¿Cómo se puede reducir el consumo de chatarra y aleaciones de acero en la fabricación de acero con horno de arco eléctrico?En la fabricación de acero con horno de arco eléctrico, el consumo de materiales de carga metálica y aleaciones tiene un impacto directo en el costo de producción, el rendimiento del metal y la estabilidad operativa.
Este artículo se centra en dónde se producen pérdidas de chatarra de acero y de aleación durante la fabricación de acero con horno eléctrico de arco y cómo se pueden reducir prácticamente estas pérdidas, basándose en principios metalúrgicos ampliamente aceptados y en la experiencia de producción.
1. ¿Dónde se produce la pérdida de carga metálica en la fabricación de acero con horno eléctrico de arco?
Durante la fabricación de acero en horno de arco eléctrico, la pérdida de carga metálica se produce principalmente a través de las siguientes vías:
1.1 Pérdida por soplado durante la inyección de oxígeno
Durante el corte de chatarra en la etapa de fusión y durante la descarburación en la etapa de oxidación, parte del hierro metálico se oxida en FexOy, formando polvo que es extraído por el sistema de gases de escape.
1.2 Pérdida de hierro con descarga de escoria
El hierro también se pierde a través de la escoria en forma de óxidos de hierro (FexOy) y gotas metálicas arrastradas. Además, parte de las gotas metálicas dispersas pueden pasar a la fase de polvo durante el proceso de fundición.
1.3 Pérdida por evaporación en la zona del arco
En la zona de arco de alta temperatura (aproximadamente 3000–6000 °C), puede evaporarse una pequeña cantidad de hierro metálico. En condiciones normales, esta pérdida es relativamente limitada y suele ignorarse en los cálculos de balance de materiales.
1.4 Pérdida de acero fundido causada por descarburación excesiva
Cuando la reacción de descarburación avanza demasiado rápido, o después de incidentes de ebullición graves, puede perderse acero fundido a través de la puerta del horno u otras aberturas.
2. Medidas prácticas para reducir el consumo de carga metálica en la fabricación de acero con horno eléctrico de arco
Para reducir el consumo de carga metálica es necesario minimizar la oxidación, la evaporación y las pérdidas físicas, garantizando al mismo tiempo que el material fundido entre rápidamente en el baño fundido y permanezca protegido por la escoria.
2.1 Inyección controlada de oxígeno para minimizar la pérdida de soplado
El suministro de oxígeno debe ajustarse por etapas.
Antes de que la chatarra alcance el punto de incandescencia, se debe limitar el flujo de oxígeno. Se debe evitar la inyección excesiva de oxígeno antes de la formación de escoria. Durante la etapa de oxidación, la escoria debe desarrollarse lo suficiente como para cubrir uniformemente la superficie del acero fundido, con una formación moderada de espuma para reducir el arrastre de polvo y la evaporación del metal en la zona del arco.
2.2 Mantener un equilibrio de carbono adecuado
El contenido de carbono juega un papel fundamental en el control de la pérdida de hierro.
Cuando el aporte de carbono es demasiado bajo, la inyección de carbono se vuelve esencial para reducir el contenido de FeO en la escoria. Por el contrario, un aporte excesivo de carbono prolonga el tiempo de descarburación, aumenta la generación de polvo y aumenta la oxidación de la escoria, lo que incrementa la pérdida de hierro. En general, los ciclos de fusión y refinación más cortos se asocian con menores pérdidas metálicas.
Al mismo tiempo, es necesario tener una altura adecuada de la puerta del horno y una disciplina operativa para evitar que el acero fundido se desborde durante una descarburación intensa.
2.3 Práctica racional de escoria y control del volumen de escoria
Si bien un cierto contenido de FeO en la escoria es necesario para el refinado, un volumen excesivo de escoria incrementa directamente la pérdida de hierro. Los materiales formadores de escoria deben añadirse solo en la medida necesaria para cumplir los objetivos metalúrgicos, evitando la escorificación excesiva.
2.4 Mezcla de chatarra optimizada y estructura de carga
El diseño de la mezcla de chatarra afecta considerablemente la eficiencia de la fundición y el rendimiento metálico. Una estructura de carga comúnmente adoptada es:
- Ligero desecho en la parte inferior
- Chatarra pesada o mediana y arrabio en el medio
- Ligero desecho en la parte superior
La chatarra pesada debe mantenerse alejada de los centros de electrodos, las puertas de los hornos, las zonas frías de EBT y las áreas directamente orientadas a las lanzas de oxígeno. La selección y colocación adecuadas de la chatarra ayudan a acelerar la perforación, reducir la exposición al arco y limitar la evaporación del metal.
