Arco eléctrico de acero

Tipos de hornos de arco

El horno de arco eléctrico (EAF), como su nombre indica, es un horno basado en arcos eléctricos. Los arcos eléctricos son fuentes de energía de alta temperatura, y el horno eléctrico de arco de acero funciona generando tres arcos desde los tres electrodos de grafito. El principio de funcionamiento del horno de arco eléctrico es el siguiente: cuando la corriente eléctrica pasa a través de los electrodos, calienta las materias primas como el acero chatarra a través de los arcos y el calor generado por la oxidación del electrodo.

Basándose en el método de manejo de la carga y el modo de operación, los AFS se pueden clasificar en los siguientes tipos:

• Hornos de arco con techo fijo

  En un horno de arco eléctrico de techo fijo, el techo no se mueve durante los procesos de carga o refinado. Este tipo de horno permite el uso de varias técnicas de arco, incluyendo el arco superior y el arco superior e inferior simultáneo. Los hornos que solo cuentan con arco superior permiten la aplicación de un solo arco eléctrico utilizado para la fusión. La extracción de metal fundido de un horno de techo fijo se realiza a través de un agujero de sangría situado en la parte inferior del horno.

• Hornos de arco eléctrico con y sin vacío

  Un EAF sin vacío presenta un diseño sencillo. Carece de sistemas de control de presión, lo que hace que su fabricación y mantenimiento sean menos costosos. Sin embargo, es esencial garantizar un cierre adecuado del horno para evitar cualquier derrame de metal líquido. Por el contrario, los hornos de arco eléctrico de vacío poseen una cámara de vacío que permite que la operación se lleve a cabo bajo condiciones de presión reducida. Esta característica ofrece varias ventajas, como la mejora de la calidad del metal que se está fundiendo, la reducción de la contaminación y la mejora de la eficiencia de la transferencia de calor. Además, el uso de un ambiente de vacío puede facilitar los procesos de refinado dentro del horno.

• Hornos de arco eléctricos portátiles

  De muchas maneras similares a los hornos electrónicos hechos de acero, los refractarios y los revestimientos suelen estar hechos de materiales cerámicos. Se pueden trasladar a diferentes áreas para fundir materiales cuando sea necesario. Proporcionan una gran flexibilidad y movilidad en las operaciones de fabricación.

Especificaciones y mantenimiento

Las especificaciones variarán dependiendo del arco eléctrico de acero.

• Tamaño y capacidad del horno:

  El tamaño y la capacidad de los hornos de arco eléctrico se suelen medir en toneladas. Los hornos de arco eléctrico con una capacidad de 30 a 120 toneladas se utilizan comúnmente en la industria siderúrgica. El tamaño y la capacidad del EAF afectarán a sus necesidades de energía, ya que se necesitarán arcos eléctricos de mayor energía para fundir cantidades mayores de acero.

• Diseño del horno:

  Existen dos tipos principales de hornos de arco eléctrico: electrodo superior (o "vertical-superior") y electrodo inferior-superior (o "electrodo de suelo"). Estos dos tipos de EAF tienen diferentes diseños, capacidades y necesidades de energía.

• Electrodos:

  Los electrodos de grafito o grafito compuesto especialmente diseñados conectan la corriente eléctrica al horno durante el proceso de fusión del acero. Algunos EAF pueden utilizar configuraciones de electrodos de 3 polos o 2 polos. Las configuraciones de cuatro polos también se pueden utilizar en hornos de arco eléctrico más grandes.

• Transformador:

  Los transformadores de arco eléctrico cambian el voltaje de las líneas eléctricas y suministran al arco eléctrico la corriente suficiente. Los transformadores de potencia pueden tener diferentes valores nominales de potencia y suelen tener una clasificación en kVA.

• Fuente de alimentación:

  La fuente principal de energía para el arco eléctrico puede provenir de dos fuentes: corriente continua (CC) o corriente alterna (CA). El arco eléctrico CC/CC funciona a través de una columna de arco entre la carga y el cátodo. Un transformador de alta corriente/voltaje y rectificadores rotativos convierten la CA en corriente CC. Por otro lado, el arco eléctrico CA/CC funciona a través de una columna de arco entre la carga. Un rectificador de transformador de alta tensión convierte el voltaje en corriente continua.

