En la fabricación de acero en hornos de arco eléctrico, el período de oxidación desempeña un papel fundamental en la descarburación, la desfosforación y la mejora de la limpieza del acero fundido.
En un artículo anterior, se presentaron sistemáticamente los diferentes métodos de oxidación utilizados durante el período de oxidación en hornos de arco eléctrico, a saber, la oxidación mediante adición de agentes oxidantes, el soplado de oxígeno y el método de oxidación combinada.
Este artículo se centra en las precauciones operativas prácticas asociadas con estos métodos de oxidación para evitar condiciones anormales en el horno y garantizar una calidad estable en la fabricación de acero.
¿Por qué no se deben agregar agentes oxidantes excesivos antes de cargar en un horno eléctrico de arco?
Las reacciones de descarburación en un horno de arco eléctrico requieren una temperatura adecuada del acero fundido. Añadir un exceso de agentes oxidantes antes de la carga introduce un fuerte efecto endotérmico, que aumenta el consumo de energía eléctrica y reduce la temperatura del baño.
Más importante aún, los óxidos de hierro tienden a acumularse en la interfaz acero-escoria. Una vez que la temperatura se vuelve adecuada, pueden ocurrir intensas reacciones carbono-oxígeno, lo que podría provocar una ebullición violenta del baño.
Por lo tanto, no se deben agregar grandes cantidades de agentes oxidantes antes de la carga. Solo se puede usar una pequeña cantidad, lo cual es beneficioso para la formación temprana de escoria y la desfosforación preliminar.
¿Por qué se requiere una temperatura mínima antes de iniciar la oxidación del mineral?
Las reacciones carbono-oxígeno en el acero fundido solo pueden desarrollarse intensamente por encima de cierta temperatura. En el acero fundido con un contenido de carbono de aproximadamente el 1 %, la oxidación significativa del carbono comienza alrededor de los 1550 °C.
Si el mineral se añade demasiado pronto a una temperatura insuficiente, la eficiencia de descarburación permanece baja, mientras que los óxidos de hierro pueden acumularse en la interfaz. A medida que la temperatura aumenta posteriormente, esta condición puede provocar fácilmente una ebullición repentina y severa.
Por esta razón, en las prácticas de fabricación de acero en hornos de arco eléctrico se especifica una temperatura mínima para la oxidación del mineral a fin de garantizar reacciones estables y reducir los riesgos operativos.
¿Por qué se recomienda la secuencia “primero el mineral, después el oxígeno” en la oxidación combinada?
Al aplicar el método de oxidación combinada durante el período de oxidación del horno eléctrico de arco, generalmente se recomienda la secuencia operativa de agregar primero el mineral y luego inyectar oxígeno.
La adición inicial del mineral promueve una ebullición del baño relativamente uniforme y generalizada, lo que favorece la eliminación de gases disueltos e inclusiones no metálicas. Al mismo tiempo, la oxidación del mineral absorbe una gran cantidad de calor, lo que ayuda a reducir la temperatura del baño y a crear condiciones más favorables para la desfosforación.
Si primero se aplica el soplado de oxígeno, la temperatura del acero fundido tiende a aumentar rápidamente, lo que es desfavorable para la eliminación de fósforo y reduce la eficacia metalúrgica general del período de oxidación.
¿Cómo se debe controlar la profundidad y el ángulo de inmersión de la lanza durante el soplado de oxígeno?
Durante el soplado de oxígeno en la fabricación de acero con horno eléctrico de arco, la operación de la lanza tiene un impacto directo en la seguridad del horno y el rendimiento metalúrgico.
- Una profundidad de inmersión excesiva puede provocar que el chorro de oxígeno impacte el fondo o la pared lateral del horno, lo que provoca graves daños al refractario. Además, aumenta las salpicaduras de metal, la absorción de gas y las pérdidas por enfriamiento, ralentiza el aumento de temperatura y promueve la adhesión de la escoria al metal en el techo del horno. Esto aumenta el riesgo de falla del panel refrigerado por agua y acelera el consumo de la lanza.
- Una profundidad de inmersión insuficiente limita la interacción del oxígeno, principalmente en la superficie de la escoria, lo que resulta en una baja eficiencia de descarburación y un bajo aprovechamiento del oxígeno. Sin embargo, el soplado superficial puede acelerar el aumento de la temperatura del baño y, en ocasiones, resulta beneficioso cuando la temperatura del acero es demasiado baja.
En la práctica, la lanza de oxígeno normalmente se coloca aproximadamente a 5–10 cm cerca de la interfaz acero-escoria.
El ángulo de la lanza es igualmente importante. Un ángulo demasiado pronunciado provoca un soplado demasiado profundo, mientras que un ángulo demasiado bajo solo produce oxidación superficial de la escoria. Un ángulo de lanza de unos 30° se adopta comúnmente en operaciones industriales de hornos de arco eléctrico.
¿Cómo se debe controlar adecuadamente la presión del oxígeno durante el soplado de oxígeno?
La presión de oxígeno influye significativamente en la eficiencia de fusión, las reacciones del baño y la calidad del acero durante el período de oxidación del horno eléctrico de arco.
- Una presión de oxígeno excesivamente alta puede acelerar la fusión y la descarburación de la chatarra, pero también provoca salpicaduras de óxido, aumenta la adhesión del acero frío a las paredes y el techo del horno y reduce el aprovechamiento del oxígeno. Durante la descarburación, una ebullición demasiado violenta puede favorecer la absorción de gases por el acero fundido, lo que deteriora la calidad del acero y empeora las condiciones de funcionamiento del frente del horno.
- Una presión de oxígeno excesivamente baja produce una fusión y descarburación lentas, prolonga el tiempo de calentamiento y produce una ebullición débil del baño, lo que es desfavorable para la eliminación de gases e inclusiones.
Por lo tanto, la presión de oxígeno debe seleccionarse cuidadosamente y controlarse constantemente según las condiciones del horno.
¿Por qué está prohibido soplar oxígeno cuando la presión del mismo es demasiado baja?
Cuando la presión de oxígeno es demasiado baja, la mayor parte del oxígeno reacciona con el hierro en la interfaz acero-escoria, formando óxidos de hierro que se acumulan en la escoria. Mientras tanto, una agitación insuficiente del baño limita la transferencia de masa de carbono hacia la interfaz de reacción.
En estas condiciones, al aumentar la temperatura, el baño se vuelve muy susceptible a una ebullición repentina y violenta. Por esta razón, no se debe realizar el soplado de oxígeno cuando la presión de oxígeno sea insuficiente durante la fabricación de acero con horno de arco eléctrico.