2.5 Operaciones de carga estandarizadas
Durante la carga, se debe evitar la compresión excesiva de la chatarra para evitar que el material caiga del borde del horno a los pozos de escoria. Unas operaciones de carga limpias y controladas reducen las pérdidas físicas evitables.
2.6 Reutilización de materiales recuperables que contienen hierro
Cuando sea posible, el hierro de escoria recuperado, los finos metálicos separados magnéticamente y la cascarilla de laminación de los procesos de colada y laminación continua se pueden reutilizar parcialmente, reduciendo así la demanda de carga metálica fresca.
2.7 Nivelación adecuada del baño y práctica de retención de acero
Mantener niveles adecuados de acero retenido y escoria garantiza que la inyección de oxígeno actúe principalmente sobre el baño de fundición y no sobre la chatarra expuesta. Una vez fundida la chatarra, la rápida inmersión en el baño y la protección contra la escoria reducen significativamente las pérdidas por oxidación.
3. Cómo reducir el consumo de aleación en la fabricación de acero con horno eléctrico de arco
El consumo de aleación representa otro componente controlable del coste en la fabricación de acero. El objetivo clave es mejorar la recuperación de la aleación manteniendo la calidad del acero.
3.1 Gestión de chatarra clasificada y entrada de aleación específica
Los diferentes grados de chatarra deben almacenarse por separado y cargarse según los requisitos de calidad del acero. La chatarra con mayor contenido de manganeso o cromo puede utilizarse selectivamente en la producción de aceros aleados correspondientes, sin interferir con la descarburación.
3.2 Minimización del arrastre de escoria en la colada
Evitar el arrastre de escoria durante el sangrado crea un entorno más limpio para la adición de aleación. Al combinarse con prácticas rentables de escoria de refinación y predesoxidación, la recuperación de aleación puede mejorarse significativamente.
3.3 Retención de carbono para reducir el contenido de oxígeno
La retención de carbono durante la fusión del horno eléctrico de arco eléctrico ayuda a reducir el oxígeno disuelto en el acero, mejorando directamente el rendimiento de la aleación durante el sangrado y la metalurgia secundaria.
3.4 Temperatura de agitación controlada e intensidad de agitación
La temperatura de colada adecuada y la intensidad de agitación con argón garantizan la disolución completa de la aleación, evitando la aglomeración de aleación no fundida en la superficie de la escoria de la cuchara y pérdidas de oxidación innecesarias durante el recalentamiento posterior.
3.5 Momento de la disolución de aleaciones costosas y difíciles de disolver
Las aleaciones de alto valor o difíciles de disolver se deben agregar en condiciones de cuchara bien desoxidada para maximizar la recuperación.
3.6 Rangos objetivo de composición razonables
El control de la composición del acero debe evitar la fijación persistente de objetivos cerca de los límites superiores, lo que conduce a un exceso de calidad y a un consumo innecesario de aleación.
3.7 Reducción de pérdidas mecánicas durante la adición de aleación
Las aleaciones agregadas manualmente deben cargarse a través de conductos de aleación designados para evitar derrames fuera de la cuchara.
3.8 Precalentamiento para adiciones de aleación grandes o difíciles
Para aceros de alta aleación o grandes adiciones de aleación, colocar las aleaciones en el fondo de la cuchara y precalentarlas debajo del calentador de cuchara mejora la eficiencia de fusión y reduce las pérdidas en la etapa de refinación.
4. Reducción del consumo a largo plazo mediante el diseño de plantas y la gestión de la producción
En el funcionamiento continuo, el consumo de chatarra de acero y de aleación se ve influenciado no solo por las coladas individuales, sino también por el diseño de la planta, el flujo de materiales y las prácticas de gestión de la producción.
El diseño racional del taller y las rutas optimizadas de carga y sangrado ayudan a acortar los recorridos de movimiento de material, reducir la manipulación repetida y disminuir el riesgo de pérdidas físicas. Los procedimientos operativos claros y consistentes para el soplado de oxígeno, la carga, el sangrado y la adición de aleación reducen la variabilidad entre turnos y operadores.
Estas medidas deben adaptarse a las condiciones reales de la planta, incluyendo el espacio disponible, el presupuesto del proyecto, la estructura local de materia prima y el nivel de cualificación de la mano de obra. No existe una plantilla de gestión universal aplicable a todos los proyectos de hornos de arco eléctrico.
En la práctica, el Grupo SME ofrece servicios de gestión de producción y soporte operativo para proyectos de acero de horno eléctrico de arco en todo el mundo, tanto para plantas siderúrgicas llave en mano de nueva construcción como para instalaciones existentes que buscan optimizar su funcionamiento. Todas las soluciones de gestión de producción se desarrollan específicamente para cada sitio, con el objetivo de garantizar un funcionamiento estable y la calidad del producto, a la vez que se reduce progresivamente el consumo de carga metálica y aleación.