Mantenimiento

El mantenimiento adecuado del horno de arco eléctrico es fundamental. Las inspecciones periódicas permitirán identificar averías en el transformador de soplado y ayudarán a mantener la calidad del horno. El mantenimiento de los EAF se puede llevar a cabo de la siguiente manera:

• Piezas de desgaste - Revestimiento del horno y renovación del agujero de sangría en el área de los agujeros de sangría, agujeros de salida de gas, compuertas de sangría y agitadores.
• Limpieza de los conductos y filtros de salida de gas
• Sistema de alimentación de piedra caliza
• Puente y limpieza de grúas
• Limpieza de la carcasa y el codo del electrodo
• Aspirado de todos los conductos y tolvas
• Limpieza y obstrucción del agujero de sangría
• Aspirado/ordenamiento de conductores y aisladores
• Reparaciones del contenedor del horno
• Engranajes de elevación y fertilización de peso
• Puente y limpieza de rodillos
• Relleno de material de relleno en puentes y rodillos
• Mantenimiento y servicio del ventilador de salida de gas
• Sustitución de la turbina
• Aplicación de nuevos refractarios
• Componentes protegidos
• Sistemas auxiliares - También se requerirán reparaciones en todos los sistemas de refrigeración, bombas, compresores y sistemas de lubricación conectados al horno de arco eléctrico durante el mantenimiento anual del equipo.

Escenarios de uso de arcos eléctricos de acero

Los arcos eléctricos se utilizan principalmente en las industrias siderúrgicas para la fabricación de acero a través de hornos de arco eléctrico (EAF). De hecho, alrededor del 70% del acero fabricado mundialmente se produce mediante el método de arco eléctrico. Los escenarios de uso se pueden describir en las siguientes áreas específicas de la industria:

• Producción de acero: La principal aplicación de los arcos eléctricos en el acero se encuentra en la industria siderúrgica. Los hornos de arco eléctrico (EAF) se utilizan como unidades primarias o secundarias de fabricación de acero para fundir chatarra de acero, chatarra metálica y mineral de hierro prereducido. Los EAF utilizan principalmente tres electrodos que forman arcos que generan calor para fundir los materiales, produciendo un arco eléctrico de acero.
• Producción de metales especiales: Los arcos eléctricos también desempeñan un papel importante en la producción de metales especiales, como el titanio, el circonio y las aleaciones de alta calidad. Estos materiales requieren un control preciso de la temperatura y la composición química durante los procesos de fusión y refinado. Los arcos eléctricos sirven como una fuente de calor fiable que puede alcanzar los niveles necesarios para estas reacciones sensibles, así como garantizar una distribución uniforme del calor en todo el material que se está procesando.
• Fusión de no metales: Los arcos eléctricos también se pueden utilizar para fundir materiales no metálicos, como la cerámica, el vidrio y los semiconductores, que pueden contener sustancias metálicas. Por ejemplo, en la producción de vidrio, los arcos eléctricos se utilizan para calentar y fundir las materias primas para los hornos de vidrio eléctricos. El vidrio fundido se moldea entonces en diversos productos. Otro ejemplo es la fabricación de componentes semiconductores, donde se requieren ciclos de fusión y enfriamiento controlados con precisión para garantizar la calidad y la fiabilidad.

Además, los arcos eléctricos sirven como fuente de calor en muchas otras áreas de las industrias que requieren tratamiento térmico, soldadura o corte, como:

