF evita que se sobrecaliente. Verifique regularmente las tuberías de agua, las bombas y las válvulas para asegurarse de que no haya fugas ni obstrucciones. Mantenga las tasas de flujo de agua y la presión adecuadas para garantizar una refrigeración eficaz. Supervise la calidad del agua para evitar la formación de incrustaciones y la corrosión.
• Sistemas de transporte y elevación: Estos sistemas transportan las materias primas y el acero fundido, y dejan caer los materiales en el horno de arco eléctrico desde los tolvas. Mantenga adecuadamente los sistemas de elevación y las cintas transportadoras mediante la inspección periódica de las correas, poleas, cadenas, ejes y cojinetes. Asegúrese de una alineación y tensión adecuadas para evitar el desgaste prematuro. Lubrique las partes móviles según sea necesario.

Usos de los hornos de arco en diferentes industrias

• Industria del acero:

  Los hornos de arco eléctrico se utilizan principalmente en la industria del acero para producir acero a partir de chatarra de acero o hierro reducido directamente. Se han convertido en un método significativo de fabricación de acero, especialmente para producir aceros inoxidables y especiales.

• Fusión de metales no ferrosos:

  Los hornos de arco también se utilizan para fundir y refinar metales no ferrosos como cobre, plomo, zinc, níquel y aluminio. Sin embargo, los requisitos de electrodos y corriente pueden diferir de los de la fabricación de acero.

• Fundición y industria del vidrio:

  En las industrias de la fundición y del vidrio, los hornos de arco se utilizan para fundir materiales y producir aleaciones de hierro fundido y vidrio. Proporcionan un proceso de fusión controlado y homogéneo.

• Industria química:

  En la industria química, los procesos carbo-térmicos y electro-térmicos se utilizan para producir compuestos químicos específicos, como el carburo de silicio, el carburo de calcio, el dicromato de sodio, el silicato de calcio y las aleaciones ferrosas. Estas reacciones tienen lugar en hornos de arco eléctrico a altas temperaturas.

• Energías renovables y producción de hidrógeno:

  Una nueva aplicación de los hornos de arco es en las energías renovables y la producción de hidrógeno. Los hornos de arco pueden utilizarse para producir gas hidrógeno mediante la gasificación de biomasa o carbón, utilizando arcos eléctricos para crear las temperaturas necesarias y reducir las reacciones. También pueden utilizarse para convertir el exceso de electricidad durante los períodos de máxima generación en hidrógeno mediante la electrólisis del agua.

• Captura de carbono:

  Los hornos de arco pueden desempeñar un papel en la tecnología de captura de carbono que se está desarrollando para reducir las emisiones de gases de efecto invernadero. Esto implica capturar el dióxido de carbono producido por la combustión del horno o las reacciones del horno antes de que llegue a la atmósfera y almacenarlo bajo tierra.

• Industria de los semiconductores:

  Los hornos de arco también desempeñan un papel importante en la industria de los semiconductores. Se utilizan para fundir silicio de alta pureza para producir obleas de silicio monocristalino, los sustratos fundamentales para circuitos integrados y otros dispositivos semiconductores.

• Otras aplicaciones:

  Además de lo anterior, los hornos de arco se utilizan en investigación y educación, como la geología planetaria, la astronomía de materiales, la ingeniería metalúrgica y la homogeneización de materiales; para la recuperación de oro de residuos electrónicos mediante un horno de reacción aluminotérmica; o, en algunos casos, como fuente de luz -el horno de cielo- sin ningún electrodo u otro rayo, sólo aire y oxígeno entre los huecos del arco o túneles espaciales en un vacío a presión atmosférica.

Cómo elegir hornos de arco

Varios factores deben considerarse al elegir el horno de arco eléctrico industrial en venta, como la capacidad, los tipos, los sistemas de suministro de energía, las características de diseño, las medidas de seguridad, las tendencias tecnológicas, etc.

• Necesidades de producción: El factor principal que determina qué horno eléctrico eligen los compradores es probablemente las necesidades de producción. Los compradores deben considerar qué tipo de material están fundiendo, cuáles son los requisitos de calidad para el producto final, la capacidad y el tamaño de lote deseados, etc., antes de decidir qué tipo de horno eléctrico comprar.
• Fuentes de energía: El sistema de suministro de energía o la fuente de un horno de arco también afecta si los compradores terminarán comprando o no. Los diferentes tipos de hornos de arco eléctrico tienen diferentes sistemas de energía. Por ejemplo, los hornos EAF convencionales, AES e híbridos EAF dependen de la electricidad como su principal fuente de energía, pero sus métodos de aprovechamiento varían. Por el contrario, el horno de arco de inducción obtiene su energía de las bobinas de inducción y la energía electromagnética.
• Características de diseño: Los compradores también consideran las características de diseño del horno de arco eléctrico al elegir. El control variable presente, por ejemplo, puede conducir a una mayor precisión y control en el proceso de fusión, mientras que el sistema de puntuación automatizado puede ayudar a reducir los costes de mano de obra y aumentar la eficiencia de la producción. Además, el diseño tres en uno (fusión, refinado y vertido en una sola unidad) también puede ayudar a simplificar el proceso de producción y mejorar la producción.
• Seguridad: La seguridad es otro factor importante a la hora de elegir un horno de arco eléctrico. Los compradores deben buscar hornos equipados con características de seguridad como interbloqueos de seguridad, válvulas de alivio de presión, sistemas de refrigeración y paneles a prueba de explosión. También deben considerar si el horno cumple con las normas internacionales de seguridad y buscar las marcas de certificación requeridas por las normas internacionales.
• Desarrollo tecnológico: La tendencia de la tecnología de los hornos de arco también afecta las elecciones de los compradores. Por ejemplo, la creciente popularidad de los hornos de arco de acero EAF en la industria siderúrgica es el resultado del creciente énfasis de la industria en la sostenibilidad medioambiental. Es probable que esta tendencia impulse la demanda de EAF y, por lo tanto, una elección de hornos con sistemas eficientes de tratamiento de partículas y humos para ayudar a cumplir con las normas medioambientales.

Preguntas frecuentes sobre el horno de arco

P1: ¿Cuáles son los componentes principales de un horno de arco eléctrico?

A1: Los componentes principales de un horno de arco eléctrico incluyen la carcasa del horno, el revestimiento refractario, los electrodos y las columnas de electrodos, el transformador y las conexiones del transformador, el sistema de carga, el sistema de vaciado, el sistema de extracción de humos y el sistema de control y sensores.

P2: ¿Cómo se genera el arco eléctrico en el horno de arco eléctrico?

A2: El arco eléctrico se genera por la alta tensión de corriente eléctrica que circula entre los electrodos. El aire entre los electrodos se ioniza, lo que crea un arco que produce el calor necesario para fundir la chatarra de acero.

P3: ¿Cómo se controla la temperatura en el horno de arco eléctrico?

A3: La temperatura en el horno de arco eléctrico se controla mediante los siguientes métodos:

• La longitud del arco se ajusta bajando o subiendo los electrodos.
• Modulación de la corriente eléctrica a través del horno mediante el sistema de control y el transformador.
• Cambio de la carga de chatarra de acero o los materiales de aleación.
• Controles del operador.

P4: ¿Qué tipo de materiales de aleación se añaden al horno de arco eléctrico?

A4: Los materiales de aleación que se pueden añadir al horno de arco eléctrico incluyen:

• Manganeso.
• Níquel.
• Cobre.
• Silicio.
• Vanadio.
• Titanio.