• Fundiciones y colada: En las fundiciones, los arcos eléctricos se utilizan para fundir el hierro en hornos de inducción o hornos de arco. A continuación, se vierte (también conocido como colada) el hierro fundido en moldes para formar las formas deseadas. Esto se hace para producir productos de hierro fundido, que incluyen tuberías, válvulas, bloques de motor de automóviles y más.
• Industria automotriz: Los arcos eléctricos ayudan a producir piezas de vehículos. Tanto si se trata de fundir acero utilizado para la fabricación de chasis de vehículos, paneles de carrocería y componentes del motor, como de crear aleaciones con características específicas que se utilizan para mejorar la longevidad de los vehículos, los arcos eléctricos se pueden utilizar como fuente de calor para los procesos mencionados anteriormente en la industria automotriz.
• Industria de la construcción: Los arcos eléctricos también desempeñan un papel clave en la industria de la construcción. Los arcos eléctricos de acero se utilizan principalmente en la producción de acero estructural, vigas de acero y barras de refuerzo (armadura). Estos materiales son componentes esenciales para los proyectos de construcción. El acero estructural se utiliza ampliamente en las estructuras de los edificios, mientras que las barras de refuerzo proporcionan resistencia y estabilidad a las estructuras de hormigón.
• Soldadura y fabricación: Los arcos eléctricos se utilizan ampliamente en los procesos de soldadura y fabricación. Sirven como fuente de calor para diversos métodos de soldadura, incluida la soldadura por arco, que une metales fundiéndolos. Además, los arcos eléctricos se utilizan para cortar metales, eliminando material calentando y fundiendo localmente el metal a través del arco, así como para tratar los defectos presentes en las superficies metálicas mediante el cepillado por arco.

Cómo elegir los arcos eléctricos de acero

Elegir los hornos de arco eléctrico adecuados puede tener un impacto tremendo en la productividad, la eficiencia y el coste de las operaciones. Se deben considerar cuidadosamente varios factores importantes antes de realizar una compra.

• Capacidad y tamaño de producción

  Reconocer el tamaño y la capacidad adecuados es fundamental para las exigencias del proyecto. Considere la cantidad de acero que necesita fabricarse diariamente y elija un horno de arco eléctrico lo suficientemente grande como para satisfacer esas necesidades sin excederse. El tamaño debe encajar en el espacio disponible y conectar fácilmente con el otro equipo utilizado en la línea de producción.

• Tecnología y características

  Entienda los diferentes tipos de arcos eléctricos y las características que tienen. Observe las formas en que ahorran energía y los sistemas que tienen para manejar los materiales. Algunos hornos pueden permitir el uso de diferentes tipos de materiales de acero, lo que puede añadir flexibilidad a las operaciones.

• Coste y presupuesto

  Determine el coste total que implica, que incluye no solo el precio de compra inicial, sino también la instalación, el mantenimiento, los costes operativos y cualquier posible gasto para equipos complementarios. Los arcos eléctricos más avanzados pueden ofrecer mejores ahorros de energía a largo plazo, lo que los convierte en una opción más rentable con el tiempo.

• Proveedor y servicio

  Infórmese sobre los proveedores de hornos de arco eléctrico y los servicios que ofrecen. Investigue la reputación de los diferentes proveedores para tomar una decisión informada. Asegúrese de evaluar el apoyo técnico que se ofrece después de la compra y la disponibilidad de las piezas de repuesto necesarias. Tenga en cuenta el compromiso del proveedor con las prácticas respetuosas con el medio ambiente y cómo sus productos se alinean con los objetivos de sostenibilidad.

P&R

P: ¿Qué tipos de hornos de acero de arco eléctrico se utilizan a nivel mundial?

R: Los hornos de arco eléctrico de CA (corriente alterna) y CC (corriente continua) son los dos tipos principales de hornos de arco eléctrico que se utilizan a nivel mundial. Ambos tipos de hornos se utilizan ampliamente en la industria siderúrgica para la fabricación de acero, y a veces también se utilizan para refinar otros metales.

P: ¿Cómo funciona un horno de acero de arco eléctrico?

R: Un horno de arco eléctrico funciona creando un arco eléctrico entre los electrodos y las materias primas. Este proceso genera calor y funde las materias primas. La corriente eléctrica necesaria para este proceso la suministran los transformadores.

P: ¿Qué materias primas se utilizan en los hornos de acero de arco eléctrico?

R: Las principales materias primas para los hornos de arco eléctrico son la chatarra de acero, el terrón de fabricación de acero, el hierro reducido directamente (DRI), el hierro briqueteado en caliente (HBI), el ferroníquel y otros materiales metálicos.

P: ¿Cuáles son las ventajas de los hornos de acero de arco eléctrico?

R: Los hornos de arco eléctrico tienen flexibilidad en la elección de las materias primas, alta eficiencia energética, bajo impacto ambiental, avance tecnológico y alta eficiencia de producción.